До сих пор мясные деликатесы были гамбургерами - следующая большая проблема - стейки без животных

До сих пор мясные деликатесы были гамбургерами - следующая большая проблема - стейки без животных
Мясо будущего может сильно отличаться от мяса прошлого. Стэнли Кубрик, фотограф, коллекция фотографий журнала LOOK, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий, LC-USZ6-2352., CC BY-ND

Мясо, которое вы едите, если вы плотоядное животное, поступает из мышц животных. Но животные состоят из гораздо большего, чем просто мышцы. У них есть органы и кости, которые большинство американцев не потребляют. Они требуют еды, воды, пространства и социальных связей. Они производят отходы.

Фермеры тратят много энергии и ресурсов на выращивание сложных организмов, создавая при этом отходы, только чтобы сосредоточиться на прибыльных срезах мяса, которые они могут собирать.

Было бы проще, гуманнее, менее расточительно производить только те части, которые люди хотят, А с помощью клеточной биологии и тканевой инженерии можно наращивать только мышечную и жировую ткани. Это называется культивируемое мясо. Ученые обеспечивают клетки теми же ресурсами, которые им необходимы для роста прямо за пределами животного: питательные вещества, кислород, влажность и молекулярные сигналы от соседей клеток.

Пока что исследователи культивируемые пучки клеток это может быть превращено в обработанное мясо как гамбургер или колбаса. Эта технология культивирования мяса все еще находится на ранних этапах исследований и разработок, поскольку опытные образцы масштабируются и настраиваются для подготовки к задачам коммерциализации. Но уже биоинженеры решают следующую более сложную задачу: выращивают структурированные куски мяса, такие как стейк или куриная котлета.

Из чего сделано мясо

Если вы посмотрите на кусок сырого мяса под микроскопом, вы увидите, что вы едите на клеточном уровне. Каждый укус представляет собой матрицу мышечных и жировых клеток, переплетенных с кровеносными сосудами и поглощенных соединительной тканью.

Мышечные клетки полны белков и питательных веществ, а жировые клетки полны жиров. Эти два типа клеток способствуют большей части вкуса и ощущения во рту у плотоядных, когда они кусаются в гамбургер или стейк.

До сих пор мясные деликатесы были гамбургерами - следующая большая проблема - стейки без животных
Срез индейки окрашивают, чтобы показать клеточную организацию скелетных мышечных тканей - также известный как мясо. Натали Рубио

Кровеносные сосуды снабжают ткань животного питательными веществами и кислородом, пока он жив; после забоя кровь добавляет уникальный, металлический, умами нюанс к мясу.

Соединительная ткань, состоящая из белков, таких как коллаген и эластин, организует мышечные волокна в выровненные пучки, ориентированные в направлении сокращения. Эта соединительная ткань изменяется во время приготовления и добавляет текстуру - и хрящ - к мясу.

Задача исследователей клеточного сельского хозяйства состоит в том, чтобы подражать этой сложности мяса снизу вверх. Мы можем выращивать мышечные и жировые клетки в чашке Петри, но кровеносные сосуды и соединительная ткань самопроизвольно не генерируются, как у животных. Как мы можем сконструировать биоматериалы и биореакторы, чтобы обеспечить диффузию питательных веществ и стимулировать организацию, чтобы мы получили толстый структурированный срез мяса?

Мясные бургеры - первый шаг

Чтобы создать любое культивируемое мясо, исследователи берут небольшое количество ткани коровы, свиньи или курицы размером с мрамор и выделяют отдельные клетки. Затем такие биоинженеры, как я, помещают клетки в пластиковые колбы и дают им питательные вещества, кислород и влагу, в то же время поддерживая их температуру тела. Клетки счастливы и могут делиться в геометрической прогрессии, создавая все больше и больше клеток.

При выращивании на пластике клетки будут продолжать делиться до тех пор, пока они не появятся на всей доступной площади поверхности. В результате получается переполненный слой толщиной в одну ячейку. Как только клетки перестают делиться, они начинают созревать. Мышечные клетки сливаются вместе, образуя длинные мышечные волокна, а жировые клетки начинают вырабатывать липиды. Исследователи могут объединить несколько этих клеток вместе, чтобы создать обработанные мясные продукты, такие как гамбургеры, хот-доги и колбасы.

Только животные клетки могут копировать большую часть мяса. Но без кровеносных сосудов и соединительной ткани вы не получите организованную трехмерную ткань - и это то, что вам нужно для структурированных кусков мяса, таких как стейк, куриная грудка и бекон.

