Pflanzenzüchtung und Verbrauchererwartungen Entwicklungen in der

InnoPlanta Forum 2006: Magdeburg , 20.11.2006
Pflanzenzüchtung und Verbrauchererwartungen
Entwicklungen in der Grünen Gentechnik
Klaus-Dieter Jany
Molekularbiologisches Zentrum der
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Standort Karlsruhe
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Ernährungsweise im Wandel der Zeit
Speiseplan um 1750
6:00 Uhr
Haferbrei, Grütze
Speiseplan 1998
7:00 Uhr
Müsli, Joghurt,Orangensaft
Honig, Milch, Käse, Wurst
Butter, Brötchen,Brot
12:00 Uhr
Suppe, Kohl, Brot
13:00 Uhr
Kraftbrühe mit Ei-Einlage
Schweinelende, Kartoffeln, Gemüse
Dessert, Quarkspeise
16:00 Uhr
Brot, Milch, Wasser
16:00 Uhr
Croissant, Gebäck
19:00 Uhr
Suppe, Brot, Graupen
18:00 Uhr
Wurst, Schinken, Käse, Butter, Toast
Joghurt, Gemüse-, Frischsalate
21:00 Uhr
Landbevölkerung
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Bier, Wein, Knabbereien
Speise-Wandel1
Nahrungsstoffe - Lebensmittel /
Ernährung - Essen
Aufgaben / Funktionen von Lebensmitteln
1. Nahrungszufuhr - Versorgung mit Makro- und Mikronährstoffen, Ballaststoffen, usw.
Ernährungsphysiologische Funktion
2. Lebensmittel - Aussehen, Geschmack, usw. Sensorik
Produktionsweise - Ökologisch, integriert, konventionell
Essen als sensorisches und gesellschaftliches Erlebnis
Organoleptische oder soziokulturelle Funktionen
3. Lebensmittel - mit besonderem zusätzlichen Nutzen
Essen zur Beeinflussung von Körperfunktionen und zur
Förderung der Gesundheit
Lebensmittel mit „added value“ (Functional Foods)
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
FF1-Aufgaben LM
„Schlechte“ und ungesunde
Lebensmittel
oder
Ernährungsgewohnheiten
und Lebensstil ?
Wunsch
und
Wirklichkeit
Hoffnung auf die
Abspeckpille
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Erwartungen an Lebensmittel
Sicherheit
Verfügbarkeit
Sättigung /Durstlösen
Spaß/Vergnügen
Preis
„gesunde Ernährung“
Fitness
„Well-being“
Lebenserhaltung / Gesundheit Convenience
„Functional
Foods“
•
•
•
•
Chronische Erkrankungen
Forschung
Kaufkraft
Technologie/Biotechnik
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
auch / sogar ??
Gentechnisch veränderte
Lebensmittel ?
Was können wir noch essen?
• Pestizide,
• Bestrahlte Lebensmittel
• Genmanipulierte Lebensmittel
• Dioxine,
• Nitrofen
• Acrylamid
• BSE, MKS, Geflügelpest
• Gammelfleisch
• LL 601 Reis
Wie sicher sind unsere Lebensmittel ?
Machen unsere Lebensmittel uns krank?
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Was hat sich in den letzten 20 Jahren verschlechtert?
250
Kumulierte Antworten %
200
150
28
26
100
33
25
16
27
50
63
75
WG
EG
0
Dk
Preis
N
Geschmack
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
GB
It
Ernährung
P
Alle
Sicherheit
Trust in Food 2003
Lebensmittel mit zusätzlichem Gesundheitsnutzen
sind überflüssig und nutzlos
stimme voll zu
stimme eher zu
26,3 %
21,6 %
29,5 %
stimme eher nicht zu
20,2 %
stimme überhaupt nicht zu
Weiß nicht
2,0 %
0,5 %
Keine Angabe
....... sind sinnvoll und notwendig
23 %
33 %
17 %
21 %
7%
Kaufbereitschaft GM-Foods
Eurobarometer 2005
22,3 %
30,5 %
25,4 %
19,8 %
März-April 2006
1000 Personen
2,0 %
BFEL
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Karlsruhe / Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
TNS-Healthcare 2006
Entwicklungen der Pflanzenzüchtung
Molekularbiologie
20.
