Der Speiseplan von morgen

Neue Technologien könnten das Nahrungsmittelangebot der Zukunft revolutionieren. Ob das in jedem Fall erstrebenswert ist, ist eine andere Frage.

Es war um das Jahr 1778, als der Agronom und Militärapotheker Antoine-Augustin Parmentier für die Pariser Crème de la Crème eine Reihe von thematischen Festmahlen veranstaltete, auf denen sich alles um die Kartoffel drehte. Die war erst 1772 von der Pariser Medizinischen Fakultät für essbar deklariert worden, nachdem ihr Anbau viele Jahre lang verboten war, denn die Kartoffel stand im Verdacht, Lepra zu verursachen. Zuvor hatte die Akademie zu Besançon einen Preis zur Identifizierung von Nutzpflanzen ausgeschrieben, die im Falle einer Hungersnot zu Nahrungszwecken genutzt werden konnten.

Parmentier empfahl die Kartoffel, die er chemisch analysiert hatte und aus der er zudem ein Mehl gewann, mit dem sich Brot backen ließ. Doch auch trotz der festgestellten Unbedenklichkeit ihres Verzehrs hielt sich die Begeisterung der Franzosen in Grenzen - für sie waren die Knollen als Schweinefutter gerade gut genug. Parmentier entschloss sich zu ungewöhnlichen Aktionen, um die Kartoffel mit Macht auf den Speiseplan seiner Landsleute zu hieven. Er selber war schon einige Zeit zuvor auf den Geschmack gekommen, in Preußen, wo er als Kriegsgefangener im Siebenjährigen Krieg Zeuge der Erfolge der Kartoffelkampagnen Friedrich II. war. Schließlich gelang es ihm, selbst Ludwig XVI. für das Nachtschattengewächs zu interessieren, der sein Wohlwollen anlässlich eines Festes mit einem Bouquet Kartoffelblüten im Knopfloch bekundete.

Im Oktober 2016 fand eine moderne Neuauflage von Parmentiers Festessen statt. Wieder einmal sollte die Kartoffel unters Volk gebracht werden, diesmal jedoch als Hightech-Knolle. Im Benoit New York, einem Nobelrestaurant des monegassischen Chefs Alan Ducasse, wurden Speisen aufgetafelt, die aus Sojabohnen und Kartoffeln der ersten Ernte des Biotech-Unternehmens Cellectis zubereitet waren: Produkte allerneuester Technologie. Das Dinner war dem Veranstalter zufolge das weltweit erste, bei dem geneditierte Nahrungsmittel verzehrt wurden. André Choulika, CEO von Cellectis, versicherte seinen Gästen, dass es nicht dabei bleiben würde: Im 21. Jahrhundert würden noch Millionen von Menschen in den Genuss kommen, genau das gleiche zu essen.

Doch noch sind viele Details ungeklärt, zum Beispiel, ob sich neue, auf synthetischer Biologie beruhende Technologien prinzipiell von klassischer Gentechnik unterscheiden - zumindest in Europa ist das Thema Gegenstand anhaltender Debatten. In den USA ist man bereits mit Aussaat und Ernte der Neuschöpfungen beschäftigt. Die Regulierungsbehörden sehen bislang keinen Grund zum Eingreifen, schließlich würde kein genetisches Fremdmaterial in die Nutzpflanzen einschleust.

Die beteiligten Unternehmen haben stattdessen ein anderes potentielles Problem: die mangelnde Akzeptanz der Konsumenten. Jahre bevor die neuen Pflanzen in den Handel kommen, arbeiten sie nun proaktiv am skeptischen Kunden - mit Fokusgruppen, Websites und animierten Videos. Man will um jeden Preis das PR-Desaster vermeiden, das heute synonym mit genetisch veränderten Organismen (GVO) ist und das den Unternehmen bereits hohe Zusatzkosten verursachte: in den USA beispielsweise für Auseinandersetzungen zur Frage, ob GVO-Lebensmittel gekennzeichnet sein sollten, oder anderswo, wo GVO-Saatgut gar nicht erst auf die Äcker kommt. Mit neuen Techniken wie CRISPR sehen die Unternehmen nun eine Chance, den Käuferwillen schon im Vorfeld der Marktplatzierung günstig zu stimmen.

