Die „blutenden“ Veggie-Burger von Impossible , Garnelen aus Algen und vegane Schmelzkäse finden ihren Weg in die Restaurants und Supermarktregale und bieten den Verbrauchern eine neue Generation von pflanzlichen Proteinen, die dem Original viel ähnlicher sind als je zuvor, in Aussehen, Wirkung und Geschmack.
Was den Verbrauchern jedoch möglicherweise nicht bewusst ist, ist, dass viele dieser neuen Lebensmittel mithilfe der synthetischen Biologie hergestellt werden, einer jungen Wissenschaft, die Prinzipien der Gentechnik anwendet, um Lebensformen von Grund auf zu erschaffen.
Die synthetische Biologie wurde ursprünglich zur Produktion von Medikamenten , Biokraftstoffen und Superbakterien eingesetzt, die Ölteppiche fressen sollen. Heute wird sie zunehmend bei der Herstellung von Nahrungsmitteln und Fasern eingesetzt – von veganen Burgern bis hin zu „ Spinnenseide “, Futter für Zuchtfische, synthetischen Geschmacksstoffen und Eiweiß ohne tierische Produkte . Ein kalifornisches Accelerator-Unternehmen namens IndieBio trägt zum Aufbau vieler dieser neuen Unternehmen bei. Die Anwendungsgebiete der synthetischen Biologie reichen von einfacher Genom-Editierung in Kombination mit Fermentationsprozessen über zelluläres Fleisch, bei dem im Labor Lebensmittel aus tierischen Zellen gezüchtet werden, bis hin zu Gene-Drive-Anwendungen, mit denen die Genetik von Organismen in der Umwelt verändert werden soll, wie etwa die Fähigkeit von Mücken, Malaria zu verbreiten. Für die Zwecke dieser Diskussion konzentrieren wir uns auf Produkte und Prozesse, die auf Genom-Editierung in Kombination mit Fermentation beruhen.
Synthetische Biologen identifizieren die Gensequenzen, die Nahrungsmitteln oder Ballaststoffen bestimmte Eigenschaften verleihen, wie etwa die Klebrigkeit von Käse oder die Zugfestigkeit von Seide. Oft ist es ein von pflanzlichen oder tierischen Zellen produziertes Protein, das die gewünschte Eigenschaft verleiht. Ist die Gensequenz für dieses Protein identifiziert, wird sie im Labor chemisch erzeugt und in Hefe- oder Bakterienzellen eingefügt. Dann werden die Mikroben durch einen Gärungsprozess, ähnlich wie beim Bierbrauen, in kleine Fabriken verwandelt, die das gewünschte Protein in Massen produzieren, das dann als Nahrungsmittelzutat verwendet oder zu Fasern gesponnen wird. Der Impossible Burger enthält beispielsweise künstlich hergestelltes Häm, ein Protein, das ursprünglich aus den Wurzeln der Sojapflanze gewonnen wird und dem Burger seinen Pseudofleischgeschmack, seine Farbe und seine Konsistenz verleiht.
Die meisten Unternehmen, die synthetische Biologie einsetzen, befinden sich noch in der Gründungsphase und werden möglicherweise nicht Fuß fassen können, so wie frühere Anwendungen der synthetischen Biologie für Biokraftstoffe nicht in großem Maßstab eingesetzt werden konnten. Aber diese Produkte stecken mit Milliarden von Dollar an Fördergeldern und es besteht ein großer Wunsch, dass sie Erfolg haben. Und obwohl viele Synbio-Produkte versprechen, weniger natürliche Ressourcen zu verbrauchen, ähnlich wie zelluläres „Fleisch“, lässt ein allgemeiner Mangel an öffentlichen Informationen und Transparenz seitens vieler Unternehmen über ihre Prozesse und die Folgen ihrer Lieferketten bei groß angelegter Umsetzung unbeantwortete Fragen zur Sicherheit und letztendlichen ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Nachhaltigkeit dieser Produkte offen.