20. Jahrhundert
Jahrhundert
Chemie
Strahlung
Mendel
Mendel
natürliche
Mutanten
Züchtung
Kreuzung
Auslese
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Traditionelle Pflanzenzüchtung:
Mehr als 2225 Pflanzenvarietäten
Mutationszüchtung
durch gammaStrahlen
Spaghetti, Pasta
Hartweizen
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Entwicklungen der Pflanzenzüchtung
Molekularbiologie
20.
20. Jahrhundert
Jahrhundert
Chemie
Strahlung
Mendel
Mendel
natürliche
Mutanten
Züchtung
Kreuzung
Auslese
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Markergestützte
Züchtung
Gentransfer
Bekannte Argumente - Schlagzeilen
g
n
u
des
! „Dieser Prozess verändert die Eigenschaften
r
e
i
Lebensmittels. Gefährliche und
unbekannte
s
i
r
Substanzen können gebildet werden“
u
e
t
könnte nicht sachgerecht
s
! „ Dieser Prozess
a
durchgeführt
werden und3unvorhergesehene
P
0
h
Vorfälle
können
passieren“
9
li c
1
Mbesteht kein Bedarf dafür und er ist unnötig“
! „Es
! „Wir sollen uns nicht in die Natur einmischen“
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Perspektiven in der Pflanzenbiotechnologie
Futtermittel
Pflanzenschutz
Lys, Thr, Met, Trp
Verdaulichkeit
Insekten-, Virusresistenz
Herbizid-, Pilztoleranz
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Futtermittel
150
Indexed
Produktkonzept
• Erhöhter Anteil von limitierten
essentiellen Aminosäuren im
Futter
Mais mit höherem Lysingehalt
GesamtGesamt-Lysingehalt
Target
100
50
0
Neg.
Pos.
Event 1
Neg.
Pos.
Event 2
Soja mit höherem Tryptophan
gehalt
Tryptophangehalt
Gesamtryptophan
gehalt
Gesamtryptophangehalt
Vorteile
• Niedr. Kosten für die Futterration
• Verbessertes
Aminosäureverhältnis
• Höherer Protein-u. Energiegehalt
250
Target
Mais mit hohem Lysingehalt
• Laufendes Zulassungsverfahren
in USA
Neg.
Soja mit hohem Tryptophangehalt
• Feldversuche in USA
Indexed
200
150
100
50
0
R1
R2
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
R3
Perspektiven in der Pflanzenbiotechnologie
Umwelt
Reaktor
Trocken-, Salztoleranz
Nährstoffverwertung
Impfstoffe, Medikamente
Enzyme
Gesundheit
Bio-Masse
Futtermittel
Pflanzenschutz
Fettsäuren, Vitamine
sek. Pflanzenstoffe
Organische Masse
Öle, Kohlehydrate
Lys, Thr, Met, Trp
Verdaulichkeit
Insekten-, Virusresistenz
Herbizid-, Pilztoleranz
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Nährstoffverwertung
Stickstoffverwertung
Entwicklung bei wenig Stickstoff
Stickstoff ist nach Wasser
der wichtigste Nährstoff
für Pflanzenwachstum
Produktkonzept
" Pflanzen mit einer besseren
Verwertung von Stickstoff
mit Gen
Kontrolle
Vorteile für den Anbauer
" Bessere Bestandsentwicklung
Dunkelgrünere Blätter
" Bessere Stickstoffaufnahme
" Weniger Ertragsschwankungen
" Mehr Output/Einheit Input
" Status
" Entdeckung
BFEL
mit Gen
Kontrolle
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Karlsruhe / Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
Neue Ansätze in der Ernährungsforschung
Genomforschung
Funktionsanalyse
Modellorganismen
Pflanzenbiotechnologie
Genetische
Prädisposition
Epidemiologische
Forschung
„Grüne Gentechnik“
Ernährungsbedingte
Erkrankungen
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Medizin
Ernährungsmedizin
Ernährungsforschung2
Überblick zur Biosynthese von Flavonoiden
Phenylalanin
Malonyl-CoA
PAL
4-Coumaryl-CoA
CHS Chalcon-Synthase
CHI-Gen aus
Petunine
Chalcone
IFS-Gen aus
Sojabohne
Isoflavone
CHI Chalcon-Isomerase
IFS
Flavanone
FNS
Flavone
