Fleisch aus dem Labor

4. Juni 2018

Achtung!

Zum Thema In-vitro-Fleisch gibt es drei neue, tiefergehende Artikel:

Es ist noch gar nicht auf dem Markt, aber es hat bereits eine Vielzahl von Namen: In-vitro -Fleisch, Laborfleisch, kultiviertes Fleisch, Kunstfleisch, Kulturfleisch (cultured meat) oder die englischen Bezeichnungen safe meat, clean meat, victimless meat [2]. Gemeint ist Fleisch, das im Labor erzeugt wurde, basierend auf einer zuvor in Zellkultur herangezüchteten Tierzelle. Kaum zu glauben, dass seit Winston Churchill 1931 seine Vision über die Zukunft der Fleischproduktion äußerte, 82 Jahre vergangen sind, ehe 2013 der erste In-vitro -Burger zubereitet und gegessen wurde. Der im Labor erzeugte Burger wurde von einem Team um den Wissenschaftler Dr. Mark Post in den Niederlanden hergestellt, die Produktionskosten beliefen sich auf 250.000 € [3, 4].

Wie wird In-vitro -Fleisch hergestellt?

Die Herstellung von In-vitro -Fleisch beginnt mit einer einzigen oder mehreren Tierzellen. Die Zellen können dem lebenden Tier durch eine Biopsie (Gewebeentnahme) entnommen werden und werden anschließend in einer Nährlösung (diese enthält vor allem Zucker, Aminosäuren, Proteine und Fette) vermehrt [2]. Das Züchten der Zellen unterscheidet sich nicht von Zell- und Gewebekulturen, wie sie in der medizinischen Forschung beispielsweise für Hauttransplantationen angewendet werden [2]. Wichtig ist hierbei neben sterilen Bedingungen, um Kontaminationen mit Pilzen und Bakterien zu vermeiden, eine konstante Temperatur, die der Körpertemperatur des jeweiligen Tieres entspricht, sowie eine gleichbleibende Sauerstoffkonzentration. Das heißt, die Zellen werden in Bioreaktoren gezüchtet [2, 5].

Bei den entnommenen Zellen kann es sich um embryonale Stammzellen oder Muskelstammzellen handeln, die sich anschließend im Labor in Muskelzellen entwickeln. Die Muskelzellen wachsen dann in einer einzelnen dünnen Schicht, die lediglich 0,5 mm dick ist, zu Muskelfasern heran. Viele dieser Zellschichten werden zu Zellverbänden zusammengepresst und verarbeitete Fleischprodukte wie Frikadellen, Würste oder Nuggets können auf diese Weise hergestellt werden [2]. Um dreidimensionale Fleischstrukturen mit richtiger Konsistenz wie z. B. ein Steak zu erschaffen, werden Gerüste aus Kollagen oder Vielfachzuckern benötigt, an denen die Zellen wachsen können [2, 6]. Die Gerüste sind zurzeit noch Bestandteil wissenschaftlicher Forschung, da sie einerseits essbar sein sollten, um später nicht aufwändig entfernt werden zu müssen, andererseits sollten sie am besten aus pflanzlichen Materialien sein oder chemisch hergestellt werden können, um den Kunden ein Produkt ohne Tierleid bieten zu können [7].

Welche Vorteile bietet Fleisch aus dem Labor?

Es ist kein Geheimnis, dass der Fleischkonsum weltweit verringert werden muss, um die Belastung für die Umwelt zu reduzieren. Die globale Fleischproduktion hat sich in den vergangenen 50 Jahren mehr als verdreifacht und wird bis 2050 vermutlich noch einmal um 85% zunehmen [8]. Das liegt vor allem an der wachsenden Fleischnachfrage in den Schwellenländern.

Der großflächige Anbau von Soja als Futtermittel in Südamerika verschuldet die Verluste von Wäldern und verringert die Bodenqualität [2]. Hinzu kommt die Umweltbelastung durch anfallende Gülle und der daraus resultierenden Grundwasserbelastung und Überdüngung der Meere [7]. Durch die Massentierhaltung werden erhebliche Mengen an Ammoniak und Methan freigesetzt, wovon vor allem letzteres ein sehr wirksames Treibhausgas ist [7]. Die Massentierhaltung und die dafür notwendigen globalen Viehtransporte, wie auch Transporte von Tierprodukten, sind für die Ausbreitung von Krankheiten und Seuchen verantwortlich [9]. Zu guter Letzt bestehen starke ethische Bedenken zum Tierschutz in der industriellen Fleischproduktion sowie der Behandlung von Nutztieren als Industrieprodukte [2].

