گوشت کشت شده که به عنوان گوشت پرورشی نیز شناخته می‌شود، گوشت حیوانی اصیل (شامل غذاهای دریایی و گوشت اعضای بدن) است که با کشت مستقیم سلول‌های حیوانی تولید می‌شود.
این روش، تولید نیاز به پرورش حیوانات برای غذا را بی‌نیاز می‌کند. گوشت پرورشی از همان انواع سلولی ساخته شده است که می‌توانند در ساختار یکسان یا مشابه بافت‌های حیوانی چیده شوند، بنابراین پروفایل‌های حسی و تغذیه‌ای گوشت‌های معمولی را تکرار می‌کنند.
دانشمند هلندی «مارک پست»، اولین همبرگر گوشت کشت شده را در تلویزیون زنده در سال 2013 رونمایی کرد. دو سال بعد، اولین چهار شرکت گوشت کشت شده تاسیس شدند.
این صنعت از آن زمان تا اواخر سال 2022 به بیش از 150 شرکت در 6 قاره با حمایت 2.6 میلیارد دلار سرمایه‌گذاری رسیده است که هدف هر کدام تولید محصولات گوشتی کشت شده است. ده‌ها شرکت دیگر برای ایجاد راه حل‌های فناوری در طول زنجیره ارزش تشکیل شده‌اند.
دهه‌ها دانش انباشته در زمینه کشت سلولی، زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی، مهندسی بافت، تخمیر، مهندسی شیمی و فرآیندهای زیستی، مقدم بر حوزه گوشت کشت‌شده بود.
صدها شرکت و آزمایشگاه دانشگاهی در سراسر جهان در حال انجام تحقیقات در این رشته‌ها هستند تا الگوی جدیدی برای تولید محصولات گوشتی در مقیاس صنعتی ایجاد کنند.
گوشت پرورشی چگونه تهیه می‌شود؟
فرآیند تولید با تهیه و ذخیره سلول‌های بنیادی از یک حیوان آغاز می‌شود. سپس این سلول‌ها در بیوراکتورها (که در محاوره به عنوان کولتیواتور شناخته می‌شوند) در تراکم و حجم بالا رشد می‌کنند.
مشابه آنچه در داخل بدن حیوانات اتفاق می‌افتد، سلول‌ها از یک محیط کشت سلولی غنی از اکسیژن تشکیل شده از مواد مغذی اساسی مانند اسیدهای آمینه، گلوکز، ویتامین‌ها و نمک‌های معدنی تغذیه می‌شوند و با فاکتورهای رشد و سایر پروتئین‌ها تکمیل می‌شوند.
تغییرات در ترکیب محیط، اغلب همراه با نشانه‌هایی از ساختار داربست، سلول‌های نابالغ را تحریک می‌کند تا به ماهیچه‌های اسکلتی، چربی و بافت‌های همبند که گوشت را می‌سازند تمایز پیدا کنند.
سپس سلول‌های تمایز یافته، برداشت، آماده شده و به محصولات نهایی بسته‌بندی می‌شوند. این فرآیند بسته به نوع گوشتی که در حال کشت است انتظار می‌رود بین 2 تا 8 هفته طول بکشد. برخی از شرکت‌ها استراتژی مشابهی را برای تولید شیر و سایر محصولات حیوانی دنبال می‌کنند.
فواید گوشت کشت شده چیست؟
به دلیل ماهیت فرآیند تولید کارآمدتر، انتظار می‌رود که گوشت کشت شده دارای مزایای مختلفی نسبت به کشاورزی معمولی حیوانات باشد.
ارزیابی‌های چرخه زندگی آینده نشان می‌دهد که گوشت کشت‌شده به‌طور قابل‌توجهی از منابع کمتری استفاده می‌کند و می‌تواند آلودگی و اتروفیک مربوط به کشاورزی را کاهش دهد.
یک مطالعه نشان داد که اگر گوشت کشت شده با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر تولید شود، می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای را تا 92 درصد و استفاده از زمین را تا 90 درصد در مقایسه با گوشت گاو معمولی کاهش دهد.
علاوه بر این، انتظار می‌رود تولید تجاری به طور کامل بدون آنتی‌بیوتیک اتفاق بیفتد و احتمالاً به دلیل عدم مواجهه با عوامل بیماری‌زای روده‌ای، منجر به بروز کمتر بیماری‌های ناشی از غذا می‌شود.
طی چند دهه آینده، گوشت‌های کشت شده و سایر پروتئین‌های جایگزین، پیش‌بینی می‌شود که سهم قابل توجهی از بازار 1.7 تریلیون دلاری صنعت گوشت و غذاهای دریایی معمولی را به خود اختصاص دهند.
این تغییر باعث کاهش جنگل زدایی مرتبط با کشاورزی، از بین رفتن تنوع زیستی، مقاومت آنتی بیوتیکی، شیوع بیماری‌های مشترک بین انسان و دام و کشتار صنعتی حیوانات می شود.
