Два миллиарда человек не получают достаточного количества питательных микроэлементов в своем рационе, что может привести к тяжелым заболеваниям.
Новые виды сельскохозяйственных культур могут помочь в создании более качественных и питательных продуктов для преодоления этих недостатков.
Когда дети не получают достаточно железа в еде, результаты печальны. Они медленнее овладевают языком, борются с кратковременной памятью, имеют плохую концентрацию внимания и в конечном итоге плохо учатся в школе.
«Они никогда не смогут полностью реализовать свой физический и умственный потенциал», - говорит Вольфганг Пфайффер, директор по исследованиям и разработкам в HarvestPlus, организации, которая занимается выращиванием культурно улучшенных культур в Вашингтоне, округ Колумбия. «Если в детстве у них дефицит, они учатся на 20% меньше, чем взрослые».
В самых бедных частях Индии и Китая миллионы детей отстают в жизни из-за недостатка железа. В Южной Азии, по оценкам, у 50% беременных женщин наблюдается дефицит железа , а также он распространен в Южной Америке и странах Африки к югу от Сахары.
Но железо - только одна маленькая часть истории. Есть несколько десятков других «микроэлементов» - веществ, которые нам нужно потреблять в небольших количествах, но регулярно, чтобы оставаться здоровыми. Они включают цинк, медь, витамины и фолаты, такие как фолиевая кислота и витамин B9.
По оценкам, два миллиарда человек - 30% мирового населения - испытывают недостаток в одном или нескольких важнейших микроэлементах. В результате многие люди страдают от серьезных проблем со здоровьем на всю жизнь.
Поскольку население мира продолжает быстро расти, становится все более актуальным не только увеличивать количество, но и улучшать качество продуктов питания. Без адекватных уровней питательных микроэлементов проблемы со здоровьем, такие как задержка роста, врожденные дефекты и слепота, становятся более серьезным риском.
Но новые способы решения проблемы дефицита питательных микроэлементов, такие как недостаток железа, начинают менять картину. В 2012 году HarvestPlus выпустил новую версию жемчуга , основного урожая в Индии. Просо, известное как Дханашакти, выращивалось с повышенным содержанием железа К 2017 году он был продан более чем 70 000 фермеров, в основном в штате Махараштра, где многие люди полагаются на жемчужное просо. Десятки тысяч индийских детей сейчас едят это богатое железом жемчужное просо.
Результаты были «фантастическими», говорит Пфайффер. «Железо улучшило состояние железа, а также физические и когнитивные способности подростков», - говорит он. Популярность перламутрового проса Дханашакти могла бы гарантировать, что тысячи детей растут со здоровыми телами и мозгом, и у них больше шансов полностью раскрыть свой потенциал.
Улучшенное жемчужное просо - это одна из десятков новых культур, которые создают HarvestPlus и другие исследовательские группы. Эти культуры тщательно разводят, генетически модифицируют или редактируют, чтобы они содержали больше жизненно важных питательных веществ, противостояли болезням и выживали в экстремальных погодных условиях, таких как засухи и волны тепла.
Цель состоит в том, чтобы улучшить здоровье и благополучие самых бедных и уязвимых слоев населения мира.
Традиционное решение проблемы дефицита питательных микроэлементов заключалось в добавлении большего количества питательных микроэлементов в обычные продукты питания или в виде таблеток. Например, беременным женщинам во многих странах рекомендуется принимать добавки фолиевой кислоты, чтобы они получали достаточно фолиевой кислоты. Многие хлопья для завтрака «обогащены» железом и витаминами, в то время как некоторые страны добавляют йод в соль, чтобы люди получали достаточно.
Но эти стратегии имеют пределы. Если люди не могут позволить себе таблетки или не имеют доступа к аптеке, они все равно могут не получить достаточно питательных микроэлементов. Более того, добавление микроэлементов в пищу - это постоянный процесс: каждую порцию хлопьев для завтрака необходимо искусственно дозировать железом и витаминами.
Гораздо более простым подходом было бы вернуться к растительному растению, из которого сделан злак, и убедиться, что оно в первую очередь упаковано в микроэлемент.
Это мышление, стоящее за «биообогащением», процессом создания культур с необычно высоким содержанием микроэлементов, таких как железо. HarvestPlus был основан в 2003 году экономистом Говартом Буисом, после десятилетия лоббирования и сбора денег для создания биообогащенных культур и предоставления их там, где они необходимы. Сегодня HarvestPlus имеет членов более чем в 20 странах и биообогащен более чем на дюжине культур, от риса до сладкого картофеля.
