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Cultured Meat: Revolution durch essbare Mikroträger?

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Diese Neuigkeit könnte den Produktionsprozess von Cultured Meat auf den Kopf stellen im positiven Sinne. Forscher der UCLA haben ein essbares Teilchen entwickelt, das dazu beiträgt, dass kultiviertes Fleisch eine natürlichere, muskelähnliche Beschaffenheit erhält. Und zwar mit einem Verfahren, das sich für die Massenproduktion eignet. Die möglichen Vorteile: geringere Kosten, weniger Zeitaufwand und weniger Abfall.

Das Problem

Für die Massenproduktion von kultiviertem Fleisch gilt es, mehrere Herausforderungen zu überwinden. Schon jetzt lässt sich ein kultiviertes Steak herstellen, das die Struktur eines T-Bone-Steaks nachahmt – allerdings nicht in Mengen, die für die Lebensmittelproduktion geeignet wären.  Im Körper eines Tieres wachsen die Muskelzellen auf einer Struktur. Diese, sogenannte extrazelluläre Matrix bestimmt die Form des reifen Gewebes. Dieser Prozess lässt sich mittels Gerüsten aus Kollagen, Sojaprotein oder einem anderen Material im Labor nachahmen, ist jedoch arbeitsintensiv und dauert Wochen.

Um größere Mengen an kultiviertem Fleisch in einem schnelleren Tempo zu erzeugen, muss ein Brei aus Zellen im Bioreaktor hergestellt werden. Dem entstehenden Fleisch fehlt jedoch ohne ein festes Substrat die muskelähnliche Struktur. Und damit eben auch die Textur und Konsistenz, wie sie der Mensch vom tierischen Original gewohnt ist. Mikroträger, die derzeit zum Einsatz kommen, lassen sich als Gerüst für Zellen und zur Organisation von in Suspension gezüchtetem Gewebe verwenden. Aber: Sie sind nicht für den Verzehr geeignet und müssen deshalb nach verrichteter Arbeit wieder aus dem Fleisch entfernt werden.

Der Lösungsansatz von der UCLA

Die Mikroträger, die nun an der UCLA entwickelt wurden, sind dagegen genießbar. Laut Amy Rowat, außerordentliche Professorin für Integrative Biologie und Physiologie an der UCLA, könnten Struktur und Beschaffenheit der Mikroträger so eingestellt werden, dass das Wachstum von Muskelgewebe beschleunigt und die Fleischbeschaffenheit optimiert wird. Demnach unterstützten die essbaren Mikroträger auch das Wachstum von Rindermuskelzellen und führten zu Rindfleisch, das beim Braten die gewohnte Bräune annimmt.

Rowat und die Studenten und Postdoktoranden Sam Norris, Stephanie Kawecki, Ashton Davis und Kathleen Chen adaptierten etablierte Wasser-in-Öl-Emulsionstechniken, um essbare Partikel herzustellen. Sie verwendeten Lebensmittelzutaten wie Gelatine und Transglutaminase, ein Enzym, das natürlicherweise in Fleisch vorkommt und von Bakterien in Massenproduktion hergestellt wird, um als Bindemittel in vielen Lebensmitteln zu dienen. Dadurch konnten sie Mikroträger mit unterschiedlicher Steifigkeit herstellen und die Gelatine stabilisieren. Um die Oberflächentextur der Mikroträger für die Anhaftung und das Wachstum von Zellen anzupassen, entwickelten sie eine Methode, um Rillen in die Partikel zu prägen.

Der Test

In einem ersten Testlauf besetzte die Gruppe die Mikroträger mit Vorläufermuskelzellen der Maus. Sie verglichen die geprägten Mikrocarrier mit solchen mit glatter Oberfläche. Als Kontrolle setzten sie herkömmliche, ungenießbare Mikroträger mit demselben Zelltyp in einer separaten Flasche mit Wachstumsmedium ein. Nach acht Tagen hatten die Zellen kleine Klumpen gebildet. Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Größe der Klumpen auf geprägten und glatten Mikroträgern, obwohl die Zellen auf den geprägten Trägern zunächst einen schnelleren Wachstumsschub hatten. "Wir waren begeistert, dass wir einen Trend zu einem schnelleren Wachstum der Muskelzellen auf den gerillten Mikroträgern feststellen konnten", fügte Kawecki hinzu, Mitautor der Studie und einer von Rowats Doktoranden. "Jede Verkürzung der Zellkulturzeit kann die Kosten der kultivierten Fleischproduktion erheblich senken, vor allem, wenn diese Verfahren in großem Maßstab eingesetzt werden."

Das Ergebnis

Die innere Struktur des auf essbaren Mikroträgern gezüchteten Gewebes sah dem natürlichen Muskelgewebe ähnlicher als dem auf ungenießbaren Trägern gezüchteten, was darauf hindeutet, dass die essbaren Mikroträger ein natürlicheres Wachstum fördern. Norris, der als Postdoktorand arbeitet, war überrascht, dass sich Zellen und Mikroträger spontan zu Mikrogeweben zusammenfügten, die eine beträchtliche Menge an Myotubes enthielten, die Vorläufer von Muskelfasern sind. Als nächstes besetzten sie frische essbare Mikroträger mit Rinderzellen und erzielten ähnliche Ergebnisse. "Die Tatsache, dass wir große Mengen an proteinreichem Muskelgewebe in einem gerührten Bioreaktor züchten können, ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Herstellung von echtem Zuchtfleisch", so Norris.

Um die Gewebe zu ernten, wurden die Zellklumpen mit einer Zentrifuge vom Wachstumsmedium getrennt. Sie wurden gespült, um Spuren des Wachstumsmediums zu entfernen, zu einer Scheibe von zwei Zentimetern Durchmesser gepresst und in einer Pfanne mit Olivenöl gebraten. Die gekochte Frikadelle hatte die raue, braune Oberflächentextur und das allgemeine Aussehen einer winzigen Hamburgerfrikadelle. Die Forscher erklärten, dass das Verfahren zur Herstellung von Mikroträgern für die schnelle und kostengünstige Produktion großer Fleischmengen eingesetzt werden könnte. Durch Manipulation der Steifigkeit und Textur der Mikroträger könnte Fleisch mit unterschiedlicher Textur hergestellt werden. Die essbaren Mikroträger müssen nicht zwangsläufig aus Gelatine hergestellt werden. Es könnten auch Gelé auf pflanzlicher Basis, wie Agar-Agar oder tierfreie Gelatine, verwendet werden, so Rowat.

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