Genteknologien har de siste 20 årene gjort store fremskritt innenfor både medisin og mat. Kampen mot koronaen har dominert nyhetsbildet ved inngangen til 2020-årene, med stort fokus på farmasiindustriens vaksineutvikling som det viktigste våpenet for å nedkjempe pandemien. Samtidig som farmasi-industriens genteknologer jobber døgnet rundt i vaksinelaboratoriene, jobber matindustriens genteknologer på spreng i sine "proteinlaboratorier" for å utvikle nye matprodukter som vil bidra til å redde verden.
- Det er kanskje ikke så krystallklart for folk flest, men dette er faktum: Genteknologien er den nye store fellesplattformen for utvikling og produksjon i både matsektoren og helsesektoren.
Den genteknologiske revolusjonen kan sammenlignes med tilsvarende industrielle "revolusjoner" på kloden, som den omveltende digitaliseringen av de fleste aktiviteter.
Dette bekrefter Odd Magne Rødseth, direktør i det tyske selskapet EW Group – et av verdens største genetikk-konsern innenfor matsektoren. I det OBM skal publisere denne artikkelen, kommer nyheten om etablering av et oppstartselskap som satser på laboratorieproduksjon av laksekjøtt. Selskapet heter Bluu Biosciences og det starter opp med syv millioner euro i risikokapital.
- Oslo Business Memo: – Hvorfor skjer denne voksende aktivitetene på genteknologisk forskning og produksjon av kjøtt?
Odd Magne Rødseth: – I en verden hvor dyrkbart land allerede har, og fremover vil, krympe betydelig, er det vanskelig å rettferdiggjøre bruk av mer landareal til dyrking av fôrplanter til produksjon av kjøtt og fisk. På kort og mellomlang sikt er den voksende globale akvakulturindustrien en del av løsningen både knyttet til å bedre matsikkerhet og folkehelse samt en bærekraftig matproduksjon. Men da må det til både radikale innovasjoner og nytenking.
Den globale havbruks- og landbrukssektoren står overfor enorme utfordringer for å imøtekomme den økende etterspørselen av animalske proteiner, samtidig som produksjon-, prosessering- og distribusjonssystemene må redusere sine miljøavtrykk.
I en verden hvor dyrkbart land krymper på grunn av global oppvarming og voksende byer bare kan utvides på bekostning av dyrkbar jord og verdifulle naturlige naturtyper som regnskog, er det vanskelig å rettferdiggjøre bruk av mer landareal til dyrking av fôrplanter til produksjon av kjøtt og fisk.
Verdens befolkning vil øke med rundt 2,5 milliarder i løpet av de neste 30 årene. Kombinasjonen av redusert tilgjengelig dyrkbar jord og økende befolkning vil føre til en reduksjon fra 0,38 hektar per innbygger i 1970 til rundt 0,15 hektar per innbygger i 2050. Tilgjengeligheten av ferskvann, spesielt i tørre og mindre regnintensive områder, er en annen utfordring for å opprettholde fruktbart land. Ifølge FAO bruker det globale jordbruket allerede idag rundt 70 prosent av jordens tilgjengelige ferskvann.
På kort og mellomlang sikt er den voksende globale akvakulturindustrien en del av løsningen både knyttet til å bedre matsikkerhet og folkehelse samt en bærekraftig matproduksjon. Imidlertid er også akvakulturindustrien avhengig av radikale innovasjoner og nytenking for å kunne møte forventninger og krav til fremtidig vekst i sektoren.
- OBM: Hvordan foregår denne nytekningen?
OMR: – I løpet av 2020-årene vil en rekke radikale innovasjoner knyttet til bioteknologi og digitalisering komme til anvendelse innen matproduksjon, som både vil bidra til økt produktivitet og samtidig bidra til et redusert miljøavtrykk. Mange mener imidlertid at dette på langt nært er tilstrekkelig for å håndtere de utfordringene intensiv matproduksjon utgjør for planetens økosystemer.
Vi ser i dag fremveksten av nye innovative selskaper som utvikler nye produkter for å erstatte konvensjonelt produsert kjøtt. Disse produktene spenner fra plantebaserte kjøttalternativer og insektbaserte kjøttutskiftninger til celledyrket kjøtt. Dette er i første rekke rettet inn mot markedet for rødt kjøtt, men den første menyen utelukkende basert på laks dyrket i cellekultur er allerede blitt servert i USA.
