Aus Zellen kultivierte Hamburger?

In-vitro-Fleisch und Zellkultur für die Gesundheit

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Die Nachfrage an Fleisch wird sich bis 2050 verdoppelt haben, aber nach Prognosen der Ernährung- und Landwirtschaftsorganisationen gibt es nicht genug landwirtschaftliche Kulturflächen für die Verdoppelung der Fleischproduktion [1]. Wie kann nun der weltweite Fleischbedarf gedeckt werden und welche Alternativen oder mögliche Lösungen gibt es zu dem Problem, und welche Innovationen werden diskutiert.

Eine mögliche Alternative wird von Marcel Dicke, Professor für Insektenkunde an der Universität Wageningen in den Niederlanden angedacht. Die lebensnotwendige Proteinzufuhr und richtigen Fette sollen über Insektennahrung zugeführt werden. Ein Kochbuch mit Insektenrezepten hat er mit seinen Kollegen, Arnold van Huis und dem Kochlehrer Henk van Gurp, schon angeliefert. Bei der ersten Buchpräsentation am 17. April 2012 in dem Restaurant der Zukunft in Wageningen hat er die größte Heuschreckentorte angeschnitten und sein Insekten-Konzept vorgestellt [2].

Link zu TED Talk: Marcel Dicke: Warum nicht Insekten Essen?

In-vitro-Fleisch soll Ernährung und Umwelt helfen
Aber auch wichtige Innovationen zur alternativen Fleischproduktion sind in den Wissenschaften zu finden. So hat der Wissenschaftler Dr. Marc Post von der Maastrichter Universität auf einer Konferenz in Vancouver in 2012 seine Zielsetzungen zur Herstellung von Hamburgern aus der Petrischale dargelegt. Aus Rinderfleisch werden zuerst Rindermuskelzellen in Zellkultur gezüchtet und aus den daraus gewonnen Stammzellen in der Kulturschale weitergezüchtet, bis sie anschließend in Zellkultur (in vitro) zum Laborhamburger heranwachsen [3].

Kunstfleisch und das Design aus der Petrischale
Diese Ankündigung zieht nicht nur die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit und der Medien auf sich, sondern gibt sogleich Anregungen für Zukunftsvisionen. Studenten vom Studiengang Industrie und Design in Eindhoven haben in Ihrem „Next Nature Lab“ darüber nachgedacht, wie Kunstfleisch aussehen könnte und ihren Visionen freien Lauf gelassen.

Sie haben in einer Ausstellung in einem großen Sortiment gezeigt, wie kultiviertes Kunstfleisch in Zukunft aussehen könnte. Die künstliche Fleischproduktion zeigt somit einen möglichen Ausweg aus der Sackgasse der Ressourcenknappheit für Fleisch auf.

Die Verfügbarkeit von Kunstfleisch scheint die Debatte über artgerechte Tierhaltung, und über neue Wege zur Reduktion des Fleischverbrauchs und zur Verminderung von Energie und Wasser zu beleben. Somit ist die „in vitro“ Fleischherstellung eine offensichtlich sehr tierfreundliche Alternative. Es ist Fleisch, aber es involviert nicht die Aufzucht und Haltung von Tieren. Auf der anderen Seite gibt es auch einige Ambivalenzen hinsichtlich des Herstellungsverfahrens, z.B. dass es durch die Anzucht im Labor zu Geschmacksverlusten führt oder dass es eine befremdliche Technik ist, sozusagen zu viel Hightech beinhaltet.

Wie weit sind die Zellkultur und die Stammzellforschung heute
Vielversprechend sind die Entdeckungen der beiden Stammzellforscher John Gurdon und Shinya Yamanaka, die in 2012 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurden [4]. Beide Stammzellforscher zeigten in Ihren Entdeckungen, dass ausdifferenzierte, reife Körperzellen wieder zu embryonalen Zellen zurückprogrammiert werden können. Der Brite John Gorden verwendete dazu Zellkerne aus reifen, spezialisierten Darmzellen des Frosches und transferierte nur den Kern in eine entkernte Eizelle [5]. Daraus entwickelte sich letztendlich ein neuer Organismus. Bei diesem Zellkerntransfer wird anscheinend die Uhr wieder zurückgedreht. DNA von der alten spezialisierten Froschzelle wird verjüngt und kann in alle Zelltypen differenzieren.

