An der Tufts University haben sie unsterbliche Rindermuskelstammzellen (iBSCs) entwickelt, die schnell wachsen und sich hunderte Male, sogar unbegrenzt, teilen können. Damit die zelluläre Tierhaltung, d.h. die Züchtung von Fleisch in Bioreaktoren, Millionen von Menschen ernähren kann, müssen mehrere technische Herausforderungen bewältigt werden.
Es wird notwendig sein, Muskelzellen von Hühnern, Fischen, Kühen und anderen Nahrungsmitteln zu züchten, um Millionen Tonnen pro Jahr zu produzieren. Die in der Fachzeitschrift ACS Synthetic Biology beschriebenen Forschungsarbeiten des Tufts University Center for Cellular Agriculture (TUCCA) ermöglichen es Forschern und Unternehmen auf der ganzen Welt, neue Produkte zu entwickeln, ohne immer wieder Zellen aus Biopsien von Nutztieren gewinnen zu müssen. Für die Produktion von zellgezüchtetem Fleisch werden Muskel- und Fettzellen mit einer sehr hohen Wachstums- und Teilungsfähigkeit benötigt.
Obwohl zellgezüchtetes Fleisch in den Medien Aufmerksamkeit erregt hat, wie z.B. die vorläufige Genehmigung der US FDA für gezüchtetes Hühnerfleisch und sogar einen Burger, der mit Mastodon-DNA gezüchtet wurde, sind diese Produkte immer noch teuer und schwer zu vermarkten. Normale Muskelstammzellen, die lebenden Tieren entnommen werden, um eine Kultur anzulegen, teilen sich im Allgemeinen nur etwa 50 Mal, bevor sie zu altern beginnen und nicht mehr lebensfähig sind.
Zwar ist es theoretisch möglich, mit diesen Stammzellen eine beträchtliche Menge Fleisch zu produzieren, doch bieten die vom TUCCA-Team entwickelten unsterblichen Zellen mehrere Vorteile. Einer davon ist die Möglichkeit, deutlich mehr Masse für die Fleischproduktion zu erzeugen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die breite Verfügbarkeit immortalisierter Zellen die Einstiegshürde für andere Forscher gesenkt wird, die sich mit der zellulären Landwirtschaft befassen und Wege zur Kostensenkung und zur Überwindung von Problemen bei der Produktionssteigerung finden.
„Normalerweise mussten Forscher ihre eigenen Stammzellisolate von Tieren herstellen, was kostspielig und mühsam ist, oder Modellzelllinien von weniger relevanten Arten, wie z.B. Muskelzellen von Mäusen, verwenden“, so Andrew Stout, Doktorand an der TUCCA und leitender Forscher des Projekts, „Mit diesen neuen persistenten Rinderzelllinien können ihre Studien relevanter sein und buchstäblich zum Kern der Sache vordringen.“ Zwei Schritte waren entscheidend für die Umwandlung normaler Rindermuskelstammzellen in unsterbliche Rindermuskelstammzellen.
Die meisten Zellen verlieren im Laufe ihrer Teilung und Alterung DNA an den Enden ihrer Chromosomen, den so genannten Telomeren, wie abgenutzte Schnüre, die bei Gebrauch ausfransen. Dies kann zu Fehlern beim Kopieren oder Reparieren der DNA führen. Es kann auch zum Verlust von Genen und schließlich zum Zelltod führen.
Die Forscher haben die Rinderstammzellen so manipuliert, dass sie ihre Telomere ständig erneuern und so ihre Chromosomen „jung“ und bereit für eine weitere Runde der Replikation und Zellteilung halten. Der zweite Schritt zur Unsterblichkeit der Zellen bestand darin, sie dazu zu bringen, kontinuierlich ein Protein zu produzieren, das eine kritische Phase der Zellteilung stimuliert.
Dadurch wird der Prozess effektiv beschleunigt und die Zellen wachsen schneller. Muskelstammzellen sind nicht das Endprodukt, das man essen möchte. Sie müssen sich nicht nur teilen und wachsen, sondern sich auch in reife Muskelzellen differenzieren, die den Muskelzellen, die wir in einem Steak essen, ähnlich oder zumindest sehr ähnlich sind. Stout und sein Forschungsteam fanden heraus, dass sich die neuen Stammzellen tatsächlich in reife Muskelzellen differenzierten, wenn auch nicht ganz identisch mit tierischen Muskelzellen oder herkömmlichen Muskelzellen aus Rinderstammzellen.
„Es ist möglich, dass sie reif genug sind, um den Geschmack und die Beschaffenheit von natürlichem Fleisch nachzubilden“, so Stout, „das müssen wir noch weiter erforschen. Sie verdoppeln ihre Größe sehr schnell, so dass sie vielleicht etwas mehr Zeit brauchen, um ihre volle Reife zu erreichen“.
„Manche mögen sich fragen, ob es sicher ist, unsterbliche Zellen zu sich zu nehmen, aber wenn die Zellen geerntet, gelagert, gekocht und verdaut werden, gibt es keinen gangbaren Weg für weiteres Wachstum“, sagte David Kaplan, Stern Family Professor für Biomedizintechnik an der Tufts University und Direktor von TUCCA. „Wie das natürliche Fleisch, das wir heute essen, werden die Zellen einfach zu einem trägen Material, das hoffentlich köstlich schmeckt und eine breite Palette von Ernährungsvorteilen bietet.“
Quelle: Agenturen
