Kultivirano meso
Znanost o kultiviranom mesu
Kultivirano meso, poznato i kao laboratorijski uzgojeno meso, a naziva se i čistim mesom, izvorno je životinjsko meso (uključujući plodove mora i meso od organa) koje se proizvodi izravnim uzgojem životinjskih stanica iz stanične kulture na čistoj biljnoj osnovi. Ova metoda proizvodnje eliminira potrebu za uzgojem i klanjem životinja za hranu. Kultivirano meso izrađeno je od istih vrsta stanica raspoređenih u istoj ili sličnoj strukturi kao i životinjska tkiva, čime se repliciraju okusni i nutritivni profili mesa životinja. Kompletan proces odvija se bez ikakve genetske manipulacije, tj. – bez izmjena u genetskom materijalu stanica. Kultivirano meso nema veze s GMO.
Kultivirano meso je proizvedeno izravno iz stanica. Proces uzgoja kultiviranog mesa koristi osnovne elemente potrebne za izgradnju mišića i masti te omogućuje isti biološki proces koji se događa unutar životinje. Kultivirano meso identično je klasičnom mesu na staničnoj razini.
Zašto je kultivirano meso važno?
Korištenje životinja za pretvaranje biljaka u meso nevjerojatno je neučinkovito. Prema Svjetskom institutu za resurse (World Resources Institute), potrebno je devet kalorija hrane kojom je hranjeno pile da bi se jedna kalorija vratila u obliku životinjskog mesa, a pilići su najučinkovitiji u pretvaranju usjeva u meso. Stoka osigurava samo 18% kalorija koje ljudi konzumiraju, ali zauzima 77% globalnog poljoprivrednog zemljišta.
Uzgajati meso izravno je znatno učinkovitije. Primjerice, istraživanja pokazuju da bi kultivirano meso koristilo zemlju 60% do 300% učinkovitije od peradi, a 2000% do 4000% učinkovitije od govedine. Ova veća učinkovitost išla bi u korist svemu; od biološke raznolikosti do klime. Uzgojem kultiviranog mesa također se izbjegava rizik od fekalne kontaminacije i ne zahtijeva život mnogih životinja u ograničenim prostorima. To će, pak, drastično smanjiti potrebu za antibioticima u proizvodnji mesa, kao i rizik od zoonotskih pandemija.
Što treba učiniti za unapređenje uzgoja kultiviranog mesa?
Iako postoji na desetak tvrtki za uzgoj kultiviranog mesa po cijelom svijetu, niti jedna još nije dosegla proizvodnju na komercijalnoj razini u smislu razmjera ili troškova. Od razvoja stanične linije do dizajna bioprocesora, postoji niz izazova s kojima se treba suočiti prije nego što kultivirano meso bude široko dostupno i troškovno konkurentno.
Zbog toga je Institut za dobru hranu (Good Food Institute; GFI) stvorio Program potpore za konkurentna istraživanja (Competitive Research Grants Program) - kako bi pokrenuo vrhunska istraživanja s otvorenim pristupom širom svijeta. To je također razlog zašto se pozivaju vlade da neke od svojih milijardi poljoprivrednih istraživačkih fondova preusmjere na kultivirano meso i druge alternativne proteine.
Postoje i razni regulacijski koraci koji su potrebni da bi kultivirano meso bilo dostupno većini ljudi. Singapur je prva zemlja koja je formalizirala svoje regulacijske zahtjeve i odobrila proizvod od kultiviranog mesa. Mnoge druge zemlje rade na razvoju vlastitih standarda.
Širom svijeta GFI surađuje s vladinim agencijama na uspostavljanju jasnog regulacijskog nadzora nad kultiviranim mesom koji stavlja sigurnost hrane na prvo mjesto. Primjerice, GFI se konzultirao s vladom Singapura, što je dovelo do njihovog odobrenja i prve komercijalne prodaje kultiviranog mesa. GFI u SAD-u i širom svijeta radi na tome da se tvrtke s kultiviranim mesom mogu isticati na tržištu pod jednakim uvjetima i uz puno povjerenje javnosti.
