人類生存的備選：細(xì)胞培養(yǎng)肉

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和世界人口數(shù)量的遞增，以及新冠疫情對(duì)經(jīng)濟(jì)政治產(chǎn)生巨大影響，人類對(duì)食品的需求在數(shù)量與品質(zhì)上都在不斷提升，尤其是肉類農(nóng)產(chǎn)品的供求出現(xiàn)了嚴(yán)重的不平衡。

有報(bào)告指出，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)肉類農(nóng)產(chǎn)品的供給缺口將達(dá)到3804萬(wàn)噸，這嚴(yán)重依賴于畜牧業(yè)的發(fā)展，但是這又與資源環(huán)境短缺污染之間的矛盾日益突出，畜牧業(yè)不僅消耗過多的生產(chǎn)資源，還排放了大量的溫室氣體，嚴(yán)重污染了環(huán)境，同時(shí)也帶來了動(dòng)物福利和健康等方面的問題。

尤其是近年來，非洲豬瘟、禽流感等動(dòng)物疫病的流行也給肉類安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這迫切需求一種新型的環(huán)境友好型可持續(xù)的肉類生產(chǎn)技術(shù)。而細(xì)胞培養(yǎng)肉技術(shù)就是一項(xiàng)具有顛覆性肉類生產(chǎn)革命，不僅可以部分取代傳統(tǒng)畜牧業(yè)生產(chǎn)肉類，還可以有效緩解肉制品有效供給的壓力。

細(xì)胞工廠：不用“養(yǎng)”，即有肉

培養(yǎng)肉（Cultured Meat，亦稱為細(xì)胞培養(yǎng)肉或培育肉）是依據(jù)動(dòng)物肌肉生長(zhǎng)修復(fù)機(jī)理，利用其干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)而獲得的肉類，它不需要經(jīng)過動(dòng)物養(yǎng)殖，直接用細(xì)胞工廠化生產(chǎn)肉類。細(xì)胞培養(yǎng)肉是一種全新的肉類生產(chǎn)技術(shù)，簡(jiǎn)單的說就是“不用養(yǎng)牛豬雞鴨鵝就可以生產(chǎn)出牛豬雞鴨鵝的肉”。

那塊肉是怎么來的？

根據(jù)肌肉細(xì)胞的生物學(xué)過程以及肌肉的理化、加工特性，培養(yǎng)肉生產(chǎn)的第一要?jiǎng)?wù)就是生成大量的肌肉細(xì)胞及蛋白質(zhì)。首先需要分離獲取肌肉干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞?；蛘T導(dǎo)性多能干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和其它底盤細(xì)胞等種子細(xì)胞，種子細(xì)胞需要具有或可誘導(dǎo)的肌源性（脂源性）細(xì)胞命運(yùn)。

然后，通過生物反應(yīng)器擴(kuò)大培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)種子細(xì)胞的大規(guī)模增殖。再利用分化模具、生物反應(yīng)器或3D打印的方法大規(guī)模生產(chǎn)肌肉組織，最后利用食品化加工技術(shù)制作培養(yǎng)肉產(chǎn)品。

一次次突破：只為那塊肉

2001年，荷蘭政府資助高校開展培養(yǎng)肉研究。荷蘭Mark Post教授的細(xì)胞培養(yǎng)肉研發(fā)技術(shù)路線，分離肌肉和脂肪前體細(xì)胞、刺激細(xì)胞大量生長(zhǎng)，在體外生產(chǎn)三千多條肌纖維，于2013年8月，培養(yǎng)出第一塊培養(yǎng)肉漢堡。

2019年3月，日本著名的食品企業(yè)日清食品控股公司宣布，與東京大學(xué)合作，通過人工培育牛肌肉細(xì)胞成功制成約1 cm3的肌肉組織。

2019年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)周光宏教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)使用第六代的豬肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)20天，生產(chǎn)得到重達(dá)5克的培養(yǎng)肉。這是國(guó)內(nèi)首例由動(dòng)物干細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)而成的人造肉，是該領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)里程碑式的突破。

2021年7月，新加坡食品廳( SFA )將細(xì)胞培養(yǎng)肉作為CDMO進(jìn)行審查。通過取得許可證，就可以受托生產(chǎn)面向商用銷售的細(xì)胞培養(yǎng)肉。這意味著新加坡的老牌生命科學(xué)機(jī)器制造商埃斯科生命科學(xué)集團(tuán)旗下的企業(yè)作為細(xì)胞培養(yǎng)肉的受托制造開發(fā)機(jī)構(gòu)，已經(jīng)可以從當(dāng)局獲得許可，據(jù)說同樣的事例是世界上第一次。

