Seit 2013 der erste In-vitro-Burger aus Rinderstammzellen der Öffentlichkeit präsentiert wurde, hat sich viel getan: Zwischen 2016 und 2022 investierten Geldgeber rund 2,5 Milliarden Dollar in die Technologie, die in den ersten Ländern auch zugelassen ist. Aber es gibt Rückschläge: Die drei Restaurants in den USA und Singapur, die das Laborfleisch das Jahr 2023 über im Angebot hatten, haben die Produkte übereinstimmenden Medienberichten zufolge mittlerweile wieder ausgelistet.

Was sich nicht verändert hat, sind die die eigentlichen Herstellungsschritte. Die Start-ups arbeiten vielmehr daran, sie zu optimieren und zu skalieren. Was sich tut und wie der aktuelle Stand der Laborfleisch-Produktion aussieht, lesen Sie hier.

Schritt 1: Entnahme der Zellen

Um In-vitro-Fleisch (IVF) herzustellen, sind noch immer tierische Zellen als „Ausgangsmaterial“ nötig. Mittels einer Muskelbiopsie werden sie aus dem Muskelgewebe von lebenden oder bereits geschlachteten Tieren entnommen. Es reichen wenige Stammzellen aus, um die Produktion von verhältnismäßig viel künstlichem Fleisch anzuschieben. Die Stammzellen werden von anderen Zellen separiert und in ein Nährmedium zum Wachsen gegeben.

Schritt 2: Kultivieren in einem Nährmedium

Die Stammzellen benötigen ein flüssiges Nähr­medium, in dem sie außerhalb eines lebenden Organismus überhaupt wachsen und sich teilen können. Das Nährmedium besteht aus Nährstoffen wie Zucker und Mineralstoffen, Vitaminen, Aminosäuren sowie Wachstumsfaktoren. Die separierten Stammzellen befinden sich in dem Nährmedium, wenn sie in einem sogenannten Inkubator die ersten Zellteilungen vornehmen. Hier können beispielsweise Temperatur, pH- und CO₂-Wert exakt eingestellt werden. Die idealen Werte unterscheiden sich je nach Tierart (Säugetier vs. Fisch) sowie nach Zellarten (Muskelzellen, Fettzellen usw.)

Wichtiger Bestandteil des Nährmediums ist ­fetales Kälberserum (FBS), ein Produkt, das in Laboren der Biotechnologie/Pharmazie im Grunde genommen täglich zum Einsatz kommt. Man gewinnt es aus dem Herzen ungeborener Kälber, die bei der ­Entnahme sterben. Die meisten Start-ups haben als Ziel ausgegeben, das Kälberserum durch pflanzliche oder synthetische Stoffe zu ersetzen. Erste Teams vermelden diesbezüglich auch Erfolge. Bis die Branche jedoch ganz auf FBS verzichten kann, wird es wohl noch dauern.

Warum das Kälberserum ersetzt werden soll

1. Das Kälberserum zu ersetzen, ist aus mindestens drei Gründen wichtig für die Weiterentwicklung von Laborfleisch: Befürworter nennen es gern „Clean Meat“, also sauberes Fleisch, weil damit kein Tier mehr für de Fleischproduktion sterben müsste. Noch ist dieses Argument durch die Verwendung des Kälberserums jedoch nicht haltbar.

2. Außerdem ist das Serum einer der größten Kostenfaktoren bei der Produktion des In-vitro-Fleisches, da dieses sonst für pharmazeutische Zwecke produziert wird und teuer eingekauft werden muss.

3. Drittens wird für die Aufbereitung des Nährmediums viel Energie verbraucht, da dieses für die Kultivierung der Zellen absolut steril sein muss. Auch das treibt die Produktionskosten in die Höhe.

Schritt 3: Vermehrung in einem Bioreaktor

Hat sich eine größere Menge Zellgewebe gebildet, kommt es zur weiteren Vermehrung in einen Bioreaktor, auch Fermenter genannt. Hier sind wichtige Faktoren für die Zellkultivierung weiterhin genau steuerbar: Zusammensetzung des Nährmediums, Sauerstoff­zufuhr, Temperatur, pH-Wert und Sterilität. Der ­Bioreaktor soll ein ideales Umfeld schaffen, in dem sich die Zellen vermehren können.

Schritt 4: Aus Zellen werden Fasern

Im Bioreaktor durchlaufen die Zellen theoretisch verschiedene Stadien. Zuerst ­bilden sich Stammzellen zu einkernigen Muskelzellen (Myoblasten) und vermehren sich zu mehrkernigen Muskelzellen, den Myotuben. Mehrere Myotuben sollen eine Muskelfaser bilden. Zum Beispiel über Trägergerüste sollen die Zellen so zusammenwachsen, dass eine fleischähnliche Struktur entsteht. Um dem Geschmack von tierischem Fleisch nahezukommen, werden dem farblosen Gewebe Fettzellen zugefügt.

Die meisten Start-ups haben sich auf eine „einfachere Version“ von Laborfleisch festgelegt, da es bisher kaum gelingt, Fleischstücke mit der Struktur von Filets oder Steaks wachsen zu lassen. Leichter ist es, sogenannte unstrukturierte Zellkulturen wachsen zu lassen, die sich dann zu Nuggets, Buletten oder Fleischbällchen zusammensetzen lassen. 

Schritt 5: Hybridprodukte bauen

Derzeit scheinen sich sogenannte Hybridprodukte durchzusetzen, also Fleischersatzprodukte, die nur zu einem Teil aus Laborfleisch bestehen und dem als Hauptbestandteil weitere pflanzliche Proteine aus z.B. Soja oder Erbsen beigemischt werden.

Rückschläge: Produktionsmenge steigern

Die oben beschriebene Produktion von In-vitro-Fleisch funktioniert nachgewiesenermaßen im kleinen Labormaßstab. Nun stehen die Teams weltweit vor der Herausforderung, die Produktion zu skalieren, um die Kosten zu senken. Dies scheint sich schwieriger zu gestalten als angenommen. Übereinstimmenden Medienberichten zufolge hat das amerikanische Unternehmen Upside Foods seine erst Mitte 2023 eröffnete Produktionsanlage derzeit nicht mehr in Betrieb, in der Laborfleisch im Industriemaßstab hergestellt werden sollte.