Präzisionsfermentation. Milch aus dem Labor
Nicht nur Fleisch lässt sich im Labor herstellen, auch an Alternativen zu Milch mithilfe von Gentechnik wird geforscht. In den USA und Indien sind schon erste Produkte auf den Markt gekommen.
Pflanzliche Milchalternativen haben bereits einen festen Platz in den Kühlregalen, Cafés, Restaurants und Haushalten erobert. Es gibt aber auch eine weitere Möglichkeit, Kuhmilch zu »ersetzen«: zellbasierte Milchprodukte aus Proteinen. Das Verfahren zur Herstellung der kuhfreien Milchalternative aus dem Labor ist die Präzisionsfermentation (Kasten).
Es ist nicht nur möglich, Bakterien gezielter auszuwählen, sondern auch ihre Funktion mithilfe der Genschere CRISPR/Cas präzise zu programmieren. Mithilfe veränderter Bakterien und pflanzlicher Nährstoffe kann man rekombinante Proteine wachsen lassen, die bisher nur von tierischen Lebewesen erzeugt wurden.
Das Verfahren kommt z. B. schon lange in der industriellen Käseproduktion zum Einsatz, wo fermentativ hergestelltes Chymosin statt Kälberlab verwendet wird. Der nächste Schritt wäre es jetzt, auch die Kuh ersetzen zu können. Dafür müssen jene spezifischen tierischen Aminosäuren gefunden werden, die beispielsweise für den Geschmack oder die physikalischen Eigenschaften von Kuhmilch verantwortlich sind. Diese werden dann von entsprechend programmierten Bakterien in riesigen Fermentern nachgebaut. Sie produzieren z. B. Kasein ohne Kuhmilch dafür zu benötigen. Und das geht schnell. Teilweise können die produzierten Lebensmittelbestandteile bereits nach wenigen Stunden »geerntet« werden. Mit der Präzisionsfermentation können einzelne Aromakomponenten isoliert und dann neu kombiniert werden. Dies funktioniert auch bei Farbe und Textur.
Forschungswettrennen
Etliche Unternehmen arbeiten an dem Thema Milch aus dem Labor. Es gibt derzeit quasi ein Wettrennen um Finanzierung und Patente für mikrobielle Milchprodukte. Beispielsweise plant das Berliner Startup »Formo« in diesem Jahr erste mikrobielle Käseprodukte auf den Markt zu bringen, vermutlich aber in den USA oder Asien. Denn in Singapur dauert das Zulassungsverfahren für neue Lebensmittel weniger als sechs Monate, in den USA bis zu neun. In der EU sind es hingegen 18 Monate.
Das israelische Startup »Remilk« hat im April 2023 die Genehmigung zum Verkauf kultivierter Milch in Israel erhalten. Laut dem Unternehmen »ein Meilenstein für die gesamte Branche«. In einer Finanzierungsrunde hatte Remilk etwa 10 Mio. € für die Markteinführung seiner Produkte gesammelt. Auch die Familienmolkerei Hochland aus dem Allgäu hat sich beteiligt. Die europäische Produktion von Remilk soll ihren Sitz im dänischen Kalundborg bekommen.
In den USA vertreibt das Unternehmen »Perfect Day« schon länger Eis und Frischkäse aus Molkeprotein. Dagegen konzentriert sich »Those Vegan Cowboys« auf das komplexere Milcheiweiß Kasein. Außerdem will das Genter Projekt in Zukunft Gras als »Futtermittel« nutzen statt den üblichen Zuckerrohr oder Kartoffelstärke wie die meisten Konkurrenten. Dafür ist ein zusätzlicher Bioreaktor nötig, um das Gras in seine Einzelteile zu spalten und daraus Zucker zu gewinnen. Weitere Unternehmen wie Imagindairy (Israel), New Culture, Change Foods (USA) oder Better Dairy (England) arbeiten an Produkten aus der Präzisionsfermentation. Die Beratungsfirma BCG schätzt, dass der Umsatz mit alternativen Proteinen, also pflanzlichen, kultivierten und mikrobiellen von heute 40 Mrd. US-Dollar auf 290 Mrd. im Jahr 2035 steigen wird. Bis dahin könnten Proteine aus Präzisionsfermentation etwa zehnmal günstiger sein als tierische Eiweiße, prognostiziert der US-Thinktank »RethinkX«.
Wie funktioniert das Verfahren?
Die Präzisionsfermentation ist ein biotechnologischer Prozess. Er ermöglicht, Mikroorganismen genetisch so zu »programmieren«, dass sie fast jedes komplexe organische Molekül produzieren kann. Bei dem Verfahren für Milch wird spezifisch die Genschere CRISPR/Cas verwendet. Dabei wird das Enzym Cas9 mit einer bestimmten RNA-Sequenz an das Zielgenom herangebracht. Dadurch wird ein DNA-Doppelstrang im Ursprungsorganismus aufgetrennt. An dieser Stelle kann dann eine andere DNA eingesetzt werden.
Für die Labormilch werden Gensequenzen von Kühen in Hefezellen eingebaut. Sie sind für das Produzieren der Proteine in der Milch verantwortlich. Die gentechnisch veränderten Hefezellen stellen mithilfe ihrer neuen Stoffwechseleigenschaften durch Gärung Milchproteine wie Caseine und Molkenproteine her. Diese durch Hefen gebildeten Milchproteine werden mit weiteren Inhaltsstoffen wie Wasser, Zucker, Fetten, Vitaminen oder Mineralstoffen gemischt und zu Ersatzmilch bzw. Ersatzmilchprodukten verarbeitet. Die Herstellung der Labormilch kann in großen Mengen und dadurch auch zu geringen Kosten erfolgen.
Nach wie vor sind hierzulande aber die regulatorischen Herausforderungen groß. Eine entscheidende Rolle spielt das Gesetz zur Zulassung von neuartigen Lebensmitteln (Novel Foods). Die Produktgruppe fällt unter eine EU-weite Regelung und muss vor der Freigabe gesundheitlich bewertet werden. Bisher liegen noch kaum wissenschaftliche Daten zur Labormilch vor. Beispielsweise ist nicht bekannt, ob der Körper Nährstoffe aus Labormilch genauso gut aufnehmen kann wie solche aus der Kuhmilch.
Noch keine Informationen gibt es außerdem zum Energie- und Ressourcenverbrauch im Vergleich zu Produkten aus tierischer Erzeugung und darüber, wie sich die Labormilch auf die Umwelt auswirkt. Essenziell für einen möglichen Erfolg der Labormilch wird die Verbraucherakzeptanz sein. Die Konsumenten stehen hierzulande erfahrungsgemäß vielem, was mit Gentechnik zu tun hat, kritisch gegenüber.