細(xì)胞肉的無(wú)限可能：機(jī)遇與挑戰(zhàn) 

高純度的干細(xì)胞獲取

由于肌肉組織中存在著至少十幾種不同類型的細(xì)胞，包括成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血液細(xì)胞等，所以如何分離獲取畜禽動(dòng)物高純度肌肉干細(xì)胞成為一大難題。目前使用的流式細(xì)胞分選技術(shù)則是根據(jù)肌肉干細(xì)胞特有的表面標(biāo)志物進(jìn)行分離，細(xì)胞純度很高，然而該方法的成本較高。

肌肉干細(xì)胞的定向組織分化

干細(xì)胞可以自然分化并形成肌肉組織，但是自然狀態(tài)下體外培養(yǎng)時(shí)傳代次數(shù)非常有限且速率較慢。因此，解決胚胎干細(xì)胞的定向分化問題，或者是肌肉干細(xì)胞的無(wú)限增殖問題，是細(xì)胞培養(yǎng)肉技術(shù)的關(guān)鍵之一。

通過基因修改也可以使細(xì)胞獲得無(wú)限 增殖的能力以及改進(jìn)全能干細(xì)胞定向分化的穩(wěn)定性。但這中操作會(huì)存在極大的阻力，尤其是在歐盟國(guó)家，是完全被禁止的。用于細(xì)胞培養(yǎng)肉的干細(xì)胞的增殖和分化，應(yīng)該還是堅(jiān)持以優(yōu)化培養(yǎng)條件以及代謝調(diào)控為主。

肌肉干細(xì)胞的干性維持

細(xì)胞在長(zhǎng)期培養(yǎng)過程中，由于端粒的長(zhǎng)度在細(xì)胞分裂過程中逐漸縮短，會(huì)端粒的長(zhǎng)度在細(xì)胞分裂過程中逐漸縮短，最終導(dǎo)致細(xì)胞增殖能力減弱。

除此以外，體外培養(yǎng)還會(huì)引發(fā)表觀遺傳變異、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡等一系列細(xì)胞衰老現(xiàn)象。未來是否可以通過基因編輯維持端粒酶活性來延緩畜禽動(dòng)物肌肉干細(xì)胞衰老是關(guān)鍵研究方向。

種子細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)

目前的規(guī)模研究主要是針對(duì)1 L以下的轉(zhuǎn)瓶條件，而在2～20 L生物反應(yīng)器以及更大的超過200 L的生物反應(yīng)器中還沒有詳細(xì)研究。未來的研究重點(diǎn)在設(shè)計(jì)規(guī)模200 L以上的生物反應(yīng)器，培養(yǎng)條件如細(xì)胞攝入氧氣的動(dòng)力學(xué)參數(shù)、剪切應(yīng)力對(duì)細(xì)胞的影響等方面。

肉的感官品質(zhì)形成

細(xì)胞培養(yǎng)肉的三維結(jié)構(gòu)直接影響消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)可度。目前利用細(xì)胞工廠合成原料生產(chǎn)的人造肉食品普遍結(jié)構(gòu)松散，無(wú)法讓消費(fèi)者產(chǎn)生真是的咀嚼感。所以如何讓細(xì)胞培養(yǎng)肉的組織結(jié)構(gòu)和感官品質(zhì)更接近真肉就顯得至關(guān)重要。

細(xì)胞人造肉的最后一道枷鎖

細(xì)胞培養(yǎng)肉雖然未來可期，但仍然受到國(guó)家政策法規(guī)等一系列制約。目前現(xiàn)有的生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展、市場(chǎng)準(zhǔn)入和監(jiān)管、安全性評(píng)價(jià)等制度均已不能適應(yīng)細(xì)胞培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

因此，從技術(shù)層面上來說，必須通過培養(yǎng)肉營(yíng)養(yǎng)成分、生物利用度、毒性評(píng)價(jià)體系研究，構(gòu)建動(dòng)物培養(yǎng)肉營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)模型，形成產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，通過對(duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)肉與真實(shí)肉制品的對(duì)比測(cè)試，確定動(dòng)物培養(yǎng)肉在評(píng)估中暴露的膳食攝入標(biāo)準(zhǔn)，為細(xì)胞培養(yǎng)肉的市場(chǎng)推廣提供安全保障的政策法規(guī)。

作者簡(jiǎn)介

Martin.Yu，食品科技工作者、營(yíng)養(yǎng)師，長(zhǎng)期負(fù)責(zé)特殊食品研發(fā)工作，主要方向?yàn)椋篎SMP、益生菌、特膳食品。