Культивированное мясо , также известное как культивированное мясо среди других названий, является формой клеточного сельского хозяйства , где мясо производится путем культивирования клеток животных in vitro . [1] [2] [3] [4] [5] Культивированное мясо производится с использованием методов тканевой инженерии, впервые примененных в регенеративной медицине . [6] Джейсон Матени популяризировал эту концепцию в начале 2000-х годов после того, как он стал соавтором статьи [7] о производстве культивированного мяса и создал New Harvest , первую в мире некоммерческую организацию, посвященную исследованиям мяса in vitro . [8] Культивированное мясо имеет потенциал для смягчения воздействия производства мяса на окружающую среду [3] и решения проблем, касающихся благополучия животных , продовольственной безопасности и здоровья человека . [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]
В 2013 году Марк Пост создал котлету для гамбургера , сделанную из ткани, выращенной вне животного. С тех пор другие прототипы культивированного мяса привлекли внимание СМИ: SuperMeat открыл ресторан «от фермы до вилки» в Тель-Авиве под названием The Chicken [16], чтобы проверить реакцию потребителей на свой бургер из культивированной курицы, [17] в то время как «первая в мире коммерческая продажа мяса, выращенного в клетках», произошла в декабре 2020 года в сингапурском ресторане 1880, где продавалось культивированное мясо, произведенное американской фирмой Eat Just . [18]
В то время как большинство усилий сосредоточено на обычных видах мяса, таких как свинина, говядина и курица, которые составляют основную часть потребления в развитых странах, [19] такие компании, как Orbillion Bio, сосредоточились на высококачественном или необычном мясе, включая лосятину, баранину, бизона и говядину Вагю. [20] Avant Meats вывела на рынок культивируемого окуня в 2021 году, [21] в то время как другие компании занялись другими видами рыб и другими морепродуктами. [22]
Процесс производства постоянно развивается под влиянием компаний и научно-исследовательских институтов. [23] Применение культивированного мяса привело к этическим , [24] медицинским , экологическим , культурным и экономическим дискуссиям. [25] Данные, опубликованные неправительственной организацией Good Food Institute, показали, что в 2021 году компании, занимающиеся культивированным мясом, привлекли 140 миллионов долларов в Европе. [3] Первый ресторан, где подают культивированное мясо, открылся в Сингапуре в 2021 году. [26] Однако культивированное мясо пока не получило широкого распространения.
Помимо культивированного мяса , для описания продукта использовались термины «здоровое мясо» , [27] «мясо без убоя» , [28] «мясо in vitro» , «мясо, выращенное в чанах» , [29] «мясо, выращенное в лаборатории» , [30] «мясо на основе клеток» , [31] «чистое мясо » , [32] «культивированное мясо» [33] [34] и «синтетическое мясо» [35] . [36] Хотя этот термин имеет несколько значений, иногда его используют и как термин «искусственное мясо» . [37]
В период с 2016 по 2019 год термин «чистое мясо» набирал обороты. Институт качественной пищи (GFI) ввел этот термин в 2016 году, [38] а в конце 2018 года институт опубликовал исследование, в котором утверждалось, что использование термина «чистое» лучше отражает процесс производства и преимущества. [39] [40] К 2018 году он превзошел термины «культивированное» и «in vitro» по упоминаниям в СМИ и поиску в Google. [41] Некоторые заинтересованные стороны в отрасли посчитали, что этот термин неоправданно бросает тень на производителей обычного мяса, продолжая отдавать предпочтение мясу на основе клеток в качестве нейтральной альтернативы. [42] [43]
В сентябре 2019 года GFI объявила о новом исследовании, которое показало, что термин « культивированное мясо» является достаточно описательным и дифференцирующим, обладает высокой степенью нейтральности и имеет высокий рейтинг потребительской привлекательности. [33] [44] Опрос, проведенный в сентябре 2021 года, показал, что большинство руководителей отрасли отдают предпочтение культивированному мясу : 75 процентов из 44 компаний отдают ему предпочтение. [45]
Теоретическая возможность выращивания мяса в промышленных условиях давно вызывает интерес. В эссе 1931 года, опубликованном различными периодическими изданиями и позднее включенном в его работу « Мысли и приключения » , британский государственный деятель Уинстон Черчилль писал: «Мы избежим абсурда выращивания целой курицы, чтобы съесть грудку или крыло, выращивая эти части по отдельности в подходящей среде». [46]
В 1950-х годах голландский исследователь Виллем ван Элен независимо придумал идею культивирования мяса. Будучи военнопленным во время Второй мировой войны , Ван Элен страдал от голода, что оставило его увлеченным производством продуктов питания и продовольственной безопасностью. [47] Он посетил университетскую лекцию, на которой обсуждались перспективы консервированного мяса. [48] Более раннее открытие клеточных линий послужило основой для этой идеи. Культивирование мышечных волокон in vitro было впервые успешно осуществлено в 1971 году, когда патолог Рассел Росс культивировал аорту морской свинки . В 1991 году Джон Ф. Вейн получил патент США 6835390 на производство мяса с использованием тканевой инженерии для потребления человеком, в котором мышцы и жир будут выращиваться интегрированным образом для создания пищевых продуктов. [49]
В 2001 году дерматолог Вите Вестерхоф вместе с ван Эленом и бизнесменом Виллемом ван Кутеном объявили, что подали заявку на всемирный патент на процесс производства культивированного мяса. [50] В этом процессе использовалась матрица коллагена , засеянная мышечными клетками , залитыми питательным раствором и вынужденными делиться. [51] В том же году НАСА начало проводить эксперименты с культивированным мясом, намереваясь позволить астронавтам выращивать мясо вместо того, чтобы его транспортировать. В партнерстве с Моррисом Бенджаминсоном они выращивали золотых рыбок и индейку. [52] В 2003 году Орон Каттс и Ионат Цурр продемонстрировали несколько сантиметров «стейка», выращенного из стволовых клеток лягушки , которые они приготовили и съели. Целью было начать разговор об этике культивированного мяса — «было ли оно когда-либо живым?», «было ли оно когда-либо убито?», «является ли каким-либо образом неуважением к животному выбрасывать его?» [53]
В начале 2000-х годов американский студент общественного здравоохранения Джейсон Матени отправился в Индию и посетил птицеводческую ферму. Он был потрясен последствиями этой системы. Позже Матени объединился с тремя учеными, участвующими в работе NASA. В 2004 году Матени основал New Harvest, чтобы поощрять развитие путем финансирования исследований. В 2005 году четверо опубликовали первую рецензируемую литературу по этой теме. [54]
В мае 2008 года PETA предложила приз в размере 1 миллиона долларов первой компании, которая к 2012 году поставит потребителям культивированное куриное мясо. [55] Чтобы получить приз, участник должен был выполнить два задания, а именно произвести продукт из культивированного куриного мяса, который был бы неотличим от настоящего цыпленка, и произвести продукт в достаточно больших количествах, чтобы его можно было конкурентоспособно продавать как минимум в 10 штатах. Позднее конкурс был продлен до 4 марта 2014 года. В конечном итоге срок истек, а победитель так и не был определен. [56]
Правительство Нидерландов инвестировало 4 миллиона долларов в эксперименты, связанные с культивированным мясом. [57] Консорциум по мясу In Vitro, группа, сформированная международными исследователями, провел первую международную конференцию, организованную Норвежским институтом пищевых исследований в апреле 2008 года. [58] Журнал Time объявил производство культивированного мяса одной из 50 прорывных идей 2009 года. [59] В ноябре 2009 года ученые из Нидерландов объявили, что им удалось вырастить мясо, используя клетки живой свиньи. [60]
Первая котлета для бургера из культивированной говядины была создана Марком Постом в Маастрихтском университете в 2013 году. [61] Она была сделана из более чем 20 000 тонких нитей мышечной ткани, стоила более 325 000 долларов и на ее производство потребовалось 2 года. [62] Бургер был протестирован в прямом эфире в Лондоне 5 августа 2013 года. Его приготовил шеф-повар Ричард МакГеон из ресторана Couch's Great House в Полперро , Корнуолл, и продегустировали критики Ханни Рютцлер , исследователь продуктов питания из Future Food Studio, и Джош Шонвальд. Рютцлер заявила: «Он действительно кусается, есть довольно много вкуса с поджариванием. Я знаю, что в нем нет жира, поэтому я не знала, насколько он будет сочным, но есть довольно интенсивный вкус; он близок к мясу, он не такой сочный, но консистенция идеальная. Для меня это мясо... Это действительно то, что можно откусить, и я думаю, что внешний вид довольно похож». Рютцлер добавила, что даже в слепом испытании она бы приняла продукт за мясо, а не за соевую копию . [63]
Это всего лишь вопрос времени, когда это произойдет, я в этом абсолютно уверен. В нашем случае я оцениваю время примерно в 3 года, прежде чем мы будем готовы выйти на рынок в малых масштабах, около 5 лет, чтобы выйти на рынок в больших масштабах, и если вы спросите меня: «Когда [культивированное мясо] появится в супермаркете за углом?», то это будет ближе к 10, чем к 5 годам, я думаю.
