Goldener Reis

Goldener Reis (rechts) im Vergleich zu konventionellem Reis

Goldener Reis (Golden Rice) ist eine Reissorte, die durch gentechnische Verfahren entwickelt wurde und eine deutlich erhöhte Menge an Beta-Carotin (Provitamin A) in den Reiskörnern enthält. Das Beta-Carotin führt zur goldgelben Farbe der Reiskörner.

Goldener Reis wurde seit 1992 von Ingo Potrykus und Peter Beyer entwickelt. Potrycus und Beyer wollten nach eigenen Aussagen ein effektives Mittel gegen den in Entwicklungsländern Asiens häufigen Vitamin-A-Mangel finden. Die ersten Ergebnisse wurden 2000 veröffentlicht.^[1]

Da der Goldene Reis mit gentechnischen Methoden erzeugt wurde, ist der Goldene Reis selbst wie auch das hinter ihm stehende Konsortium (The Golden Rice Project) umstritten.

Genetische und biochemische Grundlagen

Eine einfache Übersicht über die Biosynthese von β-Carotin in Goldenem Reis. Die genutzten Enzyme, die im Endosperm exprimiert werden, sind rot gekennzeichnet. Sie katalysieren die Synthese von β-Carotin aus GGPP. β-Carotin ist der Vorläufer von Vitamin A und wird nach der Aufnahme aus der Nahrung im tierischen Darm zu Retinal und Retinol (Vitamin A) umgesetzt

Nicht veränderte Carotin-Biosynthese im Reis

Das Molekül Geranylgeranyldiphosphat (GGPP) steht am Eingang der Carotin-Biosynthese. beta-Carotin wird auch Provitamin A genannt, da es die Vorstufe von Vitamin A (Retinol) ist und im menschlichen Körper zu Vitamin A (Retinol) umgewandelt wird.

Die Verfügbarkeit von GGPP begrenzt alle nachfolgenden Schritte der Bildung von Carotin in der Pflanze. Zwei GGPP-Moleküle werden vom Enzym Phytoensynthase (PSY) zu einem Molekül Phytoen verbunden. Damit aus Phytoen β-Carotin werden kann, muss es eine Reihe weiterer chemischer Umwandlungen durchmachen. Diese Umwandlungen werden durch je spezifische weitere Enzyme katalysiert. Insebsondere müssen die pflanzlichen Enzyme Phytoendesaturase (PDS), ζ-Karotindesaturase (ZDS) und Carotin-cis-trans-Isomerase (CRTISO) vorhanden sein. Die drei Enzyme bilden aus Phytoen all-trans-Lycopin. Dieses Molekül hat eine rote Färbung. all-trans-Lycopin wird schließlich durch eine β-Lycopincyclase (β-LCY) zu β-Carotin umgewandelt werden.

Die drei Enzyme PDS, ZDS und CRTISO werden in den grünen Pflanzenteilen, vor allem den Blättern, von der Reispflanze gebildet. Sie sind dort an der Bildung von Carotin beteiligt. Im Reiskorn selbst (dem Endosperm) sind die Enzyme jedoch ganz oder fast vollständig herunterreguliert. Das gelbe β-Carotin wird daher im Reiskorn nicht gebildet; der Reis erscheint weiß.

Genetische Veränderungen beim Goldenen Reis

Das Ziel der genetischen Veränderungen war es, im Reis-Endosperm einen aufeinander abgestimmten Satz an Enzymen so stark ausprägen zu lassen, dass in nennenswertem Umfang beta-Carotin gebildet wird.

Um die Umwandlung von GGPP in Phytoen zu beschleunigen, wurde für den ersten Goldenen Reis das entsprechende Enzym aus der Narzisse (NpPSY von Narcissus pseudonarcissus) gewählt. Weiterhin war bekannt, dass die Desaturase crtI aus dem Bakterium Erwinia uredovora (neuer Name: Pantoea ananatis) die drei Enzyme PDS, ZDS und CRTISO zur Umwandlung des Phytoen in all-trans-Lycopin ersetzen kann. Auch für die weitere Umwandlung des all-trans-Lycopin in beta-Carotin wurde zunächst auf eine β-Lycopincyclase gesetzt, die aus der Narzisse stammt (NpLCY). Der oben beschreibene Prototyp des Golden Rice enthielt daher drei artfremde Gene (NpPSY, NpLCY und crtI).

