Zuckerfreie Süße, vegane Milch, tierfreies Fleisch: Die Synthetische Biologie macht’s möglich

Die perfekte Süße: Null Kalorien, schmeckt wie Zucker und fühlt sich auch so an. EverSweet wird mit einer besonderen, im Labor konstruierten Hefe hergestellt und ist eines der ersten Produkte der Synthetischen Biologie im Lebensmittelbereich. Kritiker brandmarken sie als „extreme Gentechnik“, doch viele junge Start-ups sind davon begeistert. Damit können nicht nur seltene, deswegen sehr teure pflanzliche Stoffe in großen Mengen hergestellt. Sie ist auch der Schlüssel für die Vision einer „zellulären Landwirtschaft“: Milch, Eiweiß, Fleisch zu erzeugen - ohne dafür Tiere halten oder schlachten zu müssen.

Die neue Süße verspricht einen Riesenmarkt. Denn gegen den Zucker können die bisher verwendeten kalorienarmen Alternativen kaum bestehen. Mal werden sie als „chemische“ Zusatzstoffe kritisch beäugt, mal schmecken sie metallisch. Und Stevia, der natürliche, extrem süße Extrakt aus den Blättern eines südamerikanischen Strauches, kann den Zucker nur teilweise ersetzen. Der Grund ist der bittere Nebengeschmack – der tritt jedoch nur bei einer bestimmte Variante der süßen Substanz (Rebaudiosid A, kurz: Reb A) auf. Zwei andere – Reb M und Reb D - haben diesen Nachteil nicht. Mit ihnen könnten Softdrinks und andere süße Produkte ohne Geschmackseinbußen ganz auf Zucker verzichten. Allerdings kommen Reb M und Reb D in den Stevia-Blättern nur in so geringen Mengen vor, dass sie als pflanzliche Extrakte wirtschaftlich nicht nutzbar sind.

Aber natürliche Knappheit ist inzwischen kein unüberwindbares Hindernis mehr. Um begehrte, aber sehr seltene und deswegen teure Stoffe zu gewinnen, benötigt man heute keine nicht mehr die Pflanzen, aus denen sie ursprünglich stammen. Es sind Hefen, welche die beiden Reb D- und Reb M-Varianten des Stevia-Proteins produzieren. Evolva, ein innovatives, 2004 in der Schweiz gegründetes Unternehmen, hat den neuen Herstellungsweg entwickelt, ähnlich wie schon für mehrere Aromen, Duft- und Wirkstoffe.

Damit Hefe pflanzliche Proteine wie die aus Stevia hervorbringen kann, muss sie dafür „umgebaut“ werden. Mit den Konzepten der Synthetischen Biologie ist inzwischen vieles möglich geworden, was vor ein paar Jahren noch undenkbar schien. Anders als bei der klassischen Gentechnik werden meist nicht einzelne, aus anderen Organismen isolierte Gene möglichst „naturgetreu“ übertragen, sondern biologische Elemente – etwa ein zu dem gewünschten Produkt führender Stoffwechselweg – in bekannte, technisch gut beherrschbare Mikroorganismen eingefügt. In den letzten Jahren haben sich Mikrobiologie, Bioinformatik und viele Labortechniken rasant entwickelt. Damit ist es möglich geworden, biologische Systeme – in Teilen – ingenieurmäßig zu konstruieren. Oft werden dazu „künstliche “ Gene verwendet, deren DNA-Abfolge „am Computer“ entworfen wurde, damit sie einen jeweils vorgegebenen Zweck erfüllen.

Ganz ähnlich wie bei der industriellen Gentechnik werden auch die Organismen der Synthetischen Biologie in „geschlossenen Systemen“ kultiviert. Meist erhalten sie stärkehaltige Pflanzen als Haupt-Nährstoffe. Die Substanzen, die sie daraus bilden, werden gereinigt und sind am Ende nahezu rückstandsfrei. Wie die Unternehmen immer wieder betonen, hat die mikrobielle Herstellung hochwertiger pflanzlicher Stoffe viele Vorteile: Sie benötige weniger Flächen und es müssten keine Pestizide gespritzt werden. Die Qualität der Produkte sei konstant hoch und gut kontrollierbar, Mengen und Preise werden nicht von Wetterkapriolen oder unsicheren politischen Verhältnisse in fernen Anbauländern beeinflusst.

