Et dansk planteforskningsnetværk for afhjælpning af mikronærings-stofmangel i human ernæring

Publiceret Januar 2009

Mennesker og husdyr skal gennem føden have tilført 49 unikke ernæringselementer. Disse omfatter vand, kulhydrat, de ti essentielle aminosyrer, linolen- and linoleinsyre, syv mineralske makroelementer, seksten mineralske mikroelementer and tretten vitaminer (se Tabel 1). Indenfor den humane ernæring samles mikroelementer og vitaminer under fællesbetegnelsen mikronæringsstoffer. Mangel på disse har påvirket menneskets sundhed gennem hele historien. Klassiske eksempler på vitaminmangel er skørbug (vitamin C), beriberi (vitamin B1), pellagra (vitamin B3 (niacin)), natteblindhed og xeropthalmia (vitamin A), engelsk syge (vitamin D) og perniciøs anemi (vitamin B12) (se en historisk gennemgang i McDowell 2006).

Næringsstof

Vurdering

Mænd

Kvinder

Ca (mg)

RDA

800

800

P (mg)

RDA

800

800

Mg (mg)

RDA

350

280

Na (mg)

MR

500

500

K (mg)

MR

2000

2000

Cl (mg)

MR

750

750

Fe (mg)

RDA

10

15

Zn (mg)

RDA

15

12

Cu (mg)

ESADDI

1.5-3.0

1.5-3.0

Se (µg)

RDA

70

55

I (µg)

RDA

150

150

Mn (mg)

ESADDI

2-5

2-5

Mo (µg)

ESADDI

75-250

75-250

Cr (µg)

ESADDI

50-200

50-200

F (mg)

ESADDI

1.5-4.0

1.5-4.0

RDA, recommended dietary allowance

MR, minimum requirement

ESADDI, estimated safe and adequate daily dietary intakes

Tabel 1. Anbefalet indtag for mænd og kvinder mellem 25 og 50 år. (Modificeret fra Welch and Graham, 2004)

Indenfor de sidste år er det i stigende grad erkendt, at mangel på mineralske mikronæringsstoffer har meget markante virkninger på menneskers og dyrs sundhed. Disse vurderinger er imidlertid kompliceret af, at det ofte er vanskeligt direkte at relatere et lavt indhold af mikronæringstoffer til kliniske symptomer. Markante undtagelser er jod- og jernmangel, der giver ophav til henholdsvis struma og blodmangel. På den anden side kan betydningen af de mineralske mikronæringsstoffer for mennesker, dyr og planters metabolisme og dermed funktion og sundhed næppe undervurderes. Gladyshev et al. 2004 vurderede således via bioinformatiske analyser af det humane genom, at omkring 5% af de afledte proteinerne var metalholdige eller metalbindende. Lignende frekvenser blev fundet for en række andre fuldt sekventerede genomer med Zn som værende langt det hyppigste proteinbundne metal efterfulgt af Fe, Ca, Mg, Cu, Mo, Co og Ni. Zn indgår særlig hyppigt i transkriptionsfaktorer.

For nærværende vurderes det, at mere end halvdelen af jordens befolkning, primært børn og kvinder i den fødedygtige alder lider af jern- og zinkmangel. Disse mangler har omfattende negative effekter på menneskets sundhed, udvikling, arbejdsevne og generel livskvalitet (se oversigt i Welch and Graham 2004). I Sydøstasien er det beregnet, at det suboptimale jernindtag koster et tab i bruttonationalproduktet på 5% (Hunt 2002). På et nyligt møde i organisationen HarvestPlus China var vurderingen, at jern- og zinkmangel forårsager et produktionstab i Kina på 2.5%.

Den primære årsag til mangel på mikronæringsstofer som jern og zink er fattigdom, der giver sig udslag i et snævert fødegrundlag. På det globale plan er menneskets primære føde stivelsesholdige frø, rødder og knolde fra henholdsvis kornarterne, kassava og kartoffel. Samlet set dækker disse vegetabilske næringskilder omkring 70% af menneskets fødeindtag. De stivelsesholdige afgrøder har et lavt indhold af jern og zink og indeholder derudover anti-nutritionelle faktorer, der nedsætter den såkaldte biotilgængelighed, dvs.  hæmmer optagelse af disse mineraler i tyndtarmen (se Brinch-Pedersen et al. 2007). Disse ernæringsmæssige problemer kan løses ved et beskedent indtag af kød, mælk, æg og en række grøntsager, men disse fødekilder er ofte udenfor den økonomiske formåen for verdens fattige.