Чтобы преодолеть эту проблему, ученые могут использовать биоматериалы для воспроизведения структуры и функции кровеносных сосудов (для переноса питательных веществ и кислорода) и соединительной ткани (для организации и текстуры). Эта область исследований называется строительные леса.

До сих пор мясные деликатесы были гамбургерами - следующая большая проблема - стейки без животных
Обеспечение некоторой структуры для роста клеток приведет к тому, что культивируется мясо от гамбургеров до стейков. Тайлер Олсон / Shutterstock.com

Строительные леса являются секретным ингредиентом для стейков

Концепция лесов берет свое начало в области тканевая инженерия для медицинских применений, Ученые объединяют клетки и каркасы для производства функциональных биоматериалов для исследований, токсикологического скрининга или имплантатов.

Эти биоматериалы могут принимать различные формы - пленки, гели, губки - в зависимости от того, какие свойства желательны в получаемой ткани. Например, вы могли бы выращивать клетки кожи на плоской коллагеновой пленке создать трансплантат кожи, чтобы помочь жертвам ожогов или костные клетки в гидроксиапатитовой губке для регенерации кости.

Для медицинского применения каркасы, как правило, должны быть безопасными для имплантации, не должны вызывать реакции иммунной системы организма, быть разлагаемыми и способными поддерживать рост клеток.

Для пищевых применений конструктивные соображения строительных лесов различны. Они по-прежнему должны поддерживать рост клеток, но также важно, чтобы они были недорогими, съедобными и экологически чистыми в производстве. Некоторые распространенные биоматериалы для пищевых применений включают целлюлозу из растений, углевод, называемый хитозаном, из грибов, и углевод, называемый альгинатом из водорослей.

Вот один «рецепт» для культивируемого мяса, над которым я работал в лаборатории. Сначала создайте соответствующую эшафот. Изолировать хитозан от грибов и растворить его в воде для создания вязкого геля. Поместите гель в пробирку и один конец подвергните воздействию холодного вещества, такого как сухой лед или жидкий азот. Вся пробирка с гелем будет медленно замерзать, начиная с холодного конца. Затем замороженный гель может быть высушен вымораживанием вакуумным вытягиванием геля при очень низких температурах, в результате чего получается сухой губчатый материал. процесс направленного замораживания создает губку с небольшими длинными выровненными порами, напоминающими пучок соломинок, а также мышечную ткань.

До сих пор мясные деликатесы были гамбургерами - следующая большая проблема - стейки без животных
Упрощенный процесс создания хитозановой губки с выровненными порами. Натали Рубио, CC BY-ND

Затем вместо выращивания мяса на плоском пластике вы можете перенести клетки на эту трехмерную губку, чтобы обеспечить большую площадь поверхности для выращивания более толстой ткани. Поры также могут помочь распределить питательные вещества и кислород по всей ткани. До сих пор с этой техникой моя лаборатория смогла производить небольшие кусочки мяса размером менее сантиметра - немного маленькие для готовки, но сильное начало.

Другие возможности каркаса включают выращивание клеток в альгинатных волокнах, гелях или губках. Или техники могут промыть растительные клетки от растений в процессе, который называется decellularization и заселить целлюлозный каркас, оставленный клетками животных.

Как только исследователи найдут материалы и методы, которые действительно хорошо работают, мы приступим к созданию больших партий. В этот момент это будет игра по расширению процесса и снижению стоимости, поэтому культивируемые мясные продукты могут быть конкурентоспособными по сравнению с фермерскими мясными продуктами.

Всегда волнительно видеть, как начинающие компании дебютируют со своими культурными фрикадельками, сосисками и гамбургерами. Но я с нетерпением жду, что будет дальше. С немного большим количеством исследований, времени, финансирования и удачи, в меню культивируемого мяса 2.0 войдут стейки и свиные отбивные, которые многие хищники знают и любят.Беседа

Об авторе

Натали Р. Рубио, кандидат наук по клеточному сельскому хозяйству, Университет Тафтса

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

Безусловная любовь: способ служить друг другу, человечеству и миру
Безусловная любовь - это способ служить друг другу, человечеству и миру
by Эйлин Кэдди MBE и Дэвид Эрл Платтс, доктор философии.

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Что работает для меня: 1, 2, 3 ... ДЕСЯТКИ
Что работает для меня: 1, 2, 3 ... ДЕСЯТКИ
by Мари Т. Рассел, Внутренний