Mięso przyszłości może znacznie różnić się od mięsa z przeszłości. Stanley Kubrick, fotograf, LOOK Magazine Photograph Collection, Library of Congress, Prints & Photographs Division, LC-USZ6-2352., CC BY-ND
Mięso, które jesz, jeśli jesteś mięsożercą, pochodzi z mięśni zwierząt. Ale zwierzęta składają się nie tylko z mięśni. Mają narządy i kości, których większość Amerykanów nie spożywa. Wymagają jedzenia, wody, przestrzeni i kontaktów społecznych. Produkują odpady.
Rolnicy poświęcają dużo energii i zasobów na hodowlę złożonych organizmów, tworząc przy tym odpady, tylko po to, by skupić się na opłacalnych kawałkach mięsa, które mogą zebrać.
Byłoby to łatwiejsze, bardziej humanitarne i mniej marnotrawne produkować tylko te części, których ludzie chcą. A dzięki biologii komórki i inżynierii tkankowej możliwe jest wyhodowanie tylko tkanki mięśniowej i tłuszczowej. To się nazywa mięso hodowlane. Naukowcy dostarczają komórkom tych samych danych wejściowych, których potrzebują do wzrostu, tuż poza zwierzęciem: składników odżywczych, tlenu, wilgoci i sygnałów molekularnych od sąsiadów komórek.
Do tej pory badacze hodowane pęczki komórek które można przekształcić w przetworzone mięso, takie jak burger lub kiełbasa. Ta technologia hodowli mięsa jest wciąż we wczesnej fazie badań i rozwoju, ponieważ prototypy są powiększane i dopracowywane, aby przygotować się na wyzwania związane z komercjalizacją. Ale już bioinżynierowie podejmują kolejne trudniejsze wyzwanie: hodowanie strukturalnych kawałków mięsa, takich jak stek lub kotlet z kurczaka.
Z czego jest zrobione mięso
Jeśli spojrzysz na kawałek surowego mięsa pod mikroskopem, możesz zobaczyć, co jesz na poziomie komórkowym. Każdy kęs to matryca komórek mięśniowych i tłuszczowych, przeplatana naczyniami krwionośnymi i otoczona tkanką łączną.
Komórki mięśniowe są pełne białek i składników odżywczych, a komórki tłuszczowe są pełne, cóż, tłuszczów. Te dwa typy komórek odpowiadają za większość smaku i odczuć w ustach mięsożercy podczas gryzienia burgera lub steku.
Sekcja indyka barwiona w celu pokazania struktury tkanki mięśni szkieletowych na poziomie komórkowym – znanej również jako mięso. Natalia Rubio
Naczynia krwionośne zaopatrują tkankę zwierzęcia w składniki odżywcze i tlen podczas jego życia; po uboju krew nadaje mięsu wyjątkowy, metaliczny odcień umami.
Tkanka łączna, złożona z białek, takich jak kolagen i elastyna, organizuje włókna mięśniowe w wyrównane wiązki, zorientowane w kierunku skurczu. Ta tkanka łączna zmienia się podczas gotowania i dodaje teksturę – i chrząstki – do mięsa.
Wyzwaniem dla naukowców zajmujących się rolnictwem komórkowym jest naśladowanie tej złożoności mięsa od podstaw. Możemy hodować komórki mięśniowe i tłuszczowe na szalce Petriego, ale naczynia krwionośne i tkanka łączna nie wytwarzają się spontanicznie, jak to ma miejsce u zwierząt. Jak możemy zaprojektować biomateriały i bioreaktory, aby zapewnić dyfuzję składników odżywczych i wywołać organizację, dzięki czemu otrzymamy gruby, ustrukturyzowany kawałek mięsa?
Burgery z hodowanego mięsa to pierwszy krok
Aby wytworzyć hodowane mięso, badacze pobierają małe – na przykład wielkości marmuru – ilości tkanki krowy, świni lub kurczaka i izolują poszczególne komórki. Następnie bioinżynierowie, tacy jak ja, umieszczają komórki w plastikowych kolbach i dostarczają im składników odżywczych, tlenu i wilgoci, utrzymując je w temperaturze ciała. Komórki są szczęśliwe i mogą dzielić się wykładniczo, tworząc coraz więcej komórek.
