Fleisch aus unsterblichen Stammzellen

Damit die zelluläre Landwirtschaft – der Prozess des Fleischanbaus in Bioreaktoren – Millionen von Menschen ernähren kann, müssen mehrere technische Herausforderungen bewältigt werden. Um Millionen Tonnen pro Jahr zu produzieren, müssen Muskelzellen von Hühnern, Fischen, Kühen und anderen Nahrungsquellen gezüchtet werden. Um dieses Ziel zu erreichen, haben Forscher am Tufts University Center for Cellular Agriculture (TUCCA) immortalisierte Rindermuskelstammzellen (iBSCs) entwickelt, die schnell wachsen und sich hunderte Male und möglicherweise auf unbestimmte Zeit teilen können.

Dieser Fortschritt wird in der Zeitschrift beschrieben ACS Synthetische Biologiebedeutet, dass Forscher und Unternehmen auf der ganzen Welt auf neue Produkte zugreifen und diese entwickeln können, ohne wiederholt Zellen aus Biopsien von Nutztieren beziehen zu müssen.

Für die Produktion von zellkultiviertem Fleisch werden Muskel- und Fettzellen mit einer sehr hohen Wachstums- und Teilungskapazität benötigt. Während in Zellen gezüchtetes Fleisch mit Beispielen wie der vorläufigen Zulassung von kultiviertem Huhn durch die FDA und sogar einem mit Mastodon-DNA gezüchteten Hamburger die Aufmerksamkeit der Medien auf sich gezogen hat, sind die Produkte immer noch teuer und schwer zu vergrößern.

Normale Muskelstammzellen, die aus lebenden Tieren gewonnen werden, um eine Kultur zu züchten, teilen sich normalerweise nur etwa 50 Mal, bevor sie „alt“ werden und nicht mehr lebensfähig sind. Während es diesen Stammzellen theoretisch möglich ist, eine beträchtliche Menge Fleisch zu produzieren, bieten die vom TUCCA-Team entwickelten immortalisierten Zellen mehrere Vorteile. Zum einen besteht die Möglichkeit, deutlich mehr Masse für die Fleischproduktion zu produzieren.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die breite Verfügbarkeit der immortalisierten Zellen die Eintrittsbarriere für andere Forscher in die Erforschung der zellulären Landwirtschaft gesenkt wird und Wege zur Kostensenkung und zur Bewältigung von Herausforderungen bei der Ausweitung der Produktion gefunden werden.

„Normalerweise mussten Forscher ihre Stammzellen von Tieren selbst isolieren, was teuer und mühsam ist, oder Modellzelllinien von weniger relevanten Arten wie Muskelzellen von Mäusen verwenden“, sagte Andrew Stout, Doktorand und Leiter der TUCCA Forscher des Projekts: „Mithilfe dieser neuen persistenten Rinderzelllinien können ihre Studien relevanter sein und buchstäblich zum Kern der Sache vordringen.“

Zwei Schritte waren der Schlüssel zur Umwandlung normaler Rindermuskelstammzellen in immortalisierte Rindermuskelstammzellen. Die meisten Zellen beginnen, während sie sich teilen und altern, DNA an den Enden ihrer Chromosomen zu verlieren, die Telomere genannt werden, wie abgenutzte Seile, die durch den Gebrauch ausfransen. Dies kann zu Fehlern beim Kopieren oder Reparieren der DNA führen. Es kann auch zum Verlust von Genen und schließlich zum Absterben von Zellen führen.

Die Forscher haben die Rinderstammzellen so manipuliert, dass sie ihre Telomere ständig neu aufbauen und so ihre Chromosomen effektiv „jugendlich“ und bereit für eine weitere Runde der Replikation und Zellteilung halten.

Der zweite Schritt zur Immortalisierung der Zellen bestand darin, sie kontinuierlich dazu zu bringen, ein Protein zu produzieren, das ein kritisches Stadium der Zellteilung stimuliert. Dies beschleunigt den Prozess effektiv und hilft den Zellen, schneller zu wachsen.

Muskelstammzellen sind nicht das Endprodukt, das man essen möchte. Sie müssen sich nicht nur teilen und wachsen, sondern sich auch in reife Muskelzellen differenzieren, genau wie oder zumindest sehr ähnlich den Muskelzellen, die wir in einem Steak oder Filet essen. Stout und sein Forschungsteam fanden heraus, dass sich die neuen Stammzellen tatsächlich in reife Muskelzellen differenzierten, wenn auch nicht völlig identisch mit tierischen Muskelzellen oder Muskelzellen aus herkömmlichen Rinderstammzellen.

„Es ist möglich, dass sie so weit gereift sind, dass sie den Geschmack und die Textur von natürlichem Fleisch nachahmen“, sagte Stout. „Das müssen wir weiter erforschen. Sie verdoppeln sich sehr schnell, daher brauchen sie vielleicht etwas mehr Zeit.“ um die volle Reife zu erreichen.

„Während einige sich fragen, ob es sicher ist, immortalisierte Zellen einzunehmen, gibt es tatsächlich keinen gangbaren Weg für weiteres Wachstum, wenn die Zellen geerntet, gelagert, gekocht und verdaut wurden“, sagte David Kaplan, Professor der Familie Stern für Biomedizintechnik bei Tufts und Direktor von TUCCA. „Wie natürliches Fleisch, das wir heute essen, werden die Zellen einfach zu inertem Material, von dem wir hoffen, dass es köstlich schmeckt und eine breite Palette an Nährstoffen bietet.“