Um Antworten auf einige dieser Fragen zu finden, hat Civil Eats sechs Unternehmen, die synthetische Biologie verwenden, sowie zwei Branchenverbände – darunter Bolt Threads, Impossible Foods, Gingko Bioworks und IndieBio – um einen Kommentar gebeten. Obwohl viele keinen Kommentar abgegeben haben, zeigen die Antworten, die wir erhalten haben – und die vielen Fragen, die unbeantwortet bleiben –, wie viel wir noch über die möglichen Auswirkungen dieser Lebensmittel der Zukunft wissen müssen.
So funktioniert es: Fischfutter als Beispiel – und Anlass zur Sorge
Jeder synthetische Bioprozess ist einzigartig, aber nehmen wir zum Beispiel das bakterienbasierte Fischfutter von KnipBio , dem ersten Unternehmen seiner Art, das von der US-amerikanischen Food & Drug Administration (FDA) die Zulassung als GRAS („generally recognizes as safe“ – allgemein als sicher anerkannt) erhalten hat. KnipBio verwendet einen Mikroorganismus, der häufig auf Blättern vorkommt und auf natürliche Weise Carotinoide produziert, Antioxidantien, die für die Gesundheit der Fische lebenswichtig sein können .
Durch einfache Änderungen am genetischen Aufbau der Bakterien kann KnipBio-CEO Larry Feinberg „die Ventile auf- oder zudrehen, um interessante Dinge zu erzeugen“, sagt er. So lassen sich beispielsweise Variationen der Carotinoide herstellen. Anschließend lässt er die Mikroorganismen in einem Tank fermentieren und füttert sie mit Methanol – einem aus Methangas gewonnenen Alkohol – oder Nebenprodukten aus Maisabfällen, um sie zur Reproduktion und zur Produktion der Carotinoide anzuregen. Die fermentierten Bakterien werden dann pasteurisiert und getrocknet, was sie laut Feinberg abtötet, und zu Mehl verarbeitet, das zu Fischfutter gemahlen wird. KnipBio hat fünf Jahre gebraucht, um diesen Prozess zu verfeinern.
Kritiker sagen, dass die Gefahren der synthetischen Biologie in der möglichen Freisetzung gentechnisch veränderter Organismen in der freien Natur, in gesundheitlichen Auswirkungen und in der Störung landwirtschaftlicher Betriebe liegen, falls gentechnisch veränderte Lebensmittel oder Fasern natürliche Produkte verdrängen.
Rebecca Burgess, Gründerin von Fibershed , das im vergangenen Herbst gemeinsam mit der ETC Group einen Bericht über die Gefahren von Kleidung aus gentechnisch veränderten oder synbiotisch hergestellten Materialien erstellte, stellt die Wirksamkeit von Methoden zur Verhinderung des Eindringens gentechnisch veränderten Materials in die Umwelt infrage. „Das Problem ist, dass sie einfache Lebensformen verwenden, die schnell wachsen und Gene schnell übertragen, und sie berücksichtigen nicht die Zukunft der genetischen Verschmutzung.“
Feinberg antwortete auf diese Bedenken mit der Bemerkung, dass die Sicherstellung, dass Mikroben tot sind, bevor sie außerhalb des Labors freigesetzt werden, „Mikrobiologie 101“ sei, wie die Pasteurisierung von Milch. Dennoch „sollte und wird es in einem industriellen Biotech-Betrieb Sicherheitsredundanzen in die Eindämmung eingebaut geben“, fügt er hinzu. Darüber hinaus sagt Feinberg, dass Untersuchungen zeigen, dass modifizierte Bakterien dazu neigen, zu ihrem „Wildtyp“ zurückzukehren, wenn sie nicht mehr unter den optimierten Bedingungen untergebracht sind, die im Labor geschaffen werden.
Piers Millet, Vizepräsident für Sicherheit und Schutz bei iGem , einer gemeinnützigen Organisation, die einen weltweiten Wettbewerb für synthetische Biologie veranstaltet, stimmt dem zu. „Eine der größten Herausforderungen der synthetischen Biologie besteht darin, die neuen Merkmale über ein paar Generationen hinweg beizubehalten [die normalerweise Tage oder Wochen dauern]. In fast allen Fällen machen die vorgenommenen Änderungen diese Organismen weniger geeignet für ihre natürliche Umgebung.“
Angesichts dieser Herausforderung ist Michael Tlusty, außerordentlicher Professor für Nachhaltigkeit und Lebensmittellösungen an der University of Massachusetts in Boston, „verhalten optimistisch“, dass die synthetische Biologie nützliche Anwendungen haben wird, etwa die Entwicklung alternativer Fischfutter, um den Druck auf Futterfische zu verringern . Tlusty merkt außerdem an: „Wir verändern Bakterien schon seit langem, für medizinische Zwecke, zum Beispiel für Insulin.“
Auswirkungen auf die Gesundheit?