Für Neal Gutterson, Vizepräsident von Forschung und Entwicklung bei DuPont-Pioneer, gehört das mehr ins Reich der Sozial- als der Naturwissenschaften. Es ginge eigentlich nur darum, die soziale Lizenz für die neuen Technologien zu erhalten. DuPont-Pioneer hofft, mit dürreresistentem CRISPR-Mais bald am Markt zu sein. Das erste CRISPR-Nahrungsmittel bekam 2016 seine Zulassung für den Handel: Zucht-Champignons, bei denen ein für die Bräunung zuständige Gen mittels CRISPR/Cas9 abgeschaltet worden war - so sehen die Pilze in der Auslage länger frisch aus. Die Entscheidung der für die Lebensmittelüberwachung zuständigen Behörde gilt als Wegweiser für die demnächst die Labore verlassenden geneditierten Neuheiten der Biotech-Branche.

Eins der Hauptargumente für die Eingriffe ins genetische Gefüge der Landwirtschaft sind die demnächst auf dem Planeten erwarteten Bevölkerungszahlen - für 2050 etwa wird mit fast zehn Milliarden Erdenbürgern gerechnet. Um deren Versorgung sicherzustellen, müssen die Ernteerträge erhöht werden. Gleichzeitig geht die weltweit verfügbare Fläche an bestellbarem Land zurück. Ein weiteres Argument: konventionelle Züchtung dauert einfach zu lange.

Texturiertes pflanzliches Eiweiß: Chemurgisches Erbe, gentechnisch aufgepeppt

Generell problematisch ist aus der Sicht von Energie- und Stoffbilanzen die geradezu verschwenderische Verfütterung pflanzlicher Proteine in der Massentierhaltung, anstatt sie direkt für die menschliche Ernährung nutzbar zu machen. Unterdessen werden andere Formen der Ernährung aus ihrem bisherigen Nischendasein geholt und als ausbaufähig beworben, zum Beispiel texturiertes pflanzliches Eiweiß, auch als TVP (textured vegetable protein) bekannt.

Gonzalo Ramírez Martiarena, Geschäftsführer von Louis Dreyfus, einer der vier größten Lebensmittelhändler der Welt, hatte im Sommer 2017 vorhergesagt, dass TVP auf Sojabasis in den kommenden Jahren zu einer der weltweit größten Proteinquellen würde, vor allem in Indien und anderen asiatischen Ländern mit schnell wachsender Bevölkerung. Einer umfänglicheren Anwendung als Fleischersatz standen bisher damit verbundene störende Geschmacksnoten im Wege, die aus bestimmten Inhaltsstoffen der Soja resultieren: Spuren löslicher Kohlenhydrate und anderer Stoffe im Sojamehl hatten zu einem unangenehmen bitteren, "bohnigen" Beigeschmack geführt - und zu noch unvorteilhafteren Verdauungsbeschwerden. Der Gehalt dieser unerwünschten Inhaltsstoffe ließ sich bisher durch Veredelung der Sojaprotein-Isolate absenken. Heute wird dafür auch eine Manipulation auf genetischer Ebene in Erwägung gezogen.

TVP war frühzeitig zur Behebung des Proteinmangels in Teilen der Welt im Gespräch, wobei regionale Ölsaaten die Rolle der Soja übernehmen konnten. Die Begeisterung bei Hausfrauen entwickelter Industriestaaten hielt sich vor 50 Jahren allerdings noch in Grenzen.

