Steigerung von Kalzium in Karotten — und anderem Gemüse

Im Children’s Nutrition Research Center bereiten die Ernährungswissenschaftler Jay Morris und Keli Hawthorne kalziumreiche Karotten für den menschlichen Verzehr vor. (D1266-1)

Dank der Forschung am USDA—ARS Children’s Nutrition Research Center (CNRC) in Houston, Texas, unter der Leitung von Professor für Pädiatrie Kendal Hirschi, Karotten wurden modifiziert, um mehr Kalzium zu enthalten – und diese Forschung kann möglicherweise verwendet werden, um Kalzium zu anderen Kulturen hinzuzufügen.Die aktuelle empfohlene durchschnittliche Kalziumzufuhr in den USA für Erwachsene im Alter von 19 bis 50 Jahren beträgt etwa 1.000 Milligramm täglich, und Milch ist eine der reichsten Kalziumquellen. Unzureichendes Kalzium in der Nahrung ist jedoch ein globales Problem, insbesondere in Teilen der Welt, die keinen Zugang zu Milchprodukten haben oder in denen große Teile der Bevölkerung laktoseintolerant sind oder sich vegetarisch ernähren.

Ein globales Anliegen

Ernährungsempfehlungen auf der ganzen Welt betonen zunehmend den Wert einer angemessenen Aufnahme pflanzlicher Lebensmittel. Ein großes potenzielles Problem bei der Umstellung auf eine pflanzliche Ernährung besteht jedoch darin, dass dadurch der Verbrauch essentieller Nährstoffe wie Kalzium weiter reduziert werden könnte.

Eine unzureichende Kalziumzufuhr kann zu Osteoporose führen, einer der weltweit häufigsten Ernährungsstörungen. Es ist ein Zustand, der die Knochenmineraldichte verringert und im späteren Leben zu zerbrechlichen Knochen führt. Ärzte verschreiben normalerweise Kalziumpräparate und Bewegung, aber eine bessere Kalziumaufnahme und -absorption aus Lebensmitteln hätte auch einen signifikanten positiven globalen Einfluss auf diese Krankheit.

Dieses Tablett enthält Lebensmittel, die mit verschiedenen stabilen Kalziumisotopen gekennzeichnet sind. Menschliche Probanden wurden gebeten, Lebensmittel wie diese in einer Studie zu essen, in der der Kalziumgehalt in den modifizierten Karotten mit dem in Milch und Orangensaft verglichen wurde.
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Schlechte Ernährung und Bewegungsgewohnheiten verhindern, dass viele Menschen in den USA und anderswo eine optimale Knochengesundheit erreichen und aufrechterhalten. Um dem entgegenzuwirken, modifizierte Hirschi Karotten, indem er ihnen ein Gen aus der Modellpflanze Arabidopsis thaliana gab, das für einen Kalziumtransporter kodiert.

Steve Abrams, CNRC-Professor für Pädiatrie, war an den anschließenden Fütterungsstudien am Menschen beteiligt. CNRC-Pflanzenbiologen halfen dabei, andere Lebensmittel als Karotten so zu modifizieren, dass sie einen erhöhten Kalziumspiegel aufwiesen.Hirschi stellt fest, dass das CNRC, das vom Baylor College of Medicine in Zusammenarbeit mit dem Texas Children’s Hospital und dem Agricultural Research Service betrieben wird, ein einzigartiges Forschungsumfeld bietet. Dort ist es Wissenschaftlern möglich, gentechnisch veränderte Pflanzen zu erzeugen und dann sorgfältige Fütterungsstudien mit Mäusen und menschlichen Freiwilligen im selben Gebäude durchzuführen — eine einzigartige Operation, die für diese Art von Arbeit erforderlich ist.

Aber kann der Körper es benutzen?