Die eingesetzten Gene wurden unter die Kontrolle von Glutelinpromotoren gesetzt. Diese Promotoren wirken nur im Endosperm. Die zusätzliche Produktion von beta-Carotin wurde so auf das Reiskorn beschränkt. Der Prototyp des Goldenen Reises wurde erstmals in Form der Sorte des Japonica-Typs Taipei 309 erhalten.

An Golden-Rice-Pflanzen, denen die β-Lycopincyclase-Gen der Narzisse (NpLCY) fehlte – die also das rote all-trans-Lycopin im Reiskorn nicht in das gelbe beta-Carotin hätten umwandeln sollen – wurde aber festgestellt, dass die Reiskörner trotzdem gelb statt rot waren. Es zeigte sich nach weiteren Untersuchungen, dass eine im Reisendosperm aktive β-Lycopinzyklase vorhanden ist, die das Lycopin in ausreichender Geschwindigkeit zu β-Carotin umsetzt. Das NpLCY-Gen der Narzisse war also nicht notwendig. Der Golden Reis 1 enthält daher als Weiterentwicklung des Prototyps nur die beiden artfremden Gene NpPSY und crtI.

Die Phytoensynthase der Narzisse erwies sich nach weiteren Forschungen als weniger leistungsfähig als die Phytoensynthase von Mais (Zea mays). Da es sich hierbei um das geschwindigkeitsbestimmende Enzym handelt, wird in der neuen Variante Golden Rice 2 das entsprechende Mais-Gen ZmPSY statt des Gens aus der Narzisse eingesetzt.^{[2] [3]}

Menschliche Aufnahme des beta-Carotins

Zwar erhöht die Aufnahme genügender Fettmengen mit dem Essen die Aufnahme von β-Carotin, jedoch ist auch bekannt, dass die dafür benötigte Menge sehr klein ist,^[4] und dass Vitamin-A-Mangel die Aufnahme verstärkt. Zudem ist Reis die Hauptlipidquelle reisessender Gesellschaften. Erste Experimente belegen, dass die Aufnahme von β-Carotin aus Goldenem Reis hocheffizient ist.^[5] Eine 2009 veröffentlichte Untersuchung der American Society for Nutrition ergab, dass die Biokonversionsrate des Goldenen Reis' weitaus vorteilhafter sei als die anderer pflanzenbasierter Quellen von β-Carotin. Bereits eine übliche Tagesportion könne 50 % des Vitamin-A-Bedarfs decken.^[6]

Entwicklungsgeschichte und Stand des Projekts

Polierter Reis enthält praktisch kein beta-Carotin, aus dem der Körper das lebenswichtige Vitamin A herstellen kann. Insbesondre Kinder mit einer abwechselungsarmen Reisnahrung sind daher von Vitamin-A-Mangel bedroht. Durch traditionelle Verfahren der Pflanzenzüchtung war es bis Mitte der 1980er Jahre nicht gelungen, den Gehalt an beta-Carotin zu steigern.

Ingo Potrykus (ETH-Zürich) und Peter Beyer (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg), begannen 1992 mit der Entwicklung von Goldenem Reis. Die ersten positiven Ergebnisse (proof of concept) wurden 1999 erreicht und die ersten Ergebnisse im Folgejahr veröffentlicht.^[1] Die Erfinder ließen sich den Goldenen Reis patentieren. Um den Schritt von der Erfindung zum Produkt gehen zu können, für den Potrykus und Beyer keine ausreichende öffentliche Unterstützung erhielten, verkauften sie das Patent an Zeneca (heute Syngenta). Im Gegenzug stellte Zeneca/Syngenta im Rahmen einer Public-Private-Partnership eine Lizenz für den „humanitären Einsatz“ sowie technologische und andere Unterstützung bereit. Als eine Voraussetzung für die tatsächliche Produktion von Goldenem Reis mussten weiterhin 70 Patentrechte an den verwendeten Verfahren von 32 Patentinhabern eingeholt werden. Da der Goldene Reis frei von Lizenzgebühren abgegeben werden sollte, mussten die Patentinhaber einer freien Nutzung zustimmen. Diese Aufgabe wurde durch den privaten Partner in etwa einem halben Jahr gelöst. Syngenta begann mit der Entwicklung einer „kommerziellen“ Linie von Goldenem Reis, die auf dem erworbenen Patent beruhte, stellte die Entwicklung später jedoch ein.^[7]