Die Erfindung von TVP wird dem Lebensmittelkonzern Archer Daniels Midland zugeschrieben, in dessen Extrudern der Fleischersatz entwickelt wurde. Hoch veredeltes Soja-TVP kommt mittlerweile geruchlos und hoch verdaulich daher, es gleicht einer essbaren leeren Leinwand, der mit aufzutragenden Aromen Leben eingehaucht werden kann. So kann TVP heute unter anderem dazu gebracht werden, den Geschmack von Chicken Nuggets anzunehmen.

Bereits in den 1930er Jahren war in einem Forschungslabor der Ford Motor Company in Dearborn im US-Bundesstaat Michigan ein ähnliches Sojaprotein per Spinnprozess als Textilfaser entwickelt worden. Deren Gewebe brachen zwar leicht, doch es wurden durchaus tragbare Kleidungsstücke daraus hergestellt, wie Henry Ford mit einem Anzug aus feinstem Soja-Baumwolle-Mischzwirn gelegentlich in der Öffentlichkeit demonstrierte. Soja-Hasenfell-Imitate sollen gar eine Freude für den Tastsinn gewesen sein. Nach dem Zweiten Weltkrieg fand das gesponnene Sojaprotein auch Eingang in die Nahrungsmittelproduktion - und in den Diskurs zur Weltrettung. Es kam später bei General Mills unter dem Markennamen "Bontrae" auf den Markt, als "Nahrung der Zukunft, gemacht aus pflanzlichem Protein". Doch obwohl beispielsweise die Produkte mit Schinkengeschmack ganz gut gewesen sein sollen, blieb der kommerzielle Erfolg aus.

Gegenwärtig erfreut sich TVP bei vegan lebenden Bewohnern der westlichen Welt großer Beliebtheit - solange die zugrunde liegende Soja nicht aus GVO-Anbau stammt. Das wird zusehends schwieriger: Allein in den USA, dem weltgrößten Sojahersteller, waren 2018 bereits 94% der angebauten Bohnen genetisch modifiziert. Die finden nun auch vermehrt ihren Weg nach Europa.

Beispiel Tomaten

Erste gentechnische Gehversuche sollten der ursprünglich aus Mittel- und Südamerika stammenden Tomate zu höherer Toleranz gegenüber Umweltstressfaktoren verhelfen und beispielsweise ihre Frosthärte verbessern. Dazu wurde ihr das Anti-Frost-Gen der Winterflunder einkloniert. Im Fisch unterdrückt es das Auskristallisieren von Eis im Blutstrom. Die "Fischtomate" schaffte es letztlich nie in den Handel, vielmehr wurde sie zu einer ersten Ikone der GVO-Debatte, insbesondere zu Fragen der Ethik transgener Eingriffe.

Das erste kommerziell angebaute und zum menschlichen Verzehr zugelassene GVO-Nahrungsmittel überhaupt war eine Tomate namens Flavr Savr, eine Entwicklung des kalifornischen Unternehmens Calgene, die 1994 auf den US-Markt kam. Bei der "Anti-Matsch-Tomate" war es das Ziel, den Reifungsprozess der Tomate hinauszuzögern, während sie an Geschmack gewann. Das wurde mittels gentechnischer Einmischung in die Produktion des Enzyms Polygalacturonase versucht. Das Enzym baut das Pektin in den Zellwänden ab und führt zum Weichwerden der Früchte. Mangelnder Käuferzuspruch ließ die Tomate 1997 wieder aus den Regalen verschwinden, Calgene wurde von Monsanto geschluckt.

Die bisherigen Eingriffe zielten vor allem auf Verbesserungen in der Haltbarkeit und im Aroma ab. Darüber hinaus wurde auch in Tomaten das Bt-Toxin als Fraßgift exprimiert.

