Wie Muskelkater einen Beitrag zum Klimaschutz leisten kann

Co-Autorin: Aleksandra Fuchs

Die Umwelt – Ein Thema, das global gesehen, seit 2019 immer mehr Menschen beschäftigt und oft sogar mehr Sorgen bereitet als z.B. ihre eigenen Jobs.¹ Wir achten darauf weniger Plastik zu verschwenden, weniger zu reisen und möglichst Waren mit langen Transportwegen zu meiden. Ein weiterer, stark diskutierter Punkt ist zudem der enorme Fleischkonsum, der nicht nur schrecklich viele Ressourcen und Land benötigt, sondern auch mehr Wasser- und Luftverschmutzung verursacht als der gesamte Verkehrssektor.

² Fleisch ist auf einem mitteleuropäischen Speiseplan kaum wegzudenken. Obwohl der Fleischkonsum bereits in einigen Ländern gesunken ist, steigt er in anderen Ländern wiederum an und der Trend hält an, dass die meisten Menschen generell nicht auf Steak und Co. verzichten möchten. Mit der Bevölkerung, die noch weitere 20-30 Jahre wachsen wird³, muss daher auch die Fleischproduktion ansteigen. Wir erahnen hier also schon das Problem: Wie produzieren wir mehr Fleisch ohne gleichzeitig mehr Ressourcen zu verschwenden?

Die Lösung: Fleischproduktion im Labor. 

Potenziell könnte man aus einer Muskelprobe von 0.5 Gramm, ohne genetische Eingriffe, mehrere Tausend Kilogramm Fleisch produzieren.  Schlüsselwort „potentiell“ – Fleischproduktion ist zu diesem Zeitpunkt weder einfach noch kosteneffizient, aber Hilfe kommt von einer unerwarteten Seite.

Der Muskelkater – wer sich beim Sport schon einmal sehr verausgabt hat, kennt ihn.

Besonders beanspruchte Muskeln können in den darauf folgenden Tagen ziemlich schmerzen. Winzige Verletzungen im Muskelgewebe sind einer der Gründe dafür. Diese und reguläres Training können zu einem erhöhten Muskelwachstum führen, weshalb viele Sportler einen Muskelkater auch gerne als „positiven Schmerz“ bezeichnen. Steaks, Gulasch, Filets – Fleisch besteht zum Großteil aus Muskelzellen. Wir haben uns gefragt, wie wir uns diesen Muskelkater-Effekt für die Fleischproduktion im Labor zu Nutze machen können.

Zahlreiche Projekte zum Thema Fleischproduktion im Labor und deren Methoden werden stetig verfeinert, jedoch stoßen Wissenschaftler:innen immer noch auf ein paar zentrale Probleme. Um überhaupt ein Steak aus dem Labor auf seinen Teller zu bekommen sind erst einmal Muskelzellen nötig, die in einer sehr hohen Zelldichte anwachsen können. Speziell in einem Zellkulturlabor besteht jedoch die Schwierigkeit, die Zellen in einer hohen Dichte anzuzüchten, denn sie fahren nach einiger Zeit ihren Teilungsprozess deutlich herunter und differenzieren nur noch sporadisch. Zudem sind die benötigten Medienkomponenten sehr teuer.

Wir stehen also zwei großen Problemen gegenüber: Wie können wir die Muskelzellen dazu bringen in einer hohen Dichte zu wachsen? Und wie können wir die Kosten für diesen ganzen Prozess so gering wie möglich halten?

Der Hippo-Signalweg

Zellproliferation (Zellwachstum/Zellteilung) wird stark durch den  „Hippo Signalweg“ reguliert. Er hat eine große Bedeutung in der Regulation der Organgröße, des Zellwachstums und der Zelldifferenzierung. Diese Regulierung ist im lebenden Organismus sehr wichtig, da es ansonsten zu einem exzessiven Muskelwachstum kommen würde. Da wir genau dies in unserem Fall anstreben, muss als erstes dieser Signalweg zu dereguliert werden.   Zusätzlich schüttet der Körper bei einer erhöhten Muskelbelastung vermehrt Botenstoffe – sogenannte „Myokine“ aus, die Entzündungsreaktionen hemmen und gleichzeitig Zellteilung anregen können.

Um all diese Faktoren miteinander zu verknüpfen, ist unser Ziel nun, einen  Après-Training-Cocktail herzustellen, der aus Hippo-Signalweg-Inhibitoren und Myokinen in nahezu physiologischen Konzentrationen besteht. Dieser Cocktail soll die molekulare Umgebung nach dem Training imitieren und somit das Muskelzellwachstum auf natürliche Weise anregen.   Nicht kommerziell vorhandene oder zu teure Komponenten, wie zum Beispiel  Myokine werden dazu in Hefe überproduziert, was die Kosten für die Medienkomponenten erheblich senkt und wir somit das zweite große Problem bei der Fleischproduktion im Labor aushebeln wollen.

Zusammen mit kommerziell vorhandenen Komponenten können nach diesem Modell weitere Cocktails auf verschiedene Zelltypen, wie mesodermale (Fett) und endodermalen Zellen (zum Beispiel Leber) angepasst werden.

Cocktails für die Fleischproduktion

Die großen Vorteile dieser Vorgehensweise sind, dass der Cocktail nicht nur für eine bestimmte, sondern möglicherweise für sehr viele verschiedene, Rindermuskel-Zelllinien anwendbar sein wird. Die Zusammensetzung kann weiterhin individuell angepasst werden, um in vitro Fleisch von Organismen zu produzieren, die ihnen evolutionär nahestehen (zum Beispiel Bison, Schaf oder Ziege). Das gleiche Prinzip könnte auch für die in vitro Fleischproduktion von Geflügel angewendet werden mit Muskelproben von Huhn, Pute, Gans, Truthahn und so weiter.

Die Qualität der Medienkomponenten, die unter kontrollierten Bedingungen hergestellt werden, bleiben immer gleich, und die Kosten senken sich mit der Zeit so weit, bis sie vernachlässigbar werden. Damit rückt der Moment näher, dass in vitro Fleisch einen mit traditionell hergestelltem Fleisch vergleichbaren Marktpreis erreichen kann.

Was hier wie Science-Fiction klingt, ist greifbarer als es erscheint – durch die bahnbrechenden Erfolge der Biotechnologie in den letzten Jahrzehnten (zum Beispiel: CRISPR/CAS9 Gene-Editing Methode), ist es möglich geworden die Herstellung von rekombinanten Proteinen/chemischen Verbindungen auf ein komplett neues Niveau zu bringen. Und das wiederum ermöglicht uns noch effektiver als zuvor unsere Umwelt zu schützen und sie eventuell wieder ins Gleichgewicht zu bringen.

Wie Marie Curie schon sagte: Man muss nichts im Leben fürchten, man muss nur alles verstehen. So würden wir ergänzen: Biotechnologie einzusetzen ist notwendig, um zu verstehen welchen Nutzen sie uns bringen kann.