Mikroorganismen können Proteine ​​freisetzen, um uns und die Dinge, die wir essen, zu ernähren. (Illustration von Jordan Awan)

Winzige Lebensmittelfabriken

Diese Startups brauen Wege auf, um Meeresfrüchte zu sparen, Gas in Protein umzuwandeln und Milchalternativen weniger brutto zu machen.

Eine hungrige Welt fordert immer mehr Eiweiß. Die heutige Produktion erfordert Milliarden von Nutztieren und große Flächen, auf denen Pflanzen angebaut werden. Aber was wäre, wenn Sie Mikroorganismen dazu bringen könnten, einen Großteil dieser Arbeit zu erledigen? Das ist die Idee, die die drei unten vorgestellten Start-up-Unternehmen antreibt.

Unzählige Unternehmen haben Pläne, Lebensmittel besser zu schmecken, weniger zu kosten oder nachhaltiger zu sein. Einige bauen Fleisch aus tierischen Zellen an. Andere bauen Produkte in „vertikalen Farmen“ in Großstädten an. Dann ist da noch der Weg, den alle drei Start-ups einschlagen: Hefe oder andere Mikroben, um Nahrung für uns zu produzieren, und Nahrung für die Dinge, die wir essen. Auch wenn Sie diese mikroskopischen Prozesse nicht in Aktion sehen können, ist es eine Idee, die Sie sich ansehen sollten.

Milchhefe für alles, was es wert ist

Von Elizabeth Preston

Ryan Pandya und Perumal Gandhi kannten sich im April 2014 nicht, aber beide wussten, dass veganer Käse schrecklich ist. Beide hatten kürzlich tierische Produkte aufgegeben, "aber sie hassten sie", sagt Pandya und fragte sich, ob sie ihre biotechnologischen Hintergründe nutzen könnten, um eine erdfreundliche Molkerei zu schaffen, die besser schmeckt. Isha Datar, CEO des Forschungsinstituts New Harvest, kannte beide Männer und stellte fest, dass sie zur gleichen Zeit die gleiche Idee hatten. Sie verband Pandya und Gandhi und schlug vor, eine Firma zu gründen.

Sie nannten ihre Firma Muufri (sag es laut und du wirst es verstehen), änderten es aber später in Perfect Day. Das Startup stellt aus gentechnisch veränderter Hefe Casein und Molke her - die Proteine ​​in der Kuhmilch - und fügt sie veganen Milchprodukten hinzu. Die meisten Hefen verwandeln ihre Nahrung in exponentiell mehr Hefezellen, aber Pandya und Gandhi entwickeln ihre, um Nahrung in Milchproteine ​​umzuwandeln und gleichzeitig eine stabile Population aufrechtzuerhalten. "Eine Herde, wenn Sie so wollen", sagt Pandya, der CEO.

Echte Milch besteht nicht nur aus Proteinen. Es enthält auch Milchzucker (wie jede Person mit Laktoseintoleranz schmerzhaft weiß) und Milchfette. Aber Milcheiweiß verleiht einigen Lebensmitteln ihre charakteristische Konsistenz, wie die Dehnbarkeit von Mozzarella. Sie können pflanzliche Moleküle verwenden, um Milchzucker (wie in laktosefreier Milch) oder Milchfett (wie in einigen Schmelzkäsen) zu ersetzen, ohne die Textur stark zu beeinträchtigen. Es ist jedoch schwieriger, Milchproteine ​​zu ersetzen. Ihre Abwesenheit ist bei den meisten veganen Milchersatzprodukten bemerkenswert. Gandhi sagt, Milchalternativen schienen ihm "als würden sie mit Klebstoff zusammengehalten".

Das Team hat bereits mehrere kuhfreie Milchprodukte als Prototyp entwickelt. Das beste, so sagt Pandya, ist Joghurt, der mit denselben Bakterienkulturen und Techniken wie normaler Joghurt hergestellt wird, jedoch mit Milch auf Hefebasis anstelle von Tiermilch. Sie haben auch mit Weichkäse, Eiscreme und Butter experimentiert. Als Getränk ist die auf Hefe basierende Milch weniger überzeugend, sagt Pandya. Es ist gut genug, um es mit anderen Zutaten für Käse oder Joghurt zu kombinieren, steht aber noch nicht alleine da. "Ich zögere, das, was wir hergestellt haben, als" Milch "zu bezeichnen", sagt Pandya. Aber er glaubt, dass sich dies ändern wird, wenn das Team seine gentechnisch veränderte Hefe so verändert, dass ein genaueres Faksimile der Kuhmilch entsteht.

