Kultiviertes Fleisch ist teuer, aber Open-Source-Bioprozessierung hilft, das zu ändern. Durch das freie Teilen von Werkzeugen, Methoden und Daten geht die Branche die hohen Kosten in Bereichen wie Wachstumsmedien, Bioreaktordesign und Zelllinienentwicklung an. Wichtige Highlights sind:
- Die Kosten für Wachstumsmedien sind erheblich gesunken, da lebensmitteltaugliche Alternativen pharmazeutische Komponenten ersetzen. Zum Beispiel kostet ein neues Medium nur £0,52 pro Liter.
- Open-Source-Bioreaktordesigns senken die Ausrüstungskosten, indem sie Lizenzgebühren eliminieren und die Effizienz verbessern.
- Gemeinsame Forschung zu Zelllinien und kontinuierlichen Produktionsmethoden verbessert die Skalierbarkeit und reduziert Abfall.
Diese Bemühungen zielen darauf ab, kultiviertes Fleisch näher an die Preisparität mit konventionellem Fleisch zu bringen - voraussichtlich wird es bis 2030 nur £4,30 pro Kilogramm kosten.Offene Zusammenarbeit ist der Schlüssel zu diesem Wandel, um kultiviertes Fleisch für alltägliche Verbraucher zugänglicher zu machen.
Kostensenkungszeitplan für kultiviertes Fleisch: Von 230.000 £ auf 4,30 £ pro kg (2013-2030)
Was ist Open-Source-Bioprozessierung?
Die Grundlagen der Open-Source-Bioprozessierung
Open-Source-Bioprozessierung bedeutet, Forschung, Designs und technische Daten kostenlos zur Verfügung zu stellen. In der Branche für kultiviertes Fleisch bedeutet dies, kritische Ressourcen wie Bioreaktor-Leistungsmodelle, Wachstumsmedienformulierungen und techno-ökonomische Analysen zu teilen. Diese Werkzeuge helfen, Kosten und Erträge vorherzusagen und bieten der Branche einen gemeinsamen Ausgangspunkt, um Produktionsherausforderungen anzugehen.
Anstatt dass Unternehmen Millionen in die Entwicklung derselben grundlegenden Werkzeuge investieren, bieten Open-Source-Projekte eine gemeinschaftliche Grundlage - denken Sie daran als ein "Wikipedia für Bioprozessierung.""Diese gemeinsame Wissensbasis kann verfeinert und erweitert werden, wodurch Zeit und Ressourcen gespart und Innovationen vorangetrieben werden.
Ein großartiges Beispiel dafür kam im Juni 2024, als Simon Hubbard von Upstream Applied Science Ltd einen Open-Access-Bioreaktor-Leistungsmodellierungsworkflow einführte. Mit Hilfe von computergestützter Strömungsmechanik und Bayesscher Optimierung sagte das Projekt Erträge für 20.000-Liter- und 42.000-Liter-Rührkesselreaktoren voraus. Hubbard stellte den gesamten Workflow auf GitHub zur Verfügung und gab der Branche die Möglichkeit, Bioreaktordesigns und -operationen zu optimieren, ohne teure proprietäre Software zu benötigen [2].
"Derzeit gibt es keinen öffentlich verfügbaren Modellierungsworkflow, der die Ertragsvorhersage oder -optimierung für eine gegebene Bioreaktorarchitektur, Geometrie und operationale Eingaben ermöglicht." – Simon Hubbard, Upstream Applied Science Ltd [2]
Durch das Teilen von Ressourcen wie diesen senken Open-Source-Initiativen nicht nur die Entwicklungskosten, sondern fördern auch die Zusammenarbeit in der Branche.
Warum Open-Source-Zusammenarbeit funktioniert
Ein großer Vorteil der Open-Source-Zusammenarbeit ist, dass sie redundante Forschung eliminiert. Wenn ein Team ein technisches Problem löst - wie die Reduzierung von Ammoniakansammlungen in Bioreaktoren oder die Verbesserung der Sauerstoffversorgung - bedeutet das Teilen dieser Lösung, dass andere nicht Zeit und Geld aufwenden müssen, um dasselbe Problem zu lösen.
