Geneditierte Insekten: Klein, aber oho

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Earth's Gravity (Popular Science Creator)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Insekten werden schon seit langem in der kommerziellen Tiernahrung für Geflügel, Fische, Schweine, Rinder und in der Tiernahrung verwendet, sie sind jedoch nach wie vor eine Nischenindustrie. Allerdings entwickelt sich die Insektenzucht zunehmend zu einem neuen Markt mit Entwicklungspotenzial, da sie eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von Lebensmittelabfällen, der Bereitstellung von hochwertigem Tierfutter sowie von Öl und Düngemitteln spielt und weil die Züchter mit der Entwicklung neuer biotechnologischer Werkzeuge ihre Insektenproduktion schrittweise steigern.

Insektenarten

(Bildquelle: Wikipedia)

In den letzten Jahren haben Unternehmen, die Larven der Schwarzen Soldatenfliege (Hermetia illucens) und des Gelben Mehlwurms (Tenebrio molitor) produzieren, bedeutende Fortschritte gemacht und damit den Weg für Insektenprodukte auf den europäischen und asiatischen Markt geebnet.

Insektenfabriken werden immer mehr, und einige Unternehmen nutzen die Genomeditierung, um die Proteinqualität zu verbessern und den Schlüpf- und Wachstumsprozess der Insekten zu beschleunigen. Wenn sich dieser Trend fortsetzt, wird der Gesamtmarkt für Insektenproteine ​​bis 2027 voraussichtlich 1,14 Milliarden US-Dollar erreichen.

Schwarze Soldatenfliege

(Bildquelle: Wikipedia)

Ein Unternehmen für Insektenfutter im Ausland wurde von drei Doktoranden gegründet, die eine Technologie entwickelt haben, die neugeborene Larven durch Umweltbedingungen in einen Zustand des Schwebelebens versetzt, um die Haltbarkeit der Larven während des Transports zu verlängern. Genau wie der Winterschlaf handelt es sich hierbei um ein reversibles Stadium der „Larvenruhe“.

Das Unternehmen nutzt außerdem die Gen-Editierungstechnologie CRISPR-Cas9, um den Nährstoffgehalt eines Stammes von Larven der Schwarzen Soldatenfliege zu verbessern. Das Unternehmen hat erfolgreich etwa 150 Gene eingesetzt, die den Stoffwechsel steuern, um größere Larven, ein längeres Larvenstadium und eine höhere Stressresistenz zu erzeugen.

Larven der Schwarzen Soldatenfliege

(Bildquelle: Wikipedia)

Eines der von ihnen bearbeiteten Gene ist ein wichtiger Regulator, der die Häutung von der Larve zur Puppe steuert. Nach der Veränderung waren die entstehenden Larven 50 Prozent größer als die nicht bearbeiteten. Sie manipulierten außerdem ein weiteres Gen, um den Chitingehalt des Exoskeletts der Insekten zu verringern und es dadurch weicher zu machen – wodurch die Insekten sich besser als Futtermittel für die Aquakultur eigneten.

Ein anderes Unternehmen verändert Schwarze Soldatenfliegen genetisch, damit sie als Biokraftstoff verwendet werden können. Dies liegt daran, dass seine Larven reich an Lipiden sind und als nachhaltige Alternative zu Pflanzenöl verwendet werden können.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Zucht der Schwarzen Soldatenfliege eine Kreislaufwirtschaft darstellt, da sie auf verschiedenen Substraten wie Lebensmittelabfällen und Fäkalien gezüchtet werden kann. Allerdings werden Schwarze Soldatenfliegen bislang nicht kommerziell als Nahrungsmittel verwendet, da der Markt eher auf die Futtermittelproduktion ausgerichtet ist.

Allerdings ist die Identifizierung von Schwarzen Soldatenfliegen mit der gewünschten Mutation zeitaufwändig und kann zu einem Engpass werden. Deshalb hat das Unternehmen eine Technologie entwickelt, mit der DNA von Hunderten von Individuen pro Tag extrahiert und untersucht werden kann. Das Unternehmen plant außerdem, phänotypische Marker wie die Augenfarbe hinzuzufügen, um das Screening weiter zu beschleunigen, sowie Gen-Knockdown-Technologien wie RNA-Interferenz (RNAi), um die Charakterisierung der Schwarzen Soldatenfliege zu erweitern.

