Как Золото: Может Ли Золотой Рис И Другие Биообогащенные Сельскохозяйственные Культуры Предотвратить Недоедание?

Как Золото: Может Ли Золотой Рис И Другие Биообогащенные Сельскохозяйственные Культуры Предотвратить Недоедание?

Мэри Э. Передача данных Кристен Сейм. Витамин, или «микроэлемент», недоедание является существенным фактором заболевания. Чтобы увеличить потребление питательных микроэлементов, многие страны обогащают свою пищу этими витаминами. Другой стратегией улучшения потребления витаминов и предотвращения болезней, особенно в развивающихся странах, является развитие генетически модифицированных организмов (ГМО). Как соотносятся традиционные фортификации и ГМО, и одинаково ли они эффективны и безопасны? Золотой рис, созданный для того, чтобы содержать высокий уровень бета-каротина-предшественника витамина А, является хорошим примером для обсуждения этих вопросов и изучения науки, стоящей за усилиями по улучшению питания посредством генетической модификации.

-

Несмотря на усилия общественного здравоохранения и гуманитарную деятельность, недоедание продолжает оставаться бедствием для развивающихся стран. Подсчитано, что как минимум 3.1 миллион детей умирает каждый год, а 161 миллион детей задерживаются из-за недоедания [1]. Проблема заключается не только в том, что еды мало, так что дети не получают достаточно калорий, но и в том, что в потребляемой ими пище нет нужных им витаминов и минералов. Дефицит железа, йода, цинка, фолиевой кислоты и витамина А является одним из наиболее распространенных: почти половина населения мира страдает от одного или нескольких недостатков [1,2].

Богатые страны имеют четко определенные программы обогащения, которые добавляют эти питательные вещества к обычно потребляемым продуктам, а также легко доступны добавки [3]. Из-за их стоимости эти усилия могут быть менее успешными в более бедных странах, и генетическая модификация рассматривается в качестве альтернативной стратегии добавления этих микроэлементов в пищу. Примером биообогащения в учебнике является «Золотой рис», генно-инженерный, который содержит высокие уровни предшественника витамина А бета-каротина [4]. Противники этой стратегии, в том числе Гринпис, утверждают, что Золотой рис и другие генетически модифицированные (ГМ) культуры не устраняют истинную проблему бедности в развивающихся странах [5].«Золотой рис» был впервые испытан в полевых условиях более 10 лет назад, но противоречия GM помешали его широкому распространению.

Микронутриенты - это группа соединений, которые необходимы нашему организму в небольших количествах. Они выполняют широкий спектр функций в организме, поэтому хроническая недостаточность питательных микроэлементов является основной причиной заболевания [6]. Примеры, о которых вы, возможно, слышали, включают анемию и зоб, вызванные дефицитом железа и йода, соответственно.

Если вы соблюдаете разнообразную диету, включающую много фруктов, овощей и других необработанных продуктов, получение необходимых микроэлементов не является проблемой. Обогащение основных продуктов питания является еще одним способом обеспечения того, чтобы население потребляло достаточное количество микроэлементов. Глядя на коробку с хлопьями, вы увидите, что фраза «обогащена множеством витаминов и минералов» означает, что эти микроэлементы были добавлены в процессе производства. Йодированная соль и молоко, содержащее витамин D, являются другими классическими примерами обогащения основных продуктов питания.В Соединенных Штатах FDA предписывает и регулирует обогащение, чтобы предотвратить заболевания, вызванные дефицитом питательных веществ, и восстановить питательные вещества, которые могут быть потеряны во время обработки пищевых продуктов [3]. Другие развитые страны имеют аналогичные программы, которые были признаны успехом общественного здравоохранения.

Многим развивающимся странам не так везет. Эти популяции для выживания часто полагаются на дешевые основные сельскохозяйственные культуры, такие как рис и кукуруза, - они не имеют доступа к широкому ассортименту продуктов, богатых питательными веществами, главным образом из-за высокой стоимости их выращивания или покупки. Диеты на основе риса, в частности, являются основной причиной дефицита питательных микроэлементов. Хотя рис является основным продуктом питания для почти половины населения мира, в том числе для 90% населения Азии, содержание питательных веществ в нем очень низкое. Те немногие микроэлементы, которые содержит рис, находятся во внешнем слое зерна, которое удаляется в процессе рафинирования [4].