Dolly, das erste Klonschaf
Mit dieser Technik des Zellkerntransfers wurde auch das erste von Menschenhand geklonte Säugetier, das Klonschaf Dolly, erzeugt [6]. Aus einer ausdifferenzierten Euterzelle eines 6 Jahre alten Schafs, wurde der Kern entnommen und in eine entkernte Eizelle transferiert. Daraus entwickelte sich das berühmte Klonschaf Dolly. Somit wurde Dolly nicht aus einer Eizelle und Spermienzelle durch Befruchtung gezeugt, sondern stammt aus dem genetischen Material einer einzelnen Zelle eines erwachsenen Spendertieres. Seitdem ist das Klonen von landwirtschaftlichen Nutztieren wie Rinder, Schafe und Schweinen zur Erzeugung von genetisch identischen Individuen ein gängiges Verfahren.

Rückprogrammierung von Zellen
Die Entdeckung des 2. Nobelpreisträgers für Medizin, Shinya Yamanaka, hat sehr viel Aufsehen in der Fachwelt erregt [7]. Im Unterschied zu Gordons Pipettentechnik verwendete Yamanaka ein Gemisch aus nur vier Genprodukten, die eine Rückprogrammierung von reifen spezialisierten Zellen bewirken. Eine sehr wichtige Entdeckung, die große Hoffnung für die regenerative Medizin zur Herstellung von geschädigten oder zerstörten Organen verspricht. Diese vier Faktoren auch Yamanaka´ Faktoren genannt, werden von den vier Genen Oct4, Sox2, Klf4 und Myc kodiert und versetzten ausgewachsene Hautzellen von Mäusen zurück in einen embryonalen Zustand. Diese Embryonalzellen werden auch als induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) bezeichnet, weil sie wieder in die verschiedensten Körperzellen ausdifferenzieren können. So scheint die Denkweise, dass der biologische Weg zur ausgereiften Körperzellen als Einbahnstraße und als Endstadium anzusehen ist, widerlegt. Ein gewünschtes Ziel der modernen Stammzellforschung ist es, Stammzellen zu gewinnen und zu vermehren, dass sie verschiedene Zellund Gewebe ersetzen können wie z. B. Herz und Muskelzellen, Hautzellen und sogar Nervenzellen.

Zellkulturtechniken als Schlüsseltechnologie
Grundsätzlich zählt die Zellkulturtechnik zu der Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts und ist bereits heute von enormer Bedeutung. Zellkulturen werden im großen Maßstab zur Produktion von Impfstoffen gegen Masern, Mumps oder Röteln und zur Herstellung von Wachstumsfaktoren genutzt. Auch in den neuen Produktionsverfahren zur Herstellung von Grippeimpfstoffen gegen die gefährliche Influenza A werden die viralen Antigene in kultivierten Säugerzellen produziert [8].

Die Säugerzellen werden in großem industriellem Maßstab mit den Viren beimpft und in den Zellen vermehrt. Nach der Anreicherung der Viren werden die Zellen zerstört und die Viren inaktiviert und gereinigt. Auch bieten Zellkulturen eine hervorragende Ersatz- und Ergänzungsmethode für die Bewertung und Überprüfung von Wirkstoffen. Testsysteme, die das menschliche Immunsystem im Reagenzglas nachstellen, wurden entwickelt und bieten ausgezeichnete Möglichkeit Wirkstoffe aufzufinden, die zu Allergien oder zu einer Blutvergiftung führen. Für die Entwicklung solcher Ersatz- und Ergänzungsmethoden zum Tierversuch haben Freiburger Wissenschaftler auch schon einen Forscherpreis erhalten.

