Was wir morgen essen

Gentechnisch hergestellte Produkte

Mikroorganismen produzieren Enzyme: Bei Käse und Obstsaft bereits üblich
Die für die industrielle Nahrungsmittelproduktion benötigten Enzyme – beispielsweise das Labenzym Chymosin für die Käseherstellung oder die Pektinasen zur Klärung von naturtrüben Säften – werden in den meisten Fällen aus Mikroorganismen wie Hefen, Bakterien oder Schimmelpilzen gewonnen. Etwa 40 Prozent der Mikroorganismen tragen eine gentechnische Veränderung, die die Produktion des gefragten Enzyms optimiert oder erst überhaupt möglich macht. Die Verwendung eines Enzyms in der Produktion muss zwar durch die Europäische Kommission zugelassen werden, wird jedoch – da es im fertigen Produkt nicht mehr vorhanden ist – nicht deklariert.

Erstmals produzieren Mikroorganismen Zutaten
Einen Schritt weiter gehen neue Entwicklungen in der biotechnologischen Produktion von Lebensmitteln: Mikroorganismen produzieren nicht nur ein das Produktionsverfahren unterstützendes Enzym, sondern die gewünschte Zutat selbst, beispielsweise das Himbeeraroma im Joghurt. Insbesondere in den USA, aber auch in Europa sind eine Reihe an Unternehmen oder Forschungsprojekten an der Entwicklung und Etablierung der Verfahren beteiligt, eine kleine Palette der Zutaten bzw. Produkte ist bereits in den USA auf dem Markt.
Die Verfahren basieren alle auf den gleichen Grundprinzip, nur dass sich die verwendeten Gene und ggf. die Nährmedien unterscheiden. Dies wird hier exemplarisch am Himbeeraroma skizziert.

Beispiel: Himbeeraroma aus Hefezellen
Das deutsche Unternehmen Phytowelt GreenTechnologies GmbH, eine Ausgründung des Max-Planck-Institutes für Züchtungsforschung in Köln, verfügt über ein patentiertes Verfahren für die Herstellung natürlichen Himbeeraromas mittels gentechnisch veränderter Hefezellen. Die Basis dafür bildet ein Phytomining genanntes Verfahren, welches über die Produktion des Himbeeraromas auch für die Herstellung weiterer Produkte für die Lebensmittelindustrie, aber auch für pharmazeutische Wirkstoffe, Kosmetika, Nahrungsergänzungsmittel sowie natürlicher Farben und Klebstoffe verwendet werden kann.

Das Verfahren: Phytomining
Schematisch dargestellt: Phytomining-Verfahren für die Produktion von pflanzlichen Molekülen in Hefen oder anderen Trägerzellen © www.phytowelt.com/industrielle-biotechnologie/allgemeines-verfahren-phytomining/


Phytomining
Bei der Phytomining-Technologie muss zu Beginn die für das gewünschte Molekül verantwortliche genetische Information bekannt sein. Die für den natürlichen Produktionsprozess in der Pflanze zuständigen Gene werden isoliert und auf einen sogenannten Trägerorganismus, in der Regel eine Hefezelle oder ein Bakterium, übertragen. Dieser Schritt wird als Rekombination bezeichnet. Ist dies gelungen und produziert die Hefezelle das neue Molekül, kann dieses mittel Extraktion aus der Trägerzelle isoliert werden. Nach gelungener Prozessetablierung wird das Verfahren auf eine massenhafte Produktion in Bioreaktoren hochskaliert.
Im Fall der rekombinanten Produktion von Himbeeraroma wurden die für die Synthese des (R)-α-Ionons aus der Himbeere auf Hefezellen übertragen. Da die Zellen nur das eine Duftmolekül produzieren, entfallen die bei Verwendung echter Himbeeren nötigen aufwändigen Reinigungs- und Trennungsschritte.

Das Projekt AROMAplus
Das öffentlich geförderte Projekt AROMAplus21 hat sich zum Ziel gesetzt, die Synthesewege diverser pflanzlicher Aromastoffe und Vitamine aufzuklären, um unter anderem eine biotechnologische Produktion der Moleküle durch Mikroorganismen oder Hefen möglich zu machen. An dem Projekt sind die Geisenheim-Universität, die Julius-Liebig-Universität in Gießen sowie das DECHEMA-Forschungsinstitut in Frankfurt am Main beteiligt.

Beispiel: Häm aus Hefezellen
Das US-Unternehmen Impossible Foods produziert das Häm-Molekül in gentechnisch veränderten Hefezellen. Das patentierte Verfahren selbst ähnelt dem Phytomining: Die für die Produktion des Leg-Hämoglobin in Soja verantwortlichen Gene wurden auf Hefezellen übertragen. Im entsprechenden, mit Eisen versetzten Medium produzieren die Hefezellen das pflanzliche Häm, welche über Extraktionsschritte isoliert und anschließend der Burger-Masse zugesetzt wird.
Soja ist – wie andere Leguminosen – eine über die Wurzeln Stickstoff bindende Pflanze, die zu diesem Zweck über ein als Leg-Hämoglobin bezeichnetes Häm-Protein verfügt. Das Leg-Hämoglobin ist identisch mit dem Hämoglobin aus Muskelzellen von Säugetieren.