W przypadku wzrostu na plastiku komórki będą się dzielić, dopóki nie zajmą całej dostępnej powierzchni. Powoduje to zatłoczoną warstwę o grubości jednej komórki. Kiedy komórki przestają się dzielić, zaczynają dojrzewać. Komórki mięśniowe łączą się, tworząc długie włókna mięśniowe, a komórki tłuszczowe zaczynają wytwarzać lipidy. Naukowcy mogą łączyć ze sobą kilka tych komórek, aby tworzyć przetworzone produkty mięsne, takie jak hamburgery, hot dogi i kiełbaski.
Same komórki zwierzęce mogą odtworzyć większość doświadczeń związanych z mięsem. Ale bez naczyń krwionośnych i tkanki łącznej nie powstanie zorganizowana, trójwymiarowa tkanka – a tego właśnie potrzebujesz do strukturalnych kawałków mięsa, takich jak stek, pierś z kurczaka i boczek.
Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy mogą wykorzystać biomateriały do odtworzenia struktury i funkcji naczyń krwionośnych (do przenoszenia składników odżywczych i tlenu) oraz tkanki łącznej (do organizacji i tekstury). Ten obszar badań nazywa się rozwój rusztowań.
Zapewnienie pewnej struktury, na której komórki mogą rosnąć, zapewni hodowane mięso, od hamburgera po steki. Tylera Olsona/Shutterstock.com
Rusztowania to sekretny składnik steków
Koncepcja rusztowań wywodzi się z dziedziny inżynierii tkankowej do zastosowań medycznych. Naukowcy łączą komórki i rusztowania w celu wytworzenia funkcjonalnych biomateriałów do badań, badań toksykologicznych lub implanty.
Te biomateriały mogą przybierać różne formy – filmów, żeli, gąbek – w zależności od tego, jakie właściwości są pożądane w powstałej tkance. Na przykład możesz hodować komórki skóry na płaskim filmie kolagenowym stworzyć przeszczep skóry, aby pomóc ofiarom oparzeń lub komórki kostne w gąbce hydroksyapatytowej do regeneracji kości.
W przypadku zastosowań medycznych rusztowania muszą na ogół być bezpieczne do wszczepienia, nie mogą wywoływać odpowiedzi układu odpornościowego organizmu, ulegać degradacji i być zdolne do podtrzymywania wzrostu komórek.
W przypadku zastosowań spożywczych względy projektowe rusztowań są inne. Powinny nadal wspierać wzrost komórek, ale ważne jest również, aby były niedrogie, jadalne i przyjazne dla środowiska w produkcji. Niektóre popularne biomateriały do zastosowań spożywczych obejmują celulozę z roślin, węglowodan zwany chitozanem z grzybów i węglowodan zwany alginianem z alg.
Oto jeden „przepis” na hodowane mięso, nad którym pracowałem w laboratorium. Najpierw utwórz odpowiednie rusztowanie. Wyizoluj chitozan z grzybów i rozpuść go w wodzie, aby utworzyć lepki żel. Umieść żel w tubie i wystaw jeden koniec na działanie zimnej substancji, takiej jak suchy lód lub ciekły azot. Cała tuba żelu będzie powoli zamarzać, zaczynając od zimnego końca. Zamrożony żel można następnie liofilizować przez podciśnienie, ciągnąc żel w bardzo niskich temperaturach, ostatecznie tworząc suchy materiał przypominający gąbkę. The kierunkowy proces zamrażania tworzy gąbkę z małymi, długimi, wyrównanymi porami przypominającymi wiązkę słomek – a także tkankę mięśniową.
Uproszczony proces tworzenia gąbki chitozanowej z wyrównanymi porami. Natalia Rubio, CC BY-ND
Następnie, zamiast hodować mięso na płaskim plastiku, możesz przenieść komórki do tej trójwymiarowej gąbki, aby zapewnić większą powierzchnię do wzrostu grubszej tkanki. Pory mogą również pomóc w dystrybucji składników odżywczych i tlenu w tkance. Do tej pory dzięki tej technice moje laboratorium było w stanie wyprodukować małe kawałki mięsa mniejsze niż centymetr kwadratowy – trochę małe jak na gotowanie, ale dobry początek.
Inne możliwości rusztowań obejmują hodowanie komórek we włóknach, żelach lub gąbkach na bazie alginianu. Lub technicy mogą spłukać komórki roślinne z roślin w procesie zwanym decelularyzacją i ponownie zaludnić strukturę celulozy pozostawioną komórkami zwierzęcymi.