Dabei ist die Tomate von Haus aus ein Lebewesen, dass sich durchaus selber zu wehren weiß. Ihre Wildformen, wie auch die anderer Nachtschattengewächse, kommen mit einem eindrucksvollen Arsenal von Verteidigungsmitteln daher. Da sind zum einen die Trichome - Haare unterschiedlicher Größe und Funktion, die auf der Blattoberfläche sitzen. Schreitet eine Blattlaus über das Blatt, brechen die empfindlichen Haare in ihrem Weg und setzen zum einen eine klebrige, hochkonzentrierte Glucoseester-Lösung frei, die sich über den Eindringling ergießt. Die Bläschen an der Spitze eines anderen Haartyps wiederum enthalten von einander räumlich getrennte Chemikalien, die sich bei einem Bruch des Haares ähnlich wie bei einem Zweikomponentenkleber vermischen und zu einem Polymer reagieren, in dem die Laus steckenbleibt und verhungert.

Auf größere Insekten, die sich nicht durch Klebeattacken abhalten lassen, wartet eine andere Überraschung. Einige Tomatenarten haben in ihren Haaren Substanzen auf Lager, die auf eine Reihe dieser Angreifer stark toxisch wirken, zum Beispiel auf die Junglarven einiger Fraßschädlinge. Eine andere Waffe haben Wildtomaten gegen bestimmte Spinnmilben parat: Sobald die Insekten an den Blättern fressen, beginnt die Tomatenpflanze mit der Herstellung eines Lockstoffs, dessen Geruch Raubmilben herbeiruft. Die kümmern sich dann um die ungebetenen Gästen.

Im Laufe ihrer Domestizierung haben die Pflanzen diese Wehrhaftigkeit eingebüßt, da sie dafür Energie aufwenden müssten - Energie, die bei Kulturpflanzen in die Gewährleistung hoher Erträge kanalisiert wird. Diese verschobene Balance muss heute ironischerweise mit hohem Pestizideinsatz wieder ausgeglichen werden.

Und gerade die Tomate gilt nach wie vor als verbesserungswürdig. Bereits in den 1950er Jahren hatten Wissenschaftler auf den Galapagosinseln eine Wildtomate mit einem besonderen Merkmal aufgespürt: Das geschwollene Verbindungsstück des Blütenstiels zum Fruchtkörper fehlte, die Sollbruchstelle der Pflanze, die der reifen Tomate gestattet, zu Boden zu fallen und ihre Samen zu verbreiten. Züchter jener Zeit versuchten, dieses Merkmal in ihre Tomaten einzukreuzen. Das Aufkommen der mechanischen Tomatenpflücker hatte es wünschenswert gemacht, dass die reifen Tomaten an den Pflanzen verblieben. Das überraschende Ergebnis: Die Blüten tragenden Äste produzierten viele zusätzliche Verzweigungen und gaben den Pflanzen das Aussehen von Besen - auf Kosten ihres Ertrags.

Erst kürzlich blickten Wissenschaftler hinter die genetischen Kulissen des Effekts. Sie durchsuchten dazu mehr als 4.000 Sorten nach ungewöhnlichen Verzweigungsmustern. Dabei fanden sie Varianten zweier Gene, die im Zusammenspiel deutliche Verzweigungen hervorriefen, ähnlich denen, die in den Zuchtversuchen mit den Tomaten von Galapagos auftraten. Eins der beiden Gene ist verantwortlich für das Fehlen des Verbindungsstücks.

Das andere Gen begünstigt die Bildung eines großen Blätterdachs. Dieses Merkmal war offenbar ein Zuchtziel aus der Anfangszeit der Domestizierung der Tomate, die tausende Jahre zurückliegt. Unklar ist, was die alten Züchter damit bezweckten - vermutet wird, dass die Pflanzen so schwerere Früchte tragen konnten.