Питер Верстрате, Mosa Meat (2018) [64] : 1:06:15
В период с 2011 по 2017 год было запущено множество стартапов по выращиванию культивированного мяса. [65] Memphis Meats , теперь известная как Upside Foods, [66] в феврале 2016 года запустила видеоролик, демонстрирующий ее фрикадельки из культивированной говядины. [67] [68] [69] В марте 2017 года она продемонстрировала куриные фрикадельки и утку в апельсиновом соусе — первую культивированную птицу, показанную публике. [70] [71] [72] Израильская компания SuperMeat провела краудфандинговую кампанию в 2016 году для своей работы по выращиванию культивированной курицы. [73] [74] [75] [76] [77] Finless Foods , компания из Сан-Франциско, работающая над выращиванием рыбы, была основана в июне 2016 года. В марте 2017 года она начала лабораторную деятельность. [78]
В марте 2018 года компания Eat Just (в 2011 году основанная как Hampton Creek в Сан-Франциско, позже известная как Just, Inc.) заявила, что сможет предложить потребительский продукт из культивированного мяса к концу 2018 года. По словам генерального директора Джоша Тетрика, технология уже существовала. В JUST было около 130 сотрудников и исследовательский отдел из 55 ученых, где изучалось культивированное мясо из птицы, свинины и говядины. JUST получила инвестиции от китайского миллиардера Ли Ка-Шинга , соучредителя Yahoo! Джерри Янга и, по словам Тетрика, также от Heineken International и других. [79]
Голландский стартап Meatable, состоящий из Крийна де Нуда, Даана Луининга, Руда Аута, Роджера Педерсона, Марка Коттера и Горданы Апик среди прочих, сообщил в сентябре 2018 года, что ему удалось вырастить мясо с использованием плюрипотентных стволовых клеток из пуповины животных . Хотя, как сообщается, с такими клетками трудно работать, Meatable заявил, что может заставить их вести себя так, чтобы они становились мышечными или жировыми клетками по мере необходимости. Главным преимуществом является то, что этот метод обходит сыворотку плода крупного рогатого скота , что означает, что для производства мяса не нужно убивать ни одно животное. [80] В том месяце по всему миру работало около 30 стартапов по выращиванию мяса. [64] Integriculture — японская компания, работающая над своей системой CulNet. Среди конкурентов были английская Multus Media и канадская Future Fields. [81]
В августе 2019 года пять американских стартапов объявили о создании Альянса по инновациям в области мяса, птицы и морепродуктов (AMPS Innovation), коалиции, стремящейся работать с регулирующими органами для создания пути к рынку культивированного мяса и морепродуктов. [82] Среди основателей — Eat Just , Memphis Meats , Finless Foods, BlueNalu и Fork & Goode. [83] Аналогичным образом в декабре 2021 года группа из 13 европейских и израильских компаний ( Aleph Farms , Bluu Biosciences, Cubiq Foods, Future Meat , Gourmey, Higher Steaks, Ivy Farm, Meatable , Mirai Foods , Mosa Meat , Peace of Meat , SuperMeat и Vital Meat) основала Cellular Agriculture Europe, бельгийскую ассоциацию, которая стремилась «найти общую почву и говорить единым голосом на благо отрасли, потребителей и регулирующих органов». [84] [85] [86]
В октябре 2019 года Aleph Farms сотрудничала с 3D Bioprinting Solutions для выращивания мяса на Международной космической станции . Это было сделано путем выдавливания мясных клеток на каркас с помощью 3D-принтера. [87] В январе 2020 года Quartz обнаружил около 30 стартапов по выращиванию мяса, и что Memphis Meats, Just Inc. и Future Meat Technologies были самыми продвинутыми, поскольку они строили пилотные установки. [88] [89] По данным New Scientist в мае 2020 года, 60 стартапов разрабатывали культивированное мясо. Некоторые из них были поставщиками технологий. [90] Сообщается, что питательная среда по-прежнему стоит «сотни долларов за литр, но для масштабирования производства чистого мяса эта цена должна снизиться примерно до 1 доллара за литр». [90] В июне 2020 года китайские правительственные чиновники призвали к разработке национальной стратегии по конкуренции в сфере выращивания мяса. [91]
В декабре 2019 года в Бельгии был запущен проект Foieture с целью разработки культивированной фуа-гра (название представляет собой гибрид слов «foie» и «future») консорциумом из 3 компаний (стартап по производству культивированного мяса Peace of Meat, небольшая компания по производству мясных приправ Solina и небольшая компания по производству паштетов Nauta) и 3 некоммерческих институтов (университет KU Leuven , центр инноваций в пищевой промышленности Flanders Food и пилотный завод Bio Base Europe). [92] В декабре 2019 года Peace of Meat заявила, что намерена завершить проверку концепции в 2020 году, выпустить свой первый прототип в 2022 году и выйти на рынок в 2023 году. [92] В том же месяце проект Foieture получил исследовательский грант в размере почти 3,6 миллиона евро от Агентства инноваций и предпринимательства фламандского правительства . [92] В мае 2020 года соучредитель Peace of Meat и научный исследователь, родившаяся в Австрии Ева Зоммер заявила, что стартап смог производить 20 граммов культивированного жира по цене около 300 евро (15 000 евро/кг); целью было снизить цену до 6 евро за килограмм к 2030 году. [93] Piece of Meat построила две лаборатории в порту Антверпена . [93] В конце 2020 года MeaTech приобрела Peace of Meat за 15 миллионов евро и объявила в мае 2021 года, что построит новый крупномасштабный пилотный завод в Антверпене к 2022 году. [94]
В ноябре 2020 года индийский стартап Clear Meat заявил, что ему удалось вырастить куриный фарш стоимостью всего 800–850 индийских рупий (10,77–11,44 долл. США), в то время как забитая обработанная курица стоила около 1000 рупий. [95] 27 апреля 2022 года Европейская комиссия одобрила запрос на сбор подписей в поддержку Европейской гражданской инициативы « Окончание века убоя» для перевода субсидий из животноводства в клеточное сельское хозяйство. [96]
Согласно отчету Oghma Partners за ноябрь 2023 года, 46,9% всех средств — более 2,6 млрд британских фунтов стерлингов, — собранных для стартапов по выращиванию мяса в период с 2016 по 2023 год, достались пятерке крупнейших компаний, в которую входят Upside Foods (21,5%; ранее Memphis Meats), Believer Meats (ранее Future Meat Technologies), Wildtype , Aleph Farms и Mosa Meat . [97]
Есть несколько [стартапов]. Довольно интересно видеть, что есть три центра: один в Кремниевой долине , один в Нидерландах и один в Израиле. Я думаю, это потому, что в этих трех местах есть, во-первых, отличный сельскохозяйственный университет — у нас есть Вагенинген ; во-вторых, отличный медицинский университет — для нас это Лейден ; и, наконец, у нас есть Делфт с инженерной точки зрения. Эти три вместе дают вам прочную основу для [разработки культивируемого мяса], и эта [комбинация] существует в Израиле, Нидерландах и Америке.