Микронутриенты играют большую роль в росте и развитии, поэтому эти недостатки особенно вредны для детей.Дефицит витамина А (ВАД), от которого страдает треть детей в мире в возрасте до 5 лет, является основной причиной детской слепоты. Витамин А играет ключевую роль в функционировании иммунной системы, и дети с ВАД чаще болеют такими распространенными заболеваниями, как корь, чем дети без дефицита. Они также чаще умирают от респираторных и диарейных заболеваний [7]. VAD не остался незамеченным - применение добавок с витамином А спасло около 600 000 жизней в год в странах с низким и средним уровнем дохода [8]. Однако, как и в случае с другими недостатками, этих усилий оказалось недостаточно для устранения VAD. Традиционные программы обогащения и дополнения являются дорогостоящими и сложными с точки зрения логистики, и теперь вопрос заключается в том, должны ли мы попробовать дополнительную тактику для увеличения потребления питательных микроэлементов.

Еще одна стратегия устранения дефицита питательных микроэлементов - биообогащение. Биообогащение повышает питательную ценность сельскохозяйственных культур путем либо селекции, либо генетической модификации (рис. 1).Вместо добавления питательных веществ в пищу после сбора урожая, как при обогащении основных продуктов питания, сами растения изменяются так, что они производят эти питательные вещества [9]. Селекция начинается с сорта растений, который уже содержит некоторое количество интересующего витамина или минерала. Затем эти растения разводят для получения растений, которые имеют более высокие уровни соединения, и процесс повторяется на протяжении многих поколений для развития сорта растений с желаемыми уровнями соединения. В результате селекционного разведения было получено несколько сортов растений с улучшенной питательной ценностью, но это не всегда возможно. Для культур, которые трудно размножать, генетическая модификация может быть лучшим вариантом, чем селекционная селекция [10]. Так как это такая популярная основная культура, рис является хорошей целью для биообогащения; однако, растения риса не содержат каких-либо предшественников витамина А или витамина А, поэтому селекция риса не может быть использована для профилактики ВАД [4].

Рис. 1. Существует несколько способов получения необходимых микроэлементов.Микронутриенты могут быть получены с помощью разнообразной диеты, богатой фруктами и овощами, или с помощью добавок. Обогащение основных продуктов питания добавляет микроэлементы к обычно употребляемым продуктам. Биообогащенные культуры разводятся или разрабатываются для производства микроэлементов.

Ученые вместо этого обратились к генетической модификации, чтобы уменьшить VAD. Такие продукты, как морковь и сладкий картофель, содержат высокий уровень бета-каротина, предшественника витамина А; когда люди едят эти продукты (или капсулы бета-каротина), процентное содержание проглоченного бета-каротина преобразуется в витамин А. Используя наши знания в области биохимии, возможно ли создать рис с высоким уровнем бета-каротина? После семи лет работы и введения трех генов (два от нарцисса, один от бактерий) многопрофильная группа ученых преуспела в создании GR1. Хотя эти гены не идентичны генам, обнаруженным в моркови или сладком картофеле, они изменяют метаболизм растений риса, так что растения вырабатывают такое же соединение, бета-каротин, что подтверждается химическим анализом.Улучшенный штамм GR2, который заменил ген нарцисса геном кукурузы, продуцирует до 23 раз больше бета-каротина.

Используя исследования биодоступности, ученые определили, что всего 72 грамма (около 1/3 стакана) сухого риса GR2 в день обеспечат достаточное количество бета-каротина для предотвращения VAD у ребенка [11]. Детям давали определенное количество золотого риса, и количество витамина А, которое они производили, измеряли с помощью небольшого образца крови. Эту степень превращения бета-каротина в витамин А (эквивалент витамина А) использовали для расчета количества золотого риса, необходимого для предотвращения дефицита витамина А, на основании рекомендаций по потреблению. Этот тип эксперимента может быть проведен для любой пищи или добавки, и исследования также показали, что добавки с золотым рисом и бета-каротином имеют сходную эквивалентность витамина А [12].

С помощью VAD в качестве примера мы можем сравнить традиционные методы обогащения / дополнения с биообогащением. Наиболее убедительными аргументами в пользу биообогащения являются стоимость и целесообразность.ЮНИСЕФ и другие организации по оказанию чрезвычайной помощи в значительной степени полагались на пожертвования правительств и частных фондов для финансирования программ по обогащению и дополнению в обедневших районах. Финансирование не гарантируется, особенно в случаях экономического кризиса и политических потрясений. В более бедных странах также отсутствуют необходимая инфраструктура и материально-техническое обеспечение, необходимые для распространения добавок и обогащенных продуктов питания. В 104 приоритетных странах ЮНИСЕФ для добавок витамина А показатель охвата целевых групп населения составляет всего 58%, и это число сильно колеблется из года в год [7].