Die Wissenschaftler schalteten nun die Aktivität dieser Gene mit dem Gen-Editor CRISPR/Cas-9 ab, ebenso die eines weiteren Gens, dass die Blütenzahl beeinflusst. Je nach Kombination erzeugten sie so eine Reihe verschiedener Tomatenpflanzen-Architekturen: von langen, spindeldürren, Blüten tragenden Verästelungen bis hin zu buschigen, blumenkohlartigen Blumensträußen. Nun sollen per Genbearbeitung Tomaten entwickelt werden, deren Verhältnis von Ästen und Blüten für eine gewünschte Fruchtgröße optimiert werden.

Mutanten-Eber

Nachrichten von technologischen Optimierungen der Tierwelt sind seltener gestreut als die, die das Nutzpflanzenreich betreffen. Allerdings kommen sie mitunter recht spektakulär daher, wenn zum Beispiel von "Hulk-artigen Mutanten-Ebern" die Rede ist.

Während bei den muskelbepackten Schweinen von Duroc Cambodia unklar bleibt, ob sie Produkt genetischer Manipulationen oder von Züchtung sind, hoffen Wissenschaftler, dass die Geneditierungs-Technologien Genehmigungsprozesse beschleunigen und beispielsweise zur schnellen Markteinführung des südkoreanisch-chinesischen Doppelmuskelschweins führen wird. Bei den Tieren war mit Hilfe des Geneditors TALEN ein Gen entfernt worden, das eigentlich das Muskelwachstum hemmt

Ausblick

Den neuen Entwicklungen stehen nicht alle Zeitgenossen aufgeschlossen gegenüber. So manchen beschleichen Bedenken: Was tun wir da, ist das ethisch vertretbar? Was ist aus den Versprechen geworden, mit denen die Einführung der Gentechnik in der Landwirtschaft einst schmackhaft gemacht wurde, etwa mit einer Verringerung des Pestizideinsatzes? Ist den großen Agrarkonzernen überhaupt zu trauen, werden wir umfassend und wahrheitsgemäß über die Konsequenzen informiert? Und sind die den Schöpfern der modernen Nahrungsmittel überhaupt selber bis ins letzte bekannt?

Machen sich Zweifler zu möglichen Gesundheits- und Umweltrisiken, zu toxischen, genetischen oder allergenen Gefahren Gedanken, werden sie von den Befürwortern des Neuen schnell mit dem Attribut der Technologiefeindlichkeit versehen. Dass diese Besorgnis jedoch nicht weit hergeholt ist, zeigen Beispiele wie das vom "StarLink"-Mais, einer Sorte von Aventis CropScience, der mit nachgerüstetem Bacillus thuringiensis-(Bt)-Toxin ihr eigenes Insektizid mitgegeben wurde. In den USA nur als Tierfutter zugelassen, tauchte der Mais dennoch zu verschiedenen Lebensmitteln verarbeitet auf - mit unbeabsichtigten, stark allergenen Reaktionen bei einer Reihe von Verbrauchern. 300 Produkte mussten in der Folge zurückgerufen werden.

Für die Vertreter der neuen Genbearbeitungstechniken sind das Nachrichten aus der Steinzeit. Verfahren wie CRISPR seien nun viel genauer und verwenden keine Fremdgene, verglichen mit der grobschlächtigen klassischen Gentechnik, bei der die Gene meist anderer Arten eher zufällig in das Genom der Zielorganismen eingefügt wurden. Die vorgebrachten Befürchtungen von Kritikern seien deshalb rein spekulativ.

Doch sie sind wissenschaftlich plausibel. Diese Argumente in der Euphorie der Stunde als nichtig abzutun, würde heißen, die Fehler zu wiederholen, die bei der Einführung der klassischen Gentechnik gemacht wurden.

Es ist vielmehr die Frage zu stellen, ob ein überstürzter Einsatz der neuen Methoden in der Nahrungsmittelproduktion ratsam ist - oder ob hier schon das nächste Kapitel eines Buches aufgestoßen wird, das von der Janusköpfigkeit der Wissenschaften handelt, von Gier und Beschränktheit, von einem weiteren Tag, an dem der Mensch glaubte, er sei Gott.