F3H Flavon-3-hydroxlase
DFR
Dihydroflavonole
Anthocyane
FLS
Flavonole
ANS
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
FF-Flavonoide2
Fettsäure-Biosynthese - Verarbeitung - Gesundheit
C16:0
Palmitin
C18:0
Stearin
∆9
Desaturase
C18:1
Ölsäure
Stabil - Verarbeitung
∆12
Desaturase
C18:2
Linol-
C18:3
Linolen-
Instabil - Oxidation
LDL
LDL Cholesterin senkend
Stabile und gesunde
Haushaltsöle
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
PUFA
MUFA
Gesättigte Fettsäuren
Oxidationsschutz:
α-Tocopherol / Vitamin E
Modi. Liu,Q.et al.(2002) J.A.Coll.Nutr.21, 205-211
FF-Öle-Fette
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Erweiterte Fettsäurebiosynthese
Einfach ungesättigte
Fettsäuren
Gene aus
Moosen und Algen
Verbesserter
Raps
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Desaturase
Elongase
Desaturase
Langeketteige
mehrfach ungesättigte
Fettsäuren
(omega-3 fatty acid)
BASF
Project status
So far, we (BASF) have
successfully produced
three of the most important
fatty acids from fish oil
in plant seed oil:
#Arachidonic acid (20:4) >20%
#Eicosapentaenoic acid (20:5) > 10%
#Docosahexaenoic acid (22:6) ~ 0.5%
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
BASF
Protein Qualität
Neue Sojabohnen Varietäten für Lebensmittel
Verbesserte Textur
Improved solubility profile
Vinton 81
• Smooth mouth feeling
Eigenschaften ähnlich
wie Milch
Commodity
Mon Soy
• Vorwiegend für
Getränke
Casein
0
2
4
6
8
10
12
Median particel diameter (µ)
Gesündere Ernährung
• Verdopplung des
cholesterin-senkenden
Protein
Improved cholesterol lowering profile
MON improved soy protein
Commercial
0
5
10
15
20
25
30
35
Cholesterol reduction ( % )
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Monsanto
Proteinqualität 3
Aminosäuresequenz und Struktur des ASP 1 Proteins
Monomer
MLEELFKKMTEWIEKVIKTMG P
Dimer
G
P GMTKIVKEIWETMKKFLEELMR
G
ß-turn
Trimer
RMLEELFKKMTEWIEKVIKTMG
P
Tetramer
G
MTKIVKEIWETMKKFLEELMR
Hydrophob
Hydrophob
11.2 kD
L E
Asp1-Monomer
F K
K
M
T
E
W
I E
K
Hydrophil
ASP1 -Tetramer
M
LE
ß-turn
V
I K
T
M
Modifiziert nach Potrykus, 2003, J.M.Jaynes, 2001
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Kartoffeln (Bayer Crop Science)
Kohlenhydrat-Metabolismus
Entwicklung und Wachstum
Kohlenhydrate
Verarbeiter und Verbraucher
Polymere
Monomere
Stärke
Cellulose
Fructane
Glucose
Fructose
Saccharose
Qualitätsmerkmale
Stabilität / Haltbarkeit
Geschmack /Funktionalität
Gesundheitseffekte
Resourcenschonende Verarbeitung
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Ernährungsweise im Wandel der Zeit
Speiseplan 2000
7:00 Uhr
Müsli, Joghurt,Orangensaft
Honig, Milch, Käse, Wurst
Butter, Brötchen,Brot
13:00 Uhr
Kraftbrühe mit Ei-Einlage
Schweinelende, Kartoffeln, Gemüse
Dessert, Quarkspeise
16:00 Uhr
Croissant, Gebäck
18:00 Uhr
Wurst, Schinken, Käse, Butter, Toast
Joghurt, Gemüse-, Frischsalate
21:00 Uhr
Bier, Wein, Knabbereien
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel
Molekularbiologisches Zentrum Kl.-D. Jany
BFEL Karlsruhe /
Speiseplan 2011
7:00 Uhr
Müsli, ACE-Orangensaft,
Probiotisches Joghurt
10:00 Uhr
Apfel, Karotte, Zn-Se-Supplement
13:00 Uhr
big-happy-snack
Flavon und Carotinoid-angereichtes Gemüse
16:00 Uhr
Ballaststoff- und Oligofructan
angereichte Croissants, Gebäck
19:00 Uhr
Langustinos an Rucola-Salat
Cremesuppe mit Pfifferlingen
Filet vom Agnusrind - Crocetten
Flavonoid-Preiselbeeren
Eisvariationen mit heißen Wildfrüchten
Speise-Wandel2