Im Juni 2016 erhielt die neue Ever Sweet-Süße von der US- Lebensmittelbehörde FDA den GRAS-Status (Generally Recognizid As Safe). Damit muss sie kein weiteres Zulassungsverfahren durchlaufen und kann ohne spezielle Deklaration und ohne Mengenbeschränkungen – etwa in kalorienfreier Cola oder Softdrinks – eingesetzt werden. Doch erst im Frühjahr 2019 begann in den USA die Vermarktung, die Evolva dem Agro-Giganten Cargill, übertragen hatte. Ganz so einfach wie gedacht ist es offenbar nicht, den Konsumenten die Produkte der Synthetischen Biologie schmackhaft zu machen.

Seit 2014 das erste Produkt, ein ebenfalls in Hefe hergestelltes Vanille-Aroma, auf den Markt kam, laufen Gentechnik-Gegner dagegen Sturm. Synthetische Biologie sei „extreme Gentechnik“, alles andere als „natürlich“ und wenn die „künstlichen“ Produktionsorganismen aus den Anlagen entweichen sollten, seien die Risiken für Mensch und Umwelt „unübersehbar“. Die Einwände sind die gleichen wie vor 25 Jahren bei den ersten gentechnischen Anlagen für Medikamente oder Enzyme. Eingetreten sind die Befürchtungen nicht und schon lange sind solche Produkte akzeptiert.

Trotz anfänglicher Skepsis – in der Branche herrscht weiterhin Aufbruchsstimmung. „Die Synthetische Biologie ist derzeit einer der am schnellsten wachsenden Technologie-Bereiche“, so Sam Altman, Chef von Gingko Bioworks in Boston – und er meint damit nicht nur technische und medizinische Anwendungen, sondern zunehmend auch Kosmetik und Lebensmittel. Vor allem Aromen und Duftstoffe bieten sich dafür an - etwa Nootkatone, markante Aromen aus Grapefruit und Zitrusfrüchten, die nicht nur in Limonaden, sondern vor allem als Schutz vor Mücken oder Zecken verwendet werden.

Und selbst im sonst so vorsichtigen Europa mit seinen strengeren Gesetzen ist bereits biotechnisch hergestelltes Resveratrol auf dem Markt, eine in Weintrauben und anderen Früchten vorkommende Substanz, die „positive Wirkungen“ für eine „gesunde Alterung“ haben soll und vor allem als Nahrungsergänzungsmittel angeboten wird. Bisher wird Resveratrol aus japanischem Knöterich gewonnen, nun jedoch „mithilfe eines innovativen Fermentationsprozesses aus Hefe“ (Evolva). Ähnlich hergestellte Resveratrol-Produkte gibt es auch von anderen Herstellern. In der EU sind sie als „neuartige Lebensmittel“ (Novel Foods) zugelassen.

Doch nicht nur für pflanzliche Stoffe hat die Synthetische Biologie neue Herstellungsmöglichkeiten eröffnet, auch für tierische Produkte wie Eiweiß, Milch oder Fleisch – ohne dafür Tiere halten oder gar schlachten zu müssen. Immer perfekter werden die veganen Imitate, immer näher am tierischen Original, immer größer der Hype darum.

Gerade macht Perfect Day in USA Furore, eines der von enthusiastischen Biotechnologen gegründetes Startups. Sie haben einen Weg ausgetüftelt, veganes Milcheiweiß (Molke) in dafür „umgebauten“ Hefen zu produzieren. Daraus stellen sie veganes Milcheis in drei Geschmacksvarianten her und vertreiben es mit großem Erfolg über ihren Webshop. Nun sollen Joghurt, Sahne und andere „Milch“produkte folgen. Ganz ähnlich auch Legendairy Food aus Berlin, die 2020 veganen Käse auf der Basis von biotechnisch mit Hefe gewonnenem Proteinen herausbringen wollen. Inzwischen hat Perfect Day von US-Lebensmittelbehörde (FDA) grünes Licht das „gentechnisch“ hergestellte Molke-Eiweiß (Beta-lactoglobulin) bekommen. Offene Fragen zur Sicherheit des Milchersatzstoffes gebe es nicht (April 2020).

Viele kleine Start-ups, Pioniere der Synthetischen Biologie und risikobereite Investoren haben sie sich zu New Harvest zusammengeschlossen, einem Non-profit-Institut, das sich der „zellulären Landwirtschaft“ – ohne Tiere – verschrieben hat. Auf dem jährlichen New Harvest-Kongress am renommierten MIT (Massachusetts Institute of Technology) in Boston präsentieren sich zahlreiche Projekte. Viele sind visionär und kaum ausgereift, andere schon an der Schwelle zur Vermarktung - vor allem: Fisch und Fleisch aus Zellkulturen.