Mit neuen Zellen der Tufts University könnten die Produktionskosten für kultiviertes Fleisch deutlich sinken
Rindermuskelzellen wurden dazu gebracht, ihre eigenen Wachstumssignale zu produzieren, wodurch die kostspieligen Inhaltsstoffe aus dem Produktionsprozess entfernt wurden
Die zelluläre Landwirtschaft - die Produktion von Fleisch aus Zellen, die in Bioreaktoren gezüchtet und nicht von Nutztieren geerntet werden - macht technologische Sprünge, die sie für die Lebensmittelindustrie zu einer realisierbaren Option machen. Ein solcher Sprung wurde jetzt am Tufts University Center for Cellular Agriculture (TUCCA) unter der Leitung von David Kaplan, Stern Family Professor of Engineering, vollzogen, wo Forscher Muskelzellen von Rindern (Rindfleisch) entwickelt haben, die ihre eigenen Wachstumsfaktoren produzieren, ein Schritt, der die Produktionskosten erheblich senken kann.
Rindermuskelzellen, die für die Fleischproduktion gezüchtet werden, stellen ihre eigenen Wachstumsfaktoren her, wodurch ein teurer Bestandteil der flüssigen Wachstumsmedien entfällt
Alonso Nichols, Tufts University
Wachstumsfaktoren, ob sie nun in Laborexperimenten oder für kultiviertes Fleisch verwendet werden, binden an Rezeptoren auf der Zelloberfläche und geben den Zellen das Signal, zu wachsen und sich in reife Zellen verschiedener Typen zu differenzieren. In dieser Studie, die in der Zeitschrift Cell Reports Sustainability veröffentlicht wurde, haben die Forscher Stammzellen so verändert, dass sie ihren eigenen Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF) produzieren, der das Wachstum von Skelettmuskelzellen auslöst - die Art, die man in einem Steak oder Hamburger findet.
"FGF ist nicht gerade ein Nährstoff", sagt Andrew Stout, damals leitender Forscher des Projekts und heute wissenschaftlicher Leiter des Tufts Cellular Agriculture Commercialization Lab. "Es ist eher eine Anweisung an die Zellen, sich auf eine bestimmte Weise zu verhalten. Wir haben Rindermuskelstammzellen dazu gebracht, diese Wachstumsfaktoren zu produzieren und die Signalwege selbst zu aktivieren."
Bislang mussten die Wachstumsfaktoren der umgebenden Flüssigkeit, dem Medium, zugesetzt werden. Die aus rekombinantem Protein hergestellten und von industriellen Anbietern verkauften Wachstumsfaktoren machen einen Großteil der Produktionskosten für gezüchtetes Fleisch aus (bis zu 90 % oder mehr). Da die Wachstumsfaktoren in den Zellkulturmedien nicht lange haltbar sind, müssen sie auch alle paar Tage nachgefüllt werden. Dies schränkt die Möglichkeit ein, dem Verbraucher ein erschwingliches Produkt anzubieten. Die Entfernung dieses Bestandteils aus den Wachstumsmedien führt zu einer enormen Kosteneinsparung.
Stout leitet mehrere Forschungsprojekte im Tufts University Cellular Agriculture Commercialization Lab, einem Technologie-Inkubator, der Innovationen an der Universität aufgreift und sie so weit entwickelt, dass sie in industriellem Maßstab in einem kommerziellen Umfeld eingesetzt werden können.
"Wir haben zwar die Kosten für die Medien erheblich gesenkt, aber es besteht noch Optimierungsbedarf, um sie industrietauglich zu machen", so Stout. "Wir haben ein langsameres Wachstum mit den gentechnisch veränderten Zellen festgestellt, aber ich denke, dass wir das überwinden können". Zu den möglichen Strategien gehören die Veränderung der Menge und des Zeitpunkts der Expression von FGF in der Zelle oder die Veränderung anderer Zellwachstumswege. "Bei dieser Strategie fügen wir der Zelle keine fremden Gene hinzu, sondern bearbeiten und exprimieren nur Gene, die bereits vorhanden sind, um zu sehen, ob sie das Wachstum der Muskelzellen für die Fleischproduktion verbessern können. Dieser Ansatz könnte auch zu einer einfacheren behördlichen Zulassung des endgültigen Lebensmittelprodukts führen, da die Vorschriften für das Hinzufügen fremder Gene strenger sind als für die Bearbeitung einheimischer Gene.
Wird diese Strategie auch bei anderen Fleischsorten wie Huhn, Schwein oder Fisch funktionieren? Stout glaubt ja. "Alle Muskelzellen und viele andere Zelltypen sind typischerweise auf FGF angewiesen, um zu wachsen", sagt Stout. Er kann sich vorstellen, dass der Ansatz auch auf andere Fleischsorten angewandt werden kann, auch wenn es bei den verschiedenen Tierarten Unterschiede bei den am besten zu exprimierenden Wachstumsfaktoren geben kann.
"Am TUCCA und andernorts wird weiter an der Verbesserung der Technologie für kultiviertes Fleisch gearbeitet", so Kaplan, "dazu gehört auch die Erforschung von Möglichkeiten zur Senkung der Kosten für Nährstoffe in den Wachstumsmedien und die Verbesserung der Textur, des Geschmacks und des Nährstoffgehalts des Fleischs. Die Produkte sind bereits für den Verzehr in den USA und weltweit zugelassen, auch wenn die Kosten und die Verfügbarkeit noch begrenzt sind. Ich denke, dass Fortschritte wie diese uns dem Ziel, in den nächsten Jahren erschwingliches Zuchtfleisch in unseren Supermärkten zu finden, sehr viel näher bringen werden."
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