Крин де Нуд, Meatable (2020) [98]
В Европейском союзе новые продукты питания, такие как мясные продукты, должны пройти период испытаний продолжительностью около 18 месяцев, в течение которого компания должна доказать Европейскому агентству по безопасности пищевых продуктов (EFSA), что их продукт безопасен. [99] [100] В марте 2022 года производители мясных продуктов достигли уровня, когда пытаются получить одобрение регулирующих органов от наднациональных учреждений Европейского союза, что произошло непосредственно перед тем, как массовые товары могли быть проданы потребителям. [3] К февралю 2023 года никто еще не подал досье на новые продукты питания для одобрения в EFSA. [100] Юристы объяснили это тем, что, хотя новая процедура EFSA для пищевых продуктов была хорошо отлажена с 1997 года (в отличие от других юрисдикций, которые все еще имеют или должны были разработать определенные нормативные стандарты), это долгий и сложный процесс, в котором компании могут иметь мало влияния после подачи своего запроса, в отличие от стартапов по выращиванию мяса в Соединенных Штатах (которые могли бы легко общаться с FDA для прояснения любых вопросов), а также в Великобритании, Сингапуре и Израиле (где правительства внедрили «единую точку контакта», ответственную за весь процесс). [100]
В апреле 2024 года голландский стартап Meatable стал первым в ЕС, кто получил одобрение регулирующих органов от EFSA на публичную дегустацию концепции культивированного мяса, в данном случае колбасы, на фоне большого внимания международных и национальных СМИ. [101] [102] [103] Технический директор Meatable Даан Луининг предупредил, что потребуется несколько лет, чтобы масштабировать производство для обслуживания всех супермаркетов, что культивированное мясо — это всего лишь альтернатива, которая постепенно станет более доступной, предоставив потребителям больше выбора, и что традиционная мясная промышленность не будет заменена в ближайшее время. [102]
В ноябре 2020 года SuperMeat открыл тестовый ресторан в Нес-Ционе , Израиль, прямо рядом со своим пилотным заводом; журналисты, эксперты и небольшое количество потребителей могли записаться на прием, чтобы попробовать новую еду там, глядя через стеклянное окно на производственный объект с другой стороны. Ресторан еще не был полностью открыт для публики, поскольку по состоянию на июнь 2021 года SuperMeat все еще нужно было дождаться одобрения регулирующих органов, чтобы начать массовое производство для общественного потребления, и поскольку пандемия COVID-19 ограничила работу ресторанов. [104] [105] К февралю 2023 года израильские власти создали регулирующую структуру, аналогичную сингапурской, и продемонстрировали общую готовность работать над одобрением (а также финансировать исследования для инноваций в области культивируемых продуктов питания), но все еще находились в процессе разработки правил безопасности в консультации с исследователями и другими экспертами. [100] Например, Министерство здравоохранения Израиля и Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) совместно организовали съезд экспертов по регулированию безопасности культивируемых продуктов питания в сентябре 2022 года. [100]
В январе 2024 года Министерство здравоохранения Израиля выдало разрешение на выращивание говядины компанией Aleph Farms . [106] [107]
2 декабря 2020 года Сингапурское продовольственное агентство одобрило «куриные кусочки», производимые Eat Just, для коммерческой продажи. Это был первый случай, когда продукт из культивированного мяса прошел проверку безопасности (которая заняла 2 года) пищевого регулятора, и был широко расценен как важная веха для отрасли. Куриные кусочки были запланированы к внедрению в сингапурских ресторанах. [108] Ресторан «1880» стал первым, кто подал культивированное мясо клиентам в субботу 19 декабря 2020 года. [109] [110]
В январе 2023 года SFA также предоставило регулирующее одобрение на производство культивированного мяса с бессывороточной средой дочерней компании Eat Just GOOD Meat, которая представила свой чистый куриный продукт в нескольких сингапурских ресторанах, а также в уличных торговых центрах и службах доставки еды с 2020 года и строила биореакторы для своего нового предприятия в Сингапуре. [111] Это первое в мире одобрение было названо важной вехой в повышении масштабируемости и эффективности производства культивированного мяса. [111] В апреле 2024 года австралийский стартап Vow получил сингапурское одобрение на своего культивированного перепела ; [103] в то время как голландский стартап Meatable представит свои культивированные свиные колбаски в нескольких ресторанах Сингапура позднее в 2024 году. [103]
В ноябре 2022 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) завершило предпродажные консультации с компанией Upside Foods (ранее Memphis Meats), придя к выводу, что ее продукция безопасна для употребления в пищу, что является первым случаем для компаний по выращиванию мяса в Соединенных Штатах. [112] Одобрение от последнего агентства, Министерства сельского хозяйства США (USDA), было получено компаниями Upside Foods и Good Meat , обеими для выращивания курицы, в июне 2023 года. [113] [114]
Примечание: даты, выделенные курсивом, относятся к прогнозируемым датам достижения результатов в будущем; они могут сместиться.
Помимо этих компаний, некоммерческие организации, такие как New Harvest , Good Food Institute , ProVeg International [192] и Cellular Agriculture Society, выступают за культивирование мяса, финансируют и исследуют его. [193]
Примечание: данные, выделенные курсивом, относятся к незавершенным проектам или прогнозируемым мощностям в будущем; они могут измениться.
Для клеточного земледелия требуются клеточные линии , как правило, стволовые клетки . Стволовые клетки — это недифференцированные клетки, которые потенциально могут стать многими или всеми требуемыми типами специализированных клеток. Тотипотентные стволовые клетки обладают способностью дифференцироваться во все различные типы клеток, обнаруженные в организме. Плюрипотентные стволовые клетки могут созревать во все типы клеток, за исключением тех, что находятся в плаценте, а мультипотентные стволовые клетки могут дифференцироваться в несколько специализированных типов клеток в пределах одной линии. Унипотентные стволовые клетки могут дифференцироваться в одну конкретную судьбу клеток. [200]
Хотя плюрипотентные стволовые клетки были бы идеальным источником, наиболее ярким примером этой подкатегории являются эмбриональные стволовые клетки, которые — из-за этических проблем — являются спорными для использования в исследованиях. В результате ученые разработали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC) — по сути, мультипотентные клетки крови и кожи, которые были регрессированы до плюрипотентного состояния, что позволяет им дифференцироваться в более широкий диапазон клеток. [201] Альтернативой является использование мультипотентных взрослых стволовых клеток, которые дают начало линиям мышечных клеток или унипотентных предшественников, которые дифференцируются в мышечные клетки. [200]
Благоприятные характеристики стволовых клеток включают бессмертие, пролиферативную способность, независимость от адгезии, независимость от сыворотки и легкую дифференциацию в ткани. Естественное наличие таких характеристик, вероятно, будет отличаться в зависимости от вида клеток и происхождения. Таким образом, культивирование in vitro должно быть скорректировано для удовлетворения точных потребностей конкретной клеточной линии. Проблема бессмертия заключается в том, что у клеток есть ограничение на количество раз, которое они могут делиться, что диктуется их теломером — дополнительными нуклеотидными основаниями, добавленными к концу их хромосом. С каждым делением теломера постепенно укорачивается, пока ничего не останется, и в этот момент клетки перестают делиться. Индуцированная плюрипотентность может удлинять теломера, так что клетки делятся бесконечно. [201]
Клеточные линии могут быть собраны из первичного источника, т. е. посредством биопсии на животном под местной анестезией. Они также могут быть созданы из вторичных источников, таких как криоконсервированные культуры (культуры, замороженные после предыдущих исследований). [ необходима цитата ]
После того, как клеточные линии установлены, их погружают в питательную среду , чтобы побудить их к размножению. Питательная среда обычно создается из базальных сред, которые обеспечивают клетки необходимыми углеводами, жирами, белками и солями. Как только клетка потребляет достаточное количество, она делится, и популяция увеличивается экспоненциально. Питательная среда может быть дополнена добавками, например, сывороткой, которые поставляют дополнительные факторы роста. Факторы роста могут быть секретируемыми белками или стероидами, которые имеют решающее значение в регулировании клеточных процессов. [2]
Как только начинается дифференциация, мышечные волокна начинают сокращаться и вырабатывать молочную кислоту. Способность клеток поглощать питательные вещества и размножаться частично зависит от pH их среды. По мере накопления молочной кислоты в среде среда будет становиться все более кислой и падать ниже оптимального pH. В результате питательную среду необходимо часто обновлять. Это помогает обновить концентрацию питательных веществ из базальной среды. [23]
.jpg/1280px-Muscle_Tissue_Smooth_(40087100000).jpg)
В случае структурированных мясных продуктов — продуктов, которые характеризуются общей конфигурацией, а также типом клеток — клетки должны быть засеяны в каркасы. Каркасы по сути являются формами, призванными отражать и поощрять клетки организовываться в более крупную структуру. Когда клетки развиваются in vivo , на них влияют их взаимодействия с внеклеточным матриксом (ECM). ECM представляет собой трехмерную сетку гликопротеинов , коллагена и ферментов, ответственных за передачу механических и биохимических сигналов клетке. Каркасы должны имитировать характеристики ECM. [2]