I løpet av få år har teknologiledende oppstartsselskaper innen celledyrket kjøtt blitt en integrert del av prestisjetunge oppstartklynger i California, Israel og Nederland. Lokalisering, image og trender tiltrekker seg unge topputdannede forskere og forretningsutviklere, på lik linje med hva som tidligere er erfart fra Google, Tesla eller Apple. Mange av selskapene som i oppstartsfasen var finansiert av risikokapitalfond og nasjonale fond er nå i større grad fått store strategiske aktører som Cargill, Tyson, Merck, Google og UBS på eiersiden.
- OBM: Hva kan konsekvensene av denne utviklingen bli?
OMR: – Mange mener at selv med en betydelig effektivisering- og miljøgevinst som kan høstes bl.a. fra økende bruk av ny bioteknologi og digitalisering, vil det ikke være tilstrekkelig for å håndtere de presserende utfordringene i dagens matsystemer. En helt ny produksjonsteknologi; laboratoriedyrket kjøtt eller cellebasert kjøtt, har utviklet seg de siste årene og er kjøtt som er produsert gjennom dyrking av celler i bioreaktorer. Dette gjøres ved å ta utgangspunkt i celler (multipotente stamceller) ekstrahert fra et levende dyr.
Cellene blir matet med et medium for å vokse og dele seg, og til slutt blir muskel- og fettcellene høstet og strukturert i 3D-struktur til kjøtt. Resultatet er kjøtt som i prinsippet er identisk med konvensjonelt produsert kjøtt.
Verdens første lab-burger ble servert på en pressekonferanse i London i 2013 foran et kobbel med journalister og matskribenter. Burgeren, laget av forskerne bak MosaMeat, bestod utelukkende av muskelceller dyrket frem i en skål og hadde en prislapp på ca. 2,5 millioner kroner.
I dag, mer enn 6 år senere er mye forandret. En rekke oppstartsselskaper har gjentatt stuntet til MoasMeat og laget offentlige og private smaksprøver av forskjellige prototyper, men med en produksjonspris som fremdeles er nærmere 8000 kroner per kilo, er det av naturlige årsaker ikke solgt noen kommersielle produkter ennå.
- OBM: Hvordan vil markedet utvikle seg for laboratorieproduksjon av mat?
OMR: – Totalmarkedet for plantebaserte kjøttalternativprodukter var rundt 4,6 milliarder dollar i 2018, med en vekstprognose på 20 til 30 prosent per år de neste årene.
Ifølge bransjeeksperter er det mindre sannsynlig at klassiske veganske og vegetariske kjøttutskiftninger, så vel som insektbaserte kjøttalternativer, vil vokse utover den nåværende veganske og vegetariske markedssegmentet, da de mangler den sensoriske profilen for å overbevise den gjennomsnittlige forbruker.
De nye veganske kjøttutskiftninger er mer aktuelle i overgangsfasen mot kultivert kjøtt, mens det siste vil være mest relevant på lang sikt. Det forventede markedsgjennomslaget til kultivert kjøtt er basert på bærekraft, dyrevelferd og en skreddersydd ernæring gjennom kjøttprodukter fra lav til premium kvalitet, som er i stand til å tilfredsstille de forskjellige forbrukertypene og preferansene.
BAKGRUNN: Fra husdyrhold og foredling til bioteknologi og genredigering
- Mennesket har foredlet planter og dyr ved hjelp av selektiv avl i tusenvis av år, noe som danner det historiske grunnlaget for 50-60 årenes raske utvikling av bio- og genteknologi. Her er Odd Magne Rødseths egen beskrivelse denne utviklingen:
En nødvendig forutsetning for å oppnå fremgang gjennom avl, er at det eksisterer en underliggende genetisk variasjon i de genene som styrer egenskapen man ønsker å forbedre. Den genetiske variasjonen er selve motoren i et hvert avlsprogram, og baserer seg på tilfeldige genetiske mutasjoner som naturlig oppstår i enhver levende organisme over tid.
Mye av forskningen knyttet til avl og genetikk innen landbruk og havbruk har vært rettet inn mot å øke «motorkraften» i avlsprogrammene. Dette innebærer å utvikle metoder som kan øke den genetiske variasjon på en raskere og mer målrettet måte enn naturen selv.