Open-Source-Projekte erleichtern es auch Neulingen, in die Branche einzutreten. Durch den kostenlosen Zugang zu Formulierungen und Produktionsprozessen senken diese Initiativen die finanziellen Hürden für Unternehmer, insbesondere in aufstrebenden Märkten [4].Zum Beispiel ermöglichen Open-Access-Computermodelle Entwicklern, Erträge vorherzusagen und mit verschiedenen Bioreaktordesigns zu experimentieren, bevor sie sich für kostspielige Konstruktionen entscheiden [2].
Die Pharmaindustrie bietet ein nützliches Parallelbeispiel. Sie verwendet bereits Rührkesselbioreaktoren in Größenordnungen von bis zu 20.000 Litern zur Herstellung therapeutischer Proteine [3]. Open-Source-Bioprozessierung ermöglicht es Produzenten von Cultivated Meat, diese gut etablierten Systeme anzupassen und gleichzeitig ihre einzigartigen Herausforderungen zu bewältigen - wie die Tatsache, dass Muskelzellen empfindlicher auf Scherkräfte reagieren als die in der Pharma verwendeten Suspensionzellen.
3 Möglichkeiten, wie Open-Source-Bioprozessierung die Produktionskosten senkt
Kostenreduzierung bei Wachstumsmedien
Wachstumsmedien, die nährstoffreiche Flüssigkeit, die für die Zellkultivierung unerlässlich ist, gehören zu den größten Ausgaben bei der Produktion von Cultivated Meat.Open-Source-Projekte haben hier einen echten Unterschied gemacht, indem sie Formulierungen wie Beefy-9, B8 und Essential 8 geteilt haben, wodurch die Notwendigkeit für kostspielige Lizenzgebühren entfällt [5][6].
Ein weiterer Game-Changer ist der Wechsel von pharmazeutischen Inhaltsstoffen zu lebensmitteltauglichen Alternativen. Während pharmazeutische Materialien umfangreichen Reinigungsprozessen unterzogen werden, die die Kosten in die Höhe treiben, hat die offene Forschung gezeigt, dass lebensmitteltaugliche Optionen ebenso effektiv für das Wachstum von Fleischzellen sein können [6][7]. Zum Beispiel haben Forscher von Believer Meats im August 2024 einen kontinuierlichen Herstellungsprozess mit einem tierkomponentenfreien Medium vorgestellt, das nur £0.52 pro Liter (etwa $0.63) kostet [8]. Dies ist eine massive Reduzierung im Vergleich zu traditionellen Medienformulierungen.
Darüber hinaus spielen Fortschritte im Design von Bioreaktoren eine bedeutende Rolle bei der weiteren Senkung der Kosten.
Kostengünstige Bioreaktor-Innovationen
Über erschwingliche Wachstumsmedien hinaus senken Open-Source-Bioreaktordesigns die Produktionskosten noch weiter. Bioreaktoren - große Tanks, die für die Zellkultivierung verwendet werden - sind traditionell kostspielig in der Herstellung und Wartung. Open-Source-Designs beseitigen die finanzielle Belastung durch Lizenzgebühren und ermöglichen es Herstellern, Systeme an ihre spezifischen Anforderungen anzupassen [5]. Im Oktober 2023 veröffentlichten New Harvest, IRNAS und die Universität Maribor ein modulares, perfusionsbasiertes Bioreaktordesign auf GitHub. Dieses Design integriert sich nahtlos in Standardlaborgeräte, senkt die Investitionskosten und ermöglicht eine programmierbare Nährstoffzirkulation für den Anbau von 3D-Gewebekulturen [5].
