Künstliches Beef Jerky, trauen Sie sich, es zu probieren?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Denovo Team

Hersteller: China Science Expo

Da der weltweite Rindfleischkonsum weiter steigt, ist die Frage, wie der Fleischbedarf der Menschen gedeckt werden kann, zu einer wichtigen Frage geworden.

Hinter dieser Frage verbirgt sich ein neues Forschungsgebiet, das sich „zelluläre Landwirtschaft“ nennt. Dank dieser Technologie brauchen wir in Zukunft möglicherweise keine echten Bauernhöfe mehr, um Rinder zu züchten, und können köstliches Beef Jerky probieren – das klingt zwar wie die Handlung eines Science-Fiction-Films, aber tatsächlich wird die zelluläre Landwirtschaft allmählich Realität.

Rindfleisch

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Was ist zelluläre Landwirtschaft?

Zelluläre Landwirtschaft ist ein revolutionärer Ansatz zur Herstellung von Lebensmitteln mithilfe der direkten Zellkulturtechnologie. Durch das Züchten und Vermehren tierischer Zellen im Labor können wir Nahrungsmittel produzieren, die herkömmlichem Fleisch ähneln, ohne dass dafür Landwirtschafts- und Schlachtprozesse erforderlich sind.

Durch die Technologie der zellulären Landwirtschaft ist es nicht mehr notwendig, ein ganzes Tier aufzuziehen. Es reicht aus, den Teil anzubauen, den wir essen. Wenn wir beispielsweise nur Steak essen möchten, müssen wir uns nicht die Mühe machen, Knochen, Hörner, Hufe und andere Gewebe oder Organe zu züchten.

Schematische Darstellung des Prozesses der zellulären Landwirtschaft, bei der es sich nicht um Tierhaltung, sondern um einen industrialisierten Zellkulturprozess handelt

(Bildquelle: Referenz [3])

Wie läuft die Kultivierung von Rinderzellen ab?

Wenn Sie künstliches Beef Jerky essen möchten, müssen Sie mit Rindermuskelstammzellen beginnen. Der gesamte Prozess der Kultivierung von Rinderstammzellen ist komplex, präzise und energieintensiv.

Zunächst werden aus Kuhgewebe gewonnene Muskelzellen im Labor gezüchtet. In einem kleinen Kolben werden diese Zellen in einer speziellen Nährlösung kultiviert, die die für das Zellwachstum notwendigen Wachstumsfaktoren, Hormone, rekombinanten Proteine ​​und andere Substanzen enthält, die das Zellwachstum regulieren. Mit der Zeit beginnen sich die anfänglichen Keimzellen zu vermehren und bilden nach und nach einen größeren Bioreaktor. Dieser Prozess erfordert die Einhaltung eines bestimmten Verhältnisses von Zellen und Nährlösung, um den Wachstumsbedarf der Zellen zu decken.

Petrischalen und Nährlösung für die Zellkultur

(Bildquelle: Wikipedia)

Allerdings stehen die Wissenschaftler noch immer vor einer Herausforderung: Rindermuskelstammzellen, die aus lebenden Tieren gewonnen werden, können sich während des Kulturprozesses normalerweise nur etwa 50 Mal teilen, danach altern sie und sind nicht mehr überlebensfähig.

Dieser Schwellenwert von 50 Verdoppelungen wird als Hayflick-Grenze bezeichnet. Die Hayflick-Grenze bezieht sich auf die begrenzte Anzahl von Teilungen, die die meisten somatischen Zellen von Säugetieren durchlaufen können. Das Konzept wurde in den 1960er Jahren von Leonard Hayflick vorgeschlagen. Die Grenze der Zellteilung liegt darin, dass sich die Telomere, eine spezielle Struktur an den Enden der Chromosomen, bei jeder Zellteilung verkürzen. Bei jeder Zellteilung verkürzen sich die Telomere auf eine bestimmte Länge. Wenn sich die Telomere bis zu einem bestimmten Grad verkürzen, kann sich die Zelle nicht mehr weiter teilen und gerät in einen Zustand der Stagnation oder Apoptose (Zelltod).

Während der Zellteilung verkürzen sich die Telomere (rote Teile) an den Enden der Chromosomen weiter, was schließlich dazu führt, dass sich die Zelle nicht mehr weiter teilen kann.