Ein in Großbritannien ansässiges Unternehmen für Insektengenetik konzentriert sich unterdessen stärker auf die Auswahl von Sorten mit den besten Zuchteigenschaften.

Die Wissenschaftler sammelten zunächst physikalische und Umweltparameter von Insektenpopulationen und wählten Insekten mit Eigenschaften aus, die zu einer schnelleren Entwicklung und einer höheren Eiablage führten. Mit diesem Ansatz konnten sie günstige genetische Merkmale von möglichen Umweltvariablen trennen, denn manchmal scheinen Insekten vorteilhafter zu sein, weil sie mehr Nahrung haben oder bei höheren Temperaturen gehalten werden, und nicht, weil sie selbst einen genetischen Vorteil haben.

Neben der Schwarzen Soldatenfliege rücken auch die Larven eines anderen Käfers, der gemeinhin als Mehlwurm bekannt ist, zunehmend in den Fokus der wissenschaftlichen Forschung.

Mehlwürmer (Larven von Tenebrio molitor) werden häufig in der Aquakultur und als Tierfutter verwendet. Doch Mehlwürmer liefern nicht nur hochwertige Nahrung für Tiere als Tierfutter und Pflanzendünger, sondern sind auch hervorragend in der Verdauung, einschließlich des biologischen Abbaus von Plastikmüll. Sie sind der einzige bekannte Organismus, der Polystyrol in seinem Darm abbauen kann.

Mehlwürmer sind Larven von Käfern der Gattung Mehlwurm

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Durch genomische Werkzeuge kann das Potenzial von Mehlwürmern auf die effizienteste und skalierbarste Weise ausgeschöpft werden. Durch selektive Züchtung zielen Wissenschaftler auf Schlüsselmerkmale wie Körpergewicht und Entwicklungszeit ab, verfolgen deren Erblichkeit und überwachen die genomische Vielfalt des Zuchtpools.

Darüber hinaus entwickeln Wissenschaftler ein konzeptionelles CRISPR-Toolkit zur Herstellung maßgeschneiderter Proteine ​​in Insekten.

Aufgrund ihres hohen Proteingehalts wurden Mehlwürmer in den USA einigen Luxus-Hundefuttermarken zugesetzt.

Mehlwürmer sind ein häufiges Tierfutter

(Bildquelle: Wikipedia)

Aufgrund des enormen Potenzials von Mehlwürmern in der Lebensmittelindustrie hat ein aufstrebendes Unternehmen eine neue vertikale Insektenfarm eingerichtet, die jedes Jahr mehrere Tonnen Mehlwurmprodukte produzieren kann. Das Unternehmen brachte 2023 außerdem den weltweit ersten hochdichten Genchip für die Insektenzucht auf den Markt.

Der sogenannte High-Density-Genchip ist eine Microarray-Technologie zur Analyse und Erkennung genomischer Informationen. Es handelt sich um eine kleine, dünne, feste Oberfläche, die Tausende oder mehr DNA-Sonden oder Nukleinsäurefragmente enthält, von denen jedes ein bestimmtes Gen oder eine bestimmte Genomregion darstellt. Diese Sonden können zum Erkennen von Genexpressionsniveaus, Genvarianten, Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) und anderen genbezogenen Informationen in Proben verwendet werden.

Dieser Genchip zur Insektenzucht enthält 679.205 Einzelnukleotid-Polymorphismen und deckt damit mehr als 99 % der codierenden Region des Mehlwurms ab. Es kann Wissenschaftlern dabei helfen, Gene zu identifizieren, die mit interessanten Merkmalen wie Wachstumsleistung, Fortpflanzung oder Krankheitsresistenz in Zusammenhang stehen . Das Unternehmen plant, die Produktion des neuen Chips auszuweiten, um anderen Insektenzuchtbetrieben zu helfen.

Insgesamt entwickelt sich die Insektenzucht dank der Bemühungen dieser Unternehmen und der Werkzeuge zur Genomeditierung in der globalen Nahrungsmittelwirtschaft allmählich zu einer wichtigen alternativen Quelle tierischer Proteine.