Während Karotten bereits etwas Kalzium enthalten, ist es sehr minimal. Das bedeutet, dass niemand jemals genug regelmäßige Karotten essen könnte, um den empfohlenen Kalziumspiegel zu erreichen.Ziel der Forschung war es, Karotten dazu zu bringen, erhöhte Spiegel des Gens sCAX1 zu exprimieren, das den Transport von Kalzium durch pflanzliche Zellmembranen ermöglicht. Das ultimative Ziel ist es, nicht nur Karotten, sondern auch anderes Gemüse und Obst zu besseren Kalziumquellen zu machen. Darüber hinaus hilft das Wissen aus dieser Proof-of-Principle-Forschung Wissenschaftlern, molekulare Faktoren zu verstehen, die die Bioverfügbarkeit von Pflanzennährstoffen beeinflussen.Um die Bioverfügbarkeit des Kalziums in den modifizierten Karotten zu bestimmen, aßen 30 Freiwillige — 15 Frauen und 15 Männer verschiedener ethnischer Herkunft und in ihren frühen bis späten 20ern — einzelne Mahlzeiten, die entweder normale oder modifizierte Karotten enthielten. Beide Arten von Karotten wurden mit einem stabilen Isotop von Kalzium markiert. Studien mit stabilen Isotopen sind äußerst sicher, und dies ermöglichte es den Forschern, die Kalziumabsorption schnell zu messen.

Nach 1 Tag wurden Urinproben zur Messung der Calciumausscheidung entnommen. Nach 2 Wochen kehrten die Freiwilligen zurück, um eine weitere Karottenmahlzeit zu sich zu nehmen und von normal zu modifiziert oder umgekehrt zu wechseln, damit Vergleiche gezogen werden konnten. Die Forscher fanden heraus, dass die Kalziumaufnahme von Freiwilligen, die die modifizierten Karotten konsumierten, um 41 Prozent zunahm, verglichen mit denen, die normale Karotten aßen. Obwohl der Prozentsatz des absorbierten Kalziums in der modifizierten Karotte etwas niedriger war, war die Gesamtmenge, die insgesamt absorbiert wurde, signifikant größer.

„Wir suchen immer nach Möglichkeiten, den Nährstoffgehalt in Lebensmitteln zu erhöhen“, sagt Hirschi, der seit 7 Jahren an dieser Art von Forschung arbeitet. „Dies ist das erste Mal, dass ein genetisch verbessertes Lebensmittel in klinischen Fütterungsversuchen am Menschen auf eine erhöhte Ernährung getestet wurde, und die Ergebnisse waren positiv: Wir stellten fest, dass wir tatsächlich eine gesündere Karotte hergestellt hatten. Natürlich ist dies ein Prototyp dessen, was wir in Zukunft entwickeln wollen, aber die frühen Arbeiten sind ermutigend.“

What More Calcium Can Do

Diese Ergebnisse, die im Januar 2008 in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurden, zeigen, dass es möglich ist, die Menge an bioverfügbarem Kalzium in einem Grundnahrungsmittel — wie Karotten – zu verbessern. Bei der Anwendung auf eine Vielzahl von Obst und Gemüse könnte eine Strategie zur Erhöhung des Kalziumgehalts der Lebensmittel, die Kinder gerne essen, zu einem höheren Kalziumverbrauch allein aus pflanzlichen Lebensmitteln führen.Zusätzlich zu den ernährungsphysiologischen Vorteilen könnte die Modifizierung von Pflanzengenen zur Erhöhung des Kalziumspiegels auch die Pflanzenproduktivität verbessern und die Haltbarkeit von Produkten verlängern. Das liegt daran, dass Kalzium seit langem zur Bekämpfung vieler Probleme nach der Ernte eingesetzt wird. Zum Beispiel werden Äpfel in eine Calciumlösung getaucht, um ihre Festigkeit während des Transports zu erhalten und ihre Haltbarkeit danach zu verlängern.— Von Alfredo Flores, Informationspersonal des landwirtschaftlichen Forschungsdienstes.

Diese Forschung ist Teil von Human Nutrition, einem nationalen ARS-Programm (# 107), das im World Wide Web unter www.nps.ars.usda.gov.Kendal Hirschi ist mit dem USDA-ARS Children’s Nutrition Research Center, 1100 Bates Ave., Houston, TX 77030; Telefon (713) 798-7011, Fax (713) 798-7171.

„Boosting Calcium in Carrots-and Other Veggies“ wurde in der November/Dezember 2008 Ausgabe des Agricultural Research Magazine veröffentlicht.