Kleine Algen, große Perspektiven für kultiviertes Fleisch

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Sie sind mikroskopisch klein und könnten bei der Entwicklung von
kultiviertem Fleisch eine überraschend große Rolle spielen: Mikroalgen.
Eine internationale Forschungsgruppe hat untersucht, wie die Alge
Chlorella BDH-1 dazu beitragen kann, kostenintensive Bestandteile von
Zellkulturmedien einzusparen und Ressourcen in einem Kreislauf zu nutzen.
An der Studie ist Professorin Dr. Ute Marx von der Hochschule Pforzheim
als Co-Autorin beteiligt. Einen wesentlichen Beitrag leistete sie mit
ihrer Expertise in der NMR-Spektroskopie, mit der sich die molekulare
Zusammensetzung komplexer biologischer Proben untersuchen lässt.

Kultiviertes Fleisch entsteht aus tierischen Zellen, die außerhalb des
Tieres in einem nährstoffreichen Kulturmedium vermehrt werden.
Insbesondere Aminosäuren und Serum machen diese Medien bislang zu einem
erheblichen Kostenfaktor. Die Forschenden verfolgten deshalb einen
ungewöhnlichen Ansatz: Verbrauchtes Zellkulturmedium wurde genutzt, um
Chlorella BDH-1 zu kultivieren. Aus der dabei entstehenden Algenbiomasse
gewannen sie ein Extrakt aus aufgeschlossenen Algenzellen, das
anschließend wieder für die Kultivierung tierischer Zellen eingesetzt
wurde.

Die Ergebnisse sind vielversprechend. Das verbrauchte Zellkulturmedium
konnte mehrfach für die Kultivierung von Mikroalgen genutzt werden. Nach
zwei solchen Recyclingrunden wurde besonders viel Algenbiomasse gewonnen.
Unter bestimmten Bedingungen wuchsen die tierischen Zellen mit dem
Algenextrakt mehr als doppelt so gut wie in einem herkömmlichen
Zellkulturmedium. Besonders interessant war die Kombination mit einer
sogenannten Ko-Kultivierung, bei der Mikroalgen und tierische Zellen
gemeinsam kultiviert werden. Dadurch konnten die Mengen an zugesetzten
Aminosäuren und Serum, die als wichtige Bestandteile des Zellkulturmediums
das Wachstum der Zellen unterstützen, um 50 Prozent reduziert werden.
Gleichzeitig vermehrten sich die Zellen rund 40 Prozent stärker. Mit Hilfe
der NMR-Spektroskopie untersuchte Ute Marx, welche wertvollen Nährstoffe
im Algenextrakt enthalten sind und welche davon die tierischen Zellen
tatsächlich aufnehmen. Die Analysen geben Aufschluss darüber, welche
Bestandteile für das Wachstum der Zellen wichtig sind und wie sich der
Algenextrakt gezielt als Alternative zu herkömmlichen Bestandteilen von
Zellkulturmedien nutzen lässt.

„Mich fasziniert an dieser Forschung, dass wir mit der NMR-Spektroskopie
sichtbar machen können, welche Stoffe im Algenextrakt stecken und was die
Zellen davon tatsächlich aufnehmen. So können wir Schritt für Schritt
herausfinden, welche Bestandteile für das Zellwachstum besonders wichtig
sind“, erklärt Professorin Dr. Ute Marx. „Die Verbindung von Analytik,
Zellbiologie und Algenbiotechnologie eröffnet interessante Perspektiven
für eine ressourcenschonendere Zellkultur.“
Die Forschung stößt auch international auf Aufmerksamkeit. Die Australian
Financial Review berichtete über die Arbeiten der University of Queensland
und hob das Potenzial von Mikroalgen hervor, die Produktion von
kultiviertem Fleisch wirtschaftlicher zu machen. In Australien wird
bereits an der Übertragung der Forschungsergebnisse auf größere
Produktionsmaßstäbe gearbeitet.

Für Professorin Dr. Ute Marx ist die Studie ein weiterer Erfolg
internationaler Zusammenarbeit. Sie arbeitet eng mit der Forschungsgruppe
von Professor Ben Hankamer (Direktor des Centre for Solar Biotechnology am
Institute for Moleculare Bioscience) an der University of Queensland in
Australien zusammen, der auch Dr. Melanie Oey angehört. Aus dieser
Kooperation sind bereits mehrere begutachtete wissenschaftliche
Publikationen hervorgegangen. Dr. Oey, die das beschriebene Projekt
leitet, war bereits im April an der Hochschule Pforzheim zu Gast und hielt
dort einen Vortrag.

„Die gemeinsame Forschung mit Melanie Oey zeigt, wie fruchtbar unsere
Zusammenarbeit ist. Der Austausch verbindet unterschiedliche
wissenschaftliche Perspektiven und bringt immer wieder neue Impulse für
unsere Forschung“, sagt Ute Marx. Die langjährige Zusammenarbeit mit der
Forschungsgruppe von Professor Ben Hankamer ermöglicht einen
kontinuierlichen internationalen Austausch und verbindet unterschiedliche
Kompetenzen aus Biotechnologie, Zellbiologie und Analytik.

Die Studie liefert eine wichtige Grundlage für weitere Untersuchungen zur
technischen Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Ansatzes. Sie zeigt,
dass Mikroalgen nicht nur als Proteinquelle interessant sind, sondern auch
dabei helfen könnten, Nährstoffe in zukünftigen Zellkultursystemen
effizienter zu nutzen.

Die Verbindung zwischen kultiviertem Fleisch und Medizintechnik ist dabei
noch viel enger: Beide Bereiche nutzen ähnliche Zellkulturverfahren.
Tierische Zellen werden unter kontrollierten Bedingungen vermehrt und
können in Bioreaktoren gezielt zu Muskel- und Fettgewebe gezüchtet werden.
Vergleichbare Methoden kommen in der regenerativen Medizin zum Einsatz,
etwa bei der Entwicklung von Haut- und Knorpelgewebe oder perspektivisch
bei künstlichen Organen. Trotz unterschiedlicher Ziele profitieren beide
Bereiche in ihrer Forschung voneinander. In beiden Fällen geht es darum,
Zellen unter kontrollierten Bedingungen optimal mit Nährstoffen zu
versorgen, ihr Wachstum gezielt zu steuern und geeignete Verfahren für die
Übertragung vom Labor in größere oder komplexere Systeme zu entwickeln.

Die Forschungsarbeit steht damit für einen Ansatz, der
naturwissenschaftliche Grundlagen mit technologischer Anwendung verbindet.
Genau an dieser Schnittstelle bewegt sich auch das Medizintechnik-Studium
an der Hochschule Pforzheim: Studierende lernen, biologische und
medizinische Fragestellungen mit ingenieurwissenschaftlichen Methoden zu
bearbeiten und daraus innovative Lösungen für die Gesundheitsbranche zu
entwickeln.