幹細胞也能做人造肉?動物基因工程迎來培養肉技術最後一哩路

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過去所知的細胞培養肉,多是在實驗室(或其他正確的環境條件中)經過不斷地分裂與複製,直到它們自行排列成一團可見的集合組織。

即使成本高昂,對環境友善的人造肉品仍然掀起風潮。如美國 Eat Just 公司利用動物細胞培養出的人造雞肉,以及以色列新創公司 Future Meat 的未來肉公司,這些培養肉業者即利用組織工程學與生物反應器等製造動物細胞培養肉,設法取代畜牧場和屠宰場等傳統提供肉類的管道。

從食物到生質能,藻類為生技產業帶來新希望!(基因線上國際版)

日前,諾丁漢大學( Nottingham )生物科學學院、劍橋大學、東京埃克塞特( Exeter )大學和日本明治大學的研究人員,首次從特定化學條件下生長的牲畜中獲得幹細胞,不需再使用過去以血清、飼養細胞或抗生素的豬、羊和牛胚胎等特定化學條件下開發出的幹細胞系,這項研究為製造細胞培養肉和改良牲畜培育迎來了最終關鍵的一哩路。

過去,這些培養肉來自特定化學條件下的生長,而「特定化學條件」係指適合動物細胞體外細胞培養的生長培養基,其中所有化學成分都是已知的。標準細胞培養基通常由補充有動物血清(如胎牛血清, FBS )的基礎培養基組成,作為營養等來源。

現在,能夠從不需要血清、飼養細胞或抗生素的豬、羊和牛胚胎中開發出幹細胞系,是一項突破性的發現, 這項名為 ” Pluripotent stem cells related to embryonic disc exhibit common self-renewal requirements in diverse livestock species “的研究已發表在《發展》( Development ) 雜誌上,由英國 BBSRC  ( Biotechnology and Biological Sciences Research Council)、Medical Research Council (MRC) 、歐盟 (ERC) 和 Wellcome Trust 等共同贊助研究。

幹細胞培養肉高安全、品質控管更穩定

過去數十年的研究中,小鼠胚胎幹細胞已被證明是哺乳動物基因修飾和複雜基因組工程的革命性工具。另一方面,人類胚胎衍生和誘導的萬能幹細胞(或稱為多功能性幹細胞,pluripotent stem cells, PSCs ) 被廣泛用於模擬早期人類胚胎發育,並用於建立疾病模型和細胞治療的分化細胞類型和組織。

來自家畜等哺乳動物的相對穩定,以及可操作的萬能幹細胞的可用性,將強化遺傳以增加的農場動物的生產。這些物種的 PSCs 也將成為基礎和生物醫學研究的寶貴資源。此外,具有分化能力的牲畜 PSCs 同時為細胞培養肉和其他產品的可持續製造提供可再生平台。

然而,過去使用血清的技術缺點,包括其性質不明確、批次之間的成分差異以及可能遭受污染的風險,因此這種新的化學定義方法提供了更高的一致性和安全性,使其成為製造新實驗室種植食品的理想解決方案。

這些新型細胞係可以分化為多種細胞類型,可以使用 Crispr/Cas9 基因編輯工具對胚胎椎間盤幹細胞 ( embryonic disc stem cells, EDSCs )進行基因操作,並可用作核移植的供體。 EDSCs  為比較哺乳動物胚胎學提供了新的機會,增強了動物基因工程的潛力和細胞農業的可持續的材料。

新技術優勢:提高生產力、適應氣候變化、減少畜牧環境負擔

領導這項研究的 Ramiro Alberio 教授解釋:「氣候變化的背景下,隨著人口不斷增長,尋找可靠和可持續的食物至關重要。本次研究為在化學定義的條件下所衍生和維持家畜幹細胞的能力奠定了基礎,如開發像培養肉的這種新型食品。我們開發的細胞係與之前的相比有了很大的進步,因為它們具有永久生長以製造肌肉和脂肪的獨特能力。」

目前全球已有近 80 家公司投入人造肉的領域,利用細胞培養出牛肉和雞肉等動物性蛋白。有些業者已將技術帶出實驗室並進入市場,例如新加坡於 2020 年就率先批准美國 Eat Just 公司在當地販售細胞培養的雞肉。而 Future Meat 位於以色列 Rehovot 的廠房不僅可利用細胞培養出雞肉,也能生產豬肉、羔羊肉以及牛肉。

然而,即使已經進入工廠量產,該廠房的產量規模仍很小,每日可產約 500 公斤肉品,優質食品協會( Plant-based and cultivated meat innovation, GFI )認為,細胞培養肉需待技術成熟才能大幅量產,加速商業化,且其年產量至少要達到數百萬噸,才算進入穩定量產階段,也才能解決糧食不足或像新加坡高度依賴糧食進口的潛在危機。

另一方面,培養肉的價格也仍舊偏高; Eat Just 公司表示他們的雞肉價格約等同於高檔餐廳的價格,在數量能夠商業化之前,這些公司須先壓低成本,才能提高消費者接受度。

延伸閱讀:CRISPR 基改農作物商機大?Bejo 結盟 Broad Institute、Corteva Agriscience

參考資料:
1. https://www.farminguk.com/news/stem-cell-study-paves-way-for-manufacturing-cultured-meat_59483.html
2. Development, 2021; https://journals.biologists.com/dev/article/148/23/dev199901/273644/Pluripotent-stem-cells-related-to-embryonic-disc

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