Techniken für Zell- und Gewebekulturen
Die Techniken für Zell- und Gewebekulturen sind inzwischen sehr ausgereift und gehören zu den unverzichtbaren Werkzeugen in den Bereichen der Medizin, der Pharmakologie und der Molekularbiologie. So werden tierische Zellen bzw. Säugetierzellen, entweder aus dem Tier entnommen („Primärkultur“) oder über viele Zellgenerationen an die Gewebekultur angepasste Zelllinien hergestellt. Um die Kenntnisse aus der Forschung anwenden zu können und als standardisierte Arbeitsweisen im Labor zu etablieren, sind Fachkräfte und Spezialisten gefragt. Für Technologen und Analytiker oder andere Fachkräfte, die sich in diesem Gebiet spezialisieren wollen, ist das Erlernen von Grundtechniken für die Zell- und Gewebekultur unbedingt notwendig. Verschiedene Färbetechniken zum Nachweis von Zelltypen kommen in einem Routinelabor zum Einsatz. Das Wissens-Wie über die Verwendung von Nährmedien, die neben definierten Salzen und Aminosäuren oft komplexe biologische Zusätze, wie Seren oder Embryonalextrakte, enthalten, sind entscheidend. Sicherheit und Erfolg im Zellkulturlabor wird nur durch den richtigen Umgang und die Durchführung von standardisierten Arbeitsweisen garantiert.

Zusammenfassung
Die Herstellung von In-vitro-Fleisch und der Hamburger aus der Petrischale bieten möglicherweise eine Alternative um den weltweiten ansteigenden Fleischbedarf zu decken.

Die wichtigsten Innovationen zur alternativen Fleischproduktion sind in den Wissenschaften zu finden. Aus Rinderfleisch werden Rindermuskelzellen in Zellkultur gezüchtet und daraus Stammzellen gewonnen, die in der Kulturschale zum Hamburger heranwachsen sollen. Diese Ankündigung von dem Wissenschaftler Dr. Marc Post zieht die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf sich, und gibt sogleich Anregungen für Zukunftsvisionen. Vielversprechend sind die neuen Erkenntnisse von den beiden Stammzellforscher John Gurdon und Shinya Yamanaka, die beide in 2012 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurden. Beide Stammzellforscher zeigten in Ihren Entdeckungen, dass ausdifferenzierte, reife Körperzellen wieder zu embryonalen Zellen zurückprogrammiert werden können. So scheint die Denkweise, dass der biologische Weg zur ausgereiften Körperzellen als Einbahnstraße und als Endstadium anzusehen ist, widerlegt. Ein gewünschtes Ziel der modernen Stammzellforschung ist es, Stammzellen zu gewinnen und zu vermehren, dass sie verschiedene Zell- und Gewebe ersetzen können wie z. B. Herz und Muskelzellen, Hautzellen und sogar Nervenzellen. Die Zellkulturtechniken zählen zu der Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts und bieten Ersatz- und Ergänzungsmethoden zu den heutigen Tierversuchen. Für Technologen und Analytiker oder andere Fachkräfte, die sich in diesem Gebiet spezialisieren wollen, ist das Erlernen von Grundtechniken für die Zell- und Gewebekultur unbedingt notwendig.

Literatur
[1] Food and Agriculture Organization of the United Nations. Online as viewed on 20.02.2013. URL: www.fao.org/index_en.htm
[2] Duurzaam Insecten eten. Online as viewed on 20.02.2013. URL: http://duurzaaminsecteneten.nl/insecten-recepten/ insecten-kookboek/
[3] The guardian. Online as viewed on 20.02.2013. http://www.guardian.co.uk/environment/video/2012/feb/21/lab-grown-burger- served-october-video
[4] The official Web site of the Nobel Prize. Online as viewed on 20.02.2013. URL: www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012
[5] Gurdon J. B.: Journal of Embryology and Experimental Morphology 10, 622–640, (1962)
[6] Campbell K. H. S. et al.: Nature 380 (6569), 64−66, (1996)
[7] Takahashi K. und Yamanaka S.:Cell 126, 663- 676, (2006)
[8] Arzneimittelkommission der deutschen Ärzteschaft (2009). Stellungnahme der Arzneimittelkommission der deutschen Ärzteschaft zur Schutzimpfung gegen die Neue Influenza A (H1N1)1, S.5-6. Online as viewed on 20.02.2013. URL: www.akdae.de
[9] Biobioseminars. Online as viewed on 20.02.2013 URL: www.biobioseminars. com
[10] Dachverband für Technologen/-innen und Analytiker/- innen in der Medizin Deutschland e.V. Online as viewed on 20.02.2013. URL: www.dvta.de/startseite/seminare/seminar/889-Zell

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Zodiac: Bldg. 122 Room B0016
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Telefon: +31 (0) 317 48 48 48

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