Lactobacillus

Von Aroma bis Zusatzstoff: Was gentechnisch veränderte Mikroorganismen alles können

Aromen, Vitamine, Süßstoffe, Geschmacksverstärker: Eine ganze Reihe von Zusatzstoffen wird heute mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen gewonnen. Welche das im Einzelnen sind und in welchen Lebensmitteln sie verwendet werden, ist beim Einkauf nicht zu erkennen. Eine gesetzliche Kennzeichnungspflicht gibt es dafür nicht - doch auch bei Mikroorganismen sind die Grenzen zwischen Gentechnik und anderen Verfahren längst fliessend geworden.

Brötchen

Luftige Brötchen. Cystein (E 920) ist häufig in Backgrundstoffen für Brot, Brötchen und Backwaren enthalten.

Wurst

Wurst wird oft mit Hilfe von Ascorbinsäure E330 konserviert. Sie ist eine andere Bezeichnung für Vitamin C und kann mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestellt werden.

Tacos

Oft in Knabbergebäck: Geschmacksverstärker Glutamat (E 621) - möglicherweise mit Hilfe von Mikroorganismen hergestellt.

Steviablatt

Süßstoff aus der Stevia-Pflanze. Extrem süß, ohne Kalorien, rein pflanzlich - die perfekte Zucker-Alternative. Nur: „Von Natur aus“ liefern die Pflanzen zu wenig davon. Mit Hilfe der Synthetischen Biologie kann man den begehrten Stoff heute in Hefen herstellen.

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Zahlreiche Bakterien, Hefen oder Pilze können „von Natur aus“ nützliche Stoffe wie Vitamine, Aminosäuren, Enzyme oder Zitronensäure bilden. Schon vor fast hundert Jahren hat man begonnen, solche Mikroorganismen in technischen Anlagen zu kultivieren. Anfangs wurden dafür geeignete Stämme mit klassischen Verfahren gezüchtet. Lange blieb diese frühe industrielle Biotechnologie auf wenige Anwendungen beschränkt. Erst mit der modernen Genetik und Molekularbiologie kam der Durchbruch: Gentechnische Verfahren ermöglichten es, Bakterien, Hefen oder Pilze so zu optimieren, dass sie die gewünschten Stoffe in nennenswerten Mengen ausschütteten und so die biotechnische Herstellung erst wirtschaftlich wurde.

Allerdings waren anfangs die Möglichkeiten begrenzt, um so begehrte, aber in der Natur knappe Lebensmittel-Zutaten in der benötigten Qualität herzustellen. Man konnte ein Gen mit dem genetischen Code für den jeweiligen Stoff irgendwo isolieren und auf einen anspruchslosen, gut kultivierbaren Produktionsorganismus übertragen. Oder man regulierte ein vorhandenes Gen - etwa durch stärkere Promotoren - so, dass die gewünschte Substanz permanent und in größeren Mengen gebildet wurde als natürlicherweise benötigt. Doch das klappte nur bei vergleichsweise wenigen Stoffen, vor allem bei Proteinen, Aminosäuren und Enzymen.

Inzwischen haben sich die Methoden verfeinert. Längst sind die Biotechnologen nicht mehr allein auf die klassische Gentechnik angewiesen.

  • Man kann etwa einen gewünschten Stoff mit genau definierten Eigenschaften mit Hilfe von Computerprogrammen in den jeweiligen genetischen Code übersetzen und ein solches synthetisches Gen in einen geeigneten Produktionsorganismus übertragen.
  • Mikroorgaismen werden „Evolutionsautomaten“ ausgesetzt: Darin durchlaufen sie mehrere Zyklen von künstlich ausgelösten Mutationen und einer anschließenden Selektion derjenigen Mikroorganimen, die dem jeweilgen Ziel - einen bestimmten Stoff in gewünschter Menge und Qualität zu produzieren - am nächsten kommen. Mit dieser „gelenkten Evolution“ sind erstaunliche und weitreichende Veränderungen an Mikroorganismen möglich.
  • In den letzten Jahren sind die Konzepte der Synthetischen Biologie hinzugekommen. Damit ist es möglich geworden, ganze Stoffwechselwege etwa aus einer Pflanzen in Mikroorganismen „einzubauen“. Diese können nun ähnlich wie in anderen Fermentationsprozessen die gewünschten Stoffe herstellen - interessant vor allem für solche, die in ihrer natürlichem Herkunft nur in geringen, oft wirtschaftlich nicht nutzbaren Mengen gebildet werden, jedoch sehr begehrt sind. Erste in Lebensmitteln verwendete Produkte der Synthetischen Biologie sind inzwischen auf dem Markt.