"Open-Source-Lizenzierung bedeutet, dass die Hardware, Firmware, Software und Dokumentation ohne Zahlung einer Lizenzgebühr verwendet werden können." – New Harvest [5]
Diese Designs unterstützen auch kontinuierliche Fertigung, was die Effizienz erheblich verbessert. Mit Hilfe der Perfusionstechnologie erreichte Believer Meats Zellendichten von bis zu 130 × 10⁶ Zellen pro Milliliter, was traditionelle Batch-Methoden übertrifft. Ihre Forschung schätzt, dass eine 50.000-Liter-Anlage kultiviertes Hähnchen zu Kosten von 4,80 £ pro Pfund (ca. 6,20 $) produzieren könnte, was es mit den Preisen für Bio-Hähnchen vergleichbar macht [8].
Fortschritte bei Zelllinien und Produktionstechniken
Die Open-Source-Zusammenarbeit hat auch den Fortschritt in der Zelllinienentwicklung und den Produktionsmethoden beschleunigt.Gemeinsame Forschungen zu stabilen, hoch-ertragreichen Zellquellen - wie spontan immortalisierten Hühnerfibroblasten - haben der Branche zuverlässige Zelllinien bereitgestellt, die ohne den Bedarf an tierischem Serum wachsen [8].
Digitale Werkzeuge wie computergestützte Modellierung haben die Produktion weiter optimiert, indem sie es den Produzenten ermöglichen, Designs virtuell zu optimieren, wodurch Risiken und Kosten gesenkt werden.
Vielleicht ist die bedeutendste Verbesserung der Übergang von der Batch-Verarbeitung zur kontinuierlichen Produktion. Traditionelle Batch-Methoden erfordern häufige Unterbrechungen für Reinigung und Neusaat, was die Produktion verlangsamt. Kontinuierliche Perfusion hingegen ermöglicht mehrere Ernten über einen Zeitraum von mehr als 20 Tagen aus einer einzigen Inokulation, was sowohl die Effizienz als auch die wirtschaftliche Machbarkeit dramatisch verbessert [8].
Laborgezüchtetes Fleisch könnte den Planeten ernähren | TIME
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Open-Source-Projekte senken die Kosten für kultiviertes Fleisch
Die Bemühungen zur Senkung der Kosten in der Produktion von kultiviertem Fleisch haben dank Open-Source-Projekten, die sich auf die Verbesserung der Medienformulierung und die Optimierung von Prozessen konzentrieren, einen großen Fortschritt gemacht.
Gemeinsame Medienentwicklungsprojekte
Kollaborative Initiativen haben bedeutende Fortschritte bei der Senkung der Kosten für Wachstumsmedien gemacht. Zum Beispiel haben Andrew Stout und sein Team an der Tufts University im Jahr 2022 Beefy-9 eingeführt, ein serumfreies Medium, das entwickelt wurde, um die langfristige Kultur von bovinen Satellitenzellen aufrechtzuerhalten, ohne auf kostspieliges fetales Rinderserum angewiesen zu sein. Durch die Einbeziehung von rekombinantem Albumin und die Feinabstimmung der Wachstumsfaktor-Konzentrationen entwickelten sie eine Formel, die frei zugänglich ist.Spätere Forschungen (2024/2025) zeigten, dass der Ersatz von humanem Serumalbumin durch lebensmitteltaugliches Methylcellulose die Mediumkosten um bis zu 73% senken könnte. Dies ist ein Wendepunkt, da Albumin in der weit verbreiteten B9-Formulierung etwa 19 £ pro Liter (ungefähr 24,56 $) kostet und mehr als die Hälfte der gesamten Medienausgaben ausmacht [9].
Ein weiterer bemerkenswerter Erfolg kam von Mosa Meat, die in Zusammenarbeit mit Nutreco arbeiteten. Sie schafften es, 99,2% ihres Basalzellfutters durch lebensmitteltaugliche Komponenten zu ersetzen, während sie gleichzeitig Wachstumsraten der Zellen aufrechterhielten, die mit pharmazeutischen Medien vergleichbar sind [6] . Diese Beispiele verdeutlichen, wie die Zusammenarbeit in der Branche die Produktionskosten von kultiviertem Fleisch direkt senken kann.
Zusätzlich zu diesen technischen Durchbrüchen haben Organisationen wie das Good Food Institute entscheidende Kostenmodellierungswerkzeuge bereitgestellt, um weitere Fortschritte zu leiten.