”Hvorfor uddeler man ikke vitamin- og mineralpiller til den fattige del af udviklingslandenes befolkning”? Dette er uvægerligt det første spørgsmål man får stillet, når denne problematik bliver præsenteret. Svaret er, at det har været forsøgt mange gange men indtil videre uden den store success. En sådan strategi kræver en infrastruktur, et uddannelsesniveau og en økonomisk formåen, der som oftest ikke forefindes i slumkvarterene og blandt landbefolkningen i udviklingslandene. Kun i ganske enkelte tilfælde såsom ved tilsætning af jod til salt, en billig vare der erhverves i alle husholdninger, har det været muligt at afhjælpe et specifikt mangelproblem.  

I begyndelsen af 90erne opstod de første ideer om, at man burde forsøge at løse problemet ved målrettet forædling af de primære planteafgrøder for forøget indhold og bedre biotilgængelighed af mikronæringsstoffer, primært forstadier til vitamin A samt jern og zink – såkaldt biofortifikation. De primære drivkræfter i denne strategi har været og er de to amerikanere Howarth Bouis og Ross Welch samt australieren Robin Graham, der har kombineret deres kompetencer indenfor henholdsvis økonomi, human ernæring og planters optagelse af mikronæringsstoffer. Disse initiativer førte til dannelsen af organisationen HarvestPlus, der nu har fået et globalt omfang med en primær forankring i de såkaldte CGIAR institutter (se artikel af Yassir Islam og Bonnie McClafferty, Welch and Graham 2004, www.harvestplus.org). CGIAR institutterne er den gruppe af internationale landbrugsforskningsinstitutioner, der stod bag den såkaldte Grønne Revolution, der i 60erne og 70erne førte til en fordobling af udbyttet i ris og hvede. Den generelle strategi på mikronæringsstofområdet er at identificere sorter af primært  ris, hvede, majs, kartofler, bønner og kassava, der har et højt indhold af vitamin A forstadier, jern og zink, og derefter via krydsning at overføre disse egenskaber til elitesorter, der dyrkes i udviklingslandene. Såfremt der ikke er tilstrækkelig genetisk variation er strategien at overføre egenskaberne ved genetisk transformation.

HarvestPlus initiativet har allerede ført til markante fremskridt i udviklingen af mikronæringsstofrige plantesorter (se artikel af Yassir Islam og Bonnie McClafferty). Derudover har initiativet ført til en mængde nye initiativer indenfor den mere basale forskning vedrørende vitaminsyntese og optagelse, transport, deponering og biotilgængelighed af mikromineraler. Tidligere har planteforædling primært været fokuseret på udvikling af sorter med bedre sygdomsresistens og tilpasning til dyrkningsbetingelser og det omgivende miljø samt, frem for alt, et højere udbytte. Som det bl.a. er argumenteret for af HarvestPlus grundlæggerne er der nu behov for et paradigmeskift, hvor man også forædler for at forbedre den ernæringsmæssige kvalitet, i dette tilfælde indhold og biotilgængelighed af mikronæringsstoffer.

Historien om HarvestPlus har også en dansk vinkel. I perioden 1995-2000 gav Danida som den eneste donororganisation for udviklingslande økonomisk støtte til afholdelse af workshops, rejser, analyser etc. med det formål at lægge grundstenene til det nye planteforædlingsinitiativ. Rådet for U-landsforskning (RUF) i regi af Danida støttede ligeledes danske forskningsinitiativer indenfor mere basale undersøgelser af optagelse, transport, deponering og biotilgængelighed af jern og zink i ris, hvede, bønner og kassava. Parallelt hermed bevilgede Forskningsrådet for Teknologi og Produktion (FTP) et større dansk forskningsprojekt omhandlende zink i planter. Med disse projekter som udgangspunkt lykkedes det også at sikre dansk deltagelse i EU Framework VI projektet PHIME (Public health impact of long-term, low-level mixed element exposure in susceptible population strata), der involverer 31 partnere i 20 lande.