بر اساس یک بررسی صنعتی که در سال 2020 انجام شد، تولیدکنندگان گوشت کشت شده از انواع سلول‌های آغازگر، از جمله سلول‌های بنیادی ماهیچه‌های اسکلتی (به عنوان مثال سلول‌های میوساتلایت)، فیبروبلاست‌ها، سلول‌های بنیادی مزانشیمی، سلول‌های بنیادی پرتوان القایی و جنینی و سلول‌های مشتق شده از چربی استفاده می‌کنند.
سلول‌های آغازگر همچنین گاهی اوقات می‌توانند از اندام‌های خاصی برای ایجاد محصولات دیگر منشأ بگیرند. به عنوان مثال، سلول‌های غدد پستانی را می‌توان برای تولید شیر و سلول‌های کبد را برای فوا گراس استفاده کرد.
متداول ترین روش برای به دست آوردن سلول‌های شروع کننده، نمونه‌برداری از سلول از یک حیوان زنده است که می‌تواند با استفاده از روش های کم تهاجمی انجام شود.
در برخی موارد، این سلول‌ها ممکن است با بیوپسی حیوانی که اخیراً ذبح شده در جایی که بافت آن هنوز زنده است، به دست بیاید که می‌تواند برای تعیین انطباق با قوانین مذهبی (مانند حلال) مهم باشد.
در تمام موارد، سلول های به دست آمده از حیوانات سالم همراه با اسناد گسترده‌ای که کیفیت و قابلیت ردیابی سلول‌ها را تضمین می‌کند، منشاء می‌گیرند.
استخراج خطوط سلولی به منابع زیادی نیاز دارد
اکثر تولید کنندگان گوشت کشت شده با رده‌های سلولی مشخص کار می‌کنند که توانایی تکثیر مداوم در طول زمان را دارند.
برخی از تولیدکنندگان ممکن است از سلول‌های اولیه استفاده کنند که طبق تعریف طول عمر محدودی دارند.
در حال حاضر، دسترسی به رده‌های سلولی پیوسته از گونه‌هایی که برای تولید گوشت کشت‌شده استفاده می‌شوند، مانع اصلی برای تلاش‌های تحقیقاتی جدید است.
ایجاد رده‌های سلولی جدید می‌تواند هم زمان و هم منابع فشرده باشد، اغلب 6 تا 18 ماه طول می‌کشد تا یک خط منفرد مشخص شود.
در تحقیقات پزشکی، ایجاد مخازن زیستی رده سلولی در مقیاس بزرگ اغلب از حمایت ملی برخوردار است و بر اهمیت اساسی آنها در پیشبرد تحقیقات تأکید می‌کند. پروژه‌های مشابهی با حمایت دولت برای گوشت کشت‌شده در سنگاپور در حال انجام است، اما به تعداد بیشتری نیاز است.
انواع سلول‌ها مزایا و معایب خاصی دارند
همانطور که قبلاً توضیح داده شد، انواع سلول‌های زیادی وجود دارد که می‌توانند به عنوان ورودی اولیه برای تولید گوشت کشت شده استفاده شوند.
با این حال، تحقیقات بیشتری برای تعیین اینکه کدام سلول برای تولید در مقیاس بزرگ یا ایجاد انواع خاص محصول مناسب است، مورد نیاز است.
ویژگی‌های ذاتی سلول، مانند مناسب بودن برای رشد تعلیق، زمان دو برابر شدن، سرعت رشد، متابولیسم، ظرفیت تمایز و پایداری ژنومی می‌تواند بین نوع سلول و گونه متفاوت باشد.
این ویژگی‌ها باید در کنار مدل‌های فنی-اقتصادی و ملاحظات طراحی فرآیندهای زیستی برای اطلاع‌رسانی انتخاب خط سلولی سنجیده شوند.
با این حال، این چالش برانگیز است. گونه‌های مورد استفاده در تولید گوشت پرورشی (به ویژه حیوانات آبزی) نسبت به انسان، موش یا همستر که پایه اصلی صنایع زیست پزشکی و داروسازی بوده‌اند، بسیار کمتر مورد تحقیق قرار گرفته‌اند.
سلول های مهندسی می توانند به تحقیق و توسعه کمک کنند
مهندسی سلولی می‌تواند توسعه رده‌های سلولی مناسب برای گوشت پرورشی را تسریع بخشد.
خطوط سلولی مهندسی می‌توانند به طور چشمگیری کارایی یا بهره‌وری فرآیند تولید را بهبود بخشند یا حتی بر ویژگی‌های محصول نهایی مانند تغذیه تأثیر بگذارند.
مهندسی خط سلولی می‌تواند در قالب سازگاری یا مهندسی ژنتیک انجام شود. انطباق شامل زیر کشت سریالی یک رده سلولی در شرایط مختلف همراه با انتخاب در طول زمان است.
