Більше вітамінів, більше мікроелементів Рослини проти прихованого голоду - дослідження
У країнах, що розвиваються - де крохмалисті рослини, такі як рис, маніока (маніок) або пшоно, є основною їжею - люди не вживають достатньо вітамінів і мікроелементів, таких як залізо або цинк. Цей "прихований голод" є причиною мільйонів хвороб та смертей. Численні міжнародні дослідницькі проекти хочуть це змінити. Вони працюють над збагаченням мікроелементів основними культурами. Генна інженерія має ряд переваг.
Маніока (маніок): Коріння - найважливіший основний продукт харчування в деяких районах Африки. За допомогою методів генної інженерії вони збагачені вітаміном Е, залізом та цинком.
Пшоно (сорго): Тут вміст провітаміну А, заліза та цинку збільшено.
Подорожники з підвищеним вмістом провітаміну А. В Уганді вже проводяться польові випробування.
Фотографії: IFDC-Фотографія (вгорі), Ніл Палмер CIAT; ICRISAT-CC BY-NC 20, Квінслендський університет
Голод означає не лише брак калорій. У багатьох частинах світу, особливо в країнах, що розвиваються, люди страждають від шкоди своєму здоров'ю, яка є важкою, спричиненою браком так званих мікроелементів.
Мікроелементи - це речовини, які потрібні людському організму, але не можуть їх виробляти самі. Сюди входять вітаміни, мікроелементи та певні амінокислоти. В основному вони містяться у фруктах та овочах. Але багато людей у країнах, що розвиваються, не можуть собі цього дозволити.
Там дієта в основному базується на одних основних культурах, таких як рис в Азії, маніок (маніока), банани, пшоно або солодка картопля в деяких районах Африки. Органи зберігання, які в основному містять крохмаль, в основному споживаються. Наслідки такої незбалансованої дієти включають розлади росту та розвитку, підвищену сприйнятливість до інфекцій і, отже, збільшення смертності або - у разі дефіциту вітаміну А - сліпоту.
В останні кілька десятиліть у багатьох країнах, що розвиваються та країнах, що розвиваються, були поширені промислово збагачені харчові продукти та харчові добавки, що містять важливі мікроелементи. Незважаючи на значні успіхи, низка проблем була і залишається нині.
Часто буває важко перевезти продукцію до віддалених сільських районів або переконати постраждалих у тому, що вони насправді регулярно вживають ці продукти та препарати. Крім того, продукція повинна вироблятися та розповсюджуватися постійно, що спричиняє значні витрати.
Вчені працюють над збагаченням мікроелементів у місцевих продовольчих культурах з 1990-х років. Перевага тут полягає в тому, що ці рослини самі виробляють відсутні поживні речовини, які потім вводяться з щоденним раціоном. Якщо фермери отримують відповідне насіння, дорогі програми розподілу більше не потрібні. Біофортифікація - не дешева альтернатива збалансованому та різноманітному харчуванню. Тим не менше, такі організації, як ВООЗ та ФАО, покладаються на цю концепцію. Оскільки в середньостроковій перспективі в деяких регіонах світу все ще буде багато людей, котрі не можуть дозволити собі здорову різноманітну їжу.
Укріплення мікроелементів у рослинах: що може зробити генна інженерія
У 2004 році Консультативна група з міжнародних досліджень у галузі сільського господарства (CGIAR) запустила програму HarvestPlus, в якій зараз залучено понад 200 вчених з різних науково-дослідних інститутів. Вони в основному стосуються видів рослин, які служать основною їжею в регіонах, що зазнають дефіциту поживних речовин.
По-перше, на полях в Африці використовували солодку картоплю та маніоку, обидва з підвищеним вмістом провітаміну А. Зараз у 40 країнах, що розвиваються, доступно понад 300 сортів збагачених поживними речовинами рослин, таких як збагачені залізом боби та перлове пшоно, рис та пшениця з більшою кількістю цинку та кукурудза з більшою кількістю провітаміну А. Наразі цього вдалося досягти переважно за допомогою звичайних методів розведення. Але вони мають свої межі.