Art

Antal
proteiner

Zn

Cu

Mg

Fe

Ca

Ni

Co

Mo

Mennesket

25.319

925

31

34

86

59

0

4

6

Mus

35.726

673

29

38

94

45

0

4

4

Caenorhabditis

21.125

457

21

26

59

24

0

1

5

Drosophila

18.107

523

23

37

66

17

1

2

5

Arabidopsis

27.243

536

19

51

81

14

1

4

6

Gær

6.337

163

9

23

26

2

0

2

0

Tabel 2. Metal-indeholdende og metal-bindende proteiner identificieret ved bioinformatiske analyser af komplet sekventerede genomer (Ifølge Gladyshev et al. 2004)

HarvestPlus blev etableret i 2003 med et samlet budget for perioden 2003-2008 på 66 millioner US$. De primære donorer var Bill og Melinda Gates Foundation og Verdensbanken. Danida støttede ligeledes med et mindre beløb. Denne støtte muliggjorde, at der kunne etableres et dansk netværk (A Danish/International Plant Research Network: Supporting the foundation for iron and zinc biofortification in beans, rice and wheat) med aktiv deltagelse af otte danske forskningsgrupper i HarvestPlus. Dette netværk har været særdeles givende. Der er opnået en række markante resultater vedrørende forståelsen af de molekylære og genetiske mekanismer bag optagelse, transport, deponering og biotilgængelighed  af jern og zink i ris, hvede og bønner, resultater, der er stillet til rådighed for HarvestPlus. Netværksaktiviterne har også tiltrukket en række danske og udenlandske studerende, der synes at finde integrationen af molekylærbiologi, genetik, biokemi og ernæring særdeles motiverende. Som nævnt ovenfor har netværket også virket som en platform for tiltrækkelse af yderligere midler, nationalt såvel som i EU regi og for etablering af internationale netværk.

Den fortsatte eksistens af HarvestPlus programmet synes for nærværende at være sikret for yderligere en fem-års periode via midler fra Bill og Melinda Gates Foundation. Desværre vil Gates næsten udelukkende støtte ernæringsforsøg og disseminering af nye sorter i udviklingslandene, mens den mere basale forskning er lagt i regi af de såkaldte Grand Challenge programmer og dermed udenfor HarvestPlus. Derudover har Danida valgt at standse sin støtte til HarvestPlus med det resultat, at det danske netværk har måttet indstille sine aktiviteter, forhåbentlig kun indtil videre. Basale forskningsprogrammer i dansk regi til gavn for befolkningens ernæring i udviklingslande synes ikke at stå højt på dagsordenen i Danida, hvilket nok kunne være en diskussion værd. For nærværende oplever vi en veritabel eksplosion i viden om planters molekylære genetik og biologi med mulighed for at anvende denne viden til målrettede ændringer af planters ernæringsmæssige kvalitet. Der eksisterer i det danske forskningslandskab en række kompetencer indenfor landbrug og ernæring, der kunne være særdeles relevante for på langt sigt at sikre et bedre landbrug og bedre landbrugsprodukter i udviklingslandene. I indeværende nummer af BioZoom er givet en række eksempler på, hvordan dansk forskning i mikronæringsstoffer i de primære kulturplanter har bidraget til denne forsknings- og udviklingsindsats.

Literatur

Brinch-Pedersen H, Borg S, Tauris B and Holm PB (2007). Molecular approaches to increasing mineral availability and vitamin content in cereals. J. Cereal. Sci. 308-326

Gladyshev VN, Kryukov GV, Fomenko DE and Hatfield DL (2004) Identification of trace elements-containing proteins in genomic databases. Annu. Rev. Nutr. 24, 579-596

Hunt JM (2002) Reversing productivity losses from iron deficiency: the economic case. J. Nutr. 132, 794S-801.

McDowell IR (2006) Vitamin nutrition of livestock animals: overview from vitamin discovery to today. Can. J.Anim. Sci. 86, 171-179.

Welch RM and Graham RD (2004). Breeding for micronutrients in staple food crops from human nutrition perspective, J. Exp. Bot. 55, 353-364).