Good Food Institute Open-Source-Plattformen
Das Good Food Institute (GFI) war maßgeblich daran beteiligt, die Branche mit Daten und Forschung auszustatten, um Kostensenkungen voranzutreiben. Im Jahr 2020 veröffentlichte Dr. Liz Specht, die leitende Wissenschaftlerin des GFI, eine wegweisende Analyse, die zeigte, dass der Wechsel von pharmazeutischen Basismedienkomponenten zu Großhandels-Lebensmittelalternativen die Kosten für Basismedien um 77% [6] [10] senken könnte. Diese Arbeit bot einen klaren Weg, um Preisparität mit konventionellem Fleisch zu erreichen und verstärkte die früheren Beispiele für kostensparende Innovationen.
Die Forschung des GFI identifizierte auch Bereiche, in denen weitere Kostensenkungen erforderlich sind.Zum Beispiel prognostizierte ihre Analyse, dass bis 2030 rekombinantes Albumin 96,6% des gesamten Produktionsvolumens der benötigten Proteine ausmachen würde, während Wachstumsfaktoren, obwohl sie nur 0,02% des Volumens ausmachen, die teuersten Komponenten bleiben. Um kultiviertes Fleisch erschwinglicher zu machen, müssen die Produktionskosten für Albumin auf etwa £7,70 pro Kilogramm (rund $10) sinken, während Wachstumsfaktoren etwa £77.000 pro Kilogramm (ungefähr $100.000) erreichen sollten [10] .
"Die Produktionskapazität für Wachstumsfaktoren und rekombinante Proteine müsste schnell im Einklang mit der kultivierten Fleischindustrie wachsen... die nur 0,1% bis 0,56% der prognostizierten globalen Fleischnachfrage im Jahr 2030 ausmachen." – Good Food Institute [10]
Diese Erkenntnisse und gemeinsamen Anstrengungen unterstreichen das Potenzial von Open-Source-Projekten, die Wirtschaftlichkeit der Produktion von kultiviertem Fleisch neu zu gestalten und es näher an die Mainstream-Viabilität zu bringen.
Kostenprognosen für kultiviertes Fleisch bis 2030
Erwartete Kostenreduktionen bis 2030
Die Wirtschaftlichkeit von kultiviertem Fleisch steht vor einem großen Wandel, der hauptsächlich durch Open-Source-Bioprozesse vorangetrieben wird. Seit 2013 sind die Produktionskosten um erstaunliche 99% gesunken. Damals kostete die Produktion eines einzelnen Burgers über 230.000 £, aber bis Ende 2023 war der Preis auf etwa 28 £ pro Kilogramm gefallen [11][12]. Mit fortlaufenden Fortschritten prognostizieren Experten, dass kultiviertes Fleisch bis 2030 nur noch 4,30 £ pro Kilogramm kosten könnte [11].
Um diese Ziele zu erreichen, muss die Branche die Produktion auf etwa 100 Kilotonnen jährlich steigern. Ein weiterer Schlüsselfaktor wird die Verbesserung der Effizienz von Wachstumsmedien sein, mit dem Ziel, Verbrauchswerte zwischen 8 und 13 Litern pro Kilogramm kultiviertem Fleisch anzustreben [10].
Das gesagt, gibt es immer noch erhebliche Hürden zu überwinden. Zum Beispiel müssen die Kosten für rekombinantes Albumin auf etwa 7,70 £ pro Kilogramm sinken, während die Wachstumsfaktoren auf etwa 77.000 £ pro Kilogramm fallen müssen - eine erstaunliche Reduzierung um 99 % im Vergleich zu den aktuellen Produktionskosten in der Biopharmazeutik [10]. Wie vom Good Food Institute hervorgehoben:
"Eine Kostenreduktion von 99 % könnte für einige rekombinante Proteine erforderlich sein, verglichen mit der aktuellen Produktionsweise für die Biopharmazeutik" [10].