Genau hier setzt In-vitro -Fleisch an. Die Herstellung von Fleisch im Labor kommt (bis auf das verwendete FCS, siehe unten) ohne Massentierhaltung aus und vermeidet die Tierschlachtung. Das Züchten der Zellen in Bioreaktoren mit bekannter Nährlösung erleichtert die Überwachung und Vermeidung von Krankheitserregern und Giftstoffen [2]. Großer Vorteil von In-vitro-Fleisch ist die Nutzbarkeit des Fleisches als Nahrung zu 100%, ohne dass Fleischabfälle anfallen, wie es in der Schlachtung der Fall ist [10]. Der Verzehr von Tierfleisch bedeutet die Verlängerung der Nahrungskette von der Pflanze zum Menschen und führt zur Verschwendung von Nahrungsmitteln [7]. Für 150 Gramm essbares Rindfleisch müssen dem Rind 1 Kilogramm pflanzliches Futter zugeführt werden, das bedeutet einen Verlust an Nahrungsmitteln von 85% [11]. Hinzukommt, dass nur knapp die Hälfte eines zur Schlachtung vorgesehenen Tieres als Fleisch und Wurst bei den Konsumentinnen und Konsumenten ankommt [10]. Berechnungen zeigen, dass durch In-vitro -Fleisch im Vergleich zur Viehzucht große Mengen an Wasser und Boden und, speziell bei der Produktion von Rindfleisch, auch Kohlenstoffdioxid eingespart werden [2, 5, 6].

Ein weiterer Vorteil des In-vitro -Fleisches ist, dass nur sehr wenige Tiere gebraucht werden, um die Stammzellen zu entnehmen. Durch die geringere Anzahl benötigter Tiere ist die Entbehrlichkeit der industriellen Tierhaltung vorstellbar, wodurch sich bessere Haltungsbedingungen für weniger Tiere ergäben [6]. Forschern ist es nun sogar bereits gelungen Fleisch aus immortalisierten (immortal = unsterblich) Zellen zu gewinnen [12]. Normalerweise teilen sich tierische Zellen nur etwa 20- bis 50-mal, danach stellen sie die Zellteilung ein. Nur Stammzellen haben diese Limitierung nicht, andere Zelltypen können allerdings durch genetische Tricks in unsterbliche Zellen umgewandelt werden. Die Fleischgewinnung aus unsterblichen Zellen würde die ständige Neugewinnung von Zellen für die In-vitro-Fleischproduktion überflüssig machen und zusätzlich die Züchtung von Zellen massentauglich machen [12]. In diesem Zusammenhang ist die Wachstumsrate von In-vitro-Fleisch abhängig von der Zellteilung interessant. Die Produktion eines Burgers im Labor dauert ungefähr zehn Wochen. Die entnommene Muskelstammzelle benötigt etwa 30 Stunden für eine Zellteilung. Der von Mark Post vorgestellte Burger bestand aus einer Milliarde Zellen, was 33 Zellteilungen benötigt, also sieben Wochen dauert. Weitere drei Wochen dauert die Entwicklung der Muskelzellen in Muskelfasern. Die Zellteilung ist ein exponentieller Prozess. Das bedeutet, dass nach zehn Wochen und 30 Stunden (also einer weiteren Zellteilung) bereits zwei Burger vorliegen, nach zwölf Wochen wären es schon 100,000 Burger. Beschränkend sind hier lediglich die zur Verfügung stehenden Kapazitäten (Bioreaktoren, Nährlösung, usw.) um die Zellen zu züchten [11].

Was sind die Nachteile von In-vitro -Fleisch?