Finanzielle Förderung erhielt das Projekt in dieser Phase von der Rockefeller Foundation, der United States Agency for International Development und der Syngenta Foundation, aber nicht von europäischen und UN-Organisationen.^[7]

Die Zulassung einer gentisch veränderten Pflanze ist an eine Reihe von Bedingungen und Nachweisen an die molekulargenetische Struktur und Funktion der Transgene geknüpft. So mussten Markergene mit Antibiotikaresistenz entfernt werden und es musste ein Nachweis einer geordneten Integration der Golden-Reis-Transgene in das Reisgemom erbracht werden. Insbesondere durften die Transgene (a) nur in einer Kopie vorliegen und (b) nicht verändert sein, (c) sie mussten gegen unbeabsichtigte Expression gesichert sein, (d) durften die bestehenden Expressionsmechanismen nicht stören sowie (e) benachbarte Gene oder Expressionssignale weder aktivieren noch inaktivieren, (f) sie durften keine gegebenenfalls vorhandenen mobilen Gene aktivieren und (g) nur eine stabile Expression zu den vorhergesagten Raten und under den vorgeschriebenen Bedingungen zeigen. Das Verfahren erforderte die Herstellung und Analyse hunderter einzeler genetischer Ereignisse. Diese Arbeit führte Syngenta im Rahmen seines kommerziellen Golden Rice-Projekts durch und spendete die Ergebnisse nach dessen Ende dem humanitären Projekt. Diese Arbeiten identifizierten schließlich etwa 2003/2004 einen geeigneten Satz Golden-Rice-Transgene.^[7]

2004 begannen erfolgreiche Feldversuche in Louisiana, USA, die die Stabilität des Transformationsereignisses prüfen sollten. Golden-Rice-Samen wurden nach Vietnam, Indien und die Philipipinen (International Rice Research Institute und PhilRice) für die Pflanzenzüchtung geliefert. Die Lieferungen erfolgten entsprechend der Bestimmungen des Cartagena-Protokolls. Es dauerte bis zu zwei Jahre, die teilweise politisch umstrittenen Genehmigungen zu erhalten. Ende 2008 wurden die ersten Feldversuche in einem Entwicklungsland beantragt. Goldener Reis wurde in lokale Sorten eingekreuzt; es wurden die zur Zulassung als Kulturpflanze notwendigen Tests durchgeführt. 2009 wurde die Markteinführung in den drei Ländern für 2011 erwartet.^[7][8]

Im September 2011 wurde der erste Feldtest auf den Philippinen abgeschlossen. Weitere Testpflanzungen in verschiedenen Regionen des Landes sind in Vorbereitung.

Zukünftige Anwendung

Einkreuzmöglichkeit in lokale Sorten

Im Gegensatz zu den meisten anderen (kommerziell zugelassenen) Eigenschaften gentechnisch veränderter Pflanzen wurden die des Goldenen Reises von einer akademischen, deutsch-Schweizer Forschergruppe entwickelt. Die Firmen, die das Projekt unterstützt haben und heute auch einige Patente halten, haben an dieser Forschung zwar mitgearbeitet, selbst aber auf finanzielle Einnahmen verzichtet.^[9]

Goldener Reis kann nach dem Einkreuzen in lokale Sorten von den Landwirten selbst vermehrt und lizenzfrei angebaut werden.

