Fleisch aus Zellkultur kommt auf den Markt: Ohne High-Biotech geht es nicht

„Echtes“ Fleisch aus dem Bioreaktor, ohne dafür Tiere halten und schlachten zu müssen: Vor wenigen Jahren war das noch eine ferne Utopie. Inzwischen wetteifern zahlreiche Unternehmen und potente Investoren, in diesem Zukunftsmarkt die Nase vorn zu haben. In Singapur und den USA ist Hühnchenfleisch aus Zellkultur bereits zugelassen, in der EU wird der erste Antrag geprüft – für Foie Gras, nicht mehr aus Leber qualvoll gemästeter Enten, sondern „aus dem Labor“. Die Kosten für die Produkte sinken drastisch, die Qualität wird besser. Und bei den Kulturmedien gibt es endlich „tierfreie“ Alternativen zu den bisher notwendigen Kälberseren. Der Schlüssel sind moderne, leistungsfähige Bio- und Labortechnologien – Gentechnik eingeschlossen.

Der erste Rindfleisch-Burger, der „im Labor“ aus sich vermehrenden Muskelzellen herangewachsen war, kostete noch 250.000 Euro. Mark Post, Physiologie-Professor an der Universität Maastricht, hatte über Jahre daran gearbeitet.

Als er ihn 2013 öffentlich verkostete, wollte Post auf großer Bühne zeigen, dass sich „echtes“, schmackhaftes Fleisch in Zellkulturen erzeugen lässt, ohne dafür Tiere halten und schlachten zu müssen. Etwa zehn Jahre werde es dauern, bis eine Massenproduktion möglich sei, meinte Post damals. Nun scheint es bald so weit zu sein. Und längst ist Post mit seinem Unternehmen Mosa Meat nicht mehr allein.

Zehn Jahre später listet das Good Food Institute, Think Tank der jungen Branche, über 170 börsennotierte Unternehmen in sechs Ländern auf, die Fleisch oder Fisch aus Zellkultur weiterentwickeln und in naher Zukunft auf den Markt bringen wollen. Allein 2023 wurden zehn neue Produktionsstätten für solche Produkte eröffnet. Hinzu kommen „Dutzende weiterer Unternehmen“, die an „Technologielösungen entlang der Wertschöpfungskette“ arbeiten.

Große internationale Konzerne aus der Fleisch- und Lebensmittelbranche beteiligen sich mit viel Geld an Startups und Pionierunternehmen. Bekannte Kapitalgeber wie Bill Gates, Sergey Brin, Mitbegründer von Google, der britische Milliardär Richard Bronson (Virgin) oder grüne Prominenz wie Leonardo DiCaprio feuern den Hype um das tierfreie Zellkultur-Fleisch weiter an. Inzwischen sind es nicht mehr allein kleine, kreative Startups, welche die Entwicklung vorantreiben, sondern auch etablierte Player aus der Fleisch- oder Pharmabranche. So investiert etwa die PHW-Gruppe, eine der größten Geflügelproduzenten Europas, zu der auch Wiesenhof gehört, 40 Millionen Euro in eine strategische Partnerschaft mit dem niederländischen Branchenpionier Mosa Meat (April 2024).

Gleich ob Rind, Lamm, Huhn oder Fisch – um In vitro-Fleisch zu erzeugen, gehen alle ähnlich vor: Mittels Biopsie werden aus dem Muskelgewebe von Tieren bestimmte Zellen entnommen, die sich in der Kultur immer wieder teilen und vermehren. Dabei differenzieren sich die Zellen zu Muskel-, Fett und Bindegewebe, meist auf einer fasrigen Gerüststruktur, ganz ähnlich wie im natürlichen Tier. Die Techniken, geeignete Zellen in Kultur zu halten, haben sich immer weiter perfektioniert. Inzwischen lässt sich auch das für gutes Fleisch so wichtige Fettgewebe im Labor erzeugen, auch wenn die richtige produkttypische Mischung aus Muskelfleisch und Fett noch immer schwierig ist.

Deswegen gehen die Zellkultur-Pioniere erst einmal mit technisch weniger anspruchsvollen Burger-Patties, Nuggets oder Hackfleisch auf den Markt. Ein gutes, bezahlbares „echtes“ Rindersteak „aus dem Labor“ ist so schnell nicht in Sicht.

Die große Herausforderung: Zellwachstum ohne Rinderserum

Damit sich die Fleischzellen in der Kultur immer wieder teilen und dabei zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren, sind geeignete Kulturmedien erforderlich: Nährstoffe, Fette, spezielle Proteine, Hormone, Signalmoleküle und vor allem Wachstumsfaktoren – ein hochkomplexes Gemisch. Lange Zeit war man dafür auf Rinderserum (FBS) angewiesen, das aus dem Blut ungeborener Kälber gewonnen wird. Ein „wunderbarer Saft, mit dem wir fast alles machen können“, schwärmt ein Entwickler, doch er ist nicht nur extrem teuer, sondern mit den eigenen hohen moralischen Ansprüchen kaum vereinbar.