- Den grønne revolusjon
Mange av våre plantesorter som benyttes inne landbruket er utviklet basert på teknologier som ble tatt i bruk på 1950-tallet, der bruk av radioaktiv stråling eller kjemikaler under kontrollerte laboratorieforhold ble benyttet for å skape mange mutasjoner (= genetisk variasjon) i plantens arvemateriale.
De aller fleste mutasjoner som inntreffer er ubrukelige og fører til at planten dør eller får egenskaper som er ufordelaktige. Men dersom man benytter teknikken på store nok populasjoner, vil man i enkelt planter finne nye genvarianter som gir en fordelaktig egenskap uten at man mister andre viktige egenskaper man ønsker å beholde.
På denne måten har man utviklet mer enn 3000 nye plantesorter som er benyttet i landbruket i over 60 forskjellige land.
- CRISPR-metoden
CRISPR ligger allerede til grunn for utvikling og fremstilling av en rekke produkter som er på full fart inn i markedet innen medisin og landbruksbasert fôr- og matproduksjon.
Innenfor akvakultursektoren pågår det et intensivt forskningsarbeid hovedsakelig knyttet til tre områder: Alternativ til fiskeolje, lakselus og steril fisk.
Denne teknologien var grunnlaget for hva som senere har fått betegnelsen «den grønne revolusjon». Ved å skape ny genetisk variasjon ble det utviklet nye varianter av hvete, mais og ris som brukte mesteparten av sin energi til å bygge spiselige kjerner i stedet for lange, uspiselige stengler. Fra 1960- til 1990-tallet ble utbyttet av ris og hvete i Asia mer enn fordoblet. Selv med en befolkningsøkning på 60 prosent i perioden, falt kornprisene, kaloriforbruket pr capita økte med 35 prosent og fattigdomsraten ble redusert til halvparten.
- Bioteknologiens fremmarsj
I kjølvannet av beskrivelsen av DNA-molekylet på slutten av 1950 tallet ble det på 1970- og 1980-tallet utviklet en rekke metoder som dannet grunnlaget for dagens genteknologi, bl.a. metoder for å lese rekkefølgen av nukleotider i DNA-molekylet (DNA-sekvensering), metoder for å produsere syntetisk DNA, og den såkalte polymerasekjedereaksjonen (PCR, Polymerase Chain Reaction), som muliggjør multiplikasjon av DNA-molekyler i reagensrør.
Ved å ta i bruk den nye kunnskapen og verktøykassen, kunne man i 1971 for første gang overføre biter av DNA fra én celle til en annen, og dermed overføre egenskaper fra en organisme til en annen (rekombinant DNA-teknologi). Ti år senere ble insulin det første kommersielle produktet basert på denne nye GMO teknologien, godkjent og introdusert på markedet.
Metodene er fremdeles i bruk hovedsak til å utvikle nye og bedre medisiner og vaksiner, samt frukt, grønnsaker og kornsorter som tåler plantevernmidler, motstår sykdom og insektangrep og frukt med lengre holdbarhet.
I dag dyrkes det GMO-planter på ca. 12-14 prosent av verdens landbruksareal, nesten utelukkende utenfor Europa.
Metoden har bare i liten grad fått kommersiell betydning innen produksjon av animalske proteiner. Det første og hittil eneste genmodifiserte dyret som er godkjent til bruk innen matproduksjon er en laks, AquAdvantage, som har fått satt inn gener fra andre fiskearter så den vokser raskere også under suboptimale temperaturforhold.
Disse førstegenerasjons genteknologiene har hatt stor praktisk betydning ved bruk på mikroorganismer (legemidler) og planter (landbruk).
Metodene har imidlertid viste seg å være teknisk krevende og relativt upresise dersom man beveget seg oppover i dyreriket til kaldblodige og varmblodige dyr.
- Genredigering
Med genredigering har imidlertid den genteknologiske verktøykassen blitt mye bedre. Den såkalte CRISPR-metoden er den hittil siste av en rekke genredigerings-metoder som er utviklet. CRISPR har potensial til å revolusjonere både industri, matproduksjon og sykdomsbehandling.
To av forskerne bak CRISPR-metoden, Emmanuelle Charpentier og Jennifer Doudna mottok i 2018 den norske Kavli-prisen innen nanovitenskap. I begrunnelsen til komiteene heter det bl.a.: «oppdagelsen av CRISPR-metoden, er et presist redskap for redigering av DNA som vil revolusjonere biologi, landbruk og medisin».
CRISPR-metoden ligger allerede til grunn for utvikling og fremstilling av en rekke produkter som er på full fart inn i markedet innen medisin og landbruksbasert fôr- og matproduksjon.
