Bioreaktoren revolutionieren die Möglichkeiten für Forschung und Landwirtschaft
Seit dem 15. November 2022 bewohnen zum ersten Mal acht Milliarden Menschen die Erde.1 Dieses Wachstum ist medizinischem und gesellschaftlichem Fortschritt zu verdanken. Doch die stetig wachsende Weltbevölkerung zieht auch Folgen für den Klimawandel nach sich. Nicht nur Nachhaltigkeit hat dadurch Priorität im Lebensstil. Auch die Forschung muss mit innovativen Ansätzen ihren Beitrag leisten. Daher wird inzwischen auch an Lösungen zur Herstellung von tierischen Produkten aus dem Labor geforscht. In Getinges Applikon Bioreaktoren wachsen Zellen zur Herstellung solcher Produkte, erst im Labor, dann bis hin zur Serienproduktion. So liefern sie einen effizienten Beitrag zu einer innovativen und nachhaltigen Forschung.
Innovation und Effizienz: Wie die Bioreaktoren von Getinge die Forschung revolutionieren
Der Klimawandel mit seinen negativen Folgen für Mensch und Umwelt stellt für Forscher einen Treiber für Innovation und Motivation dar. Dabei kommen Bioreaktoren zur Kultivierung von Zellkulturen zum Einsatz. Mit Hilfe eines Bioreaktors können Zellen vermehrt und unter verschiedenen Einflussfaktoren beobachtet und schließlich geerntet werden. Da das Feld rund um die zelluläre Landwirtschaft größtenteils noch unerforscht ist, ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit essenziell. Für Ihre Zellforschung holte die Universität in Delft Getinges Expertise über die Kontrolle der Kultivierungsbedingungen sowie die Skalierung von Prozessen in Bioreaktoren ein: „Theoretisch wussten wir ganz genau, was wir wollten. Wir brauchten nur jemanden, der unsere Vision tatsächlich umsetzen konnte“, so Dr. Ir. Robert Mans, Assistenzprofessor an der Fakultät für Biotechnologie. Auf der Suche einem robusten, flexiblen und automatisierten Bioreaktor, der mit den spezifischen Herausforderungen der zellulären Landwirtschaft wachsen kann, wurde Getinge als Partner ausgewählt. Es folgte eine produktive Zusammenarbeit: Getinge stellte der TU Delft einen Bioreaktor zur Verfügung, der genau an den dortigen Bedarf angepasst wurde. Dieser steuerte zwei Arten langwieriger Bioreaktor-Prozesse automatisch, die normalerweise eine Vielzahl an manuellen Eingriffen erfordern. Das Risiko einer Kontamination der Zellkulturen konnte so erheblich reduziert werden. „Die Herausforderung besteht darin, dass Zellen extrem komplex sind und es unmöglich ist, immer vollständig zu verstehen, was in ihnen passiert. Wir steuern die Zellen so, dass sie gesünder werden und schneller wachsen. Das erfordert äußerst zuverlässige und sterile Geräte“, erklärt Dr. Mans.
Um einen monatelangen Betrieb aufrecht erhalten zu können, mussten die Prozesse automatisiert werden. Nach einiger Zeit konnte ein System entwickelt werden, das die Arbeitsprozesse des Bioreaktors vor allem digital optimierte. „Man kann vieles, was im Bioreaktor vorgeht, online sehen. Jetzt muss man nicht mehr andauernd auf den Reaktor schauen, um sicher zu sein, dass alles gut läuft. Nun braucht man nur wenige Klicks am Computer“, ist Sophie de Valk, Doktorandin von Dr. Mans begeistert. Weniger komplexe Daten, bessere Steuerung äußerer Einflüsse, direkte Auswertung – das sind nur einige Merkmale, die die digitale Prozessoptimierung durch den Einsatz der Bioreaktoren ermöglichte. „Ich denke, dass diese Art der Zusammenarbeit – mit häufigem und konstruktivem Feedback – der Schlüssel zum Erfolg ist“ resümiert Rowin Timmermann, Senior Application Specialist bei Getinge in Delft.
