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細(xì)胞培養(yǎng)肉品類(lèi)漸增?產(chǎn)業(yè)化過(guò)程需要“細(xì)嚼慢咽” 環(huán)球新視野

浙江大學(xué)展示的國(guó)內(nèi)首例厘米級(jí)細(xì)胞培養(yǎng)大黃魚(yú)組織仿真魚(yú)排樣品。洪恒飛 攝


(資料圖片僅供參考)

從液氮中取出保藏好的大黃魚(yú)干細(xì)胞“種子”,利用細(xì)胞活化及可控生長(zhǎng)路徑合成魚(yú)肉,滿(mǎn)足一次魚(yú)肉消費(fèi)。原本有限的大黃魚(yú)供應(yīng),其可持續(xù)生產(chǎn)變得無(wú)限可能……隨著細(xì)胞培養(yǎng)肉類(lèi)技術(shù)的成熟,這一場(chǎng)景或許并不會(huì)僅局限于想象。

不久前,由浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)劉東紅教授、生命科學(xué)學(xué)院陳軍教授牽頭的科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合大連工業(yè)大學(xué)朱蓓薇院士團(tuán)隊(duì)對(duì)外宣布,聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過(guò)干細(xì)胞分離、工廠化培養(yǎng)與組織化構(gòu)建技術(shù),耗時(shí)17天成功合成國(guó)內(nèi)首例厘米級(jí)細(xì)胞培養(yǎng)大黃魚(yú)組織仿真魚(yú)排。

細(xì)胞培養(yǎng)肉被認(rèn)為是極有潛力解決未來(lái)人類(lèi)餐桌肉品和蛋白供應(yīng)、減少人工養(yǎng)殖肉類(lèi)動(dòng)物對(duì)水資源、土地資源高度依賴(lài)的技術(shù)之一。牛肉、雞肉、鵝肝、豬肉、魚(yú)肉……近十年來(lái),基于不同生物的細(xì)胞培養(yǎng)肉接連問(wèn)世,公眾在驚嘆培養(yǎng)技術(shù)之余,同樣關(guān)心口味、價(jià)格、安全性等影響消費(fèi)的因素。

劉東紅對(duì)此表示,多種肉類(lèi)的培養(yǎng)體系慢慢涌現(xiàn),一方面需要盡快實(shí)現(xiàn)低成本和規(guī)模化生產(chǎn),一方面需要健全法律法規(guī)、評(píng)估安全性。值得期待的是,全球范圍內(nèi),技術(shù)與應(yīng)用正在同步推進(jìn)。

一場(chǎng)直播掀起了研發(fā)熱潮

2013年,一場(chǎng)位于英國(guó)倫敦的特殊烹飪直播,令細(xì)胞培養(yǎng)肉類(lèi)食品引起廣泛關(guān)注——彼時(shí),荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)組織工程學(xué)教授馬克·波斯特利用從牛頸提取的一種稱(chēng)為“肌衛(wèi)星細(xì)胞”的特殊干細(xì)胞,耗時(shí)數(shù)周完成了全球首例體外培養(yǎng)出的細(xì)胞培養(yǎng)肉,并通過(guò)烹飪直播向公眾展示。

“這十年間,多國(guó)科研人員紛紛參與到細(xì)胞培養(yǎng)肉這一領(lǐng)域。實(shí)際上,細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)本身并不算新鮮事物。”劉東紅介紹,半個(gè)多世紀(jì)前,醫(yī)學(xué)上已開(kāi)始細(xì)胞培養(yǎng)人體組織工程的研究,用于皮膚修復(fù)等。進(jìn)入21世紀(jì),國(guó)際社會(huì)越發(fā)關(guān)注糧食供應(yīng)、資源緊缺的問(wèn)題,利用體外細(xì)胞來(lái)培養(yǎng)蛋白質(zhì)或者肌肉纖維的相關(guān)技術(shù)逐漸醞釀。

劉東紅解釋說(shuō),細(xì)胞培養(yǎng)肉,本質(zhì)上是通過(guò)動(dòng)物干細(xì)胞在體外進(jìn)行細(xì)胞增殖和分化的過(guò)程。其中,細(xì)胞通過(guò)增殖不斷增加數(shù)量,再通過(guò)分化產(chǎn)生形態(tài)結(jié)構(gòu)功能各異的細(xì)胞類(lèi)群或組織,如肌肉組織。