Процеси генної інженерії та можливості створення нових метаболічних шляхів у рослинах або їх оптимізації (метаболічна інженерія) "можуть сприяти подальшому збільшенню ефективності та переваг біоукріплених рослин". Це висновок поточної міжнародної публікації в журналі Nature Communications, в якій брали участь 14 науково-дослідних інститутів з восьми країн.
За допомогою генно-інженерних підходів у рослинах можна досягти значно вищого вмісту мікроелементів, ніж за допомогою звичайних методів розведення.
Професор доктор Домінік Ван Дер Стратен, Університет Гента
Якщо в генофонді виду рослин немає відповідних генів, неможливо перекреслити відсутні компоненти інших сортів або споріднених видів. Наприклад, це стосується рису, який “природним чином” не може виробляти вітамін А - або його попередники - у зерні. Генна інженерія може подолати ці межі: рослини тепер можна модифікувати таким чином, щоб вони виробляли відсутні вітаміни або мікроелементи.
Навіть якщо вид рослини здатний виробляти певний мікроелемент, рівні, яких можна досягти за допомогою звичайних методів розведення, часто надто низькі, щоб насправді подолати прихований голод. Відповідний метаболічний шлях можна «запустити» за допомогою генної інженерії, наприклад, зробивши промотори, що беруть участь у ньому, довшими та активнішими.
Потрібно близько восьми-десяти років, щоб звичайно виведений укріплений сорт рослин дійшов до фермерів як насіння. Якщо потрібно збагачувати подальші мікроелементи, це знову займе стільки часу. Генна інженерія, особливо нові методи редагування геному, дозволяють значно швидше виробляти нові біоукріплені сорти. Рослини також можна збагатити кількома вітамінами або мікроелементами одночасно.
При звичайному розведенні - наприклад, коли багатий на вітаміни дикий родич переходить у високопродуктивні сорти - бажані властивості завжди втрачаються. Потім їх потрібно відновити за кілька кроків зворотного перетину - а це коштує багато часу.
Фермерам не слід вибирати між вирощуваними сортами, які мають або поживні речовини, або зі стабільною врожайністю.
Професор Матін Каїм, Університет Геттінгена
За допомогою генної інженерії - і тим більше за допомогою набагато точніших процесів редагування геному - найпродуктивніші, найкраще пристосовані до місцевості сорти можуть бути змінені більш цілеспрямовано і без великих втрат від схрещування. Це полегшує поєднання збагачення з поживними речовинами з такими вигідними властивостями, як переносимість посухи або стійкість до шкідників та хвороб. “Фермерам не слід вирішувати, вирощувати сорти, які мають або поживні речовини, або зі стабільною врожайністю. Поєднання обох аспектів в одних і тих же сортах є важливим і може сприяти широкому використанню, особливо в секторі дрібних фермерських господарств », - говорить економіст сільського господарства Матін Каїм з Університету Геттінгена, співавтор дослідження з біоформування.
В рамках Великих викликів у глобальній ініціативі охорони здоров’я, започаткованій у 2003 році Фондом Гейтса, різні мікроелементи збагачуються рисом, маніокою, сорго (пшоном) або бананами за допомогою генної інженерії. Рослини, розроблені таким чином, слід перекласти на місцеві сорти і бути доступними дрібним фермерам у країнах, що розвиваються, без ліцензійних зборів. До ініціативи залучені вчені з різних інститутів світу. Найвідоміший - але не єдиний - проект - збагачений провітаміном А золотистий рис, над яким працювали з 1990-х.
Інший приклад - Banana 21, спільний проект Квінслендського технологічного університету (Австралія) та Національної організації досліджень сільського господарства в Уганді. У ньому розвиваються банани з більшим вмістом провітаміну А та заліза. Подорожники є основною їжею в Уганді, але вони не містять достатньої кількості цих мікроелементів.
Спочатку було здійснено пошук генів та промоторів бажаних ознак, які були введені в культивовані банани. До дослідження було залучено багато молодих вчених з Уганди. Завдяки ноу-хау, отриманому в Австралії, вони потім передали генну конструкцію для збагачення поживними речовинами місцевим сортам подорожника в Уганді. У польових випробуваннях ці ГМ банани показали значно вищий рівень провітаміну А, ніж незмінені банани. Зараз збираються всі дані, необхідні для затвердження в Уганді. Передбачається, що банани будуть затверджені до 2021 року.