Kada je krenula ideja kultiviranog mesa?
Ideja uzgoja mesa bez životinje ima dugu povijest. U 1931. godini, Winston Churchill je predvidio sljedeće: "Izbjeći ćemo apsurd uzgoja cijele kokoši kako bismo pojeli prsa ili krilo, uzgajajući ove dijelove odvojeno pod prikladnim medijem."
Nizozemski znanstvenik, profesor Mark Post i njegov tim sa Sveučilišta u Maastrichtu predstavili su prvu laboratorijski uzgojenu pljeskavicu u kolovozu 2013. godine. Tijekom 2016. godine javno je pokrenuta prva tvrtka za kultivirano meso, Memphis Meats. Ubrzo su uslijedili Mosa Meat i Super Meat. JUST Foods prodao je prvi uzgojeni mesni proizvod 2020. godine, debitirajući pileće medaljone u restoranu u Singapuru.
Otada je industrija narasla na više od 60 tvrtki na 6 kontinenata, potpomognutih ulaganjem 450 milijuna USD, od kojih je svaka ima namjeru proizvoditi kultivirane mesne proizvode. Osnovalo se još desetak tvrtki za stvaranje novih tehnoloških rješenja u proizvodnji.
Desetljeća akumuliranog znanja iz stanične kulture, biologije matičnih stanica, inženjerstva tkiva, fermentacije te kemijskog i bioprocesnog inženjerstva prethodilo je području stvaranja kultiviranog mesa. Stotine tvrtki i laboratorija širom svijeta provodila su i provode istraživanja kako bi uspostavili osnovu za proizvodnju proizvoda od kultiviranog mesa u industrijskim razmjerima.
Kako se proizvodi kultivirano meso?
Proces proizvodnje započinje prikupljanjem matičnih stanica od životinje, a za to je dovoljno primjerice pero kokoši. Te se stanice zatim uzgajaju u bioreaktorima (kultivatorima) pri velikim gustoćama i volumenima. Slično onome što se događa u tijelu životinje, stanice se hrane podlogom stanične kulture bogate kisikom, koja se sastoji od osnovnih hranjivih tvari poput aminokiselina, glukoze, vitamina i anorganskih soli, a nadopunjena je proteinima i drugim čimbenicima rasta.
Promjene u sastavu medija, često u tandemu s naznakama strukture skele, pokreću nezrele stanice da se diferenciraju u koštani mišić, masno tkivo i vezivno tkivo koje čine meso. Zatim se diferencirane stanice sakupljaju, pripremaju i pakiraju u konačne proizvode. Očekuje se da će ovaj postupak trajati između 2 - 8 tjedana, ovisno o vrsti mesa koja se uzgaja. Neke tvrtke slijede sličnu strategiju za stvaranje mlijeka i drugih mliječnih proizvoda.
Koje su prednosti kultiviranog mesa?
Prema prirodi svog učinkovitijeg proizvodnog procesa, očekuje se da kultivirano meso ima razne i velike prednosti u odnosu na konvencionalnu životinjsku poljoprivredu i meso nastalo uzgojem i ubijanjem životinja. Buduće procjene pokazuju da će kultivirano meso koristiti znatno manje prirodnih resursa, zemlje i vode, emitirati manje stakleničkih plinova i smanjiti onečišćenje i eutrofikaciju povezanu s poljoprivredom.
Prema objavi Nature Food iz 2020. godine, očekuje se da će se komercijalna proizvodnja odvijati u potpunosti bez antibiotika, a vjerojatno će rezultirati manjim brojem slučajeva bolesti zbog nedostatka rizika od izloženosti patogenima.
Tijekom sljedećih nekoliko desetljeća predviđa se da će kultivirano meso i direktni izvori biljnih proteina zauzimati značajan tržišni udio od 1,7 trilijuna dolara industrije mesa od životinja i ribolovne industrije. Ovaj će pomak ublažiti krčenje šuma povezanih s poljoprivredom, gubitak biološke raznolikosti, otpornost na antibiotike, izbijanje zoonoza i smanjiti klanje životinja. Postupak se provodi u čistom laboratorijskim kontroliranim uvjetima.