Neben den genannten Vorteilen sind mit In-vitro-Fleisch auch einige Nachteile verbunden. Obwohl für die Entnahme der Stammzellen keine Tiere getötet werden müssen, ist nicht klar, wie schmerzhaft die Biopsie für die Tiere ist und ob die Tiere dadurch dauerhaft gequält würden [6]. Hauptproblem insbesondere der Massenproduktion von In-vitro -Fleisch ist jedoch die Abhängigkeit von fetalem Kälberserum (FCS). FCS ist ein Hauptbestandteil der Nährlösung für gezüchtete Zellen und enthält viele Wachstumsfaktoren, auf die die Zellen in der Petrischale angewiesen sind. Das Problem hierbei ist die Gewinnung von FCS: nach der Schlachtung einer schwangeren Kuh wird der Fötus aus der Gebärmutter geschnitten und dem noch lebenden Kalb wird mit einer Nadel aus dem noch schlagenden Herz Blut abgesaugt, bis dieses blutleer ist. Pro Kalb wird in etwa ein halber Liter Blut gewonnen [13]. Pro Jahr werden ein bis zwei Millionen Tiere zur Gewinnung von FCS getötet [13]. Obwohl es für die medizinische Forschung und die Grundlagenforschung an Humanzellen bereits Alternativen gibt, werden diese kaum genutzt, da die Anpassungsphase der Zellen an das neue Nährmedium mit Wachstumseinbußen verbunden wäre, die für die Labore kurzzeitig Kosten verursachen könnten [14]. Allein für einen In-vitro -Burger werden 50 Liter FCS benötigt [15], das Serum kostet jedoch 500 Dollar pro Liter [16]. Um nicht nur kostengünstiger produzieren zu können, sondern auch das mit der Gewinnung von FCS verbundene Töten von Tieren zu umgehen, forschen die In-vitro -Fleisch Firmen an veganen Alternativen für FCS. Hierbei sollen Proteine und Hormone aus Pflanzen, Algen oder Pilzen die Zellen zum Wachsen bringen [15]. Hinderlich ist dabei, dass die Proteine oft in sehr geringen Mengen gebildet werden, sodass die Herstellung in großen Mengen und zu geringen Kosten nicht ohne Biotechnologie und Gentechnik auskommen wird [15]. So wäre zwar das Fleisch weiterhin frei von Gentechnik, die Nährlösung, in der es gewachsen ist, jedoch nicht. Ein bislang nicht vollends geklärter Faktor ist die Energiebilanz von In-vitro Fleisch, insbesondere wenn es um die Massenproduktion geht. Während absehbar ist, dass In-vitro -Fleisch im Vergleich zur Massentierhaltung weniger Wasser und Boden benötigt, ist nicht sicher wie hoch der Energiebedarf ist, da die Produktion bisher nur in kleinem Maßstab stattfindet [2]. Hierbei wird es vor allem auf die verwendeten Bioreaktoren ankommen. Der Energieaufwand für die Bestandteile der Nährlösung ist zurzeit noch nicht einschätzbar, da wie erwähnt insbesondere an einer Alternative zum FCS aktiv geforscht wird. Nicht zu vergessen sei hierbei auch, dass die verwendete Nährlösung anschließend als biologischer Sonderabfall zu behandeln ist und somit dampfsterilisiert (autoklaviert) werden muss, was noch zum Energiebedarf hinzukommt.

Welche Firmen produzieren Fleisch im Labor und welche Produkte sind geplant?

Firmen, die sich auf In-vitro -Fleisch spezialisiert haben gibt es zurzeit in den Niederlanden, den USA, in Israel und in Japan [2]. Mark Post gründete 2015 zusammen mit Peter Verstrate das Start-up-Unternehmen MosaMeat, das sich auf die Herstellung von Rindfleisch aus dem Labor spezialisiert und auf den Resultaten von Posts Labor an der Universität Maastricht aufbaut [2, 4]. In den USA sind mehrere Start-up-Unternehmen ansässig, die In-vitro -Fleisch produzieren wollen. Memphis Meats wurde 2015 von den drei Wissenschaftlern Uma Valeti, Nicholas Genovese und Will Clem in San Francisco gegründet und stellte 2016 das erste In-vitro -Fleischbällchen und 2017 erstes In-vitro -Geflügel (Hühnchen und Ente) vor [2, 17]. Memphis Meats erhält neben den US-amerikanischen Konzernen Cargill und Tyson Foods unter anderem finanzielle Unterstützung von Bill Gates (Microsoft) und Richard Branson (Virgin Group) [16]. Die Markteinführung der Produkte von Memphis Meats ist für 2021 geplant und hängt vor allem von der Verminderung der Herstellungskosten ab. Mark Post schätzt beispielsweise, dass Burger seines Unternehmens MosaMeat im Jahr 2020 zehn Dollar pro Stück kosten werden, fünf Jahre später so viel wie der günstigste konventionelle Fleischburger auf dem Markt [5]. Memphis Meats konnte seine Herstellungskosten für ein Kilogramm In-vitro -Fleisch innerhalb eines Jahres um das Vierfache senken [18]. Finless Foods, ein Unternehmen mit Sitz in San Francisco, spezialisiert sich auf die Züchtung von In-vitro -Fisch [16]. Die Biochemiker Mike Selden und Brian Wyrwas gründeten Finless Foods 2016 und sind die ersten, die versuchen Zellkultur auch auf Fischzellen anzuwenden [16]. Die Zellen, mit denen die Züchtung begonnen wird, stammen von toten Fischen aus dem Aquarium von San Francisco. Sobald ein Fisch stirbt, wird dieser abgeholt und in den Laboren von Finless Foods wird eine Kultur angelegt [16]. JUST, Inc. (früher Hampton Creek) stellt unter anderem Mayonnaise, Salatsoßen, Kekse und Plätzchenteig auf Pflanzenbasis her. Seit 2017 arbeitet JUST, Inc. an der Herstellung und Vermarktung von In-vitro -Fleischprodukten und strebt die Markteinführung dieser Produkte für Ende 2018 an [19]. Ebenfalls in den USA angesiedelt ist das Start-up-Unternehmen Modern Meadow aus New Jersey. Das Unternehmen wurde von Gabor Forgacs gegründet und stellt In-vitro -Leder her [2]. Die Herstellungsart ist anders als die von In-vitro -Fleisch und beruht auf Kollagen, das von gentechnisch veränderten Hefezellen produziert wird [20]. Aus Israel kommt das Start-up-Unternehmen SuperMeat, welches Hühnchenfleisch im Labor züchtet. An SuperMeat beteiligt sich unter anderem die deutsche Firma Wiesenhof [2]; China hat mit SuperMeat ein Handelsabkommen in Höhe von 300 Millionen Dollar ausgehandelt, das ermöglicht, die Technologie später zu importieren [5]. In Japan ist das Unternehmen Integriculture Inc. angesiedelt, welches 2015 gegründet worden ist und bis 2021 Gänsestopfleber im Labor herstellen und auf den Markt bringen möchte [2].