Das Unternehmen hat 25 Millionen US-Dollar gesammelt und sich das erste Patent gesichert. Es spricht mit großen Lebensmittel- und Molkereiunternehmen über mögliche Partnerschaften. Diese Partner könnten an Nachhaltigkeit interessiert sein - effizientere Milchproduktion, indem sie keine Kühe einsetzen - oder an der Befriedigung der Verbrauchernachfrage nach besseren Milchalternativen.

In der Zwischenzeit haben die Gründerveganer des Unternehmens ihre eigenen Ernährungsgewohnheiten gelockert und zum Vergleich wieder Kuhmilchprodukte gegessen. Wie Pandya sagt: "Es ist schwierig, eine Molkerei zu führen und jemand zu sein, der keine Molkerei konsumiert."

Umwandlung von Gas in Lebensmittel

Von Andrew Rosenblum

Illustration von Jordan Awan

Indien hat viel zu viel Methan. Es stammt aus den größten Rinderherden der Welt, aus der Ölproduktion und aus dem Abbau von Müll - 90 Millionen Tonnen pro Jahr. Methan ist für 29 Prozent der Treibhausgasemissionen in Indien verantwortlich und damit doppelt so hoch wie in anderen Ländern.

Wenn Ezhil Subbian an all das Methan denkt, denkt sie an Essen.

Dies ist möglich, weil funky Mikroben Methan in nützliche Produkte umwandeln. String Bio, Subbians Startup in Bengaluru, Indien, füllt große Fässer mit diesen einzelligen Organismen, versorgt sie kostengünstig mit überschüssigem Methan in Indien und bringt sie dazu, Tierfutter zu produzieren, von dem sie erwartet, dass es 30 bis 40 Prozent billiger ist als andere Proteine wenn es nächstes Jahr auf den Markt kommt. "Methan ist der billigste verfügbare Kohlenstoff", sagt Subbian.

Die Arbeitspferd-Mikrobe ist ein Methanotroph, das normalerweise in Sümpfen, in der Nähe von Unterwasserlöchern oder auf Mülldeponien lebt und Methangas als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle nutzt. Methanotrophe wandeln das Methan in Proteine ​​um, die sie in ihren Zellwänden speichern, ähnlich wie der menschliche Körper Nahrung in Fett umwandelt.

String Bio möchte diesen natürlichen Prozess vergrößern, um 200.000 bis eine Million Tonnen Protein pro Jahr zu produzieren. Das wäre ein erheblicher Teil der weltweiten Futtermittelversorgung für Vieh- und Fischfarmen, die 150 bis 200 Millionen Tonnen Eiweiß pro Jahr benötigen, sagt Subbian. Das Produkt könnte auch die Basis für alternative Proteine ​​für Menschen sein.

Das Unternehmen legt die Methanotrophe in große Tanks, sogenannte Bioreaktoren, um Bedingungen wie Temperatur und pH-Wert präzise kontrollieren zu können. Pumpt Methan von überall her ein, egal ob es sich um den Überschuss handelt, der durch die Ölförderung oder das in einer Mülldeponie oder Kläranlage gesammelte Biogas entsteht. Das Methanotroph erzeugt ein Gebräu, das Proteine, Wasser und Kohlendioxid enthält. String Bio trocknet das Methanotroph-Gebräu aus und verwandelt es in Lebensmittelpellets.

Für die Herstellung von Tierfutter verwendet String Bio natürlich vorkommende Methanotrophe. Es will aber auch Methan zur Herstellung von Chemikalien verwenden. Für diesen Trick arbeitet das Unternehmen mit einem Stamm von Methanotrophen, der gentechnisch verändert wurde, um in der Industrie nützliche Chemikalien wie Milchsäure und Bernsteinsäure herzustellen. Milchsäure ist ein Schlüsselbestandteil in bestimmten Formen von Verpackungsmaterialien. Bernsteinsäure kann verwendet werden, um biologisch abbaubare Polymere herzustellen.

Subbian sagt, dass das Tierfutter ihres Unternehmens reiner sein wird als die Produkte der Konkurrenz, ohne das Risiko von Pestizidrückständen, die in einigen pflanzlichen Futtermitteln für Nutztiere und Fische gefunden wurden. Der größte Vorteil von String Bio könnte jedoch darin bestehen, wie viel Lebensmittel es letztendlich produzieren kann. Subbian sagt: "Methan ist skalierbar."