Diese ehrgeizigen Prognosen unterstreichen den enormen Fortschritt, der erforderlich ist, um die Kosten näher an die von herkömmlichem Fleisch zu bringen.
Aktuelle vs. Prognostizierte Produktionskosten
Beim Vergleich der heutigen Kosten mit zukünftigen Schätzungen wird das Ausmaß der erforderlichen Innovationen deutlich. Die Prognosen für 2030 variieren, wobei einige vorschlagen, dass die Preise auf £4,30 pro Kilogramm fallen könnten [11], während andere zu einer vorsichtigeren Schätzung von £28 pro Kilogramm tendieren [10]. Trotz dieser Reduzierungen kostet kultiviertes Fleisch immer noch mehr als traditionelles Fleisch. Die Erreichung einer echten Preisparität wird von einer fortgesetzten Open-Source-Zusammenarbeit und weiteren Fortschritten in der Produktionsskalierung, der metabolischen Effizienz und der Bioreaktortechnologie abhängen.
Fazit
Hauptpunkte
Open-Source-Bioprozessierung geht einige der teuersten Hürden in der Produktion von kultiviertem Fleisch an.Durch die Fokussierung auf gemeinsame Anstrengungen findet die Branche praktische Wege, um kultiviertes Fleisch erschwinglicher und zugänglicher zu machen. Forscher haben beispielsweise Möglichkeiten entdeckt, kostspielige rekombinante Proteine durch pflanzliche Alternativen wie Rapsprotein zu ersetzen und von pharmazeutischen auf lebensmitteltaugliche Zutaten umzusteigen, die bis zu 100 Mal günstiger sein können [1]. Open-Source-Bioreaktor-Workflows helfen ebenfalls, finanzielle Risiken zu mindern, indem sie die Vorhersagen für die Erträge bei der Großproduktion verbessern.
Die Ergebnisse sind vielversprechend. Um kultiviertes Fleisch kommerziell rentabel zu machen, muss der Preis für Wachstumsmedien erheblich sinken - von Hunderten von Pfund pro Liter auf etwa £0,77 pro Liter. Open-Source-Initiativen spielen eine entscheidende Rolle in dieser Transformation, indem sie die Verwendung von pflanzlichen Protein-Hydrolysaten fördern und Zelllinien verfeinern, die in nährstoffarmen Umgebungen gedeihen können.Wie David Block von UC Davis erklärt:
"Um kultiviertes Fleisch kommerziell rentabel zu machen, muss dieser Wert [Kosten für Wachstumsmedien] wahrscheinlich bei 1 Dollar pro Liter oder weniger liegen - also um Größenordnungen niedriger." [1]
Bemerkenswerte Beispiele heben diesen Fortschritt hervor. Die Tufts University hat gezeigt, wie pflanzliche Proteine rekombinantes Albumin ersetzen können, während offene Bioreaktor-Workflows kostensparende Innovationen vorantreiben. Im Jahr 2023 setzte ein neues Kulturmedium, das Rapsprotein anstelle von rekombinantem Albumin verwendete, einen Maßstab für Kostenreduktion [1][7]. Ähnlich teilte Simon Hubbard im Juni 2024 einen offenen Bioreaktor-Performance-Workflow auf GitHub und stattete die Branche mit Werkzeugen aus, um die Anlagendesigns zu verbessern [2].Diese gemeinsamen Ressourcen zeigen, wie offene Zusammenarbeit die Erschwinglichkeit von kultiviertem Fleisch vorantreibt.
Wie Sie informiert bleiben können
Da sich die Branche weiterentwickelt, ist es wichtig, informiert zu bleiben. Das Good Food Institute bietet wertvolle Einblicke durch seine Berichte über den "Stand der Branche" und seine offene Lösungsdatenbank [13][14]. Für technische Updates bieten Fachzeitschriften wie npj Science of Food offene Übersichten über Strategien zur Kostenreduzierung und Verbesserung von Wachstumsmedien [15] [16].
Für ein umfassenderes Verständnis dieser aufkommenden Technologie besuchen Sie
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Wie hilft Open-Source-Bioprozessierung, die Kosten für kultiviertes Fleisch zu senken?