Традиционные программы добавок требуют постоянных денежных вложений; По оценкам USAID, расходы на Гану или страну аналогичного размера составляют 2-3 миллиона долларов в год [13]. Напротив, биообогащение заметно дешевле. В случае с золотым рисом GM-компания Syngenta согласилась предоставлять бесплатные семена GR2 фермерам, которые получают менее 10 000 долларов в год (около 99% от целевой популяции). Как только фермеры получат эти семена, дальнейшие инвестиции не потребуются, поскольку они могут продолжать сеять семена год за годом, и производство бета-каротина стабильно в течение нескольких поколений растений золотого риса.Расходы на биообогащение связаны с развитием сельскохозяйственных культур и представляют собой лишь часть затрат на устойчивые добавки [4].

Некоторые группы, в частности Гринпис, утверждают, что биообогащение, особенно через генетическую модификацию, не подходит - вместо того, чтобы внедрять ГМ-культуры в бедных странах, мы должны помогать фермерам учиться выращивать различные культуры, чтобы улучшить их общее питание композиция [5]. Одним из примеров является выращивание сладкого картофеля с высоким содержанием бета-каротина в качестве вторичной культуры в Африке; опять же, недостатками этих типов программ являются высокая стоимость и материальное бремя. Хотя золотой рис и другие генетически модифицированные культуры не решают проблему бедности, они могут оказать существенное положительное влияние на уровень заболеваемости. Сторонники ГМ стараются подчеркнуть, что биообогащение должно быть лишь одним из компонентов усилий общественного здравоохранения в развивающихся странах, и оно будет наиболее эффективным при использовании в сочетании с программами по сокращению бедности [4].

Еще одним серьезным препятствием, с которым сталкиваются ГМ-культуры, является безопасность, поскольку многие потребители считают, что введение чужеродной ДНК в растение может сделать растение непригодным для потребления.Золотой рис и другие генетически модифицированные культуры подвергаются очень строгому проверке на безопасность, чтобы быть утвержденными регулирующими органами, такими как FDA или Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) (см. Эту статью). Многие люди не понимают, что стратегии селекции культур также могут кардинально изменить состав растений. Одним из важных примеров является размножение мутаций: семена подвергаются воздействию химических веществ и радиации, которые генерируют пул семян с различными мутациями, некоторые из которых могут быть полезными. По состоянию на 2010 год с использованием мутационного селекции было получено 2543 сорта культур, но тестирование безопасности для этих культур не требуется, как для ГМО, таких как Золотой рис, а селекционные усилия регулируются гораздо более свободно [14-16]. Противники ГМ обеспокоены тем, что новые гены в ГМО могут быть токсичными. В случае золотого риса единственным белком, новым для диеты человека, является бактериальный ген, упомянутый выше; другие новые белки обычно потребляются людьми и поэтому вряд ли могут причинить вред. [14,15]. Фактически, исследования показали, что белки в золотом рисе (включая бактериальный белок) являются нетоксичными и неаллергенными [15].Поскольку рис тщательно готовится при высоких температурах, его белки инактивируются при нагревании, что еще больше снижает риск токсичности [14].

Будут ли фермеры использовать ГМ-культуры, такие как Золотой рис? Один из ключевых вопросов - насколько хорошо вырастет Золотой рис; для того, чтобы он был принят и широко использовался, урожайность должна быть аналогична используемым в настоящее время сортам риса [11]. Гены GR были введены во множественные сорта риса для создания сортов золотого риса, оптимизированных для роста в различных средах [4]. Образовательные программы также будут необходимы, чтобы фермеры были осведомлены и могли чувствовать себя комфортно при посадке золотого риса и других биообогащенных культур [15]. Золотой рис обладает тем же вкусом и вкусом, что и традиционный рис, и это должно повысить его популярность. Шафран и куркума обычно используются для приготовления блюд из желтого риса, поэтому желтый цвет золотого риса не должен препятствовать его принятию.