Prognostizierte Gesundheits- und Wohlfahrtswirkungen

Eine sozioökonomische ex-ante-Studie kommt zu dem Schluss, dass durch die Einführung von Goldenem Reis ein hoher Prozentsatz der durch Vitamin-A-Mangel verursachten Krankheits- und Sterbefälle, vor allem bei Kleinkindern, verhindert werden könnte, und dass Goldener Reis 2 selbst unter pessimistischen Annahmen mit Kosten von unter 20 US-Dollar pro gerettetem Lebensjahr (DALY) deutlich billiger sei als Supplementierung (134–599 US$). Insgesamt könnten in Indien pro Jahr 40.000 Menschenleben gerettet werden. Unter optimistischen Annahmen lägen die Kosten bei 3 US$ pro DALY. Der Grund für diese niedrigen Kosten ist die problemlose Weiterverwendung und -verbreitung des Saatguts aus Ernten unter Bauern.^[10] Eine ex-ante-Studie zu möglichen Auswirkungen auf den Philippinen kommt zum ähnlichen Schluss, dass der Goldene Reis die Probleme des Vitamin-A-Mangels zwar nicht komplett lösen könne, aber die Gesundheit der Einwohner im Wert von 16 bis 88 Millionen US-Dollar verbessern kann. Dies entspricht einer Kapitalverzinsung von 66 bis 133 %.^[11]

Anderson und Kollegen schätzten 2005 die globalen Wohlfahrtsgewinne des Goldenen Reis auf Basis einer Simulation auf mehr als 15 Milliarden US-Dollar pro Jahr. Der größte Betrag käme Asien zugute. Ein wichtiger Mechanismus in diesem Modell ist eine erhöhte Arbeitsproduktivität insbesondere armer Asiaten durch verbesserte Gesundheit.^[12][13]

Syngenta gab 2005 bekannt, dass es gelungen sei, den Vitamin-A-Gehalt beim „Golden Rice 2“ um das 23-fache im Vergleich zum Jahr 2000 zu erhöhen. Bereits der Verzehr von 70 Gramm pro Tag würde damit den Bedarf eines Menschen decken können.^[14]

Kontroversen

Um den Goldenen Reis gibt es mehrere Kontroversen, die unter Beachtung von Öffentlichkeit und Fachwelt ausgetragen werden.

Kritik am Projekt

Kritiker des Golden-Rice-Projekts argumentieren, dass die Mittel, die für die Entwicklung von Goldenem Reis aufgewandt wurden, besser für bereits existierende Methoden ausgegeben wären, den Vitamin-A-Mangel zu bekämpfen. Dies gelte insbesondere für Methoden, die eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion, inklusive Nahrungsmittelsicherheit und landwirtschaftliche Vielfalt beförderten.^[15]

Im Februar 2009 gab eine Gruppe von 20 Wissenschaftlern, darunter die Profs. Malcolm Hooper, David Schubert und Brian Goodwin, einen offenen Brief heraus und kritisierte, dass der Goldene Reis, ohne einen behördlichen Regulierungsprozess durchlaufen zu haben, in klinischen Studien bei Erwachsenen und Kindern mit einem Vitamin-A-Mangel, getestet worden sei. Besonders kritisiert wird, dass der Goldene Reis nicht in einer vergleichbaren Tierstudie im Vorfeld erforscht worden ist, obgleich in wissenschaftlicher Literatur mehrfach dargestellt wurde, dass Retinoide (Derivate von β-Carotin), möglicherweise Geburtsdefekte auslösen können. Professoren des Centre de Recherche sur la Mondialisation verglichen die klinischen Versuchen mit einer Sammlung "transgener Laborexperimente2.^[16] Die Unterzeichner des offenen Briefes sehen in diesen Versuchen eine Verletzung des ethischen Codes von Nürnberg, der am Ende des Zweiten Weltkrieges eingeführt wurde, um missbräuchliche wissenschaftliche Versuche an Erwachsenen und insbeondere Kindern zu unterbinden.^[17]

Kritik an Behinderung des Projekts

Die erstmalige Zulassung wurde ursprünglich für 2002 erwartet. Ingo Potrykus macht extrem hohe und wissenschaftlich ungerechtfertigte Zulassungshürden für die jahrelangen Verzögerungen verantwortlich.^[7]