Kiedy badacze znajdą materiały i metody, które naprawdę się sprawdzają, będziemy pracować nad stworzeniem większych serii. W tym momencie będzie to gra polegająca na zwiększeniu skali procesu i obniżeniu kosztów, aby hodowane produkty mięsne mogły być konkurencyjne cenowo w stosunku do produktów mięsnych z hodowli.
Zawsze ekscytujące jest obserwowanie, jak start-upy debiutują swoimi hodowanymi klopsikami, kiełbaskami i burgerami. Ale czekam na to, co będzie dalej. Przy odrobinie więcej badań, czasu, funduszy i szczęścia menu z hodowanym mięsem 2.0 będzie zawierało steki i kotlety wieprzowe, które wielu mięsożerców zna i kocha.
O autorze
Natalie R. Rubio, doktorantka w dziedzinie rolnictwa komórkowego, Tufts University
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Książki żywieniowe na liście bestsellerów Amazon
„Kuchnia niebieskich stref: 100 przepisów na dożycie 100”
przez Dana Buettnera
W tej książce autor Dan Buettner dzieli się przepisami ze światowych „niebieskich stref”, regionów, w których ludzie żyją najdłużej i najzdrowiej. Receptury opierają się na pełnowartościowej, nieprzetworzonej żywności i kładą nacisk na warzywa, rośliny strączkowe i produkty pełnoziarniste. Książka zawiera również wskazówki dotyczące stosowania diety roślinnej i prowadzenia zdrowego trybu życia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Medyczne średnie oczyszczanie do leczenia: plany leczenia dla osób cierpiących na lęki, depresję, trądzik, egzemę, boreliozę, problemy jelitowe, mgłę mózgową, problemy z wagą, migreny, wzdęcia, zawroty głowy, łuszczycę, cystę”
przez Anthony'ego Williama
W tej książce autor Anthony William oferuje obszerny przewodnik po oczyszczaniu i uzdrawianiu organizmu poprzez odżywianie. Przedstawia oparte na dowodach zalecenia dotyczące produktów spożywczych, które należy włączyć i których należy unikać, a także plany posiłków i przepisy wspierające oczyszczanie. Książka zawiera również informacje o tym, jak rozwiązywać określone problemy zdrowotne poprzez odżywianie.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Plan widelców zamiast noży: jak przejść na ratującą życie, pełnowartościową dietę opartą na roślinach”
autorstwa Alony Pulde i Matthew Ledermana
W tej książce autorzy Alona Pulde i Matthew Lederman przedstawiają przewodnik krok po kroku dotyczący przejścia na dietę opartą na produktach pełnoziarnistych i roślinnych. Zawierają oparte na dowodach zalecenia dotyczące odżywiania, a także praktyczne porady dotyczące zakupów, planowania posiłków i przygotowywania posiłków. Książka zawiera również przepisy i plany posiłków wspierające przejście.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Paradoks roślin: ukryte zagrożenia w„ zdrowej ”żywności, które powodują choroby i przyrost masy ciała”
przez dr Stevena R. Gundry'ego
W tej książce dr Steven R. Gundry przedstawia kontrowersyjne spojrzenie na odżywianie, argumentując, że wiele tak zwanych „zdrowych” pokarmów może w rzeczywistości być szkodliwych dla organizmu. Przedstawia oparte na dowodach zalecenia dotyczące optymalizacji odżywiania i unikania tych ukrytych zagrożeń. Książka zawiera również przepisy i plany posiłków, które pomogą czytelnikom wdrożyć program Plant Paradox.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„The Whole30: 30-dniowy przewodnik po całkowitym zdrowiu i wolności żywnościowej”
autorstwa Melissy Hartwig Urban i Dallasa Hartwiga
W tej książce autorzy Melissa Hartwig Urban i Dallas Hartwig przedstawiają obszerny przewodnik po programie Whole30, 30-dniowym planie żywieniowym mającym na celu promowanie zdrowia i dobrego samopoczucia. Książka zawiera informacje na temat nauki stojącej za programem, a także praktyczne porady dotyczące zakupów, planowania i przygotowywania posiłków. Książka zawiera również przepisy i plany posiłków wspierające program.