Die Open-Source-Bioprozessierung spielt eine Schlüsselrolle dabei, kultiviertes Fleisch erschwinglicher zu machen. Durch die Bereitstellung zugänglicher, kostengünstiger Werkzeuge und geteilter Kenntnisse unterstützt sie sowohl Forschungs- als auch Produktionsbemühungen. Nehmen wir zum Beispiel Open-Source-modulare Bioreaktoren. Diese Systeme bieten eine wirtschaftliche Alternative für Forscher, um Produktionsgeräte zu entwerfen und zu verfeinern, und umgehen die hohen Kosten, die mit proprietären Setups verbunden sind. Ihre flexiblen Designs senken nicht nur die Eintrittsbarrieren, sondern beschleunigen auch die Innovation innerhalb der Branche.
Darüber hinaus fördern Open-Source-Initiativen die Zusammenarbeit bei kostensparenden Maßnahmen, wie z.B. die Verbesserung von Wachstumsmedienformulierungen und die Skalierung von Produktionsmethoden.Die Fortschritte in Bereichen wie der Beschaffung erschwinglicher Zutaten und der Verbesserung der Zellwachstums-Effizienz helfen, die Betriebskosten zu senken. Dieser gemeinsame Einsatz ebnet den Weg dafür, dass kultiviertes Fleisch in naher Zukunft für Verbraucher zugänglicher und wirtschaftlich rentabler wird.
Wie helfen lebensmitteltaugliche Alternativen, die Kosten für Wachstumsmedien in der Produktion von kultiviertem Fleisch zu senken?
Wachstumsmedien spielen eine entscheidende Rolle bei den Kosten der Produktion von kultiviertem Fleisch, wobei traditionelle Optionen oft auf teuren Komponenten wie fetalem Rinderserum (FBS) basieren. Der Einsatz von lebensmitteltauglichen Alternativen hat sich jedoch als Wendepunkt erwiesen, der die Produktion erheblich erschwinglicher und einfacher skalierbar macht.
Der Austausch teurer Zutaten gegen lebensmitteltaugliche Substitute - wie Serumalbumine und rekombinante Proteine - hat zu dramatischen Kostensenkungen geführt, die manchmal die Ausgaben um bis zu 100 Mal reduzieren.Diese Fortschritte senken nicht nur die Kosten; sie bringen auch kultiviertes Fleisch näher an den Preis von herkömmlichem Fleisch. Dieser Fortschritt ebnet den Weg dafür, dass kultiviertes Fleisch eine zugänglichere und attraktivere Option für Verbraucher im Vereinigten Königreich und darüber hinaus wird.
Wie helfen Open-Source-Bioreaktordesigns, die Kosten für kultiviertes Fleisch zu senken?
Open-Source-Bioreaktordesigns erweisen sich als Wendepunkt, um die Produktion von kultiviertem Fleisch erschwinglicher zu machen. Durch die Bereitstellung zugänglicher und flexibler Produktionssysteme ermöglichen diese Designs Herstellern, Bioreaktoren speziell für kultiviertes Fleisch anzupassen, wobei der Fokus auf Bereichen wie der Steigerung der Zellwachstumsraten und der effizienteren Nutzung von Ressourcen liegt. Diese Anpassung hilft, die Produktionskosten erheblich zu senken.
Ein weiterer großer Vorteil von Open-Source-Modellen ist, wie sie Zusammenarbeit und Innovation fördern.Forscher und Fachleute aus der Industrie können zusammenarbeiten, um fortschrittliche Bioreaktortechnologien schneller zu entwickeln. Dazu gehört die Gestaltung von Systemen, die höhere Zellendichten unterstützen, Energie sparen und weniger Abfall erzeugen. Diese Verbesserungen optimieren nicht nur den Produktionsprozess, sondern machen auch kultiviertes Fleisch zu einer kostengünstigeren Option, die es näher bringt, eine erschwingliche Wahl für Verbraucher zu werden.
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