Wer wird In-vitro -Fleisch essen?

Die entscheidende Frage im Hinblick auf den Erfolg von In-vitro -Fleisch und den daraus folgenden positiven Aspekten für Umwelt und Massentierhaltung ist die Akzeptanz beim Verbraucher. Nur wenn das Fleisch aus dem Labor nicht nur ein Nischenprodukt bleibt, sondern langfristig als Fleischersatz etabliert werden kann, werden weitere Fleischproduzenten umdenken und in In-vitro -Fleisch investieren. Obwohl die biotechnologische Produktionsweise von In-vitro -Fleisch stark mit der von Bier oder Sojasauce vergleichbar ist, wird es schwierig werden das Produkt als natürliches Lebensmittel zu verkaufen. Sollte die Nährlösung für die Zellen tatsächlich auf Gentechnik zurückgreifen müssen, könnte das zu negativen Kampagnen von Gentechnik-abgeneigten Organisationen führen und die Verkaufszahlen schmälern. In Bezug auf die Einhaltung der Klimaziele und die Schonung der Umwelt und Ressourcen bietet In-vitro -Fleisch klare Vorteile gegenüber der konventionellen Viehzucht. Das bedeutet, dass die massenhafte Herstellung von Fleisch im Labor vor allem dann interessant wird, wenn politische Maßnahmen gegen die Massentierhaltung unternommen werden. Unter solchen Bedingungen könnte In-vitro -Fleisch zur ernsthaften Alternative werden. Ein großer Vorteil ist, dass das Fleisch aus dem Labor kein vegetarisches oder veganes Ersatzprodukt ist, sondern aus richtigem Fleisch besteht und auch geschmacklich vermutlich bald nicht mehr von herkömmlichem Fleisch unterscheidbar sein wird. Laut einer Umfrage sind Vertreter der Industrie bereits sehr an der Entwicklung von In-vitro -Fleisch interessiert, während Befragte, die sich eine allgemeine Verminderung des Fleischkonsums und einen ökologischen Umbau der Landwirtschaft wünschen, nicht überzeugt werden konnten [21]. Als weitere Argumente gegen In-vitro -Fleisch wurden die mögliche Entfremdung des Menschen vom Tier und die Gefahr einer Monopolstellung der In-vitro -Fleisch-Produktion genannt [21]. Letztlich ist sehr zu hoffen, dass die Verbraucherinnen und Verbraucher von den positiven Auswirkungen der In-vitro -Fleischproduktion auf die Umwelt überzeugt werden können und somit zu einer Verminderung der Ressourcen-verschwendenden Massentierhaltung beitragen.

