Sie haben im Labor Muskelfasern von Rindern gezüchtet, die echten Muskeln deutlich näherkommen als bisherige Versuche.Ein spezieller Molekül-Cocktail bringt Vorläuferzellen dazu, sich zu funktionsfähigen Muskelfasern zu entwickeln. Die Methode geht auf Grundlagenforschung zur Behandlung von Muskelerkrankungen zurück.
In den Petrischalen von ETH-Professor Ori Bar-Nur wächst Rindfleisch. Davon gekostet hat der Regenerations- und Muskelbiologe noch nicht, denn das gezüchtete Fleisch ist in der Schweiz noch nicht für den menschlichen Verzehr freigegeben. Von Kollegen, die im Rahmen von bewilligten Degustationen im Labor erzeugtes Rindfleisch probiert haben, weiss er aber: Geschmack und Konsistenz sind ähnlich dem echten Fleisch. Letztlich ist es auch Rindfleisch – nur dass keine Kuh dafür geschlachtet werden muss.
Bar-Nur und sein Team produzieren das Fleisch in Zellkultur aus Rinderzellen. Sie nutzen dafür Vorläuferzellen, die Muskelfasern bilden, sogenannte Myoblasten. Diese lassen sich aus einer Biopsie einer lebenden Kuh gewinnen. Für ihre Grundlagenforschung isolierten die Forschenden die Zellen jedoch aus gewöhnlichen Rindfleischstücken: Filet, Huft, Bäckchen und Lempen.
Beim Rindfleisch gar nicht so einfach
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten schon bisher aus Rinder-Myoblasten im Labor Muskelfasern züchten. Allerdings waren diese nach einem anderen Methode hergestellten Fasern in der Regel ziemlich dünn. Den ETH-Forschenden ist es nun gelungen, aus Myoblasten ein dreidimensionales Muskelgewebe mit dicken Fasern zu erzeugen. Das Gewebe ist auch molekular und funktionell dem natürlichen Rindermuskelgewebe sehr ähnlich: Es sind darin dieselben Gene und Proteine aktiv wie in natürlichem Rindermuskelgewebe und es zieht sich wie sein natürliches Vorbild zusammen. In Muskelgewebe, das nach der bisherigen Methode hergestellt wurde, war das nicht der Fall. Unter anderem fehlten in deren Zellen ein Teil der Proteine, die natürlichem Muskelgewebe vorkommen.
Mit seiner Forschung bewegt sich Bar-Nur in einem zukunftsträchtigen Feld – in einem, das die Fleischproduktion revolutionieren will. Weltweit arbeiten Dutzende Start-ups mit Hochdruck daran, Fleisch im Labor marktfähig zu machen. Sie gehen von einem Kundenbedürfnis nach einer Fleischproduktion ohne Stall, Tiertransport und Schlachthof aus. Ausserdem wird solches Fleisch mit einem geringeren Landverbrauch produziert werden können. Möglicherweise ist es auch klimafreundlicher, darüber gehen die Ansichten allerdings auseinander. In Singapur gibt es bereits Pouletfleisch zu kaufen, das im Labor aus Hühnerzellen hergestellt wurde. Bei Rindfleisch aus dem Labor ist die Entwicklung noch nicht ganz so weit fortgeschritten. Die Entdeckung der ETH-Forschenden könnte sie nun beschleunigen.
Ein Cocktail aus drei Molekülen
Um die dicken, funktionsfähigen Muskelfasern zu erzeugen, gaben die ETH-Forschenden dem Zellkulturmedium in der Petrischale einen Cocktail aus drei Molekülen hinzu. Das Zellkulturmedium ist die Flüssigkeit, in der Muskelfasern wachsen und die dazu alle nötigen Nährstoffe enthält. Die hinzugefügten Moleküle spielen bei der Differenzierung von Zellen eine Rolle. Bar-Nur entwickelte den Cocktail vor sieben Jahren als Postdoc an der Harvard University.
Damals arbeitete er noch hauptsächlich mit Mäusen. In seiner Grundlagenforschung ging es darum, Muskelzellen ausserhalb des Körpers wachsen zu lassen für die Therapie von Erbkrankheiten, bei denen Muskeln abgebaut werden. Auch jetzt an der ETH Zürich ist die Erforschung der Muskeldystrophie ein Schwerpunkt für ihn. Zusätzlich hat er entdeckt, dass sich sein Ansatz mit den drei Molekülen eignet, um im Labor bessere Rindermuskelzellen herzustellen. Die drei Moleküle werden nur im Anfangsstadium der Muskelfaserbildung benötigt. Es ist möglich und nötig, diese Moleküle im Verlauf des Herstellungsprozess wieder aus dem Zellkulturmedium zu entfernen. Wenn dereinst im Labor hergestelltes Rindfleisch in den Handel kommen soll, wird es diese Moleküle nicht mehr enthalten.
Bis es so weit ist, braucht es noch Weiterentwicklungen, wie Christine Trautmann, Doktorandin in Bar-Nurs Gruppe und eine der beiden Hauptautorinnen der Studie, sagt: «Das Zellkulturmedium muss weiter optimiert werden, damit es kostengünstiger wird und sicherer für den menschlichen Verzehr. Ausserdem müssen wir erforschen, wie wir diese Muskelfasern in grösseren Mengen produzieren können.» Bis jetzt haben die Forschenden nur wenige Gramm des Fleisches hergestellt.
Diese neuartigen Lebensmittel müssen noch ein längeren und aufwendigen Zulassungsprozess durchlaufen, bevor sie in die Läden und auf unsere Teller kommen, wie Adhideb Ghosh erklärt. Er ist Wissenschaftler in Bar-Nurs Gruppe und einer der beiden Hauptautoren der Studie. Um diese Technologie weiterzuentwickeln und auf den Markt zu bringen, erwägt Bar-Nur die Gründung eines Start-ups. Er möchte damit beitragen, dass wir dereinst ethisch unbedenkliche Burger herstellen können, die erschwinglich und sicher sind.
Weitere Informationen unter www.ethz.ch