雖然公眾對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)肉普遍持觀望態(tài)度,但局部范圍內(nèi)已有人敢于試吃,其產(chǎn)業(yè)化前景也被資本市場(chǎng)所看好。近日,在第十九屆畜牧飼料科技與經(jīng)濟(jì)(全球)高層論壇上,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)周光宏教授介紹,根據(jù)國(guó)外機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),細(xì)胞培養(yǎng)肉行業(yè)年度投資(2016-2021年)總計(jì)19.3億美元,其中2021年投入資本13.8億元,比2019年上漲300%以上。

近兩年,已有美國(guó)FDA和新加坡食品管理局批準(zhǔn)細(xì)胞培養(yǎng)雞肉上市的事例。2021年,F(xiàn)uture Meat Technologies公司宣布其中試車(chē)間在以色列竣工,可達(dá)到日產(chǎn)500千克細(xì)胞培養(yǎng)肉。

回顧國(guó)內(nèi),2019年11月,周光宏團(tuán)隊(duì)發(fā)布國(guó)內(nèi)首例細(xì)胞培養(yǎng)豬肉。同年,由周光宏任首席科學(xué)家的科技企業(yè)南京周子未來(lái)食品科技有限公司注冊(cè)成立。今年4月,周子未來(lái)宣布完成數(shù)千萬(wàn)元人民幣的A+輪融資,將促進(jìn)該公司落地細(xì)胞培養(yǎng)肉種子細(xì)胞千升規(guī)模的中試工廠。

在劉東紅看來(lái),資本與技術(shù)相互交融,正有效加快這一領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

選好“種子”與“土壤”極為關(guān)鍵

5月23日,科技日?qǐng)?bào)記者走進(jìn)位于浙江嘉善的浙大長(zhǎng)三角智慧綠洲創(chuàng)新中心未來(lái)食品實(shí)驗(yàn)室,只見(jiàn)展廳內(nèi)擺放著一塊瓶蓋大小、泛著油光的魚(yú)肉,湊近一看能觀察到魚(yú)肉表面細(xì)致的紋理,甚至淡淡的腥味。這便是國(guó)內(nèi)首例厘米級(jí)細(xì)胞培養(yǎng)大黃魚(yú)組織仿真魚(yú)排樣品。

劉東紅告訴記者,不同肉類(lèi)的細(xì)胞培育方法大同小異,難點(diǎn)在于找到合適的細(xì)胞系與構(gòu)建培養(yǎng)基,二者相當(dāng)于種子和土壤的關(guān)系。

以仿真魚(yú)排為例,科研人員從大黃魚(yú)軸上肌和腹側(cè)體腔脂肪中篩選分離出肌肉干細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞,作為細(xì)胞培養(yǎng)魚(yú)肉的“種子”,并通過(guò)調(diào)控兩種信號(hào)通路誘導(dǎo)肌肉干細(xì)胞分化。

之所以將培養(yǎng)基比作土壤,是因?yàn)樾枰ㄟ^(guò)它將氨基酸、葡萄糖等能支持細(xì)胞增殖分化的基本營(yíng)養(yǎng)素和多種生長(zhǎng)因子組合,為細(xì)胞增殖分化提供養(yǎng)分。

隨著肌肉細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化,越來(lái)越多的魚(yú)肉產(chǎn)生,但魚(yú)肉還只是肉泥。怎么把魚(yú)肉搭建起來(lái)?聯(lián)合團(tuán)隊(duì)基于可食用凝膠改造仿生構(gòu)建魚(yú)肌支架,產(chǎn)生類(lèi)似自然魚(yú)肉該有的結(jié)構(gòu)和紋路,令肌肉細(xì)胞沿著3D打印的仿生結(jié)構(gòu)有規(guī)則地生長(zhǎng),讓仿真魚(yú)排得以成形。

陳軍表示,培養(yǎng)基是細(xì)胞培養(yǎng)肉生產(chǎn)流程中最重要的成本控制環(huán)節(jié),聯(lián)合團(tuán)隊(duì)篩選得到了低血清的基礎(chǔ)培養(yǎng)基,有效控制成本,為后續(xù)大規(guī)模化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