Dazu passende Artikel:

Quellen

1. Churchill, Winston, Fifty years hence.Strand Magazine. 82:549-558.

2. Deutscher Bundestag. Sachstand: In-vitro-Fleisch. 07.02.2018; Quelle: https://www.bundestag.de/blob/546674/6c7e1354dd8e7ba622588c1ed1949947/wd-5-009-18-pdf-data.pdf. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

3. PETA Deutschland e.V. Clean Meat – Fleisch aus Zellkulturen. 01.03.2018; Quelle: https://www.peta.de/laborfleisch. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

4. Mark Post, Peter Verstrate. Quelle: https://mosameat.eu/index.html. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

5. Albert Schweitzer Stiftung für unsere Mitwelt. Fleisch aus Zellkulturen: ein Überblick. 28.09.2017; Quelle: https://albert-schweitzer-stiftung.de/aktuell/fleisch-aus-zellkulturen. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

6. Inge Böhm, Arianna Ferrari, Silvia Woll. IN-VITRO-FLEISCH: Eine technische Vision zur Lösung der Probleme der heutigen Fleischproduktion und des Fleischkonsums? 01.10.2017; Quelle: http://www.itas.kit.edu/pub/v/2017/boua17b.pdf. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

7. Initiative "Future Food - Fleisch ohne Tierhaltung". IN-VITRO-FLEISCH; ERZEUGUNG VON FLEISCHPRODUKTEN VIA "TISSUE-ENGINEERING"-TECHNOLOGIEN. 01.03.2018; Quelle: http://www.futurefood.org/globalbenefits/index_de.php. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

8. Maennel, Annette. Fleischatlas 2018: Daten und Fakten über Tiere als Nahrungsmittel. 01.04.2018; Quelle: https://www.bund.net/fileadmin/user_upload_bund/publikationen/massentierhaltung/massentierhaltung_fleischatlas_2018.pdf. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

9. Tilman, D., et al., Agricultural sustainability and intensive production practices.Nature, 2002. 418(6898):671-677.

10. Christine Chemnitz, Dietmar Bartz. Fleischkonsum: Abfall und Verschwendung. 15.10.2014; Quelle: https://www.boell.de/de/2014/10/15/fleischkonsum-abfall-verschwendung. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

11. https://culturedbeef.org/sites/intranet.mumc.maastrichtuniversity.nl/files/culturedbeef_mumc_maastrichtuniversity_nl/frequently_asked_

questions.pdf. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

12. Byrd, Emily. Clean Meat’s Path to Your Dinner Plate. 07.12.2016; Quelle: http://www.gfi.org/clean-meats-path-to-commercialization. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

13. Ärzte gegen Tierversuche e.V. Nahrung für Zellkulturen: Fetales Kälberserum für millionenfaches Tierleid verantwortlich. 30.08.2018; Quelle: https://www.aerzte-gegen-tierversuche.de/de/neuigkeiten/2489-nahrung-fuer-zellkulturen. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

14. Ärzte gegen Tierversuche e.V. Stellungnahme Fetales Kälberserum: Zusammenfassung. 28.08.2017; Quelle: https://www.aerzte-gegen-tierversuche.de/de/projekte/stellungnahmen/2487-stellungnahme-fetales-kaelberserum. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

15. Fleisch ohne Tiere: Immer perfekter durch neue Biotechnologie. 07.05.2018; Quelle: http://www.transgen.de/aktuell/2700.fleisch-vegan-zellkultur-biotechnologie.html. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

16. Fleming, Amy. Fleisch aus dem Labor: Ohne ein einziges Tier zu töten. 25.12.2017; Quelle: https://www.zeit.de/wissen/2017-10/in-vitro-fleisch-labor-zellulaere-landwirtschaft-finless-foods. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

17. Valeti, Uma. Quelle: http://www.memphismeats.com. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

18. Bunge, Jacob. Startup Serves Up Chicken Produced From Cells in Lab. 15.03.2017; Quelle: https://www.wsj.com/articles/startup-to-serve-up-chicken-strips-cultivated-from-cells-in-lab-1489570202. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

19. Purdy, Chase. Hampton Creek is now growing its own meat in labs—and it says it will get to stores first. 27.06.2017; Quelle: https://qz.com/1015757/vegan-mayo-startup-hampton-creek-is-producing-lab-made-meat-and-it-wants-to-sell-in-walmart-wmt-and-whole-foods-wfm/. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

20. Frank. Leder komplett ohne Kuh von Modern Meadow vor Durchbruch. 08.11.2017; Quelle: https://www.veganblog.de/bekleidung/modern-meadow-labor-leder/. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.

21. Landgraf, Monika. Schnitzel aus der Petrischale stößt auf Akzeptanz. 15.09.2017; Quelle: http://www.kit.edu/kit/pi_2017_131_schnitzel-aus-der-petrischale-stosst-auf-akzeptanz.php. Zuletzt aufgerufen: 04.06.2018.