«К настоящему времени у нас есть более 300 сортов всех этих культур, выпущенных более чем в 35 странах», - говорит Пфайффер. «Более 50 миллионов человек уже потребляют эти культуры».
По словам Пфайффера, для получения биообогащенной культуры HarvestPlus должен ответить на три вопроса. Во-первых, возможно ли даже вырастить урожай с более высоким уровнем желаемого питательного вещества, не нанося вреда другим признакам, таким как продуктивность или устойчивость к засухе?
Во-вторых, могут ли люди, поедающие новый урожай, действительно поглощать дополнительные питательные вещества, и это улучшает их здоровье? Это нельзя воспринимать как должное: « суперпродукты » часто продаются как необычно богатые определенным питательным веществом, но это не означает, что ваше тело может принять все это.
И в-третьих, готовы ли фермеры и потребители принять биообогащенный урожай? Здесь культурные факторы могут быть решающими. Если новый урожай отличается по цвету или форме от знакомого, люди могут быть осторожны с ним. Отказ от здоровой пищи из-за ее внешнего вида может показаться глупым, но мы все это делаем: например, многие люди не хотят есть черную пасту.
Некоторые из самых больших успехов HarvestPlus - борьба с дефицитом витамина А в Африке. Существует несколько версий витамина А, и HarvestPlus преуспел в разведении культур, обогащенных одной формой, известной как бета-каротин. Это оранжево-красный пигмент, который содержится в моркови, тыкве и манго.
Например, в Замбии HarvestPlus выпустил витамин А кукурузы. Первоначально Пфейффер с осторожностью относился к этому плану, потому что улучшенная кукуруза вполне могла быть желтой - цвет, который ассоциировался с некачественной кукурузой, импортируемой во время нехватки продовольствия.
«Они любят только белую кукурузу», - говорит он. «У них было настоящее отвращение к желтой кукурузе».
Чтобы обойти это, HarvestPlus вывел новую кукурузу на апельсин, что показало, что люди были счастливы расти и есть. В 2015 году биообогащенная кукуруза поступила в продажу в Замбии . Дети, которые едят новую кукурузу, имеют более отзывчивых учеников, чем те, которые этого не делают, предполагая, что это помогает защитить их от будущих проблем со зрением.
Точно так же фермеры в Руанде теперь выращивают обогащенные железом бобы, разработанные HarvestPlus. Лаура Мюррей-Колб из Университета штата Пенсильвания помогла показать, что эти бобы снижают дефицит железа в течение 128 дней .
В Южной Америке проблема дефицита является более сложной, чем в Африке или Азии, говорит Марилия Реджини Нути, региональный директор HarvestPlus по Латинской Америке. Проблема в том, что нет ни одного основного продукта, на который полагается подавляющее большинство людей, как в случае с кукурузой в Замбии.
Вместо этого люди едят смесь риса, бобов, маниоки, кукурузы и множества других продуктов - и эта смесь резко меняется даже внутри стран. Таким образом, Нути и ее команда разработали «подход к продуктовой корзине», в котором они биообогащают несколько культур посредством селекционного размножения, чтобы оказать как можно большее влияние на рацион питания людей.
Одной из малоизвестных культур, которая оказалась решающей, является вигна, которая связана с горохом и бобами. Это боб, что означает, что в его корнях содержатся бактерии, которые «фиксируют» азот из воздуха. В результате бобы вигны с высоким содержанием белка. Существует множество культивируемых сортов, из которых, пожалуй, самыми известными являются черноглазые горохи.
«Cowpea очень важен для Бразилии, потому что cowpea растет в засушливой почве, где бобы не могут расти», - говорит Нути. Это превращает вигну в важнейший продукт питания на бедном, сухом северо-востоке страны, поэтому повышение содержания железа и цинка выглядит хорошим подходом. Исследование 2011 года выявило значительные различия в уровнях железа и цинка у разных сортов вигны , поэтому в программе разведения было достаточно сырья для работы.
Бразильская селекционная деятельность возглавлялась Embrapa, исследовательской организацией, принадлежащей правительству Бразилии. Они вырастили и выпустили три новых сорта вигны , с повышенным содержанием железа до 40%.
Но есть еще одно осложнение в Южной Америке. Люди, живущие в городах, часто также испытывают дефицит питательных микроэлементов - в отличие от других частей мира, где такие недостатки в основном ограничены сельскими районами.