Seit 40 Jahren gibt es bakterielle Engineering-Verfahren für die Medizin . Seit 1990 bearbeiten wir Bakterien auch so, dass sie das pflanzliche Lab in Käse herstellen. Tatsächlich werden heute 90 Prozent des Käses in den USA mit dem sogenannten durch Fermentation erzeugten Chymosin oder FPC , einem pflanzlichen Lab, produziert.
Bisher liegen keine Berichte über gesundheitliche oder ökologische Auswirkungen von FPC vor, es scheint jedoch auch niemand diese Frage untersucht zu haben.
Das größte gesundheitliche Problem bei synthetischen Bioprodukten besteht darin, dass sie Nahrungsmitteln neue Proteine hinzufügen, die wiederum Allergien auslösen können , sagt Dana Perls, Lebensmittel- und Landwirtschaftsaktivistin bei Friends of the Earth . „Wir müssen die kurz- und langfristigen Auswirkungen verstehen, bevor diese Inhaltsstoffe und Produkte auf den Markt oder in die Umwelt gelangen“, sagt sie über Produkte, die gentechnisch verändert wurden, um tierische Produkte zu ersetzen, und betont, dass für jede Art der Gentechnik strengere Vorschriften nötig seien.
Die meisten Verbraucher würden nicht wissen, dass der Käse, den sie kaufen, gentechnisch verändert hergestellt wurde, da er nicht als GVO gekennzeichnet ist. Die FDA entschied , dass FPC nicht gekennzeichnet werden muss, da es mit dem Chymosin in tierischem Lab identisch ist.
In den USA gelten die Kennzeichnungsgesetze für GVO nicht für Produkte, die mithilfe synthetischer Biotechnologie hergestellt wurden.(IST IM EUROPA ANDERS? ICH GLAUBE KAUM!) Das erschwert es den Verbrauchern, fundierte Entscheidungen zu treffen. Erst kürzlich gab die FDA bekannt , dass für Inhaltsstoffe aus GVO-Pflanzen keine Kennzeichnungspflicht besteht, wenn kein verändertes genetisches Material nachweisbar ist.
Zellbasiertes Fleisch, das im Labor durch die Vermehrung ganzer Stammzellen aus tierischem Muskelfleisch gezüchtet wird, wird künftig sowohl von der FDA als auch vom US-Landwirtschaftsministerium (USDA) reguliert. Was das in der Praxis bedeutet, ist jedoch noch nicht klar.
Die synthetische Biologie schreitet so rasant voran, dass Regulierungssysteme kaum mithalten können, sagt Millet. Sie fügt hinzu, dass die Branche neben nationalen Gesetzen auch die Biosicherheitsrichtlinien der Weltgesundheitsorganisation und andere internationale Vorschriften befolgt. Diese Richtlinien werden jedoch alle fünf Jahre aktualisiert, sodass es zu Verzögerungen kommen kann, bis die neueste Technologie berücksichtigt wird.
„Die neue Welle der Gentechnik schlüpft durch sehr große Schlupflöcher“, sagt Perls. „Die Leute, die versuchen, Lebensmittel oder Kleidung zu kaufen, die ihre Werte widerspiegeln, tappen im Dunkeln.“
Stehen soziale Umbrüche bevor?
Die Befürworter der synthetischen Biologie befürchten, dass es sich um eine disruptive Technologie handelt und dass diese auch die Lebensgrundlage der Landwirte, insbesondere in Entwicklungsländern, gefährden könnte.