Zelluläre Landwirtschaft: Bioreaktoren zum Schutz natürlicher Ressoucen
Das zukunftsorientierte Unternehmen Bluu Seafood setzt sich für eine nachhaltigere Zukunft ein. Im Jahr 2022 entwickelte Bluu Seafood einen Ansatz zur Kultivierung von Fischzellen im Bioreaktor. Das Ziel: marktreife Fischprodukte aus Zellkulturen zu entwickeln, die sich in Geschmack, Textur und Kochverhalten nicht mehr von „echten“ Fischen unterscheiden.
Welche Möglichkeiten muss ein optimaler Bioreaktor bieten, die zum Aufbau der Fischzellen nötig sind? Dr. Duong Nguyen, Associate Director of Research and Process Innovation bei Bluu Seafood, erklärt, was es braucht, um aus einer einzigen Fischzelle ein fertiges Fischprodukt herzustellen: „Aus Fischzellen wird eine Zelllinie gebildet, die wir dann in einem Bioreaktor zu Biomasse ausbauen. Im Reaktor vermehren sich die Zellen unter optimalen Bedingungen, bis sie geerntet und tiefgefroren werden. So lagern wir sie für das Lebensmitteltechnologie-Team, das diese für die Herstellung unserer Produkte verwendet“. Die Produktion von Fischprodukten aus Zellen bringt zudem weitere Vorteile mit sich. Durch die Kultivierung der Zellen in einer kontrollierten Umgebung in einem Bioreaktor kann sichergestellt werden, dass es keine Umweltgifte, Medikamente oder potenziellen Eindringlinge, wie z. B. Bakterien, gibt.
Zellforschung, zelluläre Landwirtschaft and beyond: mehr Innovation und Nachhaltigkeit in der Lebensmittelproduktion
Die Anwendungsbereiche der Bioreaktoren sind vielfältig und erstrecken sich von der Pharma- und Kosmetikherstellung über Brauereien bis zu Biogasanlagen.
Bei der Fleisch- und Fischzellenproduktion können Bioreaktoren künftig einen erfolgreichen Beitrag für mehr Innovation und Nachhaltigkeit zu liefern. „Ich denke in 20 Jahren wird so eine kultivierte Fleisch- oder Fischerzeugung das neue Normal sein“, sagt Sebastian Rakers, Mitgründer von Bluu Seafood.2 Die aktuelle Lage gibt ihm recht: Die Überfischung nimmt zu, sodass immer mehr Menschen Fischersatzprodukte konsumieren. Im Jahr 2020 ist der Verkauf von pflanzlichen Fischersatzprodukten in Deutschland um 180% zum Vorjahr angestiegen, ein Rückgang ist zukünftig nicht erkennbar.3
Auch die Wissenschaft sieht die künftigen Herausforderungen: „Heute leidet jeder neunte Mensch weltweit an Hunger. Um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, brauchen wir nachhaltigere Ansätze, wie wir Lebensmittel produzieren“, ist Dr. Petra Hanga, Dozentin für Bioverfahrenstechnik und zelluläre Landwirtschaft am University College London sicher und führt weiter aus: „Die weltweite Nachfrage nach Fleisch geht nicht zurück und wir brauchen eine langfristige Lösung, bei der die Lebensmittelproduktion weder die Tiere noch die Umwelt schädigt.“
Einen Beitrag zu dieser langfristigen Lösung leistet die Kultivierung von Zellen in einer kontrollierten Umgebung wie in einem Bioreaktor und zeigt, welche Rolle Innovationen wie die Applikon Biorektoren von Getinge in Kooperation mit Wissenschaftlern für einen nachhaltigen Ansatz in der Lebensmittelproduktion spielen können.
1 https://unric.org/de/8milliarden15112022/