Таблица 1. Выбор основных культур в процессе разработки для улучшения питательного состава. [17]

Глядя на золотой рис, в разработке находится большое количество биоформированных основных сельскохозяйственных культур (таблица 1).Многие из этих культур предназначены для снабжения другими микроэлементами, особенно витамином Е в кукурузе, рапсе и соевых бобах, а также для повышения доступности железа в рисе и кукурузе. Содержание белка также является ключевым направлением; белково-энергетическим недоеданием страдают 25% детей, потому что многие основные культуры имеют низкий уровень незаменимых аминокислот. Незаменимые аминокислоты являются строительными блоками белков и должны приниматься через диету или добавки. До сих пор кукуруза, рапс и соевые бобы были сконструированы так, чтобы содержать большее количество незаменимой аминокислоты лизина. Зерновые культуры, такие как кукуруза, картофель и сахарная свекла, также были модифицированы, чтобы содержать больше пищевых волокон, компонент с множеством положительных преимуществ для здоровья [17].

Недоедание представляет собой тихую эпидемию в развивающихся странах, где ежегодно умирают миллионы детей. Биообогащение может быть не идеальным решением проблемы бедности в этих странах, но оно может значительно снизить бремя болезней. Многое еще предстоит сделать, но биообогащенные культуры, такие как Золотой рис, действительно могут быть на вес золота, когда дело доходит до предотвращения болезней.

В оригинальной версии этой статьи говорилось, что маниоку нельзя разводить выборочно. Хотя маниоку исторически было трудно разводить, HarvestPlus разработал кассаву витамина А путем селекции.

Мэри Э. Гайринг - доктор философии. кандидат в программу биологических и биологических наук в Гарвардском университете.

Эта статья является частью специального издания за август 2015 года, «Генетически модифицированные организмы и наша еда».

1. Получите здоровье. Быстрые факты о недоедании. http://www.gainhealth.org/about/malnutrition/

2. Всемирная продовольственная программа. Типы недоедания. (2015). https://www.wfp.org/hunger/malnutrition/types

3. Фонд ИФИК. Обогащение пищи в современном мире. (20 июня 2014 г.) http://www.foodinsight.org/Newsletter/Detail.aspx%3Ftopic%3DFood_Fortification_in_Today_s_World

4. Проект «Золотой рис». Часто задаваемые вопросы. http://www.goldenrice.org/Content3-Why/why3_FAQ.php

5. Гринпис Интернэшнл. Золотой Рис.http://www.greenpeace.org/international/en/campaigns/agriculture/problem/genetic-engineering/Greenpeace-and-Golden-Rice/

6. Всемирная организация здравоохранения. Питание: микроэлементы. (2015). http://www.who.int/nutrition/topics/micronutrients/en/

7. ЮНИСЕФ. Добавка витамина А: десятилетие прогресса. (2007). http://www.unicef.org/publications/files/Vitamin_A_Supplementation.pdf

8. Barclay E. Добавки витамина А спасают жизни детей, говорят исследователи. (26 августа 2011 г.) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР. http://www.npr.org/sections/health-shots/2011/08/26/139967220/vitamin-a-supplements-save-kids-lives-researchers-say

9. HarvestPlus. FAQ о биообогащении. http://www.harvestplus.org/content/faq-about-biofortification

10. Бейер П. Золотой рис и «золотые» культуры для питания человека. (30 ноября 2010 г.) Новая биотехнология. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20478420

11. Enserink M. Трудные уроки из золотого риса. (25 апреля 2008 г.) Наука. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18436769

12.Van Loo-Bouwman C, Naber TH & Schaafsma G. Обзор эквивалентности витамина А b-каротина в различных пищевых матрицах для потребления человеком. (28 июня 2014 г.) Британский журнал питания. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24513222

13. МОСТ, Программа USAID по питательным микроэлементам. Анализ затрат Национальной программы по добавкам витамина А в Гане. 2004. Арлингтон, Вирджиния, США.

14. Chassy BM. Риски безопасности пищевых продуктов и здоровье потребителей. (30 ноября 2010 г.) Новая биотехнология. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20621653

15. IRRI. Какие оценки безопасности пищевых продуктов были сделаны для золотого риса? http://irri.org/golden-rice/faqs/what-food-safety-assessments-have-been-done-for-golden-rice

16. Парротт В. Генетически модифицированные мифы и реальности. (30 ноября 2010 г.) Новая биотехнология. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20609417

17. McGloughlin MN. Модификация сельскохозяйственных культур для улучшения питания. (30 ноября 2010 г.) Новая биотехнология. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20654747

.