Noch stärker als bei Pflanzen sind die Grenzen zwischen „gentechnisch veränderten“ und „konventionellen“ Mikroorganismen fließend geworden. Auch ohne herkömmliche Gentechnik können Bakterien oder Hefen in zweckmäßig optimierte Produktionsstämme verwandelt werden, die mit ihren „natürlichen“ Ausgangsformen nur noch wenig zu tun haben. Für die Konsumenten ist diese Unterscheidung ohnehin kaum von Relevanz, denn das Herstellungsverfahren ist grundsätzlich nicht kennzeichnungspflichtig.

„Gentechnisch hergestellte“ Zusatzstoffe: Einige Beispiele

Aminosäuren werden häufig mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen gewonnen. Sie finden überwiegend als Futtermittelzusätze Verwendung, sind aber auch Bestandteil von Geschmacksverstärkern und anderen Zusatzstoffen.

  • So ist der Geschmacksverstärker Glutamat (E 621) in Fertigsuppen und Knabbergebäck enthalten.
  • Die Aminosäure Cystein (E 920) findet etwa bei der Herstellung von Brot, Brötchen und Backwaren Verwendung. Der Zusatzstoff verbessert die Knetfähigkeit der Teige und sorgt dafür, dass die luftige Struktur der Backwaren über längere Zeit erhalten bleibt. Klassisch wird Cystein aus Menschenhaar, Federn oder Schweineborsten gewonnen. Inzwischen gewinnt die Herstellung mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen an Bedeutung.
  • Der Süßstoff Aspartam (E 951) besteht aus zwei chemisch miteinander verbundenen Aminosäuren, Phenylalanin und Asparaginsäure. Beide werden mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen gewonnen.
  • Auch die Vitamine B2 und B12 werden heute überwiegend von gentechnisch veränderten Mikroorganismen produziert. Bei der Herstellung von Vitamin C kann ein Verfahrenschritt mit gv-Mikroorganismen durchgeführt werden. - Einige Vitamine finden als Zusatzstoffe in zahlreichen Lebensmitteln Verwendung: Als Konservierungsstoff Ascorbinsäure (E 330, Vitamin C), Farbstoff Riboflavin (E 101, Vitamin B2) oder Farbstoff Beta-Carotin (E 160a, Provitamin A).
  • Lebensmittel-Zutaten, die in nach Konzepten der Synthetischen Biologie „konstruierten“ Mikroorganismen hergestellt werden, sind etwa: der Süßstoff Stevia, Vanillearoma (Vanillin), das Nahrungsergänzungsmittel Resveratrol, das Grapefruit-Aroma Nootkaton oder Safran. Die meisten diese Produkte sind in Nordamerika auf dem Markt, einige auch in Europa. Weitere sind in der Entwicklung.

Diese Zusatzstoffe gelten als mit Hilfe von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) hergestellt und fallen daher nicht unter die in der EU geltenden Gentechnik-Rechtsvorschriften. Sie brauchen weder besonders gekennzeichnet zu werden, noch ist eine auf das Herstellungsverfahren bezogene Zulassung erforderlich.

Biotechnische Herstellung: Vorteile für die Umwelt

Biotechnische Verfahren sind gegenüber der chemisch-synthetischen Herstellung in der Regel kostengünstiger, erzielen eine höhere Ausbeute und haben Vorteile für die Umwelt. So kommen sie ohne aggressive Chemikalien aus, benötigen meist weniger Energie und nutzen nachwachsende Rohstoffe.

Die Mikroorganismen „arbeiten“ in Edelstahltanks (Fermenter), in denen die Bedingungen optimal eingestellt werden können. Die jeweiligen Substanzen werden isoliert und aufgereinigt. Im fertigen Produkt dürfen keine Überreste der Produktionsorganismen enthalten sein.

Dieser Anwendungsbereich der Gentechnologie wird auch als „Weiße Gentechnik“ bezeichnet.