Siehe auch

• Grüne Gentechnik

Weblinks

• Golden Rice Project Eigendarstellung (engl.)
• Die Geschichte der Debatte um Golden Rice und Genweizen am Beispiel der ETH Zürich – Artikel auf ETHistory
• Die gelbe Revolution. In: Der Spiegel 48/2008
• Ingo Potrykus: Lessons from the ‘Humanitarian Golden Rice’ project: regulation prevents development of public good genetically engineered crop products. In: New Biotechnology. Band 27, Nr. 5, November 2010.
• der Nürnberger Code

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} X. Ye, S. Al-Babili, A. Klöti, J. Zhang, P. Lucca, P. Beyer, I. Potrykus: Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. In: Science (New York, N.Y.). Band 287, Nummer 5451, Januar 2000, S. 303–305, ISSN 0036-8075. PMID 10634784.
2. ↑ J. A. Paine, C. A. Shipton u.a.: Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content. In: Nature biotechnology. Band 23, Nummer 4, April 2005, S. 482–487, ISSN 1087-0156. doi:10.1038/nbt1082. PMID 15793573.
3. ↑ S. Al-Babili, P. Beyer: Golden Rice–five years on the road–five years to go? In: Trends in plant science. Band 10, Nummer 12, Dezember 2005, S. 565–573, ISSN 1360-1385. doi:10.1016/j.tplants.2005.10.006. PMID 16297656. (Review).
4. ↑ P. Nestel, R. Nalubola: As little as one teaspoon of dietary fat in a meal enhances the absorption of β-carotene.
5. ↑ G. Tang, J. Qin, M. A. Grusak, R. Russell: Quantitative determinations of vitamin A value of Golden Rice given as single or multiple meals. In: Micronutrient Forum. Istanbul, 16. bis 18. April 2007
6. ↑ G. Tang, J. Qin u.a.: Golden Rice is an effective source of vitamin A. In: The American journal of clinical nutrition. Band 89, Nummer 6, Juni 2009, S. 1776–1783, ISSN 1938-3207. doi:10.3945/ajcn.2008.27119. PMID 19369372. PMC 2682994.
7. ↑ ^{a b c d e} I. Potrykus: Lessons from the 'Humanitarian Golden Rice' project: regulation prevents development of public good genetically engineered crop products. In: New biotechnology. Band 27, Nummer 5, November 2010, S. 466–472, ISSN 1876-4347. doi:10.1016/j.nbt.2010.07.012. PMID 20650337.
8. ↑ fnbnews.com: Golden Rice to hit market by 2011. (englisch)
9. ↑ syngenta.com
10. ↑ A. J. Stein, H. P. Sachdev, M. Qaim: Potential impact and cost-effectiveness of Golden Rice. In: Nature biotechnology. Band 24, Nummer 10, Oktober 2006, S. 1200–1201, ISSN 1087-0156. doi:10.1038/nbt1006-1200b. PMID 17033649.
11. ↑ R. Zimmermann, M. Qaim: Potential health benefits of Golden Rice: a Philippine case study. In: Food Policy. Band 29, 2004, S. 147–168.
12. ↑ K. Anderson, L. A. Jackson, C. P. Nielsen, C.P.: GM rice adoption: impact for welfare and poverty alleviation. In: Journal of Economic Integration. Band 20, 2005, S.  125–134.
13. ↑ Matin Qaim: The Economics of Genetically Modified Crops. In: Annual Review of Resource Economics. Band 1, 2009, S. 665–694.
14. ↑ A. Coghlan: New 'golden rice' carries far more vitamin. Vom 27. März 2005
15. ↑ Amy King, Mario Rautner, Glen Tyler: Golden rice's lack of lustre - Addressing vitamin A deficiedeficiency without genetic engineering. Greenpeace International, 2010, abgerufen am 7. November 2011
16. ↑ Centre de Recherche sur la Mondialisation: Le scandale du riz doré dévoilé. (französisch)
17. ↑ Offener Brief der Wissenschaftler