Molekulare Landwirtschaft nutzt die Fabriken der Natur, um zukünftige Lebensmittel herzustellen

James Tyrrell

@JT_bluebird1

Pflanzen sind Fabriken der Natur und die molekulare Landwirtschaft baut auf diesem Konzept auf, um seltene und schwer anzubauende Inhaltsstoffe auf nachhaltigere Weise zu produzieren.

Agrartechnik (Agtech) ist ein boomender Bereich. Auf TechHQ haben wir darüber geschrieben, wie Roboter für die Beerenernte entwickelt werden, warum Erdbeeren eine Trophäenpflanze für KI sind und sogar über Bohnen berichtet, die nach Speck schmecken. Aber damit sind die Entwicklungen noch nicht getan, und einer der interessantesten Ansätze, die auf diesem Gebiet eingesetzt werden – basierend auf Fortschritten in der Computerbiologie – ist die molekulare Landwirtschaft.

Der Lebensmittelsektor könnte ein großer Gewinner sein, wenn Agtech-Unternehmen erforschen, wie molekulare Landwirtschaft – bei der Pflanzen als natürliche Fabriken eingesetzt werden – Zutaten auf neue Weise liefern kann. „Verbraucher wollen saubere Etiketten und wollen auf künstliche Inhaltsstoffe verzichten“, sagte Todd Rands, Präsident und CEO von Elo Life Systems, gegenüber TechHQ. „Und die Lebensmittelhersteller sind so begeistert, dass wir uns dem natürlichen Teil des Spektrums zuwenden.“

Die letztjährige Food & Health-Umfrage des International Food Information Council legt nahe, dass mehr als die Hälfte der Amerikaner über Ernährungsgewohnheiten nachdenken, die saubere und pflanzliche Ernährung sowie kalorienzählende Diäten umfassen.

Rands beschreibt den molekularen Landwirtschaftsprozess als „Arbeiten mit einer Symphonie von Genen“, die man sich – auf hoher Ebene – als eine Art Computercode zur Herstellung von Proteinen, den Bausteinen von Zellen und Geweben, vorstellen kann.

Elos erstes Produkt ist ein natürlicher Süßstoff aus Mönchsfrüchten, den das Unternehmen aus Wassermelonen herstellt. Und das Endziel besteht darin, eine Vielzahl anderer Nutzpflanzen zu nutzen, um den lokalen Anbau des pflanzlichen Inhaltsstoffs noch einfacher zu machen. Beispielsweise züchten die Wissenschaftler von Elo im Labor Tomaten, die so verändert wurden, dass sie die Süßstoffe des Unternehmens enthalten.

Bei der Online-Suche nach dem „besten natürlichen Süßstoff“ wird häufig die Mönchsfrucht (Siraitia grosvenorii) erwähnt, die ursprünglich aus China stammt und zur Familie der Cucurbitaceae gehört, zu der Kürbis, Kürbis, Melonen und Gurken gehören. Die bevorzugten Wachstumsbedingungen für die kleinen grünen Früchte sind jedoch neblige Bergregionen.

Molekulare Landwirtschaftstechniken – wie sie von Elo Life Systems eingesetzt werden – ermöglichen die Produktion des wertvollen natürlichen Süßstoffs in anderen Nutzpflanzen, die entsprechend den lokalen Wachstumsbedingungen ausgewählt werden können. Außerdem wird gesagt, dass Mönchsfrüchte nach der Ernte vom Weinstock relativ schnell verderben, was auf die Vorteile der Verwendung anderer, länger haltbarer Pflanzen als natürliche Fabriken für Mogroside hinweist – eine Gruppe von Molekülen, die viel süßer schmecken als normaler Zucker.

Durch die Verbreitung von Mönchsfrüchten oder zumindest deren Zuckerarten und deren einfachere Herstellung hofft Elo, die Wirtschaftlichkeit kalorienärmerer Zuckeralternativen für Lebensmittelunternehmen und Verbraucher attraktiver zu machen.

„Elos erstes Produkt – ein neuer Süßstoff auf pflanzlicher Basis, der von natürlichen Mönchsfrüchten inspiriert ist – wird überschüssige Kalorien in Tausenden von alltäglichen Nahrungsmitteln und Getränken eliminieren, die Verbraucher lieben“, sagte Rands Anfang des Jahres zu Investoren, als ELOlife bekannt gab, dass das Unternehmen einen Umsatz von 24,5 Millionen US-Dollar erzielt habe in der Serie-A-Finanzierung.

