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In einer Welt, in der nachhaltige Lösungen für die Produktion von Lebensmitteln und anderen biologischen Produkten immer wichtiger werden, bietet die Präzisionsfermentation eine faszinierende Perspektive. Dieser Ansatz stellt eine sukzessive Weiterentwicklung der industriellen Biotechnologie dar und ermöglicht es, Mikroorganismen oder Zellen so zu programmieren und dann zu kultivieren, dass sie nahezu jedes komplexe organische Molekül herstellen können.

Fermentation selbst ist ein uraltes Verfahren und beschreibt eine biologische Stoffumwandlung, bei der lebende Mikroorganismen mithilfe von Enzymen, Biomasse in andere Moleküle umwandeln. In der klassischen Biotechnologie werden Zellen und Mikroorganismen primär genutzt, um Produkte zu generieren, die sie natürlicherweise in ihrem Stoffwechsel produzieren. Die Forschung hat lange daran gearbeitet, diese Prozesse zu optimieren – sei es durch die Erhöhung der Produktionsausbeute, die Verwendung günstigerer Substrate oder die Verbesserung der Prozessbedingungen.

Heute kann die Wissenschaft gezielter vorgehen: Durch den Einsatz von Synthetischer Biologie, Genom-Editierung, Künstlicher Intelligenz und Big Data wird es möglich, Mikroorganismen und pflanzliche sowie tierische Zellen gezielt so weiterzuentwickeln, dass sie mit hoher Effizienz neue komplexe, biologische Produkte erzeugen. Diese optimierten Zellen werden zu hochspezialisierten »Zellfabriken«, die durch präzise genetische Programmierung in maßgeschneiderten Bioprozessen agieren. Die Technologie ist bereits nutzbar und Produkte, die auf Präzisionsfermentation basieren, sind auf dem Markt erhältlich. Trotz ihres Potenzials gestaltet sich die Kommerzialisierung jedoch immer noch schwierig. Die Konformität der Prozesse mit EU-Recht muss in jedem Fall sichergestellt werden und die Skalierung der Prozesse stellt häufig auch noch eine Herausforderung dar. Grundsätzlich liegt in dieser Methode aber auch eine vielversprechende Möglichkeit, nachhaltiger zu wirtschaften.

Produkte, die durch Präzisionsfermentation entstehen, könnten unsere Abhängigkeit von landwirtschaftlichen Flächen reduzieren, weniger Wasser verbrauchen und signifikant geringere Treibhausemissionen verursachen als konventionelle Landwirtschaft. Angesichts des wachsenden Bedarfs an ressourcenschonenden Alternativen sind diese Faktoren von entscheidender Bedeutung. Zwar ist das Forschungsfeld noch relativ jung, sodass sich die Anzahl an wissenschaftlichen Veröffentlichungen bislang in Grenzen hält. Doch das Interesse steigt stetig. Besonders Start-ups treiben die Entwicklungen voran und bringen innovative Produkte auf den Markt, die den Weg in eine nachhaltigere Zukunft ebnen.

Die Präzisionsfermentation lässt sich für Produkte in vielen Bereichen wie z. B. für die Herstellung von Lebensmitteln, Medikamenten, Farbstoffen, Materialien oder Chemikalien einsetzen. Ein wichtiger Anwendungsbereich ist die Lebensmittelherstellung. Präzisionsfermentation ermöglicht beispielsweise die Produktion von tierfreien Proteinen, die identisch mit tierischen Ursprungsstoffen sind – darunter Milchproteine, Eiweiß oder Kollagen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für vegane Alternativen für beispielsweise Käse, mit authentischem Geschmack und Textur. Auch fermentierte Fette und Aromen können durch diesen Prozess entstehen, wodurch die Lebensmittelindustrie Produkte mit verbessertem Nährwert und nachhaltiger Herkunft entwickeln kann. Diese Technik könnte langfristig eine ressourcenschonende Alternative zur konventionellen Lebensmittelproduktion sein. Im Rahmen der Herstellung von Medikamenten ermöglicht sie eine effiziente Produktion von Wirkstoffen wie Insulin, das seit Jahrzehnten fermentativ hergestellt wird, oder neuartigen Antibiotika, die auf biotechnologisch optimierten Mikroorganismen basieren. Auch im Bereich Materialien findet das Verfahren seine Anwendung, so beispielsweise bei der Produktion von Spinnenseide mithilfe von Bakterien. Diese künstliche Seide vereint herausragende Eigenschaften: Sie ist antibakteriell, extrem stabil und vielseitig einsetzbar. Bereits heute wird sie in Hautpflegeprodukten, Nagellack, Flugzeugkomponenten, medizinischen Implantaten sowie in Textilien wie Sportschuhen und Autotürgriffen verwendet. Die Technologie könnte langfristig helfen, die Abhängigkeit von petrochemischen Prozessen zu reduzieren. Dazu zählt die Herstellung von biologisch abbaubaren Kunststoffen, industriellen Enzymen und sogar alternativen Kraftstoffen wie Bioethanol und Biogas.

Die Präzisionsfermentation zeigt, wie Technologie und Natur zusammenwirken können, um nachhaltige, zukunftsweisende Lösungen zu schaffen. Auch wenn es regulatorische Herausforderungen gibt, sind die Chancen gewaltig.