Fleischanbau für eine nachhaltige Zukunft

Amerikaner lieben ihr Fleisch. Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen konsumieren Amerikaner im Durchschnitt mehr als 270 Pfund Fleisch pro Jahr. Das Johns Hopkins Center for A Livable Future berichtet, dass die Amerikaner im letzten Jahrhundert dies getan haben ihren Fleischkonsum verdoppelt. Auf internationaler Ebene gehören die Amerikaner zu den Top-Fleischkonsumenten der Welt und genießen mehr als das Dreifache des weltweiten Durchschnitts.

Neben dem erhöhten Risiko für gesundheitliche Komplikationen – erhöhtes Risiko für Herzkrankheiten, Diabetes und Lungenentzündung – bringt der Fleischkonsum mehrere ökologische Probleme mit sich, wie z. B. eine Bedrohung der Landnutzung und der Wasserversorgung. Die Viehzucht ist der weltweit größte Nutzer von Landressourcen, wobei 80 % der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche der Futtermittelproduktion dienen. Zusammen mit Land werden mehr als 15.400 Liter (über 4.000 Gallonen) Wasser benötigt, um ein Kilogramm (2,2 Pfund) rotes Fleisch zu produzieren.

Um es milde auszudrücken, da die Erdbevölkerung weiter wächst – auf 9 Milliarden Menschen bis 2040, laut einige Schätzungen– Wir werden 50 % mehr Lebensmittel und damit mehr Land und Wasser benötigen, um diese Lebensmittel zu produzieren.

Es gibt Alternativen wie weniger Fleisch zu essen oder ganz auf Fleisch oder tierische Produkte zu verzichten. Forscher des Engineered Biomaterials Research Laboratory (EBRL) am UVM erforschen jedoch eine andere Alternative: kultiviertes Fleisch.

„Wir erstellen und testen Materialien, die übersetzbar sind, um sich mit regenerativer Medizin, Lebensmittelsicherheit und technischen Teststandards zu befassen“, sagte Dr. Rachael Floreani, Direktorin des EBRL. „Die Fähigkeit für mich, Weggabelungen zu nehmen, die von Studenten wegweisend sind, war unglaublich. Und mit kultiviertem Fleisch geht es darum, zusätzliche Möglichkeiten zu schaffen, um den Menschen auf der Welt nahrhafte Lebensmittel zur Verfügung zu stellen.“

Eine dieser Lösungen ist ein flexibler Wundverschluss für Lungenpunktionen.

„Wir würden mit Ärzten und Chirurgen zusammenarbeiten, um zu sehen, ob bei den Patienten ein ungedeckter Bedarf besteht“, sagte Irfan Tahir, ein Ph.D. Kandidat und New Harvest Fellow am EBRL, sagte. „Ein früheres EBRL-Projekt war beispielsweise ein Wundversiegelungsmittel für Lungenpunktionen. Wenn die Lunge einer Person punktiert wird, haben wir ein Biomaterial hergestellt, eine Art Pflaster, und wenn sich die Lunge ausdehnt und zusammenzieht, dehnt und zieht sich das Biomaterial ebenfalls zusammen.“

Und während das EBRL in der Regel Tissue Engineering für den medizinischen Bereich angegangen ist, konzentrierte sich Tahirs Forschung auf kultiviertes Fleisch, insbesondere zelluläre Gerüste, Strukturen, die das Wachstum von Fleischzellen unterstützen.

Um Fleisch zu kultivieren, müssen Zellen von einem Tier gewonnen werden, normalerweise durch eine Muskelbiopsie, während das Tier unter Narkose steht. Tahir entnimmt die Muskelbiopsie – die andere Elemente wie Bindegewebe und extrazelluläre Matrizen umfasst – und isoliert die Zellen, züchtet und vermehrt die Zellen, bis ihre Zahl in nur wenigen Tagen in die Millionen geht. Sobald genügend Zellen gewachsen sind, werden sie auf ein Gerüst aufgebracht.

„Gerüste bilden die Mikroumgebung nach, in der die Zellen im Körper eines Tieres wachsen. Unser Labor verfügt über Fachkenntnisse im Gerüstbau“, sagte Tahir. „Wir entwickeln Hydrogele und andere Arten von Materialien, die für das Wachstum der Zellen von Vorteil sind.“

Gerüste wurden aus Kollagen gebaut, das typischerweise von Tieren gewonnen wird, wodurch das ultimative Ziel von kultiviertem Fleisch zunichte gemacht wird: Fleisch anzubauen, ohne ein Tier zu töten. Die Ernte dieser Materialien ist auch nicht nachhaltig. Stattdessen hat sich Tahir auf die Verwendung von Alginat konzentriert, einem Polymer, das in Braunalgen vorkommt. Er und Floreani haben kürzlich ein Open-Source-Papier veröffentlicht, in dem untersucht wird, wie Gerüste mechanisch gesteuert werden können.

