來源:科技日報時間:2020-11-25 08:53:51
「目前,我國細胞培養肉的研究,還面臨三大挑戰,包括高純度幹細胞的提取及乾性維持、無血清培養基研發和幹細胞的大規模高密度培養。」11月18日,在首屆中國細胞培養肉高峰論壇中,南京農業大學教授周光宏與參會學者分享細胞培養肉的研究進展。
自2009年起,他和團隊歷時10年獲取了高純度的畜禽幹細胞並維持其乾性,一年前,他帶領團隊研發出中國第一塊細胞培養肉。
用畜禽幹細胞體外培養生產
「我們不應為了吃雞胸肉或雞翅而養一整隻雞,而應該在合適的培養基中分別培養這些組織。」1931年,英國前首相邱吉爾的這番暢想,被視為世界範圍內首次提出培養肉的概念。
細胞培養肉真正變得看得見摸得著,還是在2013年。當年,荷蘭教授馬克·普斯特(Mark Post)在荷蘭首次研發出可以食用的培養肉,並在英國倫敦舉辦了全球首次培養牛肉漢堡試吃大會。
中國的第一塊細胞培養肉,誕生於2019年11月18日。周光宏說,研究團隊使用第六代豬肌肉乾細胞,經過20天的培養,得到重達5克的培養肉。
細胞培養肉是指用畜禽幹細胞經過體外培養生產出來的肉類,它不需要經過動物養殖,直接用細胞培養而來,不同於市面上用植物蛋白加工的「人造肉」。
「為什麼幾個細胞能長成5克的培養肉,這就是幹細胞的功勞。而提取到高純度的肌肉乾細胞並維持其乾性(生長能力)很難。」從2009年起,周光宏的團隊嘗試各種方法,先從小鼠中分離出肌衛星細胞和間充質細胞,發現這兩種細胞都有成為培養肉種子細胞的潛力。順著這條路,2015年,周光宏團隊成員丁世傑和中國科學院合作,分離出高純度豬肌肉乾細胞,兩年後,牛幹細胞也被分離。
2017年—2019年,研究團隊又研發用於培養肉的豬、牛肌肉乾細胞乾性維持方法,研製出含食品級抗氧化劑的培養基。「機體內有各種因子調控幹細胞的增殖,我們找到了關鍵的信號傳導通路和抑制劑,模擬了細胞體內的生長環境。一年前,在實驗室20天可以生產5克人造肉,現已經能培養出50克。」丁世傑說。
「無血清」細胞培養基等難題尚需攻克
「與傳統肉類生產方式相比,培養肉可以減少30%—50%的能源消耗,降低 70%—90%的溫室氣體排放量,降低90%以上土地使用, 減少80%—90%的用水量等。」在丁世傑看來,理想中的細胞培養肉既能縮短肉類生產時間,又能節省土地、減少汙染,而且物美價廉。
不過,細胞培養肉走上餐桌,還有多條鴻溝需要跨越。
首當其衝的便是要開發「無血清」細胞培養基。「培養肉生產中,70%的成本來自培養基中的血清,只有大幅度降低培養基的成本,人造肉才能真正走向產業化。」丁世傑說,血清取材於動物,能提供多種營養,在細胞培養中起到關鍵作用。但其成本較高,例如,牛血清售價每500毫升就要幾千元,所以需研發無血清培養基。
近一年來,周光宏團隊已經在研製各種成分明確的血清替代產品,嘗試逐漸替代血清培養基。
「此外,幹細胞的大規模高密度培養也面臨挑戰,這要解決增殖產生的細胞如何形成肌肉等難題,涉及專用生物反應器的研發、特定模具的研製和三維培養技術開發。另外,產品安全評價與管理規範等問題也不容忽視。」周光宏說,細胞培養肉產業化還有諸多技術需要突破,但是未來可期。
他認為:「讓細胞培養肉成本從每克300元降到3元甚至是3角,才有可能走上餐桌,這一過程大約需要5—10年。」