Akvakultur- og sjømatsektoren ligger et godt stykke etter i produktutvikling og markedslansering. Det pågår imidlertid et intensivt forskningsarbeid hovedsakelig knyttet til tre områder som trolig vil få praktisk betydning for havbruksindustrien i løpet av kort tid:
- Alternative kilder til fiskeolje
I dag brukes store deler av tilgjengelig fiskeolje på verdensmarkedet til å produsere fôr til laks og andre oppdrettsarter. I løpet av de neste årene vil en rekke alternativer basert på genmodifiserte oljeplanter bli tilgjengelig på markedet utenfor EU. Genredigert raps og soya med en sunnere oljeprofil til humant konsum er godkjent og på vei ut i markedet i USA. Genredigert camelina med høy andel av omega 3-fettsyrer er under uttesting i storskala dyrkingssystemer i England.
I august 2019 kunngjorde Cargill at de i samarbeid med BASF har utviklet en raps som produserer omega 3 med samme innhold av langkjedet omega 3-oljer, inkludert EPA, DHA og DPA som man finner i fiskeolje. Rapsen er godkjent av amerikanske myndigheter og er satt i produksjon og vil inngå i ulike fôrresepter i løpet av 2020.
- Lakselus
Blant ulike arter av laksefisk er det svært ulik mottakelighet for lakselus. Atlantisk laks og regnbueørret er mottakelig, mens for eksempel coho (stillehavslaks) er motstandsdyktig. Lusa fester seg på coho-laksen, men faller av etter kort tid. Dette gir klare indikasjoner på at hud/slim inneholder stoffer som gjør at lusa ikke evner å etablere infeksjon på denne arten.
Tilsvarende forhold, hvor beslektede dyrearter utviser svært ulik mottakelighet for samme sykdom, finnes det mange eksempler på.
Afrikansk svinepest er en svært alvorlig virussykdom som angriper tamgris. Sykdommen har lenge vært begrenset til Afrika, men har de senere 5-10 år spredt seg nordover til kontinental Europa, og nå senest Kina.
Tamgrisen er meget mottakelig, mens ulike arter av villsvin kan smittes av viruset, men utvikler ikke sykdom. Genetikkselskapet Genus i samarbeid med Roslin Institute i Skottland har identifisert og sekvensert genet som er bestemmende for ulik mottakelighet hos forskjellige arter av gris. Sammenligninger på sekvensnivå viser at de respektive genene skiller seg bare på noen få basepar. Ved å bruke villsvingenet som «oppskrift», er tamgrisens gen redigert slik at den blir identisk med genvarianten som finnes i villsvin, som er naturlig motstandsdyktige mot sykdommen. Man regner med at den genredigerte grisen vil komme på markedet i løpet av 4-6 år.
Dersom man finner de genene som koder for den observerte resistensen hos coho, vil man kunne følge tilsvarende fremgangsmåte som allerede er gjennomført for å redigere inn resistens hos tamgris, med bruk av informasjon fra en beslektet dyreart.
- Steril fisk
Å kunne sterilisere produksjonsdyr uten at det går utover dyrets velferd har lenge vært en prioritert målsetning innen både landbruk og havbruk. En felles problemstilling er at uønsket kjønnsmodning gir dårlig vekst og kjøttkvalitet samt at det ofte endrer dyrs adferd.
Hos fisk og spesielt atlantisk laks som er oppdrettet i åpne merdsystemer, er rømming og mulige negative interaksjoner med villfisk en faktor som må løses for å sikre en videre vekst og utvikling av næringen.
Én metode som er tatt i bruk, er å trykkbehandle rogna etter befruktning. Dette gjør avkommene triploide, det vil si at de har et ekstra sett med kromosomer og derfor ikke er formeringsdyktige. Imidlertid er triploid laks generelt mer følsom for suboptimale oppdrettsmiljøer, som gjøre dem utsatt for deformiteter og mindre tolerante for stigende sjøvannstemperatur. Man kjenner godt til hvilke gener og samspillet mellom dem, som styrer kjønnsmodningsprosessen hos laks og andre oppdrettsarter.
Med å bruke CRISPR-metoden på befruktede egg er det flere ganger demonstrert at «gensaksa» kan finne frem til det riktige genet og lage et lite kutt. Dette medfører at genet «slås av» og fisken etter klekking ikke utvikler kjønnsorganer