Synthetische Biologie und Lebensmittel: Verbesserung der Lebensmittelproduktion an den Bausteinen

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  Quantumrun-Vorausschau
• 20. Dezember 2022

Zusammenfassung der Einblicke

Die synthetische Biologie, die Biologie und Technik vereint, entwickelt sich zu einer Schlüssellösung, um den steigenden globalen Nahrungsmittelbedarf aufgrund des Bevölkerungswachstums und der Umweltherausforderungen zu decken. Dieser Bereich verbessert nicht nur die Lebensmittelsicherheit und Ernährung, sondern zielt auch darauf ab, traditionelle landwirtschaftliche Praktiken durch die Einführung im Labor hergestellter Proteine ​​und Nährstoffe zu verändern. Mit ihrem Potenzial, die Lebensmittelindustrie umzugestalten, könnte die synthetische Biologie zu nachhaltigeren Anbaumethoden, neuen regulatorischen Anforderungen und einer Verschiebung der Verbraucherpräferenzen und Esstraditionen führen.

Synthetische Biologie und Lebensmittelkontext

Forscher entwickeln synthetische oder im Labor hergestellte essbare Produkte, um die Nahrungskette zu verbessern und zu erweitern. Laut einer in der veröffentlichten Studie Natur Im Jahr 2030 ist es sehr wahrscheinlich, dass Sie in irgendeiner Weise synthetische Biologie konsumiert oder genutzt haben.

Laut Successful Farming wird die Weltbevölkerung bis 2 voraussichtlich um 2050 Milliarden Menschen wachsen, was den weltweiten Bedarf an Nahrungsmittelproduktion um fast 40 Prozent steigern wird. Je mehr Menschen ernährt werden müssen, desto größer wird der Bedarf an Proteinen. Schrumpfende Landmassen, steigende Kohlenstoffemissionen und Meeresspiegel sowie Erosion verhindern jedoch, dass die Nahrungsmittelproduktion mit der prognostizierten Nachfrage Schritt halten kann. Diese Herausforderung kann möglicherweise durch den Einsatz synthetischer oder im Labor hergestellter Biologie gelöst werden, wodurch die Nahrungskette verbessert und erweitert wird.

Die synthetische Biologie vereint biologische Forschung und technische Konzepte. Diese Disziplin stützt sich auf Informations-, Lebens- und Sozialwissenschaften, um Zellfunktionen durch die Verkabelung von Schaltkreisen zu steuern und zu verstehen, wie verschiedene biologische Systeme aufgebaut sind. Die Kombination von Lebensmittelwissenschaft und synthetischer Biologie wird nicht nur als wirksame Methode zur Lösung aktueller Herausforderungen im Bereich Lebensmittelsicherheit und Ernährung angesehen, sondern diese aufstrebende wissenschaftliche Disziplin könnte sich auch als entscheidend für die Verbesserung aktueller nicht nachhaltiger Lebensmitteltechnologien und -praktiken erweisen.

Die synthetische Biologie wird die Lebensmittelproduktion mithilfe geklonter Zellfabriken, verschiedener Mikroorganismen oder zellfreier Biosyntheseplattformen ermöglichen. Diese Technologie kann die Effizienz der Ressourcenumwandlung verbessern und die Nachteile und hohen Kohlenstoffemissionen der traditionellen Landwirtschaft beseitigen.

Störende Wirkung

Im Jahr 2019 brachte der Hersteller pflanzlicher Lebensmittel Impossible Foods einen Burger auf den Markt, der „blutet“. Impossible Foods glaubt, dass Blut, insbesondere das eisenhaltige Häm, fleischigere Aromen erzeugt und Aromen verstärkt werden, wenn einem Burger auf pflanzlicher Basis Soja-Leghämoglobin hinzugefügt wird. Um diese Substanzen in ihren Rindfleisch-Patty-Ersatz „Impossible Burger“ einzuschleusen, nutzt das Unternehmen DNA-Synthese, Bibliotheken genetischer Teile und eine positive Rückkopplungsschleife zur Autoinduktion. Die Herstellung des Impossible Burger erfordert 96 Prozent weniger Land und 89 Prozent weniger Treibhausgase. Dieser Burger ist nur eines von vielen Produkten des Unternehmens in über 30,000 Restaurants und 15,000 Lebensmittelgeschäften weltweit.

Inzwischen entwickelt das Startup KnipBio Fischfutter aus einer Mikrobe, die auf Blättern gefunden wird. Sie bearbeiten sein Genom, um die für die Fischgesundheit wichtigen Carotinoide zu erhöhen, und nutzen die Fermentation, um sein Wachstum zu stimulieren. Anschließend werden die Mikroben für kurze Zeit extremer Hitze ausgesetzt, getrocknet und gemahlen. Andere landwirtschaftliche Projekte umfassen die Synthese von Organismen, die große Mengen Pflanzenöl produzieren, und Nussbäume, die in Innenräumen mit viel weniger Wasser als normalerweise benötigt angebaut werden können und gleichzeitig doppelt so viele Nüsse produzieren.

Und im Jahr 2022 stellte das US-amerikanische Biotech-Unternehmen Pivot Bio einen synthetischen Stickstoffdünger für Mais her. Dieses Produkt befasst sich mit dem Problem der Verwendung von industriell hergestelltem Stickstoff, der 1-2 Prozent der globalen Energie verbraucht. Bakterien, die Stickstoff aus der Luft binden, können als biologischer Dünger wirken, sind jedoch bei Getreidekulturen (Mais, Weizen, Reis) nicht lebensfähig. Als Lösung hat Pivot Bio ein stickstofffixierendes Bakterium genetisch verändert, das sich stark mit Maiswurzeln verbindet.

Auswirkungen der Anwendung der synthetischen Biologie auf die Lebensmittelproduktion

Zu den weiteren Auswirkungen der Anwendung der synthetischen Biologie auf die Lebensmittelproduktion könnten gehören: 

• Die industrielle Landwirtschaft verlagert sich von der Viehhaltung auf im Labor hergestellte Proteine ​​und Nährstoffe.
• Ethischere Verbraucher und Investoren fordern einen Übergang zu einer nachhaltigen Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion.
• Regierungen schaffen Anreize für Landwirte, nachhaltiger zu werden, indem sie Subventionen, Ausrüstung und Ressourcen anbieten. 
• Aufsichtsbehörden richten neue Inspektionsbüros ein und stellen Beamte ein, die auf die Aufsicht über Produktionsanlagen für synthetische Lebensmittel spezialisiert sind.
• Lebensmittelhersteller investieren stark in im Labor hergestellte Ersatzstoffe für Düngemittel, Fleisch, Milchprodukte und Zucker.
• Forscher entdecken ständig neue Nährstoffe und Formfaktoren für Lebensmittel, die möglicherweise die traditionelle Landwirtschaft und Fischerei ersetzen könnten.
• Die Zukunft führt dazu, dass man neuen Lebensmitteln und Lebensmittelkategorien ausgesetzt wird, die durch synthetische Produktionstechniken ermöglicht werden, was zu einer Explosion neuer Rezepte und Nischenrestaurants führt.

Fragen zu berücksichtigen

• Was sind die möglichen Risiken der synthetischen Biologie?
• Wie könnte die synthetische Biologie Ihrer Meinung nach sonst noch die Art und Weise verändern, wie Menschen Lebensmittel konsumieren?