Etwa 400 bis 800 Euro kostet ein Liter Kälberserum, bis zu 50 Liter wurden anfangs davon für einen Beef Burger benötigt. 55 bis 95 Prozent der Kosten für Zellkulturfleisch entfallen auf die Nährmedien, schätzt das Merck Innovation Center. Billigere und tier-freie Seren sind nicht nur der Schlüssel für eine Massenproduktion, sondern auch für eine breite öffentliche Akzeptanz.

Die Zellfleisch-Startups, aber auch erfahrene Biotech-Unternehmen arbeiten mit Hochdruck an alternativen tierfreien Kulturmedien. Welche Technologien sie dabei einsetzen und wie weit sie sind, verraten sie in der Regel nicht. Oft deuten Begriffe wie „rekombinante Proteine“ oder „Fermentation“ an, was für jeden in der Branche selbstverständlich ist: Ohne moderne Molekular- und Gentechnologien wird es kein Zellkultur-Fleisch geben.

Inzwischen scheint der Durchbruch bei tierfreien Zellmedien gelungen. So hat man hat in Pflanzen oder Algen Wachstumsfaktoren und Proteine entdeckt, welche die Teilung der kultivierten Muskelzellen anregen. Meist sind die natürlichen Konzentrationen dieser Substanzen jedoch extrem gering. Der Weg, „um solche Stoffe in großen Mengen und zu bezahlbaren Kosten herzustellen, ist die Biotechnologie“, so Post. Mit den Konzepten der Synthetischen Biologie können Stoffwechselwege in Mikroorganismen „eingebaut“ werden, damit sie die benötigten Stoffe ohne Mengenbegrenzung produzieren (siehe auch: Präzisionsfermentation).

ORF Genetics, ein junges isländisches Biotech-Unternehmen, will die begehrten Wachstumsfaktoren aus Pflanzen gewinnen und dafür Erfahrungen nutzen, die es bei der Produktion von ähnlichen Wirkstoffen für Kosmetika und Anti-Aging-Produkte gewonnen hat – hergestellt in gentechnisch veränderter Gerste (Molecular Farming), die in großen abgeschlossenen Gewächshäusern angebaut wird. Inzwischen bietet das Unternehmen eine ganze Palette „tierähnlicher“ Wachstumsfaktoren für die Kulturfleisch-Branche an (Markenname Mesokine).

Einen Schritt weiter scheint Mosa Meat zu sein. Schon 2019 hatte das Unternehmen erklärt, es könne „vollständig auf fötales Rinderserum und andere tierische Komponenten verzichten“ und zugleich die Kosten für Zellkultur-Fleisch um das 80-fache senken – ohne jedoch genauer darzulegen, wie es dieses für die Zukunft der Branche so wichtige Ziel erreicht wurde. Inzwischen hat Mosa Meat sein patentiertes Verfahren in einem wissenschaftlichen Artikel in Natur Food vorgestellt (Januar 2022).

Ein Forscherteam des Unternehmens hatte sich auf molekularer Ebene den Prozess näher angeschaut, in dem die Ausgangszellen zu verschiedenen Muskelzellen differenzieren. „Wir haben uns besonders für Proteine auf der Oberfläche von Zellen interessiert, die während der Differenzierung zunehmen“, so Tobias Messmer, Erstautor und Doktorand. Diese Proteine – auch als „Rezeptoren“ bezeichnet – werden nun durch genau für diesen Zweck designte Stoffe aktiviert. Dadurch „sind wir in der Lage, den gleichen Übergang in Abwesenheit von FBS-Rinderserum nachzubilden.“

Der Erfolg von Mosa Meat zeigt auch, was heute mit modernen, hochentwickelten Labor- und Analyseverfahren – unterstützt durch künstliche Intelligenz bei der Auswertung riesiger Datenmengen – möglich ist: Wenn man auf molekularer Ebene ermittelt hat, was Zellen in einer bestimmten Phase für Wachstum und Differenzierung benötigen, können Hunderte von Komponenten systematisch darauf untersucht werden, ob sie diese Anforderungen erfüllen. Auf Basis dieser Daten lässt sich dann ein optimales Medium „entwerfen“, das – biotechnologisch hergestellt – den gleichen Zweck erfüllt wie bisher die Rinderseren.

Zulassung, Kosten, Umweltbilanzen - der lange Weg zum Markterfolg

Doch bis Fleisch aus Zellkultur tatsächlich einen nennenswerten Teil des aktuellen Fleischkonsums ersetzt, ist es noch ein langer Weg. Das erste, zunächst nur begrenzt erhältliche Produkt waren Chicken Nuggets und andere geformte Hühnchenstücke. Nach zweijähriger Prüfung waren sie 2020 in Singapur zugelassen worden.