Чтобы помочь восполнить дефицит питательных микроэлементов в городах, Нути работает над культурами, которые могут использоваться в пищевой промышленности. Например, в Колумбии она помогла запустить кукурузу, биообогащенную цинком. Следующим шагом является использование муки из этой кукурузы для приготовления арепы: круглых лепешек, похожих на английские кексы.
«Вы кладете на него масло», - говорит Нути. «Это то, что население ест много».
Работая с продовольственной компанией, ее команда занимается разработкой ареп, обогащенных цинком, которые можно продавать в городах. Есть надежда, что сосредоточение внимания на готовых продуктах питания может помочь улучшить питание городского населения таким образом, что это невозможно только для биообогащения отдельных культур.
Приготовленные и обработанные продукты имеют репутацию низкокалорийных микроэлементов, но это не всегда так. Например, Фабиана де Моура, которая сейчас работает в Управлении по контролю за продуктами и лекарствами США, показала, что люди получают столько же железа от вареных бананов, сколько и от сырых бананов . Леонардо Сильва Boiteux из Embrapa также разрабатывает биообогащенные культуры, которые можно использовать в обработанных пищевых продуктах. Он потратил десятилетия на разработку новых сортов томатов для использования в таких продуктах, как кетчуп. Boiteux стремится как улучшить их питательную ценность, так и сделать их более устойчивыми к таким угрозам, как засуха и болезни. Основное внимание Boiteux в области питания заключается в количестве ликопина в томатах. Ликопен - это красный пигмент, который придает помидорам цвет и химически похож на витамин А.
Было высказано предположение, что употребление большого количества ликопина может помочь защитить как от рака, так и от болезней сердца . Первоначально считалось, что ликопин действует как антиоксидант, который может поглощать химически активные химические вещества, называемые свободными радикалами, которые в противном случае могли бы повредить клетки. Тем не менее, исследования показывают, что прием антиоксидантных добавок имеет очень мало преимуществ и может даже быть вредным при употреблении в избытке. Так что просто быть антиоксидантом не значит, что ликопин полезен для нас.
Но, как и во многих сложных науках о питании, жюри все еще отсутствует. В обзоре 2016 года сделан вывод о том, что ликопин может помочь защитить наши сердца , хотя и с помощью других механизмов, таких как уменьшение воспаления. Аналогичным образом, метаанализ 2015 года показал, что мужчины, которые едят больше ликопина, имеют сниженный риск рака простаты .
Boiteux разработал серию сортов томатов с избытком ликопена: один штамм с 104 микрограммами ликопена на грамм , а в последнее время другой штамм, известный как штамм Замир, с 144 микрограммами на грамм . Штамм Zamir также включает недавно обнаруженный вариант гена под названием bif, который Boiteux и его коллеги обнаружили в томатах с Галапагосских островов . Вариант bif вызывает значительное увеличение ветвления и, следовательно, количества томатов на растение.
«Количество фруктов увеличилось в 3,3 раза», - говорит Бойо. Команда Boiteux также вырастила сильную устойчивость к мучнистой росе листьев, которая является основной болезнью культурных помидоров.
Программы, подобные этим, могут многого достичь. Однако недостаточно просто создавать культуры, которые имеют более высокий уровень питательных веществ. Сегодняшние зерновые культуры также должны быть устойчивыми перед лицом экстремальных погодных явлений, таких как волны тепла и засухи, которые становятся все более частыми в результате изменения климата и способными бороться с болезнями и вредителями.
Одной культурой с огромным потенциалом противостоять экстремальным условиям является нут. Сегодня нут выращивается в тропиках и особенно важен в Индии и на Ближнем Востоке. Но они были впервые одомашнены в Месопотамии, и многие дикие сорта все еще растут в этом регионе.
«Степень разнообразия материала и его происхождение не были поняты, равно как и не было понято, как одомашнивание повлияло на него», - говорит Дуглас Кук, возглавляющий Лабораторию по устойчивому к изменению климата нутру в Калифорнийском университете в Дэвисе. «Как следствие, никто не знал, как эти дикие виды могут быть полезны в сельском хозяйстве. Последние пять лет мы отвечали на эти вопросы ».
Команда скрестила дикие сорта с одомашненным нутом, создав огромный ресурс генетических вариаций, который они теперь надеются использовать для улучшения существующих сортов. Они стремятся улучшить список свойств прачечной, включая устойчивость к засухе, устойчивость к жаре, устойчивость к болезням и вредителям.
«Если вас интересует конечный продукт питания для семян, все это имеет значение», - говорит Кук. «Засуха влияет на азотфиксации, которая ведет белки. Если у вас засуха, производство белка снижается ». Другими словами, растения нута, которые не могут справиться с засухой, в конечном итоге сделают нут менее питательным. «Эти вещи неразрывно связаны».