Поры — это крошечные отверстия на поверхности каркаса. Они могут быть созданы на поверхности биоматериала для высвобождения клеточных компонентов, которые могут помешать развитию ткани. Они также помогают диффундировать газу и питательным веществам в самые внутренние слои адгезивных клеток, предотвращая образование «некротического центра». Некротический центр — это явление, при котором клетки, не находящиеся в прямом контакте с культуральной средой, погибают из-за недостатка питательных веществ. [202]
Сосудистая ткань, обнаруженная в растениях, содержит органы, ответственные за внутреннюю транспортировку жидкостей. Она формирует естественные топографии, которые обеспечивают недорогой способ содействия выравниванию клеток путем копирования естественного физиологического состояния миобластов. Она также может помочь с газообменом и обменом питательных веществ. [202]
Биохимические свойства каркаса должны быть похожи на свойства ECM. Он должен способствовать адгезии клеток посредством текстурных качеств или химической связи. Кроме того, он должен производить химические сигналы, которые стимулируют дифференциацию клеток. В качестве альтернативы, материал должен иметь возможность смешиваться с другими веществами, которые имеют эти функциональные качества. [202]
Степень кристалличности материала определяет такие качества, как жесткость. Высокая кристалличность может быть обусловлена водородными связями, которые в свою очередь увеличивают термическую стабильность, прочность на разрыв (важно для поддержания формы каркаса), удержание воды (важно для гидратации клеток) и модуль Юнга . [202]
Некоторые материалы распадаются на соединения, полезные для клеток, хотя эта деградация также может быть нерелевантной или вредной. Деградация позволяет легко удалить каркас из готового продукта, оставляя только животную ткань, тем самым увеличивая его сходство с мясом in vivo . Эта деградация может быть вызвана воздействием определенных ферментов, которые не влияют на мышечную ткань. [202]
Если каркасы невозможно удалить из животной ткани, они должны быть съедобными, чтобы обеспечить безопасность потребителя. Было бы полезно, если бы они были сделаны из питательных ингредиентов. [202] С 2010 года появились академические исследовательские группы и компании, чтобы определить сырье, которое имеет характеристики подходящих каркасов. [202] [203] [204] [205] [206] [207]
Целлюлоза является наиболее распространенным полимером в природе и обеспечивает экзоскелеты листьев растений. Благодаря ее распространенности ее можно получить по относительно низкой цене. Она также универсальна и биосовместима. С помощью процесса, называемого «децеллюляризацией», ее покрывают поверхностно-активным веществом , которое создает поры. Эти поры высвобождают клеточные компоненты растения, и она становится децеллюляризованной растительной тканью. Этот материал был тщательно изучен группами Пеллинга и Годетта в Университете Оттавы и Вустерском политехническом институте соответственно. С помощью сшивания (образования ковалентных связей между отдельными полимерными цепями для удержания их вместе) механические свойства растительной ткани могут быть изменены так, чтобы она больше напоминала мышечную ткань. Это также можно сделать, смешивая растительную ткань с другими материалами. С другой стороны, децеллюляризованная растительная ткань обычно не имеет биохимических сигналов млекопитающих, поэтому ее необходимо покрыть компенсаторными функциональными белками. Рост клеток C2C12 не претерпел существенных изменений между голым каркасом и тем же каркасом, покрытым коллагеновыми или желатиновыми белками; однако эффективность засевания (скорость, с которой клетки прикрепляются к каркасу) улучшилась. [202] [203]
Преимуществом децеллюляризованной растительной ткани является естественная топография, обеспечиваемая сосудистой сетью листа. Это помогает воспроизвести естественное физиологическое состояние миобластов, что способствует выравниванию клеток. Другие способы сделать это обычно немного дороже, включая 3D-печать, мягкую литографию и фотолитографию. Васкуляризация также может помочь преодолеть предел диффузии 100–200 нм культуральной среды в клетки, которые обычно производят некротические центры в мышечных конгломератах. Другой способ сделать это — иметь пористый каркас, который поддерживает ангиогенез (развитие новых кровеносных сосудов). Хотя было показано, что это работает для яблоневого Hypanthium , не все растения почти такие же пористые. Альтернативой растительной целлюлозе является бактериальная целлюлоза, которая, как правило, более чистая, чем растительная целлюлоза, поскольку она свободна от загрязняющих веществ, таких как лигнин и гемицеллюлоза . Бактериальная целлюлоза имеет больше водородных связей между своими полимерными цепями, и поэтому она имеет большую кристалличность. Он также имеет более мелкие микрофибриллы , которые позволяют ему удерживать больше влаги и иметь более мелкие поры. Вещество может быть получено с использованием отходов углеводов (что может позволить производить его менее затратно), и оно добавляет сочность и жевательность эмульгированному мясу (что означало бы, что даже если его нельзя извлечь из конечного продукта, оно будет способствовать профилю текстуры). [202] [203]
Хитин — второй по распространенности полимер в природе. Он содержится в экзоскелетах ракообразных и грибов . Поскольку клеточное сельское хозяйство пытается покончить с зависимостью от животных, хитин, полученный из грибов, представляет больший интерес. Он в основном изучался группой Pelling. Хитозан получают из хитина в процессе, известном как щелочное деацетилирование (замена определенных групп аминокислот ). Степень этого процесса определяет физические и химические свойства хитозана. Хитозан обладает антибактериальными свойствами; в частности, он оказывает бактерицидное действие на планктонные бактерии и биопленки и бактериостатическое действие на грамотрицательные бактерии, такие как E. coli . Это важно, поскольку он нейтрализует потенциально вредные соединения без использования антибиотиков , которых многие потребители избегают. Сходство хитозана с гликозаминогликанами и внутренние взаимодействия между гликопротеинами и протеогликанами делают его высоко биосовместимым. Он может легко смешиваться с другими полимерами для выбора более биоактивных факторов. Одним из потенциальных недостатков хитозана является то, что он распадается в присутствии лизоцимов (природных ферментов). Но этому можно противостоять с помощью деацетилирования . Это не совсем негативно, так как побочные продукты, полученные в результате распада, обладают противовоспалительными и антибактериальными свойствами. Важно сопоставить уровень, на котором клетки полагаются на матрицу для структуры с распадом. [202]
Коллаген — это семейство белков, составляющих первичную структуру соединительной ткани человека. Обычно его получают из коровьего, свиного и мышиного сырья. Клеточное сельское хозяйство преодолевает эту зависимость за счет использования трансгенных организмов, способных производить аминокислотные повторы, из которых состоит коллаген. Коллаген в природе существует как коллаген типа I. Он был произведен в виде пористых гидрогелей, композитов и субстратов с топографическими подсказками и биохимическими свойствами. Синтетические виды коллагена были получены путем рекомбинантного производства белка — коллаген типа II и III, тропоэластин и фибронектин . Одна из проблем с этими белками заключается в том, что их нельзя модифицировать после трансляции. Однако альтернативный фибриллярный белок был выделен в микробах, у которых отсутствуют биохимические подсказки коллагена, но есть свой тип настраиваемости генов. Одним из направлений рекомбинантного производства коллагена является оптимизация урожайности — как его можно производить наиболее эффективно. Растения, в частности табак, кажутся наилучшим вариантом, однако бактерии и дрожжи также являются жизнеспособными альтернативами. [202]
Текстурированный соевый белок — это продукт из соевой муки, часто используемый в растительном мясе, который поддерживает рост клеток крупного рогатого скота. Его губчатая текстура обеспечивает эффективное засевание клеток, а его пористость способствует переносу кислорода. Кроме того, он распадается во время дифференциации клеток на соединения, полезные для определенных клеток. [204]
Мицелий — это корни грибов. Altast Foods Co. использует твердофазную ферментацию для выращивания грибной ткани на мицелиевых каркасах. Они собирают эту ткань и используют ее для создания аналогов бекона. [205]
Наноматериалы проявляют уникальные свойства в наномасштабе . Базирующаяся в Лондоне компания Biomimetic Solutions использует наноматериалы для создания каркасов. [204] Компания Cass Materials в Перте, Австралия, использует диетическое волокно под названием Nata de Coco (полученное из кокосов) для создания наноцеллюлозных губок для своего каркаса BNC. Nata de Coco является биосовместимым, имеет высокую пористость, способствует адгезии клеток и является биоразлагаемым. [206]
Иммерсионное струйное прядение — это метод создания каркасов путем прядения полимеров в волокна. Он был разработан Parker Group в Гарварде. Их платформа использует центробежную силу для выдавливания полимерного раствора через отверстие во вращающемся резервуаре. Во время экструзии раствор образует струю, которая удлиняется и выравнивается при пересечении воздушного зазора. Струя направляется в осадительную ванну с вихревым управлением, которая химически сшивает или осаждает полимерные нановолокна. Регулировка воздушного зазора, вращения и раствора изменяет диаметр получаемых волокон. Этот метод позволяет прясть каркасы из PPTA, нейлона, ДНК и листов нановолокон. Нановолокнистый каркас, изготовленный из альгината и желатина, смог поддержать рост клеток C2C12. Миобласты гладких мышц аорты кролика и быка смогли прилипнуть к желатиновым волокнам. Они образовали агрегаты на более коротких волокнах и выровняли ткань на более длинных. [207] Matrix Meats использует электропрядение — процесс, который использует электрическую силу для превращения заряженных полимеров в волокна для каркасов. Их каркасы допускают мраморность мяса, совместимы с несколькими клеточными линиями и масштабируемы. [208]
