Göttingen, Germany
October 15, 2020
Poor people's diets are often dominated by staple foods. Rice cultivation in Indonesia.
Reisanbau in Indonesien: Arme Menschen ernähren sich oft vorwiegend von Grundnahrungsmitteln. - Photo: Matin Qaim
More than two billion people worldwide suffer from micronutrient malnutrition due to deficiencies in minerals and vitamins. Poor people in developing countries are most affected, as their diets are typically dominated by starchy staple foods, which are inexpensive sources of calories but contain low amounts of micronutrients. In a new Perspective article, an international team of scientists, involving the University of Göttingen, explains how plant genetic engineering can help to sustainably address micronutrient malnutrition. The article was published in Nature Communications.
Micronutrient malnutrition leads to severe health problems. For instance, vitamin A and zinc deficiency are leading risk factors for child mortality. Iron and folate deficiency contribute to anemia and physical and cognitive development problems. Often, the people affected are not aware of their nutritional deficiencies, which is why the term 'hidden hunger' is also used. The long-term goal is that all people are aware of healthy nutrition and have sufficient income to afford a balanced diet all year round. However, more targeted interventions are required in the short and medium term.
One intervention is to breed staple food crops for higher micronutrient contents, also known as 'biofortification'. Over the last 20 years, international agricultural research centres have developed biofortified crops using conventional breeding methods, including sweet potato and maize with vitamin A, as well as wheat and rice with higher zinc content. These crops were successfully released in various developing countries with proven nutrition and health benefits. However, conventional breeding approaches have certain limitations.
In the Perspective article, the scientists report how genetic engineering can help to further enhance the benefits of biofortified crops. "Transgenic approaches allow us to achieve much higher micronutrient levels in crops than conventional methods alone, thus increasing the nutritional efficacy. We demonstrated this for folates in rice and potatoes," says Professor Dominique Van Der Straeten from Ghent University, the article's lead author. "We also managed to reduce post-harvest vitamin losses significantly," she adds.
Another advantage of genetic engineering is that high amounts of several micronutrients can be combined in the same crop. "This is very important, as poor people often suffer from multiple micronutrient deficiencies," says co-lead author and 2016 World Food Prize Laureate Dr Howarth Bouis from the International Food Policy Research Institute.
Genetic engineering can also help to combine micronutrient traits with productivity-enhancing agronomic traits, such as drought tolerance and pest resistance, which are becoming ever more relevant with climate change. "Farmers should not have to make difficult choices between crops that either improve nutrition or allow productive and stable harvests. They need both aspects combined, which will also support widespread adoption," says co-author Professor Matin Qaim from the University of Göttingen.
The authors acknowledge that genetic engineering is viewed skeptically by many, despite the fact that the resulting crops have been shown to be safe for human consumption and the environment. One of the reasons for the public's reservations is that genetic engineering is often associated with large multinational companies. "Biofortified crops may possibly reduce some of the concerns, as these crops are developed for humanitarian purposes," state the authors. "Public funding is key to broader acceptance."
Original publication:
Van Der Straeten, D., et al. (2020). Multiplying the efficiency and impact of biofortification through metabolic engineering. Nature Communications DoI: 10.1038/s41467-020-19020-4
or see
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19020-4
Gentechnik zur Bekämpfung des versteckten Hungers: Internationales Forschungsteam zeigt Vorteile molekularer Züchtungsmethoden auf
Über zwei Milliarden Menschen weltweit leiden an Mikronährstoffmangel durch unzureichende Aufnahme von Vitaminen und Mineralstoffen. Arme Bevölkerungsgruppen in den Entwicklungsländern sind besonders betroffen, weil sie sich häufig überwiegend von Grundnahrungsmitteln ernähren, die zwar viele Kalorien, aber nur wenig Mikronährstoffe enthalten. In einem neuen Übersichtsartikel zeigt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen, wie Gentechnik helfen kann, den Mikronährstoffmangel nachhaltig zu bekämpfen. Der Artikel wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Mikronährstoffmangel führt oft zu schwerwiegenden Gesundheitsproblemen. Defizite an Vitamin A und Zink gehören zum Beispiel zu den wichtigsten Risikofaktoren für Kindersterblichkeit, während eine Unterversorgung mit Eisen und Folsäure Anämie sowie körperliche und geistige Entwicklungsstörungen nach sich ziehen kann. Oft wissen die betroffenen Menschen nicht, dass die Gesundheitsprobleme auf Mikronährstoffmangel zurückzuführen sind, weswegen teilweise auch von „verstecktem Hunger“ gesprochen wird. Langfristiges Ziel muss es sein, dass alle Menschen über ein ausreichendes Wissen und genügend Einkommen verfügen, um sich ganzjährig ausgewogen ernähren zu können. Kurz- und mittelfristig sind jedoch auch gezieltere Maßnahmen erforderlich.