Eine Biotechnologie, die Sushi retten kann

Von Andrew Rosenblum

Sie sind das, was Sie essen, auch wenn Sie ein Fisch sind, der in einem Unterwasserschloss gezüchtet wurde. Forscher der schottischen Universität von Stirling stellten 2016 fest, dass der gezüchtete Lachs 50 Prozent weniger Omega-3-Fettsäuren enthält als 2011 - und das lag daran, dass der Anteil an fettem Fisch in ihrer Ernährung von 80 Prozent auf 20 Prozent gesunken war.

Diese nährstoffarmen Lachse könnten ein Zeichen dafür sein, dass es in aufkeimenden Fischfarmen zu Problemen kommt. Menschen überfischen die kleinen Arten wie Sardinen und Sardellen, mit denen größere Fische auf Farmen gefüttert wurden. Anstatt den Lachsen Pellets zu geben, die hauptsächlich aus gemahlenem Fisch bestehen, füllen die Farmen sie jetzt mit Futter, das zu einem viel höheren Prozentsatz aus Soja und anderen Füllstoffen besteht, denen wichtige Nährstoffe wie Fettsäuren fehlen. Angesichts des weltweiten Angebots an Zuchtfisch, das von 50 Millionen Tonnen im Jahr 2010 auf über 93 Millionen Tonnen im Jahr 2030 explodieren soll, gibt es laut Weltbank "einfach nicht genug Fischöl, um sich zu bewegen", so ein Fischernährungswissenschaftler und Meeresbiologe. Rick Barrows, sagte auf der SynBioBeta-Konferenz im vergangenen Herbst.

KnipBio kann sein Rezept so variieren, dass das Produkt Nährstoffe wie Taurin und Carotinoide enthält - das Zeug, das Lachs und Garnelen ein ansprechendes rosa Fruchtfleisch verleiht.

KnipBio, ein 10-köpfiges Startup mit Sitz in Lowell, Massachusetts, setzt die Kraft der Biotechnologie für das Problem der Fischernährung frei.

Methylobacterium extorquens ist eine Mikrobe, die normalerweise die Alkohole frisst, die durch Blätter oder verrottende Früchte ausgeschieden werden. KnipBio nutzt diesen Prozess und optimiert ihn ein wenig, damit die Mikroben Fischmehl produzieren.

KnipBios Bioreaktoren beherbergen sowohl genetisch veränderte als auch natürlich vorkommende Stämme von m. erpresst. Geben Sie aus Erdgas gewonnenes Methanol in den Tank und es entsteht eine proteinreiche Brühe. Diese Flüssigkeit wird später in einer Zentrifuge getrocknet, wobei Pellets von Fischfutter zurückbleiben.

Andere Unternehmen gehen eher von Algen als von Bakterien aus. Algen sind schließlich eine gute Quelle für jene Fettsäuren, die Fische so gesund machen. Catherine Pujol-Baxley, die Vizepräsidentin von KnipBio für Forschung und Entwicklung, sagt, Extorquens Productions ist eine ideale Ergänzung zu Algen in der Fischernährung. KnipBio kann sein Rezept so variieren, dass das Produkt Nährstoffe wie Taurin und Carotinoide enthält. Die letztere Zutat ist der teuerste Zusatzstoff in kommerziellem Mehl; Lachs, Forelle und Garnele ohne Carotinoide haben kein ansprechendes rosa Fruchtfleisch.

Wie schmeckt Fisch, der mit diesem Zeug gefüttert wird? Ein Unternehmen namens Kampachi Farms mischte KnipBios Futter in die Nahrung von Gelbschwanzsashimi, die es in Tiefseefedern vor der Küste der großen Insel Hawaii züchtet. Laut Pujol-Baxley stellte eine 70-köpfige Verkostungsgruppe im Food Innovation Center des US-Bundesstaates Oregon nach dem Futterwechsel keinen Unterschied im Geschmack des Sashimis fest.

Im Januar gab KnipBio bekannt, dass das Unternehmen von einer kleinen Versuchsanlage auf einen 20.000-Liter-Bioreaktor umgestellt wurde, mit dem jede Woche eine Tonne KnipBio-Mahlzeit hergestellt werden kann. Laut Pujol-Baxley plant das Unternehmen, in diesem Jahr kommerzielle Versuche durchzuführen, bei denen verschiedene Futtermischungen auf verschiedenen Farmen mit Fischen in verschiedenen Lebensstadien getestet werden. Es ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer vollständigen kommerziellen Veröffentlichung im Jahr 2019, wenn wir wirklich sehen werden, ob die Idee untergehen oder schwimmen wird.