CRISPR-Cas9 zur Genmanipulation von essbarem Myzel für Fleischalternativen einsetzen

Pilzmyzel als Grundlage für Fleischalternativen

Kultiviertes Fleisch wird erforscht, um tierische Produkte mit geringerem Ressourcenverbrauch herzustellen. Die Herstellung aus tierischen Zellen bleibt jedoch technisch anspruchsvoll und teuer. Daneben werden Alternativen entwickelt, die ganz ohne tierische Zellen auskommen.

Eine Alternative besteht darin, einen tierfreien Fleischersatz zu schaffen. Und damit dies kommerziell funktioniert, gilt: Je fleischähnlicher Geschmack und Textur, desto leichter lässt sich der Verbraucher überzeugen.

Viele bekannte Fleischalternativen basieren auf Pflanzenproteinen, darunter die Burger von Impossible Foods.

Quelle: Save On Foods

Allerdings war es schwierig, das Gefühl und den Geschmack von echtem Fleisch mit pflanzenbasierten Alternativen vollständig zu reproduzieren. Vegetarische und vegane Köche wissen, dass Pilze oft ein guter Fleischersatz in klassischen Rezepten sind.

Und Forscher untersuchen nun die genetische Modifikation von Pilzen, um sie deutlich fleischähnlicher zu machen.

Myzel fleischähnlich schmecken lassen

Nutzung etablierter Traditionen

Forschende an der University of California, Berkeley, und weiteren Einrichtungen untersuchten einen Fadenpilz, der in Ostasien seit Jahrhunderten für fermentierte Lebensmittel verwendet wird: Aspergillus oryzae, auch als Koji-Schimmelpilz bekannt. Er wird unter anderem zur Herstellung von Miso, Sake und Sojasauce eingesetzt.

Das Team hatte auch mit Neurospora intermedia gearbeitet, einem Pilz, der in Indonesien zur Herstellung des fermentierten Lebensmittels Oncom verwendet wird. Daraus entwickelten die Forschenden beispielsweise ein neues Gericht:

 Aus Reis, Wasser und dem Pilz stellten sie einen auffällig orangefarbenen Brei her.

Myzel ist das fadenförmige Geflecht eines Pilzes und kann als Lebensmittelrohstoff dienen. Nährstoffgehalt und gesundheitliche Eigenschaften hängen von der Art, dem Substrat und der Verarbeitung ab. Aus dieser Studie lässt sich nicht ableiten, dass Pilze allgemein gesünder als Pflanzen oder Fleisch sind oder Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verhindern.

Geeignete Pilze können bestimmte organische Rohstoffe, darunter geprüfte landwirtschaftliche Nebenprodukte, in essbare Biomasse umwandeln. Nicht jeder Pilz und nicht jeder Abfallstoff ist für die sichere Lebensmittelproduktion geeignet.

Im untersuchten Verfahren ließ sich die Pilzbiomasse nach dem Entfernen überschüssiger Flüssigkeit und dem Zerkleinern zu Patties formen und garen. Dafür war keine umfangreiche Isolierung der Proteine erforderlich. Das bedeutet nicht, dass alle myzelbasierten Produkte ohne weitere Verarbeitung oder Zutaten auskommen.

CRISPR zur Schaffung neuartiger Lebensmittel verwenden

CRISPR-Cas9 ist unter anderem aus der Entwicklung von Gentherapien bekannt. Ende 2023 wurde in den USA die erste Therapie auf dieser Grundlage zugelassen, wie in unserem Artikel „FDA-Zulassungen von Gentherapien gegen Sichelzellkrankheit zeigen das Potenzial von CRISPR/Cas9“ beschrieben.

Die Methode lässt sich auch zur Veränderung des Erbguts anderer Organismen einsetzen. Das Forschungsteam aus dem Umfeld von Jay Keasling entwickelte Werkzeuge zur gezielten genetischen Veränderung von Aspergillus oryzae. Damit sollte die Pilzbiomasse Eigenschaften erhalten, die für Fleischalternativen interessant sind:

• Die Forschenden erhöhten die Produktion von Häm. Dieses eisenhaltige Molekül kommt unter anderem im Hämoglobin vor und trägt zur Farbe und zum Geschmack von Fleisch bei.
• Außerdem steigerten sie die Produktion von Ergothionein, einer antioxidativen Verbindung. Die Studie untersucht den Gehalt in der Biomasse; sie beweist keine vorbeugende oder therapeutische Wirkung des fertigen Lebensmittels beim Menschen.

Quelle: Nature.com

So entstand rötliche Pilzbiomasse, die nach einer Verringerung des Wassergehalts zu einem Patty geformt und gebraten werden konnte.

Quelle: Nature.com

Der Werkzeugkasten zur genetischen Veränderung essbaren Myzels wird in der wissenschaftlichen Arbeit „Edible mycelium bioengineered for enhanced nutritional value and sensory appeal using a modular synthetic biology toolkit“ in Nature Communications beschrieben.

