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Golden Rice: Ein Mittel gegen Vitamin A-Mangel
Dr. Salim Al-Babili
Vitamin A-Mangel ( Vitamin A
Deficiency, VAD) ist ein weitverbreitetes Ernährungsproblem, das 118 Länder.
WHO-Schätzungen zufolge leiden 100 bis 140 Millionen Kinder unter VAD.
WHO-Schätzungen zufolge leiden 100 bis 140 Millionen Kinder unter VAD. VAD führt
neben der Beeinträchtigung der Sehkraft zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber
Kinderkrankheiten wie Diarrhöe und Masern. Dieser Mangel tritt besonders in
Ländern auf, in denen geschälter, Provitamin A-freier (Carotin-freier) Reis das
Hauptnahrungsmittel darstellt. (linke Bildseite)
Es wurden
verschiedene Strategien entwickelt, um diesem Problem zu begegnen. Eine moderne
und viel versprechende Strategie stellt die Biofortifizierung dar.
Biofortifizierung bedeutet, dass man die biosynthetischen Kapazitäten einer
Pflanze ausnutzt, um ihren Gehalt an dem gewünschten Nährstoff zu steigern. Wir
verfolgten diese Strategie und konnten mittels Gentechnik eine Reissorte
produzieren, die in der Lage ist, ß-carotin (Provitamin A) im essbaren Teil vom
Reiskorn (Endosperm) zu synthetisieren. Aufgrund der Farbe der erhaltenen
Körner, wurde dieser Reis als Golden Rice bezeichnet (rechte Bildseite). Die
Anwendung von Gentechnik war hier notwendig, da keine Reisvarietät bekannt ist,
die ß-Carotin im Endosperm enthält und daher in klassische Züchtung eingesetzt
werden kann.
Doch um die Entwicklung von
Golden Rice nachvollziehen zu können, ist ein kleiner Ausflug in die
Carotinoid-Biosynthese unentbehrlich. Carotinoide gehören der Stoffklasse der
Isoprenoide an und werden durch Kondensationen einer C5-Einheit gebildet. Aus
solchen C5-Einheiten wird das Carotin Phytoen gebildet. Um aus Phytoen
Provitamin A herzustellen, werden 3 pflanzliche Enzyme, oder alternativ 2
bakterielle, benötigt, die über das Carotin Lycopin (rote Farbe der Tomate!)
ß-Carotin synthetisieren. Zwar werden Carotinoide in Reis gebildet, jedoch nicht
im Endosperm. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass Reisendosperm die
direkte Vorstufe von Phytoen beinhaltet. Dies bedeutet, dass für die Herstellung
von ß-Carotin im Endosperm 3 Enzyme eingeführt werden müssen: die
Phytoen-Synthase, die aus der vorhandenen Vorstufe Phytoen synthetisiert; eine
Deasturase, die Phytoen in Lycopin umwandelt und schließlich eine
Lycopin-ß-Cyclase, die Lycopin zu ß-Carotin cylisiert.
Es wurden zwei
Transformationen durchgeführt. In der ersten haben wir die Gene für die
Phytoen-Synthase, die Lycopin-ß-Cyclase, beides aus der Narzisse, und die
bakterielle Phytoen-Desaturase CrtI eingeschleust. Dieser Ansatz sollte zur
Akkumulierung von ß-Carotin führen. In einem Kontrollexperiment haben wir nur
die Gene für die Phytoen-Synthase und die bakterielle Phytoen-Desaturase CrtI
transformiert. In diesem Fall war zu erwarten, dass das Endosperm die rote
ß-Carotin-Vorstufe Lycopin akkumuliert. Die anschließenden Analysen zeigten
jedoch, dass das Reisendosperm in beiden Fällen und wider Erwarten ß-Carotin
sowie weitere Carotinoide (Xanthophylle) akkumulierte. Auf der einen Seite war
dieses Resultat positiv, da wir an unserem Ziel waren. Auf der anderen Seite,
stellte sich natürlich die Frage, ob wir durch die Einführung des bakteriellen
Gens unbeabsichtigte Effekte (z.B. eine Induktion der internen Lycopin-ß-Cyclase)
verursacht haben. Um dies zu überprüfen, wurde die Expression der entsprechenden
Gene im Endosperm vom Wildtyp und von verschiedenen transgenen Linien
untersucht. Es zeigte sich, dass diese Gene bereits im Wildtyp-Endosperm
exprimiert sind, und dass die Einführung des CrtI-Gens nicht zu einer
Dysregulation der Expression im Endosperm geführt hat.
Die Bildung
von Xanthophyllen und ß-Carotin war eins der Argumente, die gegen das Projekt
Golden Rice verwendet wurden. Mit der Klärung der Ursachen ist das Vorkommen
dieser Carotinoide kein „unintended effect“ mehr. Das zweite Argument betrifft
den Selektionsmarker. In den genannten Experimenten wurde ein
Hygromycin-Resistenzgen zur Selektion transformierter Pflanzen eingesetzt.
Deswegen haben wir in den darauffolgenden Golden Rice Generationen einen anderen
Selektionsmarker verwendet, der keine Antibiotika-Resistenz verleiht. Ein
weiterer kontroverser Punkt ist die im Golden Rice enthaltene Menge an ß-Carotin.
Der Prototyp Golden Rice enthält in den besten Linien ca. 1,6 µg/g
Gesamtcarotinoid. Diese Menge erscheint tatsächlich niedrig. Jedoch konnten
unsere Kooperationspartner diese Menge um ungefähr das 23-fache Steigern. Dieser
sogenannte Golden Rice 2 verspricht ein effektives Mittel gegen VAD zu sein.
Das Projekt
Golden Rice wurde anfänglich von der gemeinnützigen Rockefeller Foundation
finanziert. Weitere Finanzierung war später erforderlich und wurde durch ein
EU-Konsortium bereitgestellt. Im Gegensatz zu Projekten der Rockefeller
Foundation sind EU-Projekte nicht gemeinnützig. In jedem Konsortium ist ein
Industriepartner beteiligt, dem nicht exklusive Rechte auf die Resultate
zustehen. In unserem Fall war der Industriepartner die Firma Astra Zeneca, die
spätere Syngenta. Nun war unser Ziel, den Golden Rice an die Bauern in den
betroffenen Gegenden und nicht an Syngenta weiterzugeben. Aus diesen
komplizierten Verhältnissen heraus wurde ein Modell für eine Zusammenarbeit und
für die Weitergabe entwickelt. Danach wird das Projekt auf zwei Schienen
weitergeführt. Die Firma Syngenta verfügt über die Lizenz, den Golden Rice
weiterzuentwickeln und kommerziell zu vermarkten. Für die gemeinnützige Schiene
wurde ein sog. Humanitirian Board gegründet, das neben den Erfindern aus
Mitgliedern aus verschiedenen internationalen Instituten besteht. Das
Humanitirian Board gibt den Golden Rice ohne Lizenzgebühren an Jeden Bauern in
den betroffenen Regionen, dessen Gesamtertrag eine Grenze von 10 000$ nicht
übersteigt. Ein hervorragendes Resultat dieser Private-Public Partnership ist
die Entwicklung vom GoldenRice 2, die von Mitarbeitern der Firma Syngenta
erzielt wurde.
Das Prinzip
der Biofortifizierung wird inzwischen auf weitere Nutzpflanzen angewandt. Dies
erfolgt im Rahmen des internationalen Harvest Plus Programms.
Weitere Informationen unter:
http://www.who.int/nut/vad.htm
http://www.goldenrice.org
http://www.harvestplus.org
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