Anuradha Mittal, Executive Director des Oakland Institute , ist besonders besorgt, dass der Aufstieg der synthetischen Biologie für Produkte wie Vanille, Kokosöl und Seide eine Bedrohung für die Lebensgrundlagen von Kleinbauern und indigenen Landwirten darstellt, wenn diese künstlich hergestellten Produkte ihre natürlichen Gegenstücke ersetzen. Viele dieser Landwirte, wie die philippinischen Kokosnussbauern, die jedes Jahr mit Supertaifunen konfrontiert sind, sind an vorderster Front des Klimawandels, und Mittal weist darauf hin, dass synthetische Alternativen ihre Verwundbarkeit zu einer Zeit erhöhen könnten, in der sie solide Märkte brauchen, um sich an den Klimawandel anzupassen.
„Diese künstlichen Lösungen, die in Petrischalen hergestellt werden, bedrohen Kleinbauern“, sagte sie gegenüber Civil Eats. „Die Zerstörung der Lebensgrundlagen insbesondere der Frauen in Indien durch diese teuren Seiden wäre enorm.“
Burgess von Fibershed befürchtet, dass Kleinbauern und Agrarökologen ihre Souveränitätsrechte verlieren könnten, wenn die Welt der synthetischen Biologie die Faserproduktion übernimmt und ihre Verfahren patentiert.
Burgess' Befürchtungen, dass die Lebensgrundlage der Bauern verloren geht, sind nicht unbegründet, meint Todd Kuiken, leitender Wissenschaftler am Genetic Engineering & Society Center der North Carolina State University. „Es gibt Gewinner und Verlierer. All das muss ausgewertet und auf den Tisch gelegt werden, damit die Menschen fundierte Entscheidungen treffen können“, sagt Kuiken, der zuvor das Synthetic Biology Project des Wilson Center leitete . Unternehmen müssten vollständige Lebenszyklusanalysen ihrer Produkte durchführen, die sowohl die ökologischen als auch die sozioökonomischen Auswirkungen berücksichtigen, sagt er. Er kenne jedoch nur wenige Unternehmen, die dies getan hätten.
Schließlich Rohstoffe
Für die Gärung werden Kohlenhydrate benötigt – man denke an Gerste oder Weizen zum Bierbrauen – und das wirft eine wichtige Frage hinsichtlich der Nachhaltigkeit auf: Welche Ausgangsstoffe werden verwendet und wie viel?
Laut Bolt Threads, einem führenden Hersteller von Spinnenseide, verwenden US-amerikanische Synbio-Unternehmen vor allem Zucker aus gentechnisch verändertem Mais, da dieser in großen Mengen verfügbar ist. Der Konzern fügt hinzu: „Es wird allgemein angenommen, dass in Zukunft eine Fermentation im großen Maßstab auch mit Nicht-Lebensmittelpflanzen möglich sein wird.“
Einige Unternehmen wie KnipBio arbeiten jedoch von Anfang an mit nachhaltigeren Rohstoffen wie landwirtschaftlichen Abfällen oder Methangas. „Rohstoffe, die nicht mit dem Menschen konkurrieren – das muss Teil der Überlegungen sein. Wir müssen die Dinge effizienter machen“, sagt Feinberg.
Perls von FOE befürchtet, dass die Synbio-Unternehmen durch die Nachfrage nach massivem Anbau von gentechnisch verändertem Mais oder Zuckerrohr einfach eine „nicht nachhaltige, pestizidintensive industrielle Landwirtschaft“ aufrechterhalten könnten.
„Wenn wir jetzt in großem Maßstab 2,4-D-Mais-Monokulturen anbauen müssen, um diese Fermentationstanks zu befüllen“, bemerkt Burgess von Fibershed, „was bedeutet das für den Mittleren Westen [der USA] oder den Cerrado in Brasilien?“
Bis vor kurzem waren Ökobilanzen, die die Rohstofffrage beantworten konnten, schwer erhältlich. Kürzlich veröffentlichte Impossible Burger als erstes Unternehmen eine Ökobilanz seines Burgers. Die von Experten geprüfte und vom unabhängigen Prüfer Quantis erstellte Analyse ergab, dass der Impossible Burger 87 Prozent weniger Wasser und 96 Prozent weniger Land benötigt und 89 Prozent weniger Treibhausgasemissionen verursacht als ein vergleichbarer Rindfleischburger.
Das synthetisch hergestellte Hämprotein ist nur eine Zutat des Burgers, der aus pflanzlichen Proteinen, Fetten, Ölen und Bindemitteln hergestellt wird. Spinnenseide oder andere Produkte, die hauptsächlich aus Proteinen bestehen, die durch synthetische Biologie hergestellt wurden, haben wahrscheinlich einen anderen Fußabdruck, der möglicherweise nicht so umweltfreundlich ist.