„Wenn wir kultiviertes Fleisch in großem Maßstab produzieren wollen, brauchen wir skalierbare Materialien“, sagte Tahir. „Anstatt zum Beispiel Kollagen für Gerüste aus Millionen von Tieren zu extrahieren, müssen wir uns nachhaltigeren Quellen wie Algen zuwenden, die sowohl in Süß- als auch in Salzwasser wachsen können.“

Tahir erklärte, dass andere Forscher Materialien wie Gras, Tofu und sogar Spinatblätter für Gerüste verwenden.

Und obwohl kultiviertes Fleisch insgesamt ethische Vorteile bietet, gibt es einige Hindernisse bei der Entwicklung und Züchtung von Zellen für den Verzehr. Sobald Zellen aus einer Biopsie isoliert wurden, werden sie mit einem flüssigen Medium gefüttert, um das Wachstum zu fördern.

„Die Quelle für das flüssige Medium heißt FBS, fötales Rinderserum, das von einem Kalb stammt. Es wird auf unethische Weise gewonnen und ist extrem teuer, aber es funktioniert so gut, weil es eine Nährstoffsuppe ist, die es dem Baby ermöglicht zu wachsen. “, sagte Tahir. „Diese Nährstoffsuppe enthält Wachstumsfaktoren, Insulin, alles, was Zellen brauchen, um zu wachsen und zu gedeihen. Es gibt eine große Bewegung auf dem Gebiet, die versucht, dies zu ersetzen. Sogar in unserem Labor arbeiten wir mit Alternativen, damit wir es nicht tun müssen es auf grausame Weise erlangen.“

Tahir und das EBRL haben sich mit Organisationen wie Multus Media und Future Fields zusammengetan, um ethisch unbedenkliche, antibiotikafreie Wachstumsfaktoren für kultivierte Zellen zu erhalten.

Der Bereich des kultivierten Fleisches ist Teil eines sich entwickelnden Bereichs, der als zellulare Landwirtschaft bezeichnet wird, und Floreani unterstützt diese Bewegung voll und ganz.

„Uns wird der Platz ausgehen, um Nahrung anzubauen, seien es Tiere oder Pflanzen, um Menschen zu ernähren. Die Zahlen sind atemberaubend“, sagte Floreani. „Als ich darüber nachdachte, von der Herstellung von Knorpeln über Gewebezüchtung zur Kultivierung von Fleisch zu wechseln, könnte dies ein Treiber für diese Technologie sein, um ein nationales Sicherheitsproblem anzugehen.“

Und die Sicherung einer sicheren und gesunden Nahrungsquelle liegt im Interesse der nationalen Sicherheit. Im September erließ Präsident Biden eine Durchführungsverordnung zur Förderung biotechnologischer Innovationen für eine „nachhaltige, sichere und geschützte amerikanische Bioökonomie“.

„Es ist die Politik meiner Regierung, einen gesamtstaatlichen Ansatz zu koordinieren, um die Biotechnologie und die Bioherstellung auf innovative Lösungen in den Bereichen Gesundheit, Klimawandel, Energie, Ernährungssicherheit, Landwirtschaft, Widerstandsfähigkeit der Lieferkette sowie nationale und wirtschaftliche Sicherheit hinzuarbeiten.“ Exekutivverordnung gelesen. „Obwohl die Kraft dieser Technologien derzeit im Zusammenhang mit der menschlichen Gesundheit am deutlichsten ist, können Biotechnologie und Biomanufacturing auch eingesetzt werden, um unsere Klima- und Energieziele zu erreichen, die Ernährungssicherheit und Nachhaltigkeit zu verbessern, unsere Lieferketten zu sichern und die Wirtschaft anzukurbeln in ganz Amerika.“

Tahir, ein Veganer, will nicht nur eine sicherere Fleischquelle für die Amerikaner und die Welt sichern, sondern auch das Schlachten von Millionen von Tieren beenden.

„Wenn dies erfolgreich ist, dann hätten wir vielleicht eine Welt, in der wir kein Tier töten müssen, um Fleisch zu bekommen“, sagte Tahir. „Von diesem Szenario sind wir sehr weit entfernt, aber es ist wichtig, Grundlagenforschung in Richtung dieses Ziels zu betreiben.“

Entsprechende Forschungsergebnisse werden in veröffentlicht Lebensmittel.