Eine Maßnahme ist die so genannte Biofortifikation, also die Züchtung von Grundnahrungsmittelpflanzen auf höhere Mikronährstoffgehalte, die Kleinbauern dann selbst anpflanzen und weitervermehren können. In den vergangenen 20 Jahren haben internationale Agrarforschungszentren verschiedene biofortifizierte Pflanzen mit konventionellen Züchtungsmethoden entwickelt, unter anderem Mais und Süßkartoffeln mit Vitamin A oder Reis mit höherem Zinkgehalt. Diese Pflanzen werden inzwischen in zahlreichen Entwicklungsländern angebaut, mit nachgewiesenen Vorteilen für Ernährung und Gesundheit. Allerdings haben konventionelle Züchtungsmethoden gewisse Grenzen.
Im Artikel erläutern die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie Gentechnik helfen kann, Effektivität und Nutzen biofortifizierter Pflanzen noch weiter zu steigern. „Mit gentechnischen Ansätzen können deutlich höhere Mikronährstoffgehalte in den Pflanzen erreicht werden als mit konventionellen Züchtungsmethoden allein. Wir haben dies bereits für Folsäure in Reis und Kartoffeln gezeigt,“ sagt Erstautorin Prof. Dr. Dominique Van Der Straeten von der Universität Gent. „Außerdem ist es uns gelungen, die Vitaminverluste nach der Ernte erheblich zu senken.“
Ein weiterer Vorteil der Gentechnik ist, dass hohe Gehalte verschiedener Mikronährstoffe in der gleichen Pflanzensorte miteinander kombiniert werden können. „Das ist wichtig, weil arme Menschen häufig unter verschiedenen Nährstoffdefiziten gleichzeitig leiden“, sagt Koautor Dr. Howarth Bouis vom International Food Policy Research Institute. Die Gentechnik erleichtert es zudem, hohe Mikronährstoffgehalte in der Pflanze mit neuen agronomisch relevanten Eigenschaften zu kombinieren, wie etwa Dürre- oder Schädlingstoleranz, die vor dem Hintergrund des Klimawandels immer wichtiger werden. „Bauern sollten sich nicht entscheiden müssen, ob sie Sorten anbauen, die entweder nährstoffreich sind oder stabile Erträge liefern. Beide Aspekte in den gleichen Sorten zu kombinieren ist wichtig und kann mit zu einer weiten Verbreitung gerade im Kleinbauernsektor beitragen“, sagt Koautor Prof. Dr. Matin Qaim von der Universität Göttingen.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind sich bewusst, dass viele Menschen Gentechnik mit Skepsis betrachten, obwohl die so entwickelten Pflanzen sicher für Umwelt und menschliche Gesundheit sind. Einer der Gründe für die ablehnende Haltung ist aber auch der, dass Gentechnik häufig mit großen Agrarkonzernen assoziiert wird. „Biofortifizierte Pflanzen könnten dabei helfen, die Akzeptanz zu steigern, weil diese Pflanzen speziell zum Wohle armer Bevölkerungsgruppen entwickelt werden“, so die Autorinnen und Autoren. „Hierfür sind öffentliche Finanzierung und Unterstützung besonders wichtig.“
Originalpublikation:
Van Der Straeten, D., et al. (2020). Multiplying the efficiency and impact of biofortification through metabolic engineering. Nature Communications. Doi: https://doi.org/10.1038/s41467-020-19020-4
Topics
Species