Und obwohl Impossible Burger die Initiative zur Umwelttransparenz ergriffen hat, wurden in der Lebenszyklusanalyse potenzielle sozioökonomische Auswirkungen nicht berücksichtigt. Das ist wichtig, sagt Kuiken, denn „nehmen wir an, Impossible Burger übernimmt die Welt: Sie würden die Anzahl tierischer Produkte reduzieren; Sie müssen alle sozioökonomischen Wechselwirkungen verstehen“ – eine Verringerung der Nachfrage nach Produkten von Landwirten und Viehzüchtern und die daraus resultierenden Auswirkungen auf deren Lebensunterhalt.
Notwendigkeit des Dialogs
Wer diese Fragen stellt, ist der Meinung, dass der Mangel an Informationen und Transparenz seitens der meisten Synbio-Unternehmen Misstrauen schürt und einen breiteren Dialog über die besten Lösungen für die Zukunft der Nahrungsmittel verhindert – ähnlich wie der Mangel an Transparenz seitens der Startups im Bereich der zellulären Landwirtschaft.
Garrett Broads Essay „ Warum wir Raum für eine Debatte über Hightech-Fleisch schaffen sollten “ aus dem Jahr 2017 in Civil Eats geht auf dieses Dilemma ein. „Ich stehe dem ganzen Unterfangen mit gemischten Gefühlen gegenüber“, schrieb Broad. „Einerseits bin ich skeptisch, dass diese technologischen Lösungen uns automatisch in eine Art landwirtschaftliches Utopia führen werden. Aber ich bin auch besorgt, dass viele, die sich mit der Lebensmittelbewegung identifizieren, die Chance verpassen könnten, die Zukunft der Lebensmittel zu gestalten, weil sie der Lebensmittelwissenschaft insgesamt den Rücken kehren.“
Millet von iGEM räumt ein, dass es ein gewisses Misstrauen seitens der Verbraucher gibt. „Meines Erachtens haben viele der verbleibenden Bedenken hinsichtlich der genetischen Veränderung mit der Natur von Machtbeziehungen zu tun, mit der Tatsache, dass sehr mächtige Unternehmen die Technologie kontrollieren“, sagt er. „Aber das bedeutet nicht, dass wir keine andere Art von Beziehung haben können.“
Der Dialog mit den betroffenen Gemeinschaften sei der Schlüssel, sagt er. Darüber hinaus glaubt Millet, dass synthetische Biologie genutzt werden könne, „um eine viel gerechtere Welt zu schaffen, in der die Menschen mehr Zugang zu den Werkzeugen haben, die sie brauchen, um ihre Probleme zu lösen, statt dass ihnen Megakonzerne die Lösungen verkaufen.“ Er nennt ein iGEM-Projekt auf Sumbawa in Indonesien , wo eine arme Gemeinschaft mithilfe synthetischer Biologie einen Gentest entwickelte, um die Piraterie ihres berühmten Honigs zu stoppen , einer wichtigen Einnahmequelle der Insel.
Diese Vision einer gerechteren Zukunft wird auch von anderen geteilt, wie etwa den Counter Culture Labs in Oakland, einem „von der Community unterstützten Makerspace für Mikrobiologie“, aber nicht unbedingt von den Synbio-Unternehmen, die über ihre Vorhaben Stillschweigen bewahren.
Wie in jeder Branche gibt es eine Reihe von Akteuren, von denen einige mehr auf Nachhaltigkeit setzen als andere. Ob die synthetische Biologie ihr Versprechen erfüllen kann, indem sie dazu beiträgt, einige der größten Auswirkungen der Landwirtschaft zu bekämpfen und die Welt zu ernähren – ohne Schaden anzurichten – bleibt abzuwarten und wird wahrscheinlich vom jeweiligen Projekt abhängen.
Inzwischen „wollen die Leute echtes Essen, sie wollen Transparenz, und niemand will ein Experiment sein“, sagt Perls.
• Synthetische Biologie verändert, was wir essen. Das müssen Sie wissen. [Civil Eats]
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