Abhängig von der Pflanze, die für die Expression des molekular gezüchteten Lebensmittelinhaltsstoffs ausgewählt wird, bietet der Ansatz den Entwicklern sogar die Möglichkeit, das Naturprodukt vor der Verarbeitung zu lagern. Beispielsweise können Reis und Weizen über lange Zeiträume gelagert werden, und die molekulare Landwirtschaft eröffnet die Möglichkeit, das Lagerfenster für andere Zutaten zu erweitern.

Neben der Bereitstellung natürlicher Inhaltsstoffe auf neue Art und Weise kann Molekulare Landwirtschaft auch dazu eingesetzt werden, Pflanzen zu schützen, die von Krankheiten bedroht sind. Denken Sie zum Beispiel an die Cavendish-Banane – eine weltweit bekannte Frucht und dank ihres nährstoffreichen Fruchtfleisches und der biologisch abbaubaren „Verpackung“ der ideale Snack. Und während Käufer die Verfügbarkeit von Bananen als selbstverständlich ansehen, haben die Erzeuger Angst vor der Fusarium-Welke – einer Bodenkrankheit, die das Gefäßsystem der Pflanze befällt und schließlich die Ernte vernichtet.

Es heißt, dass bis zu 80 % der weltweiten Bananenproduktion durch TR4 gefährdet sein könnten, den Pilzstamm, der bei Cavendish-Bananen Fusarium-Welke verursacht. Der Lebensmittelkonzern Dole – ein großer Bananenlieferant – hat sich mit Elo zusammengetan, um herauszufinden, ob molekulare Landwirtschaft bei der Entwicklung TR4-resistenter Sorten helfen kann.

„Die Natur war unser Leitfaden und derzeit laufen Feldversuche“, sagte Rands. „Wir betrachten Cousins und Enkel seltener Bananen und finden aus dieser genetischen Vielfalt Elemente, die für Resistenz sorgen.“

Das Wissenschaftlerteam von Elo nutzt eine Kombination aus Wissensgewinnung und Genombearbeitung, um Sorten zu präparieren, die das Potenzial haben, die Bedrohung durch TR4 zu bekämpfen. Und die Forscher wenden ihr Wissen über molekulare Landwirtschaft an, um verschiedene Nutzpflanzen zu schützen.

Im Jahr 2020 veröffentlichte die Gruppe in Zusammenarbeit mit dem Tropical Research and Extension Center (TREC) der University of Florida eine umfassende Genomsequenz kommerzieller Vanillearten. Das Molekular-Farming-Unternehmen weist darauf hin, dass der Großteil des beliebten Gewürzs aus derselben Gegend stammt. Und den Marktprognosen zufolge ist das Angebot möglicherweise nicht ausreichend, um die Nachfrage zu decken.

Heute stammen 80 % des weltweiten Vanilleangebots von den Inseln Madagaskars. Doch wie viele Nutzpflanzen ist das Gewürz dem Klimawandel ausgeliefert. Zwischen 2018 und 2022 kam es im Süden Madagaskars zu längeren Dürreperioden. Die Inseln sind auch anfällig für Taifune.

📢 Merken Sie sich den Termin vor! Die 6. Konferenz der ISPMF findet nächstes Jahr, vom 6. bis 8. Mai 2024, in Kapstadt, Südafrika, statt! Weitere Details folgen bald… pic.twitter.com/x9jyAiwwEI

— Internationale Gesellschaft für molekulare Pflanzenlandwirtschaft (@ISPMF), 20. Juni 2023

Die Hoffnung besteht darin, dass Techniken wie die molekulare Landwirtschaft dazu beitragen werden, die Lieferkette nicht nur für Vanille, sondern auch für viele Nutzpflanzen zu diversifizieren, die zunehmend widrigen Witterungsbedingungen ausgesetzt sind. Und es ist ein weiteres Beispiel dafür, warum der Agtech-Bereich bei Investoren und Lebensmittelproduzenten so großes Interesse auf sich zieht.

Pflanzen sind bemerkenswert. Aus technologischer Sicht sind sie solarbetrieben, selbstheilend, selbstorganisierend und selbstreplizierend, was eine sehr beeindruckende Kombination von Geräteeigenschaften darstellt. Zu den Möglichkeiten zählen sogar neuartige Biocomputing-Architekturen, ein weiterer pflanzenbasierter Bereich, in den es faszinierend ist, sich damit zu befassen.

James Tyrrell

@JT_bluebird1

[email protected]

31. August 2023

29. August 2023