Kada će kultivirano meso izaći na tržište?
Od sredine 2020. godine nekoliko vodećih tvrtki za uzgoj mesa prelazi u pilot postrojenja koja će proizvoditi prvi val komercijaliziranih proizvoda nakon regulatornog odobrenja. Singapurska agencija za hranu odobrila je prvi proizvod od kultiviranog mesa na svijetu. Ubrzo nakon toga, restoran u Singapuru obilježio je prvu povijesnu prodaju odobrenog kultiviranog pilećeg mesa.
Daljnje skaliranje proizvodnje na znatno veće objekte od onoga što trenutno postoji zahtijevat će rješavanje niza složenih izazova. Ti se izazovi protežu u četiri ključna područja: stanične linije, mediji za stanične kulture, dizajn bioprocesa i skele.
Rješavanje ovih izazova i poticanje industrije kultiviranog mesa zahtijevat će priljev financiranja iz javnog i privatnog sektora. Rad istraživačkih centara i programi obuke za znanstvenike, kao i rad na politikama i regulatorne mjere ubrzat će progres.
U tom području će također biti potrebne nove tvrtke, doprinosi postojećih tvrtki za znanost o životu i otvorenost za suradnju postojećih tvrtki za kultivirano meso.
Stanične linije
Mnogo različitih vrsta stanica može se koristiti za kultivirano meso. Potrebna su daljnja istraživanja kako bi se stanične linije učinile dostupnijima i kako bi se utvrdilo kako odabir tipa stanice i njegova svojstva utječu na daljnji proces proizvodnje kultiviranog mesa.
Početni unosi za kultivirano meso su stanice koje se mogu samoobnavljati i diferencirati, inače poznate kao matične stanice. Matične stanice koje se koriste za laboratorijski uzgoj mesa mogu se steći ili izvesti na nekoliko načina. Najčešća metoda je uzimanje uzorka stanice od žive životinje. To se može učiniti i neinvazivnim metodama.
Na taj se način mogu dobiti različite vrste matičnih stanica, poput matičnih stanica koštanog mišića (tj. miosatelitske stanice), adipogenih matičnih stanica ili mezenhimskih matičnih stanica. Matične stanice mogu se dobiti i uzorkom stanica određenih organa kako bi se stvorili drugi proizvodi. Primjerice, stanice iz mliječnih žlijezda mogu se koristiti za proizvodnju mlijeka, a stanice iz jetre za foie gras.
Matične stanice poznate kao pluripotentne matične stanice mogu se dobiti iz embriona u ranoj fazi. Stanice poput fibroblasta ili mononuklearnih stanica periferne krvi mogu se reprogramirati u inducirane pluripotentne matične stanice. Te izvorne stanice dobivaju se metodama poput brisa obraza ili vađenja krvi. U svim slučajevima, stečene stanice potječu od zdravih životinja zajedno s opsežnom dokumentacijom koja osigurava kvalitetu i praćenje stanica.
Stvaranje novih staničnih linija može zahtijevati vrijeme i resurse, što često traje 6 - 18 mjeseci da bi se izvelo i dovoljno karakteriziralo jednu liniju. U medicinskim istraživanjima stvaranje velikih bioloških spremišta staničnih linija često se sponzorira na nacionalnoj razini, naglašavajući njihovu temeljnu važnost u unapređivanju istraživanja. Slični projekti koje podržava vlada potrebni su i za kultivirano meso.
Kako bi ubrzao dostupnost staničnih linija, Institut dobre hrane (Good Food Institute; GFI) financira više istraživačkih projekata koji stvaraju stanične linije od vrsta koje obuhvaćaju stoku, perad i vodene životinje. GFI je također surađivao s dobavljačem reagensa Kerafastom kako bi financirao i distribuirao stanične linije koje su predali istraživači iz cijelog svijeta iz akademske zajednice i industrije.