去年5月,清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院杜亞楠教授課題組在《生物材料》發(fā)表研究論文,介紹團(tuán)隊(duì)在可食用的多孔明膠微型生物支架上,利用生物組裝技術(shù)培養(yǎng)出數(shù)厘米大小的人造肉丸。其中,微載體的立體多孔結(jié)構(gòu),比傳統(tǒng)的2D細(xì)胞培養(yǎng)瓶更加節(jié)省培養(yǎng)基的用量,從而降低了人造肉丸的成本。

“相比發(fā)達(dá)國(guó)家,盡管我國(guó)在這一領(lǐng)域起步稍有落后,但是近幾年迎頭追趕,與國(guó)際前沿水平基本實(shí)現(xiàn)并跑。”劉東紅說(shuō),從豐富種類(lèi)、降低成本等維度開(kāi)展創(chuàng)新,新的技術(shù)發(fā)現(xiàn)還會(huì)持續(xù)涌現(xiàn)。

從展廳到餐廳需要雙線(xiàn)推進(jìn)

今年3月,聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織發(fā)布了一份題為《細(xì)胞基食品的食品安全問(wèn)題》的全球報(bào)告。該報(bào)告指出,預(yù)計(jì)到2050年,世界人口將達(dá)到90億—110億,隨之而來(lái)的是蛋白質(zhì)需求增長(zhǎng)以及潛在的健康和環(huán)境問(wèn)題。

根據(jù)周光宏團(tuán)隊(duì)推算,理論上,1克肉上提取的干細(xì)胞,經(jīng)過(guò)7周、分裂45次,可以培養(yǎng)出2萬(wàn)千克重的培養(yǎng)肉。

誠(chéng)然,要實(shí)現(xiàn)這一體量,還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段路要走。在他看來(lái),細(xì)胞培養(yǎng)肉成本需降到每克0.03元,有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)畜牧肉類(lèi)的部分替代。

劉東紅認(rèn)為,細(xì)胞培養(yǎng)肉的研發(fā)初衷,并非要馬上替代現(xiàn)有的食品,更重要的是作為一種技術(shù)布局防患于未然。時(shí)下我國(guó)主要江河湖海處于禁漁期,就是為了保護(hù)自然提供的水生資源,維持生態(tài)平衡,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

“同時(shí),國(guó)內(nèi)開(kāi)展相關(guān)研發(fā)布局,有利于在未來(lái)掌握主動(dòng)權(quán)。”劉東紅說(shuō),針對(duì)影響細(xì)胞培養(yǎng)肉類(lèi)安全性的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì),團(tuán)隊(duì)已啟動(dòng)若干研究項(xiàng)目,以期在該領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)取話(huà)語(yǔ)權(quán)。

該報(bào)告提到,考慮到細(xì)胞基食品技術(shù)的快速發(fā)展,各國(guó)需要做好充分準(zhǔn)備建立必要的監(jiān)管框架、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施,以評(píng)估細(xì)胞基食品產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程的安全性,并為銷(xiāo)售這些產(chǎn)品的公認(rèn)術(shù)語(yǔ)和標(biāo)簽要求制定法律和法規(guī)。

雖然尚未大范圍普及,但細(xì)胞培養(yǎng)肉的關(guān)注度之高,好似已置身于陽(yáng)光廚房。

“相關(guān)法律法規(guī)、監(jiān)管體系的健全必然有一個(gè)過(guò)程。”劉東紅說(shuō),在此期間,科研人員與業(yè)界需要圍繞降低成本和確保安全性,進(jìn)一步深化研究,為規(guī)模化生產(chǎn)做準(zhǔn)備。比如,尋找培養(yǎng)基中高成本生產(chǎn)因子的可替代物、提升細(xì)胞繁殖和分化速度的關(guān)鍵因子等。

周光宏表示,細(xì)胞培養(yǎng)肉技術(shù)將重塑肉品產(chǎn)業(yè)格局,即未來(lái)的食用肉,一部分由畜牧業(yè)生產(chǎn),一部分通過(guò)養(yǎng)細(xì)胞得到,還有一部分則是植物蛋白仿真肉。確保營(yíng)養(yǎng)、安全、好吃,細(xì)胞培養(yǎng)肉自然而然會(huì)被接受。

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