се эти схемы биообогащения основаны исключительно на традиционном разведении. Но зерновые культуры также могут быть генетически модифицированы. Это оказалось спорным в Европе, где некоторые страны запретили генетически модифицированные зерновые культуры из-за опасений - что группы, включая Национальные академии наук, инженерии и медицины США , почти наверняка неоправданны - что они могут привести к непредвиденным последствиям для окружающей среды или здоровья.
В некоторых случаях единственный способ добиться определенного улучшения - это генная инженерия или современные методы редактирования генов. Если все сорта культуры содержат примерно одинаковое количество данного питательного вещества, никакое обычное размножение не повысит уровень этого питательного вещества.
Вот почему Доминик Ван дер Страетен из Гентского университета в Бельгии и ее коллеги прибегли к генной инженерии, чтобы повысить содержание фолатов в белом рисе. Несмотря на то, что белый рис является основным продуктом питания в Индии и других странах, он содержит мало фолатов.
«Беременная женщина должна есть 12 кг вареного белого риса в день, чтобы получать достаточное количество фолиевой кислоты», - говорит Ван дер Страитен. «Что абсолютно невозможно».
Сначала они добавили два гена, участвующих в создании фолатов из Arabidopsis thaliana, растения, часто используемого в лабораторных исследованиях. Затем они «сверхэкспрессировали» эти гены, делая их более активными. В результате получили семена риса с уровнем фолатов в 100 раз выше, чем у обычного белого риса.
Однако этого было недостаточно, потому чтофолиевая кислота разрушалась, когда рис хранился в течение нескольких месяцев , поэтому команда продолжала проектировать. Комбинация из четырех генов, которые они попробовали, похоже, добилась цели.
«Мы смогли эффективно стабилизировать уровни фолиевой кислоты и фактически достичь еще более высоких уровней, потому что теперь у нас есть прототипы рисовых линий, которые содержат в 150 раз больше фолатов, чем рис дикого типа», - говорит Ван дер Страетен. Беременным женщинам нужно всего лишь съесть 150 г вареного белого риса, чтобы получить достаточно фолиевой кислоты. «Одна чашка риса принесет им достаточное количество».
Команда попыталась сделать что-то похожее с картофелем и добилась 12-кратного улучшения уровней фолатов: не так «впечатляюще», говорит Ван Дер Стрэйтен, но «неплохо». Следующим шагом является скрещивание инженерных сортов с местными сортами, адаптированными к условиям окружающей среды региона, для получения варианта, который можно выращивать в Индии и других странах.
«В первую очередь наша цель - помочь людям, которые действительно нуждаются, то есть наименее любимым в обществе», - говорит она.
Еще неизвестно, окажется ли рис и картофель с высоким содержанием фолиевой кислоты приемлемым для фермеров, потребителей и правительств. Предыдущая громкая попытка биообогащения с помощью генной инженерии, « золотой рис»«Разработанный, чтобы иметь высокий уровень витамина А, стал предметом громогласных протестов, проводимых Гринпис и другими группами кампании. В 2013 году боевики-фермеры захватили экспериментальный участок на Филиппинах .
Тем не менее, в феврале 2019 года министр сельского хозяйства Бангладеш объявил, что золотой рис скоро будет одобрен для крупномасштабного использования там .
«Если и когда там будет выращен золотой рис, и люди действительно увидят, что он делает, что эффект есть, и что люди спасены от слепоты из-за потребления золотого риса, то я думаю, что это действительно сделало бы заявление для всей области и, надеюсь, улучшить принятие также в Европе », - говорит ван дер страетен.
Даже в лучшем случае никто не ожидает, что биообогащение устранит проблему дефицита питательных микроэлементов. Нути отмечает, что правительства давно раздают таблетки для устранения недостатков, и это не устраняет недостатки, потому что их коренными причинами являются бедность и ограниченный доступ к продуктам питания.
Тем не менее, биообогащение выглядит все более важным. Поскольку содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается, ожидается, что в сельскохозяйственных культурах будет меньше белков, железа и цинка. Согласно исследованию, опубликованному в августе 2018 года, это может привести к тому, что дополнительно 175 миллионов человек будут испытывать дефицит цинка, а дополнительные 122 миллиона человек - дефицит белка .
Биообогащение основных культур может помочь остановить этот коварный эффект наших выбросов парниковых газов и обеспечить, чтобы прогресс, достигнутый в ликвидации голода, не пошел вспять.