U budućnosti će istraživači imati jednostavan pristup mnogim dobro karakteriziranim staničnim linijama smještenim u više bioloških spremišta raširenih širom svijeta. Potrebno je više javnih sredstava za privlačenje iskusnih biologa matičnih stanica koji svoje znanje i alate mogu primijeniti na područje laboratorijski uzgajanog mesa. Istraživače i tvrtke treba motivirati i poticati na deponiranje staničnih linija u javnim spremištima kako bi se smanjio teret ulaska u cijelu industriju.
Mediji stanične kulture
Medij za staničnu kulturu sadrži hranjive sastojke i čimbenike rasta koji su stanicama potrebni za rast izvan tijela.
Medijima za staničnu kulturu najvažnija je tehnologija na kojoj se temelji uspjeh industrije laboratorijskog uzgoja mesa. Medij za staničnu kulturu sastoji se od dvije skupine komponenata prilagođenih određenoj vrsti stanice ili tipu vrste.
Prva skupina komponenata, koja se naziva bazalni medij, osigurava esencijalne hranjive sastojke. Tipično se sastoji od puferirane otopine koja sadrži glukozu, anorganske soli, vitamine topive u vodi i aminokiseline. Druga je skupina specifičnih dodanih čimbenika koji omogućuju dugoročno održavanje, proliferaciju ili diferencijaciju stanica. Ti dodani čimbenici često su rekombinantni proteini, čimbenici rasta i drugi sastojci poput lipida i antioksidansa.
Životinjski serum neće se koristiti u proizvodnji. Iako su bazalni mediji postojali gotovo nepromijenjeni od 1950-ih, u mnogim je industrijama još uvijek u tijeku prijelaz s drugih dodanih čimbenika koji potječu iz životinjskih izvora, poput seruma. Korištenje komponenata životinjskog podrijetla u proizvodnji kultiviranog mesa ima prevelika ekonomska, sigurnosna i etička ograničenja. Mnoge tvrtke već su javno izjavile da koriste formulacije koje su u potpunosti bez životinja, a mnoge druge su vjerojatno već postigle ovu prekretnicu.
Moguća su značajna smanjenja troškova bez velikih tehnoloških skokova
Najveći izazov s kojim je suočena industrija kultiviranog mesa nije jednostavno navođenje životinjskih komponenata u medijima staničnih kultura, već otkrivanje kako to učiniti povoljno i kako optimizirati cjenovno prihvatljive formulacije za maksimalnu produktivnost.
Već je postignut značajan napredak u postizanju smanjenja troškova. Primjerice, tim istraživača sa Sveučilišta Northwestern pokazao je da se popularna formulacija medija matičnih stanica može proizvoditi za 97% manje u odnosu na duplikat koji se komercijalno prodaje.
Mosa Meat, vodeća tvrtka za uzgoj kultiviranog mesa u Nizozemskoj, objavila je u srpnju 2020. godine da su smanjili svoje srednje troškove za 88 puta. Zaklada XPRIZE trenutno traži timove koji će dobiti nagradu od 2 milijuna dolara za razvoj mesa bez životinja uz najniže troškove.
Višestruke mogućnosti smanjenja troškova provode se u cijeloj industriji. Najhitnije je rješavanje visokih troškova rekombinantnih proteina i čimbenika rasta. Dok neki proizvođači skaliraju proizvodnju proteina i čimbenika rasta koristeći mikrobe, gljivice ili biljke kao ekspresijske sustave, drugi nastoje zamijeniti te proteine i čimbenike rasta alternativama na biljnoj osnovi.
Vjerojatno je da će velik dio glukoze i aminokiselina - koje zajedno čine glavninu stanične biomase - potjecati iz obilnih usjeva i lako uzgojenih mikroba.
Dizajn bioprocesa
Dizajn bioprocesa drži ključ za otključavanje velike proizvodnje kultiviranog mesa. Potrebna su dodatna istraživanja kako bi se utvrdili najprikladniji bioreaktori za različite tipove stanica i proizvode, kao i kako će se raditi u budućnosti.
Najvažniji aspekt dizajna bioprocesa je bioreaktor. Bioreaktori osiguravaju smještaj i kontroliraju uvjete koji omogućuju rast stanica. Primjerice, bioreaktori kontroliraju temperaturu, razinu kisika i isporuku medija za stanične kulture.
