Biofabricage: producten laten groeien in plaats van maken
Biofabricage is het gebruik van levende cellen, schimmels of micro-organismen als een soort minifabriekjes om materialen of producten te maken die traditioneel op een heel andere manier worden geproduceerd. In plaats van een dier te fokken en te slachten voor leer, of aardolie te verwerken tot kunststof, laat je bacteriën, gist of schimmeldraden het gewenste materiaal zelf opbouwen, cel voor cel. De mens stuurt dat proces, maar het is uiteindelijk de biologie die het werk doet.
Een concreet voorbeeld maakt het tastbaar. Onder de grond groeien schimmels via een fijn netwerk van draden, mycelium genoemd, dat organische stof afbreekt en zich razendsnel vertakt. Als je dat mycelium in een bak met vochtige houtsnippers of ander plantaardig restmateriaal laat groeien, ontstaat binnen enkele dagen een dichte, leerachtige mat. Die kun je persen, verven en verwerken tot een materiaal dat aanvoelt als leer, zonder dat er een koe, een looierij of maandenlange verwerking aan te pas komt. Dat is in essentie biofabricage: de natuur haar werk laten doen, in een richting die de mens nuttig vindt.
Wat is het precies?
Biofabricage begint met de keuze van een organisme: dat kan een bacterie zijn, een gistcel, mycelium van een schimmel, of dierlijke stamcellen (ongespecialiseerde cellen die kunnen uitgroeien tot verschillende celtypen, zoals spier- of vetcellen). Elk organisme heeft eigen eigenschappen en wordt gekozen op basis van wat het uiteindelijke product moet worden: eiwit, vezel, weefsel of een compleet materiaal.
Die cellen worden vervolgens laten groeien in een bioreactor: een gecontroleerd vat waarin temperatuur, zuurgraad, voedingsstoffen en zuurstof precies worden geregeld, zodat de cellen zich optimaal kunnen delen en vermenigvuldigen. Bij dierlijke cellen voor bijvoorbeeld gekweekt vlees is dat proces relatief kwetsbaar en kostbaar; bacteriën en gist groeien doorgaans sneller en goedkoper, vergelijkbaar met hoe bierbrouwen al eeuwenlang gist gebruikt.
Om cellen de juiste vorm te laten aannemen, wordt vaak een scaffold gebruikt: een soort onzichtbaar steigerwerk van eetbaar of afbreekbaar materiaal waarop cellen zich kunnen hechten en waarlangs ze uitgroeien tot een driedimensionale structuur, zoals een stukje spierweefsel met een vezelstructuur die op vlees lijkt. Bij mycelium-materialen fungeert het schimmelnetwerk zelf als die structuur.
Een verwant maar apart vakgebied is bioprinten: hierbij wordt een 3D-printer gebruikt die geen plastic maar 'bio-inkt' spuit, een mengsel van levende cellen en een gel die als drager dient. Zo kunnen laag voor laag weefselstructuren worden opgebouwd. Het is verwant aan biofabricage, maar draait om precieze, digitaal aangestuurde vormgeving in plaats van cellen die vrij in een bioreactor groeien.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is milieu-impact. Leerlooien gebruikt veel chemicaliën en water, en veehouderij voor vlees en zuivel legt beslag op land, water en veroorzaakt broeikasgasuitstoot. Onderzoekers en bedrijven hopen dat biofabricage vergelijkbare producten kan leveren met minder grondstoffen, minder uitstoot en minder dierenwelzijnsvraagstukken, al is dat in de praktijk niet voor elk product al bewezen op grote schaal.
Een tweede doel is het vervangen van materialen die nu van aardolie worden gemaakt, zoals sommige soorten schuim, kunstleer of verpakkingsmateriaal, door biologisch afbreekbare alternatieven uit hernieuwbare bronnen.
Daarnaast speelt de medische kant een rol: gekweekt weefsel kan worden gebruikt om medicijnen te testen zonder dierproeven, en op de langere termijn hopen onderzoekers weefsel of zelfs onderdelen van organen te kunnen kweken voor transplantatie. Dat laatste is nog verre toekomstmuziek, maar het onderliggende celkweekproces overlapt sterk met wat er ook gebeurt bij het kweken van vlees of leer.
Ten slotte past biofabricage in het streven naar een circulaire economie: cellen kunnen soms groeien op reststromen, zoals houtsnippers, bierbostel of landbouwafval, waardoor afval een grondstof wordt in plaats van een probleem.