Другим предложенным способом структурирования мышечной ткани является аддитивное производство . Такая технология была усовершенствована для промышленного применения при производстве объектов из пластика, металла, стекла и других синтетических материалов. Наиболее распространенная вариация процесса заключается в постепенном нанесении нити слоями на основание до тех пор, пока объект не будет завершен. Этот метод, скорее всего, лучше всего подойдет для применения культивированного мяса, в отличие от других типов, таких как струйная обработка связующего, струйная обработка материала или стереолитография, для которых требуется определенный вид смолы или порошка. [ необходима цитата ]
Нити мышечных клеток могут быть напечатаны в структуру, которая должна напоминать готовый мясной продукт, который затем может быть дополнительно обработан для созревания клеток. Эта технология была продемонстрирована в сотрудничестве между 3D bioprinting solutions и Aleph Farms, которые использовали аддитивное производство для структурирования клеток индейки на Международной космической станции. [210] 3D bioprinting использовался для производства похожего на стейк культивированного мяса, состоящего из трех типов волокон бычьих клеток и имеющего структуру собранных клеточных волокон, которая похожа на исходное мясо. [209] [211]
Скаффолды помещаются внутрь биореакторов, чтобы происходил рост и специализация клеток. Биореакторы — это большие машины, похожие на танки пивоваренных заводов, которые подвергают клетки воздействию большого количества факторов окружающей среды, необходимых для стимулирования либо пролиферации, либо дифференциации. Температура биореактора должна воспроизводить условия in vivo . В случае клеток млекопитающих для этого требуется нагрев до 37 °C (99 °F). В качестве альтернативы клетки насекомых можно выращивать при комнатной температуре. Большинство биореакторов поддерживают на уровне 5% углекислого газа. [2] [212] Клетки можно культивировать либо в непрерывных, либо в периодических системах с подпиткой. Первая подразумевает инокуляцию и сбор клеток в постоянном процессе, так что в биореакторе всегда есть клетки. Периодические системы с подпиткой подразумевают инокуляцию клеток, их культивирование и сбор в течение одного периода. [2]
Биореакторы с перемешиваемым резервуаром являются наиболее широко используемой конфигурацией. Импеллер увеличивает поток, тем самым гомогенизируя питательную среду, а диффузор облегчает обмен кислорода в среде. Эта система обычно используется для суспензионных культур, но может использоваться для клеток, которым требуется прикрепление к другой поверхности, если включены микроносители. Биореакторы с неподвижным слоем обычно используются для адгезивных культур. Они представляют собой полоски волокон, которые упакованы вместе, чтобы сформировать слой, к которому могут прикрепляться клетки. Аэрированная питательная среда циркулирует через слой. В биореакторах с воздушным подъемом питательная среда аэрируется в газообразную форму с помощью пузырьков воздуха, которые затем рассеиваются и диспергируются среди клеток. Перфузионные биореакторы являются распространенными конфигурациями для непрерывного культивирования. Они непрерывно дренируют среду, насыщенную молочной кислотой, которая лишена питательных веществ, и заполняют ее пополняемой средой. [213]
Питательная среда является важным компонентом культивирования in vitro . Она отвечает за обеспечение макромолекул, питательных веществ и факторов роста, необходимых для пролиферации клеток. Получение факторов роста является одной из самых сложных задач клеточного сельского хозяйства. Традиционно она включает использование сыворотки плода крупного рогатого скота (FBS), которая является продуктом крови, извлеченным из плодов коров. Помимо аргумента о том, что ее производство неэтично, она также нарушает представление о том, что культивированное мясо производится независимо от использования животных. Это также самый дорогостоящий компонент культивированного мяса, стоимость которого составляет около 1000 долларов за литр. Кроме того, химический состав сильно различается в зависимости от животного, поэтому его невозможно единообразно количественно определить химическим путем. [214] FBS используется, потому что она удобно имитирует процесс развития мышц in vivo . Факторы роста, необходимые для развития тканей, в основном поставляются через кровоток животного, и никакая другая известная жидкость не может в одиночку доставить все эти компоненты. [2]
Текущая альтернатива заключается в создании каждого фактора роста индивидуально с использованием рекомбинантного производства белка. В этом процессе гены, кодирующие определенный фактор, интегрируются в бактерии, которые затем ферментируются. Из-за дополнительной сложности этого процесса он особенно дорог. [2] Future Fields, канадская компания, сосредоточенная на преодолении экономических и экологических издержек традиционных питательных сред, разрабатывает факторы роста без сыворотки из плодовых мушек. [215]
Идеальная среда должна быть химически количественно определяемой и доступной, чтобы гарантировать простоту производства, дешевой и не зависящей от животных. [51] Скорее всего, она будет получена из растений; и хотя это может снизить вероятность передачи инфекционных агентов, у некоторых потребителей она может вызвать аллергические реакции. [216] Такие сыворотки для культивирования могут также потребовать модификаций, специфичных для клеточной линии, к которой они применяются. Компании, которые в настоящее время инвестируют в разработку эффективной растительной культуры, включают Multus Media и Biftek. [217] [218]
Институт хорошего питания (GFI) опубликовал отчет в 2019 году в поддержку концепции, что мясо на основе клеток может производиться по той же стоимости, что и говяжий фарш, а в 2021 году они заказали отчет CE Delft по технико-экономическому анализу культивируемого мяса. [219] Другой предлагаемый подход заключается в том, чтобы подвергнуть клеточные линии воздействию магнитного поля, которое может стимулировать высвобождение молекул, обладающих регенеративными, метаболическими, противовоспалительными и иммуностимулирующими свойствами, выступая в качестве альтернативы сыворотке. [220]
Распространенной проблемой для биореакторов и каркасов является разработка конфигураций системы, которые позволяют всем клеткам получать воздействие культуральной среды, одновременно оптимизируя пространственные требования. В фазе пролиферации клеток, до введения каркаса, многие типы клеток должны быть прикреплены к поверхности для поддержки роста. Таким образом, клетки должны выращиваться в конфлюэнтных монослоях толщиной всего в одну клетку, что требует большой площади поверхности. Это создает практические проблемы в больших масштабах. Таким образом, системы могут включать микроносители — небольшие сферические шарики из стекла или другого совместимого материала, которые подвешены в культуральной среде. Клетки прилипают к этим микроносителям так же, как к стенкам биореактора, что увеличивает площадь поверхности. [221]
В фазе дифференциации клеток клетки могут быть посеяны на каркасе и поэтому не требуют использования микроносителей. Однако в этих случаях плотность клеток на каркасе означает, что не все клетки имеют интерфейс с культуральной средой, что приводит к гибели клеток и некротическим центрам в мясе. Когда мышцы культивируются in vivo , эта проблема обходит стороной, поскольку внеклеточный матрикс доставляет питательные вещества в мышцы через кровеносные сосуды. Таким образом, многие появляющиеся каркасы направлены на воспроизведение таких сетей. [221]
Аналогично, каркасы должны имитировать многие другие характеристики внеклеточного матрикса, в частности пористость, кристалличность, деградацию, биосовместимость и функциональность. Было выявлено немного материалов, которые имитируют все эти характеристики, что приводит к возможности смешивания различных материалов с дополнительными свойствами. [202]
Исследования в области клеточного сельского хозяйства не имеют существенной основы в виде академического интереса или источников финансирования. [25] Следовательно, большинство исследований были проведены и профинансированы независимыми учреждениями. Это постепенно меняется, поскольку некоммерческая деятельность стимулирует поддержку и интерес. В частности, New Harvest имеет программу стипендий для поддержки аспирантов и групп в различных академических учреждениях. [222] Кроме того, все большее число правительств финансируют исследования в области клеточного сельского хозяйства. В августе 2020 года Служба управления грантами Европейской комиссии выделила грант в размере 2,5 млн евро компании ORF Genetics. [223] В том же месяце Министерство экономики, торговли и промышленности Японии выделило Integriculture 2,2 млн долларов через свою Организацию по развитию новых энергетических и промышленных технологий. [224]
В рамках программы финансирования НИОКР Европейского союза Horizon 2020 был выделен грант в размере 2,7 млн евро консорциуму во главе с BioTech Foods . [225] В 2021 году правительство Испании выделило 3,7 млн евро компании Biotech Foods для изучения потенциальных преимуществ клеточного сельского хозяйства для здоровья. [226] Национальный научный фонд выделил грант в размере 3,55 млн долларов группе исследователей из Калифорнийского университета в Дэвисе для проведения исследований в области культивирования мяса в открытом доступе. [227] Некоммерческие организации также способствуют поддержке и интересу к этой области. В частности, New Harvest реализует программу стипендий для поддержки исследований конкретных аспирантов и групп в различных академических учреждениях, а Good Food Institute финансирует исследования в открытом доступе через свою программу исследовательских грантов. [ необходима ссылка ]