Omogućuju i praćenje ostalih važnih parametara kao što su razina metabolita, pH i nakupljanje biomase. Različite vrste bioreaktora imaju dugogodišnju povijest u drugim industrijama koje se oslanjaju na kulturu stanica.
Više tvrtki osnovalo je Konzorcij za modeliranje kultiviranog mesa, čiji je cilj primijeniti tehnike računalnog modeliranja kako bi odgovorili na pitanja u vezi s dizajnom bioprocesa. Dodatna suradnja između proizvođača kultiviranog mesa i istraživača s iskustvom u fermentaciji i proširenju bioprocesa mogla bi uspjeti u ubrzavanju istraživanja i razvoja na ovom području.
Istraživanje ostalih aspekata dizajna bioprocesa će također biti važno. Proizvođači kultiviranog mesa morat će biti opremljeni vrhunskom senzorskom opremom, idealno integriranom u same bioreaktore. Tvrtke će također trebati razviti procese koji su podložni automatizaciji i reakcijama u stvarnom vremenu. Ti bi procesi trebali integrirati recikliranje medija i valorizaciju toka otpada kako bi se povećala njihova učinkovitost.
Diferencijacija, sazrijevanje i sakupljanje stanica za kultivirano meso vjerojatno će zahtijevati jedinstvene inovacije i dizajn bioreaktora koji rješavaju specifične izazove za svaku od ovih faza.
Singapurska vlada brzo je krenula u izgradnju rastućeg ekosustava, s milijunima uloženim u projekte uzgoja kultiviranog mesa i industrijske poticaje. U Sjedinjenim Državama, nagrada Nacionalne zaklade za znanost istraživačima iz UC Davis postavit će temelje istraživačkom centru za kultivirano meso u kampusu tijekom sljedećih pet godina.
Maksimalan pozitivan utjecaj na planet ovisit će i o budućim objektima koji će se nalaziti u blizini obnovljivih izvora energije. Ostali važni aspekti uključuju lak pristup sirovinama, mogućnosti zapošljavanja koje su jednake u ruralnim i urbanim gospodarstvima i pristup proizvodima koji nije ograničen na bogate nacije.
Skele
Skele pružaju strukturnu potporu stanicama da se prijanjaju, diferenciraju i sazrijevaju, što je presudno za stvaranje strukturiranih mesnih proizvoda poput odreska. Potrebno je više istraživanja kako bi se otkrili najbolji materijali i metode za izradu različitih vrsta kultiviranih mesnih proizvoda.
Razvoj skela zakultivirano meso zahtijeva stručnost u staničnoj biologiji i inženjerstvu tkiva s naglaskom na ulogu izvanstaničnog matriksa. Inženjeri tkiva žele rekapitulirati rast tkiva in vivo izvan tijela kako za biomedicinsku primjenu, tako i za kultivirano meso.
Da bi to učinili, skele moraju osigurati pristup kisiku i hranjivim tvarima i imati materijalna svojstva (npr. mehanička, biokemijska) koja su kompatibilna sa stanicama smještenim u njima. Skele, zajedno s podlogom za staničnu kulturu, mogu odrediti kako će stanične populacije rasti i razlikovati se. U nekim se slučajevima skele koriste kao mikronositelji kako bi pomogle proliferaciji stanica ovisnih o sidrištu u bioreaktorima suspenzije.
Najizgledniji materijali koji će se koristiti za kultivirano meso bit će obilni, pristupačni i sigurni. Neki primjeri uključuju polisaharide poput hitozana, alginata ili celuloze; proteini poput zeina; ili složeni kompoziti poput lignina ili teksturiranih biljnih proteina.
Računalno modeliranje može pomoći u odabiru materijala, oblika ili topografije skele, s obzirom na određene protoke fluida u različitim modelima bioreaktora.
Razmatranja krajnjeg proizvoda
Neki prototipi kultiviranog mesa testirani su uspješno na okus, ali mnoge osjetilne karakteristike nisu još istražene. Znanje prehrambenih znanstvenika može pomoći u stvaranju cijele palete laboratoriski uzgojenih mesnih proizvoda koji nadmašuju svoje konvencionalne pandane po ukusu, kvaliteti i izgledu.