Im März 2023 folgte die US-Lebensmittelbehörde FDA. Sie bestätigte dem Hersteller GOOD Meat, alle Fragen zur Sicherheit seien geklärt und der Verzehr unbedenklich. Ein paar Monate später kam auch die Zulassung der Landwirtschaftsbehörde USDA. In vitro-Hühnchen-Fleisch – ebenso wie das des Konkurrenten Upside Foods – darf in den USA nun hergestellt und frei vermarktet werden. Beide Unternehmen kündigten an, ihr Lab-grown Chicken zunächst in einzelnen renommierten Restaurants anbieten zu wollen. Derzeit werden ambitionierte Produktionskapazitäten aufgebaut. Doch so rasch und problemlos wie die Unternehmen es darstellen, läuft es offenbar nicht. Das Scaling up, das Herauffahren der Biorekatoren auf große Mengen, scheint schwieriger als anfangs gedacht.

Mehrere Länder – Kanada, Australien, Israel und auch die Europäische Union – haben vor Jahren besondere gesetzliche Vorschriften für „neuartige Lebensmittel“ (Novel Food) eingeführt, unter die auch die neuen „tierfreien“ Fleischprodukte aus Zellkultur fallen. So dürfen in Europa solche Produkte nur dann auf den Markt, wenn die Hersteller deren Sicherheit und Verträglichkeit nach wissenschaftlichen Standards nachweisen können – eine hohe Hürde. Zudem dürfen die Verbraucher nicht getäuscht werden. Schon jetzt wird darum gestritten, ob Laborfleisch an der Ladentheke als „Fleisch“ deklariert werden darf.

Bis die ersten Produkte in der EU tatsächlich zu kaufen sind, wird es noch einige Zeit dauern, auch wenn der erste Zulassungsantrag für ein Produkt aus Zellkultur nun offiziell eingereicht ist: Foie Gras, eine traditionelle, vor allem in Frankreich geschätzte Pastete aus Entenleber, für die jedoch keine jungen Enten mehr qualvoll gemästet werden müssen. Gestellt hatte ihn das Unternehmen Gourmay, das unterstützt von der französischen Regierung seit längerem an einer tierfreien Alternative gearbeitet hatte. Bis zum Abschluss der Sicherheitsbewertung durch die EFSA wird es mindestens 18 Monate dauern. (Übersicht Zulassungen weltweit: siehe Tabelle unten)

Ob die Euphorie um das tierfreie Laborfleisch anhält, ist noch lägst nicht ausgemacht. Inzwischen beschäftigen sich erste Studien mit Stoffströmen und Energiebilanzen. Auch wenn vieles nur vorläufig ist: Einiges deutet darauf hin, dass In vitro-Fleisch zwar viel weniger Flächen beansprucht und eine bessere CO2-Bilanz hat als konventionelles Fleisch, jedoch deutlich mehr Energie benötigt. Derzeit, so eine erste Bilanz der finnischen Agrarwissenschaftlerin Hanna Tuomisto in Nature Food (2022) sind viele Fragen zu Umweltauswirkungen und Nachhaltigkeitspotenzialen bisher allenfalls oberflächlich untersucht.

Zudem erscheint das „grüne“ Fleisch aus dem Bioreaktor manchem als Angriff auf die traditionelle Fleischkultur und die damit verbundene Lebensweise. Die US-Bundestaaten Florida und Alabama haben bereits ein Verbot von Kulturfleisch beschlossen mit drastischen Strafen für Verstöße dagegen. Damit soll die landwirtschaftliche Fleischerzeugung gegen die „leblosen“ High-Tech-Alternativen aus dem Labor geschützt werden. Auch Italien hat Zellkulturfleisch weit vor möglichen EU-Zulassungen erst einmal verboten.

Doch Mosa Meat, das Unternehmen des Kulturfleisch-Pioniers Mark Post, expandiert weiter. Im niederländischen Maastricht ist gerade ein neues Entwicklungszentrum mit einer großen Scaling up-Produktionsanlage in Betrieb gegangen. Das, so Mosa Meat-Chef Marten Bosch „macht uns zum weltweit größten Campus für kultiviertes Fleisch und bietet eine solide Grundlage für unsere europäischen und globalen Vermarktungspläne.“

Anfang Juli 2023 erlaubte die niederländische Regierung eine begrenzte Verkostung von Zellkultur-Fleisch unter „kontrollierten Bedingungen“ – obwohl in der EU noch kein einziges Produkt zugelassen ist. Strittig war das nicht. Eine Mehrheit im Parlament und fast alle dort vertreten Parteien hatten zugestimmt.

Produkte aus Zellkultur-Fleisch: Zulassungen und Zulassungsanträge weltweit (Stand: August 2024)