Die Forschenden erhöhten die intrazellulären Hämwerte und untersuchten dafür den mehrstufigen Biosyntheseweg. Das zeigt Möglichkeiten zur gezielten Veränderung von Fadenpilzen, nicht bereits die Gleichwertigkeit des Produkts mit Fleisch in allen sensorischen oder ernährungsphysiologischen Eigenschaften.

Weitere Schritte bei myzelbasierten Fleischalternativen

Das experimentelle Patty ist noch kein fertiges Produkt mit allen Eigenschaften von Fleisch. Als weitere Forschungsrichtungen kommen unter anderem infrage:

• Die Struktur der Myzelfäden so zu verändern, dass die Textur beim Essen fleischähnlicher wird.
• Die Lipidzusammensetzung im Hinblick auf Geschmack, Mundgefühl und Nährstoffprofil anzupassen.
• Weitere Inhaltsstoffe zu untersuchen und ihren Gehalt gezielt zu verändern. Mögliche gesundheitliche Vorteile müssen dabei getrennt geprüft werden; traditionelle Verwendung allein ist kein Wirksamkeitsnachweis.

Die entwickelten Methoden könnten auch für andere essbare Pilze angepasst werden. Eine lange Verwendung als Lebensmittel liefert wichtige Anhaltspunkte, ersetzt aber nicht die Sicherheitsbewertung eines genetisch veränderten Stamms und seines Herstellungsverfahrens.

Unternehmen, die myzelbasierte Fleischalternativen verkaufen

1. Eat Meati

Meati verwendete im Kontext des Artikels von 2024 nicht gentechnisch verändertes Myzel für Fleischalternativen.

Quelle: Meati

Als MushroomRoot bezeichnete das Unternehmen Myzel von Neurospora crassa. Diese Art kommt auch in der Natur vor, beispielsweise nach Bränden. Ob sich der Berkeley-Werkzeugkasten auf diesen Pilz übertragen lässt, müsste gesondert untersucht werden; eine Anwendung durch Meati ist hier nicht belegt.

2. Untamed Feast

Untamed Feast bietet pilzbasierte Lebensmittel an, darunter getrocknete Pilze, Extrakte und Fertiggerichte. Das Sortiment im Kontext des Artikels umfasste unterschiedliche Pilzarten.

Quelle: Untamed Feast

Zu den damals beschriebenen Produkten gehörte auch „Mushroom Meat“, eine Mischung für Fleischalternativen mit Pilzen und weiteren Zutaten wie Sojaprotein, Reismehl, Algen und Maisstärke. Dieses Produkt ist nicht mit dem gentechnisch veränderten Forschungsmyzel gleichzusetzen.

3. Prime Roots

Prime Roots verwendete bereits Koji-Myzel zur Herstellung von Fleischalternativen, etwa Aufschnitt und weiteren Wurst- oder Pastetenalternativen.

Quelle: Prime Roots

Da das Unternehmen ebenfalls Koji nutzt, könnten die Forschungsergebnisse grundsätzlich relevant sein. Daraus folgt jedoch weder eine bestehende Zusammenarbeit noch eine konkrete Einführung dieser genetischen Veränderungen in den Produkten.

Eine Übertragung würde unter anderem die Eignung der jeweiligen Stämme, Herstellungsprozesse, Zulassungsanforderungen und die Lebensmittelsicherheit betreffen.

Fazit

Fleischähnliche Lebensmittel mit geringerem Ressourcenbedarf könnten einen bedeutenden Markt bilden, wenn Herstellungskosten, Geschmack und Akzeptanz zusammenpassen. Pflanzenbasierte Produkte, kultiviertes Fleisch und Pilzbiomasse haben dabei unterschiedliche Vorteile und Herausforderungen.

Pilze werden seit Langem in Fermentationsprozessen eingesetzt. Fadenpilze wie Koji unterscheiden sich jedoch von Hefen, die beispielsweise bei Brot und Bier verwendet werden. Die historische Nutzung von Pilzen insgesamt belegt nicht automatisch die Sicherheit jedes neuen Myzelprodukts.

CRISPR und andere Werkzeuge eröffnen Möglichkeiten, Textur, Geschmack, Farbe und Zusammensetzung gezielt zu verändern. Ob und wann damit vollständige sensorische Gleichwertigkeit zu Fleisch erreicht wird, ist offen.

Ein höherer Gehalt an antioxidativen Verbindungen macht ein Lebensmittel nicht automatisch gesünder als Rindfleisch oder andere Lebensmittel. Dafür sind das gesamte Nährstoffprofil, die verzehrte Menge, Verträglichkeit und geeignete Untersuchungen wichtig.

Die Nutzung geeigneter Nebenprodukte und kontrollierter Kultivierung könnte auch für Lebensmittelproduktion auf begrenztem Raum interessant sein. Anwendungen für dauerhafte Siedlungen auf Mond oder Mars bleiben Zukunftskonzepte, wie in „Weltraumnahrung: Wie versorgen wir die nächste Generation von Pionieren?“ erörtert.