Потребительское принятие продукта имеет решающее значение. [228] [229] Исследование, изучающее принятие культивированного мяса в Китае, Индии и США, «выявило высокий уровень принятия чистого мяса в трех самых густонаселенных странах мира». [230] Было выявлено несколько потенциальных факторов принятия культивированного мяса потребителями. Полезность для здоровья, безопасность, питательные характеристики, устойчивость, вкус и более низкая цена — все это способствующие факторы. [231] Одно исследование показало, что использование высокотехнического языка для объяснения культивированного мяса привело к значительно более негативному общественному отношению к этой концепции. [232] Одно исследование предположило, что описание культивированного мяса таким образом, чтобы подчеркнуть конечный продукт, а не метод производства, было эффективным способом улучшения принятия. [233]
Использование стандартизированных описаний улучшит будущие исследования потребительского признания культивированного мяса. Текущие исследования часто сообщают о радикально разных показателях признания, несмотря на схожие группы населения для опроса. [234] Лу Куперхаус, генеральный директор BlueNalu, поделился в подкасте Red to Green , что «на основе клеток» и «выращенный клетками» являются подходящими терминами, чтобы отличить его от обычного мяса, при этом четко описывая процесс его изготовления. [235] Также существует проблема в том, как использовать эти описания в маркировке. Например, в Соединенных Штатах нет всеобъемлющего федерального законодательства, которое регулирует, как культивированное мясо должно маркироваться для потребителя. В то время как традиционные производители мяса пытаются помешать компаниям, производящим культивированное мясо, использовать термин «мясо», производители культивированного мяса утверждают, что это слово необходимо для признания потребителями. [236]
Глобальное принятие рынком не было оценено. Исследования пытаются определить текущие уровни принятия потребителями и выявить методы улучшения этой ценности. [237] Четкие ответы отсутствуют, хотя одно недавнее исследование сообщило, что потребители были готовы платить больше за культивированное мясо. [231] [232] [233] [238] [239] [240] [241] Сообщалось, что низкий процент пожилых людей демонстрирует принятие культивированного мяса. Поведение в еде, образовательный статус и пищевой бизнес были названы наиболее важными факторами для этой группы населения. [240] Также отсутствуют исследования, связывающие методы производства культивированного мяса с его вкусом для потребителей. [ необходима ссылка ]
Также необходимо урегулировать вопросы регулирования. Европейский союз, Австралия, Новая Зеландия, Соединенное Королевство и Канада требуют одобрения новых пищевых приложений до того, как они поступят в продажу. Кроме того, Европейский союз требует, чтобы продукты и продукция из культивируемых животных были безопасными, с помощью одобренного приложения компании, с 1 января 2018 года. [242]
В 2020 году Сингапур стал первой страной в мире, одобрившей продажу культивированного мяса. Сингапурское продовольственное агентство опубликовало руководство по требованиям к оценке безопасности новых продуктов питания, включая особые требования к информации, которая должна быть представлена для одобрения культивированных мясных продуктов. [243]
В марте 2023 года правительство Италии Мелони одобрило законопроект, запрещающий производство и коммерциализацию культивируемого мяса для потребления человеком и животными; [244] [245] [246] этот шаг, который, по словам правительства, был направлен на защиту продовольственного наследия, [247] подвергся критике, в том числе со стороны ученых, за то, что он противоречит мировым тенденциям открытости и легализации, [248] как ошибочный, [249] и за возможное ухудшение изменения климата в Италии . [250] К октябрю 2023 года сообщалось, что итальянское правительство отменило законопроект, [251] [252] [253] и отозвало уведомление Информационной системы технического регулирования, процедуру, направленную на предотвращение создания барьеров на внутреннем рынке Европейского союза, для законопроекта. [254] Франческо Лоллобриджида , министр сельского хозяйства Италии, заявил, что отзыв законопроекта об антикультивированном мясе, представленного Италией в Европейский союз, «не является шагом назад», что, по мнению многих, было связано с тем, что правительство хотело избежать вероятного отклонения Европейской комиссией . Он добавил, что законопроект не будет отозван и будет продвигаться вперед. [255] Италия стала первой страной, запретившей культивированное мясо в ноябре 2023 года, когда правительство одобрило законопроект. [256] [257]
В сентябре 2020 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) и Министерство сельского хозяйства США (USDA) договорились о совместном регулировании культивируемого мяса. В соответствии с соглашением FDA контролирует сбор клеток, банки клеток, а также рост и дифференциацию клеток, в то время как USDA контролирует производство и маркировку пищевых продуктов, полученных из клеток, которые предназначены для потребления человеком. [258]
Несколько штатов США, такие как Миссури , Южная Каролина , Техас и Вашингтон, приняли законы, ограничивающие использование термина « мясо» на упаковке культивируемого мяса. [259] [236]
Полный запрет на культивированное мясо был введен во Флориде и Алабаме : во Флориде закон делает уголовным преступлением производство и продажу [260] , а в Алабаме производство, продажа и распространение культивированного мяса будет запрещено законом с октября 2024 года. [261] Правительства Аризоны, Кентукки, Теннесси и Западной Вирджинии рассматривают возможность принятия аналогичных законов. [262]
В августе 2024 года компания Upside Foods подала в суд на Флориду, пытаясь добиться отмены их закона. [263]
Крупномасштабное производство культивированного мяса может потребовать или не потребовать добавления искусственных гормонов роста в культуру для производства мяса. [264] [265] Поскольку культивированное мясо выращивается в стерильной среде, нет необходимости в антибиотиках. [266] Сегодня широкое использование антибиотиков в традиционном сельском хозяйстве является основным фактором устойчивости к антибиотикам у людей. [267] По данным Всемирной организации здравоохранения, устойчивость к противомикробным препаратам представляет собой «все более серьезную угрозу для глобального общественного здравоохранения, которая требует действий во всех государственных секторах и обществе» [268] — прогнозируя до 10 миллионов смертей ежегодно к 2050 году. [269] Культивированное мясо может стать эффективным решением для снижения этого серьезного риска для здоровья человека. [270]
Исследователи предположили, что жирные кислоты омега-3 можно добавлять в культивируемое мясо в качестве бонуса для здоровья. [57] Аналогичным образом содержание жирных кислот омега-3 в обычном мясе можно увеличить, изменив корм для животных. [271] В настоящее время в Испании ведутся исследования по разработке культивируемого мяса с более полезными жирами, которые могли бы снизить уровень холестерина и риск рака толстой кишки, обычно связанный с потреблением красного мяса. [272] В выпуске журнала Time было высказано предположение, что процесс культивирования клеток может также снизить подверженность мяса бактериям и болезням. [58]
Из-за строго контролируемой и предсказуемой среды культивированное производство мяса сравнивают с вертикальным фермерством . Некоторые из его сторонников предсказывают, что оно будет иметь схожие преимущества с точки зрения снижения воздействия опасных химических веществ, таких как пестициды и фунгициды, серьезных травм и диких животных. [273] Также отсутствуют исследования по сравнению влияния на здоровье производства культивированного мяса с промышленным мясом или биологическими способами производства органического мяса. [ необходима цитата ]
Хотя культивированное мясо состоит из клеток мышц животных, жира и опорных клеток, а также кровеносных сосудов, [274] которые такие же, как и в традиционном мясе, некоторые потребители могут посчитать высокотехнологичный процесс производства неприемлемым. Культивированное мясо было описано как поддельное или «Frankenmeat». [275] С другой стороны, культивированное мясо может быть произведено без искусственных гормонов, антибиотиков, стероидов, лекарств и ГМО, обычно используемых в мясе и морепродуктах, выращенных на фабриках, хотя и не используемых в органическом биологическом производстве. Если культивированный мясной продукт отличается по внешнему виду , вкусу , запаху , текстуре или другим факторам, он может быть неконкурентоспособным в коммерческом плане с мясом, произведенным традиционным способом. Отсутствие костей и сердечно-сосудистой системы является недостатком для блюд, где эти части вносят заметный кулинарный вклад. Отсутствие костей и/или крови может сделать многие традиционные мясные блюда, такие как крылышки буйвола , более вкусными для некоторых людей. Кроме того, кровь и кости потенциально могут быть культивированы в будущем. [276] [277] [278]
Животноводческое производство для производства продуктов питания является основной причиной загрязнения воздуха/воды и выбросов углерода. [279] Были подняты важные вопросы о том, может ли традиционная промышленность удовлетворить быстро растущий спрос на мясо. [280] Культивированное мясо может стать экологически безопасной альтернативой традиционному производству мяса. [281] Ожидается, что воздействие культивированного мяса на окружающую среду будет значительно ниже, чем от животноводства. [282] На каждый гектар , который используется для вертикального земледелия и/или производства культивированного мяса, где-то от 10 до 20 гектаров земли могут быть возвращены в свое естественное состояние. [283] Вертикальные фермы (в дополнение к объектам культивирования мяса) могут использовать метантенки для выработки части своих потребностей в электроэнергии. Метантенки могут быть построены на месте для преобразования органических отходов, образующихся на объекте, в биогаз , который обычно состоит из 65% метана. Этот биогаз может сжигаться для выработки электроэнергии для теплицы или ряда биореакторов. [284]