Kako bi mogla izgledati prva generacija proizvoda od kultiviranog mesa
Stvoreni su mnogi ukusni i uvjerljivi prototipovi kultiviranog mesa, uključujući škampe, svinjske kobasice, pileće meso, goveđe odreske, ribu, foie gras i losos. Ključna pitanja ostaju u vezi s tim kako će izgledati prvi odobreni proizvodi. Hoće li biti strukturirani ili nestrukturirani? Koji su njihovi troškovi? I kako će se oni regulirati?
Prva generacija odobrenih proizvoda može se prilično razlikovati od tvrtke do tvrtke, ali vjerojatno možemo predvidjeti neke karakteristike. S tehničkog stajališta stvaranje nestrukturiranih, mljevenih vrsta proizvoda lakše je stvoriti, pa će ovaj oblik vjerojatno predstavljati prvu generaciju proizvoda na tržištu. Kao što je prethodno spomenuto, potpuno strukturirani proizvodi ovisit će o napretku tehnologija skela i vjerojatno će na tržište stići kasnije.
Slično tome, troškovi proizvoda prve generacije imat će visoku cijenu. Neke tvrtke imaju za cilj prodati kultivirane životinjske masti kao sastojke, dok se druge mogu usredotočiti na kultivirana mišićna tkiva.
Da bi se moglo dobiti regulatorno odobrenje i biti označeno kao mesni proizvod, kultivirano meso mora imati slične prehrambene profile. Hranjive podatke morat će tvrtke dostaviti regulatornim tijelima prije odobrenja. Do danas su prehrambeni podaci prototipova i dalje u privatnom vlasništvu jer tvrtke nastavljaju unaprjeđivati svoje proizvode. Osjetilni i nutritivni podaci mogu se objavljivati u časopisima s otvorenim pristupom kako bi se povećala transparentnost industrije.
Znanstvenici prehrambenih proizvoda trebat će pomoći u formuliranju najboljih proizvoda u nizu svestranih jela. Istraživački timovi u akademskim krugovima koji uključuju nastavnike s odjela za biološku znanost zajedno s odjelima za hranu mogu ubrzati napredak u tim područjima.
Budućnost je svijetla
Tvrtke imaju na raspolaganju veliki set alata za nastavak poboljšanja karakteristika krajnjeg proizvoda. Poboljšanja u prehrani mogu biti moguća prilagođavanjem sastojaka medija za stanične kulture za željene ishode, poput povećane omega-3 masne kiseline ili većeg sadržaja vitamina i minerala.
Moglo bi se koristiti uklanjanje alergena ili proteina povezanih s rizikom od raka u određenim oblicima mesa. Također bi se mogli obogatiti proizvodi vitaminima kojih nema u konvencionalnom mesu ili stvoriti personaliziranu prehranu za određene populacije.
Istraživanje potrošača pokazuje da je većina potrošača spremna probati kultivirano meso i čak platiti više. Spremnost za isprobavanje u velikoj je korelaciji s količinom informacija koje se potrošačima daju o procesu uzgoja mesa i njegovim velikim prednostima u usporedbi s konvencionalnim mesom. Resursi s dostupnim, edukativnim informacijama o uzgojenom mesu, zajedno s industrijskom transparentnošću, bit će presudni za usvajanje tehnologije.
Proizvodnja kultiviranog meso obećava da će biti industrija koja će se neprestano razvijati u narednim desetljećima na dobrobit čovječanstva, životinja i cijelog planeta.
Izvor: gfi.org/science/the-science-of-cultivated-meat/
5. lipnja 2022.
Tour the San Francisco lab that’s growing meat in a petri dish
![Dan biljnih burgera 2022 [ 178.34 Kb ]](/data/image_3_15774.jpg "Dan biljnih burgera 2022 [ 178.34 Kb ]")
![kravica za kultivirano meso [ 1.34 Mb ]](/data/image_3_15786.png "kravica za kultivirano meso [ 1.34 Mb ]")
