Präzisionsfermentation: Die Zukunft unseres Lebensmittelsystems?

Agrarlebensmittel - Nach Ansicht vieler kann die Präzisionsfermentation das Nahrungsmittelsystem, wie wir es kennen, verändern und Emissionen, Land- und Süßwasserverbrauch reduzieren. Aber was ist es?

Der Klimawandel beeinträchtigt die Stabilität unseres Ernährungssystems. Gleichzeitig wächst die Weltbevölkerung weiter, während die ärmsten Gebiete der Welt keinen Zugang zu ausreichend Nahrungsmitteln haben. Präzisionsfermentation könnte helfen, diese Probleme zu lösen, da sie die Lebensmittelstabilität gewährleisten kann, ohne dass Tausende Hektar Land verbraucht werden müssen. Aber lassen Sie uns zunächst einen Schritt zurücktreten und erklären, was Präzision und Fermentation bedeuten.

Präzision kommt aus der Präzisionsbiologie. Diese Disziplin verbindet Informationstechnologien – wie KI und maschinelles Lernen – mit Biotechnologien – Gentechnik und Stoffwechseltechnik, um nur einige zu nennen. Die Zusammenführung dieser beiden Zweige ermöglicht die Entwicklung von Molekülen und Nanopartikeln für die Arzneimittelabgabe.

Wie Sie vielleicht wissen, steckt die Gärung hinter den Nahrungsmitteln, die die Menschheit seit Jahrtausenden isst, wie zum Beispiel Brot, Wein und Käse. Bei der herkömmlichen Fermentation spalten Bakterien Zucker – etwa Hefe oder Ethanol – auf, um Energie zu erzeugen. Indem wir uns diesen Prozess zunutze machen, können wir Pizza, Joghurt und Champagner genießen. Die Fermentation ist auch für die Produktion von Vitaminen, Lösungsmitteln und Medikamenten verantwortlich.

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Die Präzisionsfermentation (PF) bringt die konventionelle Fermentation um viele Schritte weiter und kombiniert sie mit den neuesten Technologien der Präzisionsbiologie. Wissenschaftler können Mikroben so programmieren, dass sie die gewünschten Moleküle produzieren. Mithilfe der Präzisionsbiologie können sie die genetischen Informationen hinter pflanzlichen und tierischen Proteinen ermitteln. Sobald sie diese Daten erhalten, können sie genetische Sequenzen kopieren und in Mikroben einfügen – oder von Grund auf neue erstellen.

Mikroorganismen werden zu richtigen Fabriken, die spezifische Inputs aufnehmen und die gewünschten Produkte produzieren. Einfach ausgedrückt können tierische und pflanzliche Proteine ​​repliziert werden, ohne dass Vieh gehalten oder Tausende Hektar Land bepflanzt werden müssen.

Präzisionsfermentation ist eine Biotechnologie, die gewöhnliche Mikroben wie Hefe so umgestaltet, dass sie ein Protein oder eine Substanz produzieren, die mit jenen identisch ist, die im Allgemeinen in Lebensmitteln wie Eiern, Milchprodukten oder Süßungsmitteln vorkommen, wenn sie fermentiert werden.

Durch Präzisionsfermentation können Proteine ​​erzeugt werden, die genetisch mit denen in der Natur identisch sind. Zu den weiteren behaupteten Vorteilen der Präzisionsfermentation gehören die folgenden: Sie ist schneller und einfacher zu skalieren, da das Wachstum von Nutztieren Wochen und Monate dauert – während fermentierte Zellen Stunden benötigen; es kann in jedem Teil der Welt unter Nutzung lokaler Biomassequellen umgesetzt werden; es gibt viel Raum für Optimierung; Es ist eine bekannte Methode zur Herstellung von Lebensmitteln.

Milcheiweiß, tierische Fette, Kollagen, Honig und Eiweiß.

Bei der traditionellen mikrobiellen Fermentation werden intakte lebende Mikroorganismen zur Verarbeitung von Lebensmitteln verwendet. Die Präzisionsfermentation erfolgt mithilfe von Ad-hoc-Mikroben, die ein bestimmtes Endprodukt erzeugen.

Aufgrund seiner hohen Kosten blieb PF auf die Pharmaindustrie beschränkt, die es zur Herstellung von menschlichem Kollagen verwendete. Dies wird hauptsächlich in Produkten zur Hautverjüngung verwendet. Da die Kosten für die Zutaten sinken, wird PF bald zur Nachbildung von Casein – dem Hauptprotein der Milch – verwendet.

Das Unternehmen Every aus Kalifornien kombiniert traditionelle Fermentation mit genetischer Kodierung, um Eiproteine ​​herzustellen. Sie drucken die DNA-Sequenz von Proteinen in 3D aus und geben sie an eine Hefe weiter, die beim Verzehr von Zucker beginnt, das kodierte Protein abzugeben.

Auch das deutsche Startup Formo nutzt Mikroorganismen, um kuhfreien Käse herzustellen. Beginnend mit dem Kopieren des Proteincodes tierischer Zellen und dem Einfügen in Mikroben – der Neuverdrahtung ihrer DNA. Anschließend laden sie die Mikroben in Gärtanks und fügen pflanzliche Fette hinzu, um eine milchige Brühe zu erzeugen, die Grundlage für die Herstellung ihres Käses. Sie gehen davon aus, ihren Käse bis 2023 auf den Markt zu bringen.

PF reduziert den Wasser- und Treibhausgasausstoß bei der Lebensmittelproduktion – die Herstellung eines Kilogramms Käse emittiert 23,88 kg CO₂-Äquivalent und benötigt 5.605 Liter Süßwasser. Darüber hinaus werden die Produktionszeiten verkürzt. Während es Monate dauert, Gemüse zu ernten, und Jahre, um Fleisch zu gewinnen, beschleunigt die Fermentation die Prozesse erheblich. Da Wissenschaftler die volle Kontrolle über die Lebensmittelherstellung haben, würde eine präzise Fermentation qualitativ hochwertigere Produkte ermöglichen.

Die Hauptbedenken im Zusammenhang mit der Präzisionsfermentation sind regulatorischer und sicherheitstechnischer Natur. In der Pharmaindustrie müssen sorgfältige Tests bestanden werden, bevor ein Produkt auf den Markt kommt, während dies in der Lebensmittelindustrie nicht der Fall ist. Am wichtigsten sind gesellschaftliche und ethische Überlegungen hinsichtlich der Verwendung gentechnisch veränderter Organismen für die Lebensmittelproduktion.

Insgesamt muss noch mehr Transparenz darüber geschaffen werden, wie diese Techniken durchgeführt werden, welche Inputs und Outputs erzeugt werden und welche Auswirkungen sie auf die Verbraucherpreise haben.

Laut der Denkfabrik RethinkX werden die Kosten für Präzisionsfermentation in den 2020er Jahren weiter sinken, da die benötigten Zutaten weniger kosten werden. Das Forschungsinstitut geht davon aus, dass „durch PF hergestellte Proteine ​​bis 2025 kostenmäßig mit vergleichbaren Proteinen konkurrenzfähig sein werden.“ Darüber hinaus prognostizieren sie bis 2030 einen Rückgang der Nachfrage nach Kuhprodukten um 70 Prozent. Research and Markets prognostiziert, dass der Markt für Präzisionsfermentation bis 2030 einen Wert von 36,3 Milliarden US-Dollar erreichen wird – von 1,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022.