Voorbeelden uit de praktijk
De Nederlandse onderzoeker Mark Post presenteerde in 2013 in Londen 's werelds eerste hamburger gemaakt van gekweekt rundvlees, ontwikkeld aan de Universiteit Maastricht. De burger kostte destijds naar verluidt enkele honderdduizenden euro's om te maken. Post richtte later het bedrijf Mosa Meat op, dat nog altijd werkt aan het opschalen en betaalbaar maken van gekweekt rundvlees.
In Singapore kreeg het Amerikaanse bedrijf Eat Just in 2020 als eerste ter wereld toestemming om gekweekt kip (onder het merk GOOD Meat) te verkopen aan consumenten. In de Verenigde Staten volgden de FDA en het ministerie van landbouw (USDA) in 2023 met goedkeuring van gekweekt kip van zowel GOOD Meat als Upside Foods, waarmee het product ook daar legaal op het bord mocht komen, al bleef de verkoop aanvankelijk beperkt tot enkele restaurants.
Op het gebied van materialen ontwikkelde MycoWorks een mycelium-gebaseerd materiaal genaamd Reishi, dat is gebruikt in samenwerkingen met modemerken die op zoek zijn naar alternatieven voor dierlijk leer. Een ander bedrijf, Bolt Threads, bracht een vergelijkbaar mycelium-leer op de markt onder de naam Mylo, maar kondigde in 2023 aan de productie tijdelijk stil te leggen vanwege financieringsproblemen bij het opschalen naar industriële volumes — een goed voorbeeld van hoe veelbelovende technologie kan vastlopen op de kosten en complexiteit van grootschalige productie.
Ook buiten leer en vlees wordt biofabricage toegepast: het bedrijf Geltor maakt collageen (een eiwit dat in huid en bindweefsel voorkomt) via precisiefermentatie met gemodificeerde gist, voor gebruik in cosmetica, terwijl Perfect Day op vergelijkbare wijze zuivelproteïnen produceert zonder tussenkomst van een koe.
Hoe ver is de techniek?
De ontwikkelstatus verschilt sterk per toepassing. Mycelium-materialen en gefermenteerde eiwitten zoals collageen zijn al commercieel verkrijgbaar, zij het vaak nog in kleine oplages en tegen hogere kosten dan traditionele alternatieven. Gekweekt vlees is verder gevorderd in laboratoria dan in supermarkten: het is goedgekeurd in Singapore en de Verenigde Staten, maar in de Europese Unie loopt de beoordeling door de Europese voedselveiligheidsautoriteit (EFSA) nog, en is er nog geen breed verkrijgbaar product op de markt.
De grootste technische hobbel is opschaling: cellen in een laboratoriumschaaltje laten groeien is iets anders dan datzelfde proces betrouwbaar en betaalbaar uitvoeren in bioreactors van duizenden liters. Kosten van voedingsmedia (de vloeistof waarin cellen groeien) en energieverbruik van bioreactoren blijven een knelpunt, wat ook verklaart waarom sommige bedrijven, zoals Bolt Threads met Mylo, tegen financiële grenzen aanliepen.
Bioprinten van volledig functionerende organen voor transplantatie blijft vooralsnog experimenteel; onderzoekers zijn wel in staat kleinere weefselstructuren en bloedvatachtige structuren te printen, maar een compleet, functionerend orgaan voor de mens is nog niet gerealiseerd. Het tempo van vooruitgang is de afgelopen tien jaar duidelijk versneld, maar de weg van laboratoriumdemonstratie naar betaalbaar massaproduct blijkt in de praktijk vaak langer te duren dan aanvankelijk gehoopt.
Wie werken eraan?
In Nederland doet Wageningen University & Research onderzoek naar celkweekvlees en andere vormen van cellulaire landbouw, en is Maastricht via Mosa Meat een van de bekendste spelers wereldwijd op het gebied van gekweekt vlees. Ook Delftse en Wageningse onderzoeksgroepen werken aan biomaterialen op basis van schimmels en bacteriën.
In de Verenigde Staten zijn instituten als het Wyss Institute van Harvard University en onderzoeksgroepen aan het MIT toonaangevend op het gebied van weefselkweek en orgaan-op-een-chip-technologie (kleine chips met levend weefsel die het gedrag van organen nabootsen). Commerciële partijen als Upside Foods, GOOD Meat, MycoWorks, Bolt Threads, Geltor, Ecovative Design en Perfect Day vertalen dat soort onderzoek naar producten.
Regelgevers spelen een cruciale rol in hoe snel deze producten daadwerkelijk bij consumenten terechtkomen: de Singapore Food Agency was wereldwijd de eerste met een goedkeuring, de Amerikaanse FDA en USDA volgden voor gekweekt kip, en in de Europese Unie bepaalt EFSA via de Novel Food-verordening (regelgeving voor nieuwe voedingsmiddelen) het tempo waarin producten op de Europese markt mogen verschijnen.