(Bildquelle: Wikipedia)

Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher am Center for Cellular Agriculture der Tufts University immortalisierte Rindermuskelstammzellen (iBSCs) entwickelt, die schnell wachsen und sich hunderte Male, möglicherweise sogar unbegrenzt, teilen können.

Werden diese immortalisierten Rindermuskelstammzellen zu Krebszellen?

In einer in ACS Synthetic Biology veröffentlichten Studie haben Forscher der Tufts University Rinderstammzellen so manipuliert, dass sie ihre Telomere kontinuierlich erneuern, wodurch die Chromosomen effektiv „jung“ bleiben und auf eine neue Runde der Replikation und Zellteilung vorbereitet werden. Diese Zellen erreichten mehr als 120 Teilungen.

Screenshot des Artikels in ACS Synthetic Biology

(Bildquelle: Autor)

Die Forscher weisen darauf hin, dass bei der Entwicklung unsterblicher Zellen die Sorge besteht, dass diese sich zu Krebszellen entwickeln könnten. Dies liegt daran, dass Krebszellen Zellen sind, die sich abnormal vermehren und teilen und dabei den Regulierungsmechanismus der Hayflick-Grenze der normalen Zellen umgehen.

Ihren Untersuchungen zufolge wiesen diese immortalisierten Rindermuskelstammzellen jedoch keine krebserregenden Eigenschaften auf. Die Forscher injizierten die Zellen in Mäuse und stellten fest, dass sie weder Tumore bilden noch sich in den Mäusen ausbreiten konnten (Eigenschaften, die Krebszellen normalerweise haben). Darüber hinaus beobachteten sie diese Zellen über einen langen Zeitraum in einer Laborumgebung und stellten keine Deformationen oder abnormalen Wachstumseigenschaften dieser Zellen fest.

Wie wird sich die Fleischproduktion in Zukunft verändern?

Mit der Weiterentwicklung der Technologie und der zunehmenden Verbreitung der zellulären Landwirtschaft können wir voraussehen, dass die Methoden der Fleischproduktion in Zukunft noch vielfältiger werden.

Einer der Vorteile der zellulären Landwirtschaftstechnologie besteht darin, dass sie die Effizienz der Fleischproduktion erheblich verbessern kann. Einem Bericht von Open Philanthropy zufolge könnte beispielsweise eine ausgereifte, hochskalierte Industrie für kultiviertes Fleisch letztendlich 1 Kalorie essbares Protein unter Verwendung von 3 bis 4 Kalorien Energie produzieren. Bei Nutztieren beträgt das Verhältnis 1 Kalorie essbares Protein pro 10 Kalorien bei Hühnerfleisch und 25 Kalorien bei Rindfleisch.

Natürlich sind den Verbrauchern zwei andere Punkte möglicherweise wichtiger: Preis und Geschmack. Obwohl Kunstfleisch derzeit teuer ist und deutlich anders schmeckt als echtes Fleisch, besteht in Zukunft möglicherweise noch Verbesserungsbedarf.

Was den Geschmack betrifft, haben wir bereits die ersten Anzeichen für künstliches Fleisch erlebt: Im Jahr 2019 gab das israelische Unternehmen Aleph Farms bekannt, dass es mithilfe der Zellkulturtechnologie erfolgreich ein Steak mit hervorragender Farbe, Aroma und Geschmack hergestellt habe. Dieses Produkt wurde in einer echten Restaurantumgebung getestet und erhielt positives Feedback von den Verbrauchern.

Obwohl die zelluläre Landwirtschaft mit vielen Herausforderungen konfrontiert ist, verfügt sie insgesamt über ein gewisses Potenzial und könnte sich in Zukunft zu einer der wichtigsten Methoden der Nahrungsmittelproduktion entwickeln.

Quellen:

【1】Stout, Andrew J., et al. „Immortalisierte bovine Satellitenzellen für Anwendungen in kultiviertem Fleisch.“ ACS Synthetische Biologie (2022).

【2】Hayflick, Leonard. „Die begrenzte In-vitro-Lebensdauer menschlicher diploider Zellstämme.“ Experimentelle Zellforschung 37.3 (1965): 614-636.

【3】Reiss J, Robertson S, Suzuki M. Zellquellen für kultiviertes Fleisch: Anwendungen und Überlegungen im gesamten Produktionsablauf[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(14): 7513.