В одном исследовании сообщалось, что культивированное мясо было «потенциально ... гораздо более эффективным и экологически чистым». Оно генерировало всего 4% выбросов парниковых газов, сокращало энергетические потребности производства мяса до 45% и требовало всего 2% земли, которую использует мировая мясная/животноводческая промышленность. [285] [286] В анализе жизненного цикла Туомисто утверждалось, что производство 1000 кг мяса традиционно требует «26–33 ГДж энергии, 367–521 м 3 воды, 190–230 м 2 земли и выделяет 1900–2240 кг выбросов парниковых газов в эквиваленте CO 2 ». С другой стороны, производство того же количества мяса in vitro имеет «7–45% меньшее потребление энергии... 78–96% меньше выбросов парниковых газов, 99% меньшее использование земли и 82–96% меньшее использование воды». [287]
Последнее исследование независимой исследовательской компании CE Delft показывает, что по сравнению с обычной говядиной культивируемое мясо может вызывать до 92% меньше выбросов парниковых газов, если в процессе производства используется возобновляемая энергия, на 93% меньше загрязнения, до 95% меньше использования земли и на 78% меньше воды. [288] Существует много экологических проблем, связанных с интенсивным птицеводством , которые также можно уменьшить, выращивая их мясо вместо разведения животных. К этим проблемам относятся попадание в воду и почву навоза, содержащего микроорганизмы и фармацевтические препараты, выбросы парниковых газов, таких как закись азота и метан, а также улетучивание частиц навоза. [289]
Скептик Маргарет Меллон из Союза обеспокоенных ученых предполагает, что потребности в энергии и ископаемом топливе для крупномасштабного производства культивированного мяса могут быть более разрушительными для окружающей среды, чем производство продуктов питания на земле. [55] С. Л. Дэвис предположил, что как вертикальное фермерство в городских районах, так и деятельность предприятий по выращиванию культивированного мяса могут нанести относительно небольшой вред диким животным, которые живут вокруг предприятий. [290] Диксон Деспоммье предположил, что природные ресурсы могут быть спасены от истощения благодаря вертикальному фермерству и выращиванию культивированного мяса. [291] В одном исследовании сообщается, что традиционное фермерство ежегодно убивает десять диких животных на гектар. [290]
Методы генной инженерии , такие как вставка, удаление, подавление, активация или мутация гена, не требуются для производства культивированного мяса. Производство культивированного мяса позволяет биологическим процессам, которые обычно происходят внутри животного, происходить без животного. Поскольку культивированное мясо выращивается в контролируемой искусственной среде, некоторые отмечают, что культивированное мясо больше напоминает гидропонные овощи, чем генетически модифицированные овощи. [292]
Ведутся дополнительные исследования культивируемого мяса, и хотя культивируемое мясо не требует генной инженерии, исследователи могут использовать такие методы для улучшения качества и устойчивости. Укрепление культивируемого мяса питательными веществами, такими как полезные жирные кислоты, является одним из улучшений, которое может быть достигнуто посредством генетической модификации. Такое же улучшение может быть достигнуто без генетической модификации, путем манипулирования условиями культуральной среды. [293] Генетическая модификация может быть способна усилить пролиферацию мышечных клеток. Введение миогенных регуляторных факторов, факторов роста или других генных продуктов в мышечные клетки может увеличить производство по сравнению с обычным мясом. [293]
Чтобы избежать использования каких-либо продуктов животного происхождения, было предложено использовать фотосинтетические водоросли и цианобактерии для производства основных ингредиентов для питательных сред, а не сыворотку плода крупного рогатого скота или лошади. [294] Некоторые исследователи предполагают, что способность водорослей и цианобактерий производить ингредиенты для питательных сред может быть улучшена с помощью определенных технологий, скорее всего, не исключая генную инженерию. [295]
Австралийский биоэтик Джулиан Савулеску сказал: «Искусственное мясо останавливает жестокость по отношению к животным, лучше для окружающей среды, может быть безопаснее и эффективнее, и даже полезнее. У нас есть моральное обязательство поддерживать такого рода исследования. Это получает этические два больших пальца вверх». [296] Группы по защите животных, как правило, выступают за культивированное мясо, потому что процесс культивирования не включает в себя нервную систему и, следовательно, не влечет за собой боль или нарушение прав. [55] [297] [298] Реакция вегетарианцев на культивированное мясо различается. [299] Некоторые считают, что культивированное мясо, представленное публике в августе 2013 года, не было вегетарианским, потому что в питательной среде использовалась сыворотка плода крупного рогатого скота . [300] Однако с тех пор культивированное мясо выращивалось с использованием среды, которая не включает сыворотку крупного рогатого скота. [301] Философ Карло Альваро утверждает, что вопрос о морали употребления мяса in vitro обсуждался только с точки зрения удобства. Альваро предлагает подход, ориентированный на добродетель, предполагая, что решимость производить культивируемое мясо проистекает из недобродетельных мотивов, то есть «отсутствия воздержания и непонимания роли пищи в процветании человека». [302]
Некоторые предложили провести независимые расследования стандартов, законов и правил для культивированного мяса. [303] Как и для многих других продуктов, для культивированного мяса требуются технически сложные методы производства, которые могут быть трудны для некоторых сообществ, что означает, что они будут лишены самодостаточности и будут зависеть от глобальных пищевых корпораций. [304] Некоторые проекты направлены на то, чтобы сделать клеточное сельское хозяйство доступным для всех. Например, проект Shojinmeat использует подход «снизу вверх», обучая участников выращивать культивированное мясо своими руками в домашних условиях. [305]
Проводя аналогичную параллель с культивируемым мясом, некоторые активисты-экологи утверждают, что принятие вегетарианской диеты может быть способом сосредоточиться на личных действиях и праведных жестах, а не на системных изменениях. Эколог Дэйв Райли утверждает, что «быть без мяса и без чувства вины кажется соблазнительно простым, в то время как вокруг нас бушует разрушение окружающей среды», и пишет, что Моллисон «настаивает на том, что вегетарианство изгоняет животных из съедобного ландшафта, так что их вклад в пищевую цепочку теряется». [306]
Еврейские раввинские авторитеты расходятся во мнениях относительно того, является ли культивированное мясо кошерным , то есть приемлемым в соответствии с еврейским законом и практикой. Одним из факторов является природа животного, из которого получены клетки, является ли оно кошерным или некошерным видом, и был ли, если клетки были взяты у мертвого животного, произведен ли убой в соответствии с религиозной практикой до извлечения клеток. Большинство авторитетов сходятся во мнении, что если исходные клетки были взяты у религиозно убитого животного, то культивированное из него мясо будет кошерным. [307] В зависимости от природы клеток его можно определить как кошерное, даже если оно взято у живого животного, и некоторые утверждают, что оно будет кошерным, даже если получено от некошерных животных, таких как свиньи. [29] В 2023 году вопрос о том, является ли лабораторное мясо немясным продуктом или «парве», стал предметом дебатов. [308]
Исламские диетические практики также должны быть рассмотрены. [309] Исламский институт округа Ориндж, Калифорния, заявил: «Похоже, нет никаких возражений против употребления этого типа культивированного мяса». [310] Кроме того, Абдул Кахир Камар из Международной исламской академии фикха сказал, что культивированное мясо «не будет считаться мясом живых животных, но будет культивированным мясом». Пока клетки не будут получены от свиней, собак и других харамных животных, мясо будет считаться растительным и «похожим на йогурт и ферментированные соленья». [310]
Католицизм , который исключает употребление мяса в определенные дни года (Великий пост, Страстная неделя), не высказался о том, запрещено ли культивированное мясо (как это происходит с мясом) или нет (как и любая другая пища, такая как овощи или рыба). Индуизм обычно исключает потребление говядины, такой как стейки и бургеры. Чандра Каушик, президент Hindu Mahasabha , сказал о культивированной говядине, что он «не допустит, чтобы она продавалась на рынке в любой форме или использовалась в коммерческих целях». [310]
Культивированное мясо значительно дороже обычного мяса. В интервью в марте 2015 года Пост сказал, что предельная себестоимость первоначального бургера его команды стоимостью 250 000 евро теперь составляет 8 евро. Он подсчитал, что технологические достижения позволят продукту стать конкурентоспособным по стоимости с говядиной традиционного происхождения примерно через десять лет. [311] В 2018 году Memphis Meats снизила себестоимость производства до 1700 долларов за фунт. [181] В 2019 году Eat Just заявила, что производство одного куриного наггетса обходится примерно в 50 долларов США. [312] Культивированные куриные наггетсы компании, которые теперь доступны в сингапурском ресторане 1880, продаются по цене около 17 долларов США как часть комплексного обеда; [313] однако эта розничная цена ниже себестоимости. По состоянию на 2021 год большинство компаний сообщают о себестоимости производства в размере 100 долларов США или более за порцию размером с еду. [314] Исследование 2019 года показало, что при современных технологиях фактическая себестоимость культивируемого мяса составляет более 400 000 долларов за килограмм. Исследование 2022 года показало, что если резкий прогресс снизит средние затраты до 3,74 долларов за литр, то издержки крупномасштабного производства могут оптимистично упасть до 63 долларов за килограмм в течение следующих нескольких лет. Основными драйверами затрат будут ростовая среда (составляющая 19,7 долларов за кг), рабочая сила (17,7 долларов за кг) и ремонт биореактора (5,47 долларов за кг). Конкуренция с оптовой говядиной (6 долларов за кг) потребует сокращения всех трех этих затрат. [315]
Научная статья, опубликованная в Front. Sustain. Food Syst., рассматривает социальные и экономические возможности и проблемы культивированного и растительного мяса для сельских производителей. Согласно этому исследованию, клеточное сельское хозяйство предлагает «такие возможности, как выращивание сельскохозяйственных культур в качестве ингредиентов для сырья для культивированного мяса; выращивание животных для получения генетического материала для культивированного мяса; производство культивированного мяса в биореакторах на уровне фермы; переход в новые секторы; новые рыночные возможности для смешанных и гибридных продуктов из мяса животных и альтернативного мяса; и новую ценность вокруг регенеративного или высокоблагополучного сельского хозяйства». Также определены некоторые проблемы, с возможной «потерей средств к существованию или дохода для владельцев ранчо и производителей скота, а также для фермеров, выращивающих сельскохозяйственные культуры для корма для животных; барьеры для перехода в развивающиеся сектора альтернативного мяса; и возможность исключения из этих секторов». Некоторые фермеры уже видят потенциал клеточного сельского хозяйства. Например, Иллтуд Дансфорд происходит из длинного рода фермеров в Уэльсе и основал свою компанию по производству культивированного мяса Cellular Agriculture Ltd в 2016 году. [316]
В 2015 году Маастрихтский университет провел первую Международную конференцию по культивируемому мясу. [317] New Harvest [318] — исследовательский институт 501(c)(3) — а также The Good Food Institute [319] проводят ежегодные конференции для привлечения лидеров отрасли, ученых, инвесторов и потенциальных партнеров. Эти две организации также финансируют общественные исследования и производят образовательный контент. Такие организации, как Cellular Agriculture Society и аналогичные организации в Канаде, Франции, Австралии и Новой Зеландии, были основаны для пропаганды культивируемого мяса в своих странах. [ требуется ссылка ] Такие издания, как Cell Agri и Protein Report, также предоставили обновления, касающиеся технологий и бизнеса в этой области. [320] [321]
Исследования продолжаются по многим направлениям, включая энтомокультуру , карты интерактома сердечной ткани, [322] дизайн субстрата, [322] дизайн каркаса, [322] пищевой профиль, [322] кинетику реакции, явления переноса, ограничения массопереноса и метаболические стехиометрические требования, [322] и процесс биопечати. [322]
Несколько венчурных компаний и программ акселераторов/инкубаторов сосредоточены на оказании помощи стартапам в области культивируемых технологий или компаниям, работающим на растительном белке, в целом. Венчурная компания Big Idea Ventures (BIV) запустила свой New Protein Fund для инвестирования в развивающиеся компании по производству клеточных и растительных продуктов питания в Нью-Йорке и Сингапуре. Они инвестировали в MeliBio , Actual Veggies, Biftek.co, Orbillion Bio, Yoconut, Evo, WildFor и Novel Farms. [323] Indie Bio — это программа акселераторов, ориентированная на биологию, которая инвестировала в Memphis Meats, Geltor, New Age Meats и Finless Foods. [324]
Культивированное мясо часто фигурирует в научной фантастике . Самое раннее упоминание, возможно, содержится в книге «Две планеты » (1897) Курда Лассвица , где «синтетическое мясо» — это один из видов синтетической пищи, завезенной на Землю марсианами. Другие известные книги, в которых упоминается искусственное мясо, включают « Дети Мафусаила» (1941) Роберта А. Хайнлайна ; «Пепел, пепел» (1943) Рене Баржавеля ; «Космические торговцы» (1952) Фредерика Поля и К. М. Корнблута ; «Ресторан у края Вселенной » (1980) Дугласа Адамса ; «Сквозь снег» (1982) Жака Лоба и Жан-Марка Рошетта ; «Нейромант» (1984) Уильяма Гибсона ; «Орикс и Коростель» (2003) Маргарет Этвуд ; Deadstock (2007) Джеффри Томаса ; Accelerando (2005) Чарльза Стросса ; Ware Tetralogy Руди Ракера ; Divergent ( 2011) Вероники Рот ; и Vorkosigan Saga (1986–2018) Лоис Макмастер Буджолд . [ требуется ссылка ]
В кино искусственное мясо занимало видное место в драме Джулио Квести 1968 года « Смерть снесла яйцо » ( La morte ha fatto l'uovo ) и комедии Клода Зиди 1976 года « Крыло или бедро » ( L' aile ou la cuisse ). «Искусственные» куры также появляются в сюрреалистическом фильме ужасов Дэвида Линча 1977 года «Голова-ластик» . Совсем недавно оно также было представлено в качестве центральной темы фильма «Антивирус» (2012). [ необходима цитата ] Звездолет « Энтерпрайз» из теле- и кинофраншизы «Звездный путь», по-видимому, поставляет синтетическое мясо, [325] хотя экипажи из «Следующего поколения» и более поздних используют репликаторы . [ необходима цитата ] В ситкоме ABC «Лучше Тед» (2009–2010) в эпизоде « Герои » Фил ( Джонатан Славин ) и Лем ( Малкольм Барретт ) пытаются вырастить говядину без коров. [326]
В фильме « В поисках галактики» во время ужина персонаж Тима Аллена говорит, что его стейк на вкус как «настоящая говядина из Айовы». [ требуется цитата ] В видеоигре Project Eden персонажи игроков исследуют компанию по производству искусственного мяса под названием Real Meat. [ требуется цитата ] В The Expanse «выращенное в чанах» мясо производится для того, чтобы кормить людей, которые живут на космических кораблях/космических станциях вдали от Земли, из-за непомерной стоимости импорта настоящего мяса. [ требуется цитата ] Искусственное мясо было темой эпизода The Colbert Report 17 марта 2009 года. [327]
В феврале 2014 года биотехнологический стартап BiteLabs провел кампанию по формированию общественной поддержки кустарного производства салями из мяса, выращенного из образцов тканей знаменитостей. [328] Кампания стала популярной в Twitter , где пользователи писали твиты знаменитостям, прося их пожертвовать мышечные клетки для проекта. [329] Реакции СМИ на BiteLabs по-разному определяли стартап как сатиру на культуру стартапов, [330] культуру знаменитостей, [331] или как повод для обсуждения биоэтических проблем. [332] Хотя BiteLabs утверждала, что вдохновлена успехом бургера Сергея Брина , компания рассматривается как пример критического дизайна, а не как реальное бизнес-предприятие. [ необходима цитата ]
В конце 2016 года культивированное мясо было вовлечено в дело в эпизоде «Как сделана колбаса» шоу CBS Elementary . [333] Культивированное мясо было представлено в канадском документальном фильме 2020 года «Мясо будущего » . [334] В видеоигре 2020 года Cyberpunk 2077 продается несколько видов культивированного мяса из-за высокой стоимости натурального мяса. К ним относятся «EEZYBEEF», изготовленный из культивированных in vitro мышечных клеток, взятых у крупного рогатого скота , и «Orgiatic» на основе культуры плоских червей , который выпускается в нескольких вариантах. [ требуется ссылка ]
Бесклеточное сельское хозяйство производит животные продукты, синтезированные из неживого материала. К таким продуктам относятся молоко, мед, яйца, сыр и желатин, которые сделаны из различных белков, а не из клеток. [335] Эти белки должны быть ферментированы, как при производстве рекомбинантных белков, производстве спирта и производстве многих растительных продуктов, таких как тофу, темпе и квашеная капуста. [336]
Белки кодируются определенными генами, гены, кодирующие интересующий белок, синтезируются в плазмиду — замкнутую петлю двойной спирали генетической информации. Эта плазмида, называемая рекомбинантной ДНК , затем вставляется в бактериальный образец. Чтобы это произошло, бактерии должны быть компетентными (т. е. способными принимать чужеродную внеклеточную ДНК) и способными горизонтально переносить гены (т. е. интегрировать чужеродные гены в свою собственную ДНК). Горизонтальный перенос генов значительно сложнее в эукариотических организмах, чем в прокариотических , поскольку у первых есть как клеточная мембрана, так и ядерная мембрана, через которые плазмида должна проникнуть, тогда как у прокариотических организмов есть только клеточная мембрана. По этой причине прокариотические бактерии часто оказываются в фаворе. Чтобы сделать такую бактерию временно компетентной, ее можно подвергнуть воздействию соли, такой как хлорид кальция , которая нейтрализует отрицательные заряды на фосфатных головках клеточной мембраны , а также отрицательные заряды на плазмиде, чтобы предотвратить их отталкивание. Бактерии могут инкубироваться в теплой воде, открывая большие поры на поверхности клетки, через которые может проникнуть плазмида. [337]
Затем бактерии ферментируются в сахаре, что стимулирует их рост и размножение. В процессе они экспрессируют свою ДНК, а также перенесенную плазмиду, что приводит к образованию белка. [ требуется цитата ] Наконец, раствор очищается для отделения остаточного белка. Это можно сделать, введя антитело, полученное против интересующего белка, которое убьет клетки бактерий, не содержащие белок. С помощью центрифугирования раствор можно вращать вокруг оси с достаточной силой для отделения твердых веществ от жидкостей. В качестве альтернативы его можно замочить в буферном ионном растворе, который использует осмос для выщелачивания воды из бактерий и их уничтожения. [338]
[Aleph Farms Ltd.] также работает над пилотным заводом. Такие компании, как BioTech Foods, SuperMeat и Eat Just, уже начали тестировать площадки.
Прото-креветки Шиока стоят 5000 долларов за килограмм, что составляет около 2268 долларов за фунт, в основном из-за цены на питательные жидкости, необходимые для питания клеток. Доступ к более доступным питательным веществам снизил стоимость мяса Шиока до 3500 долларов за килограмм, или около 1588 долларов за фунт. (...) Шумай Шиока, например, стоил 300 долларов за штуку. (...) Цель состоит в том, чтобы сделать креветки Шиока в 100 раз дешевле к первой половине следующего года.
{{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