این فرآیند یک رده سلولی را ایجاد می‌کند که با مجموعه‌ای از شرایط جدید سازگار است یا یک ویژگی جدید را نشان می‌دهد. اشکال رایج سازگاری شامل سازگاری با محیط بدون سرم، کاهش نیاز به فاکتورهای رشد یا رشد تعلیق است.
مهندسی ژنتیک مستلزم تغییرات دائمی با حذف، تنظیم مجدد یا معرفی DNA است. در حالی که برخی از شرکت‌های گوشت کشت شده اعلام کرده‌اند که قصد ندارند از مهندسی ژنتیک استفاده کنند، چندین شرکت دیگر پتنت‌هایی را ثبت کرده‌اند که رویکردهای مهندسی مختلف را توصیف می‌کنند.
در نهایت، گستره مهندسی ژنتیک و انواع اصلاحات وارد شده در محصولات نهایی به فرآیند تأیید نظارتی برای محصولات مهندسی شده و همچنین درک مصرف کنندگان در مناطق مختلف بستگی دارد.
محیط کشت سلولی چیست؟
محیط کشت سلولی مهمترین فناوری زیربنای موفقیت کوتاه مدت صنعت گوشت کشت شده است. محیط کشت سلولی از دو گروه از اجزای متناسب با نوع سلول یا گونه خاصی تشکیل شده است.
اولین گروه از اجزا به نام محیط پایه، مواد مغذی ضروری را فراهم می‌کند. معمولاً از یک محلول بافر حاوی گلوکز، نمک‌های معدنی، ویتامین‌های محلول در آب و اسیدهای آمینه تشکیل شده است.
دوم گروهی از عوامل اضافه شده خاص است که امکان نگهداری طولانی مدت، تکثیر یا تمایز سلول‌ها را فراهم می‌کند. این عوامل اضافه شده اغلب پروتئین‌های نوترکیب، فاکتورهای رشد یا هورمون‌ها و سایر مواد مانند لیپیدها و آنتی اکسیدان‌ها هستند.
سرم حیوانی در تولید در مقیاس بزرگ استفاده نخواهد شد
در حالی که محیط پایه از دهه 1950 تقریباً بدون تغییر باقی مانده است، انتقال از سایر عوامل افزوده شده ناشی از منابع حیوانی مانند سرم هنوز در بسیاری از صنایع در جریان است.
استفاده از اجزای مشتق شده از حیوانات در تولید گوشت پرورشی دارای محدودیت‌های اقتصادی و اخلاقی است.
بسیاری از شرکت‌ها قبلاً علناً اعلام کرده‌اند که از فرمول‌های متوسطی استفاده می‌کنند که کاملاً عاری از حیوانات هستند، با برخی از گروه‌های تحقیقاتی و شرکت‌ها پروتکل‌های خود را برای تکثیر و تمایز بدون سرم منتشر کرده‌اند.
در سنگاپور، اولین محصولات مرغ پرورشی Eat Just با استفاده از مقادیر کمی سرم جنین گاوی (FBS) تولید شد.
با این حال، این شرکت مجوز فروش مرغ پرورشی را با استفاده از رسانه‌های بدون سرم در اوایل سال 2023 دریافت کرد.
در ایالات متحده، UPSIDE Foods اطلاعاتی را به FDA ارسال کرد که نشان می‌داد محصول خود را می‌توان با یا بدون FBS ایجاد کرد.
در فرآیندهای بدون FBS، آلبومین سرم گاوی خالص استفاده شد. با این حال، این شرکت اعلام کرده است که قصد دارد استفاده از آلبومین سرم گاوی را با اشکال نوترکیب پروتئین آلبومین متوقف کند.
کاهش هزینه‌های پروتئین‌های نوترکیب، بزرگترین اهرم کاهش قیمت است
گزینه‌های متعددی برای کاهش هزینه در سراسر صنعت دنبال می‌شود. فوری‌ترین اقدام رسیدگی به هزینه‌های بالای پروتئین‌های نوترکیب و فاکتورهای رشد است.
در حالی که برخی از تولیدکنندگان B2B تولید پروتئین‌ها و فاکتورهای رشد را با استفاده از میکروب‌ها، قارچ‌ها یا گیاهان به‌عنوان سیستم‌های بیان افزایش می‌دهند، برخی دیگر به دنبال جایگزینی این پروتئین‌ها و فاکتورهای رشد با جایگزین‌های گیاهی هستند، به ویژه برای پروتئین‌هایی که در غلظت‌های بالا در محیط‌ها مانند آلبومین و ترانسفرین استفاده می‌شوند.
همچنین می‌توان هزینه‌های سربار و عملیاتی مرتبط با تولید اجزای درجه دارویی را کاهش داد.
این امر به ویژه برای اسیدهای آمینه و گلوکز مهم خواهد بود که پیش‌بینی می‌شود با هم یک محرک هزینه طولانی مدت باشد.
برخی از شرکت‌های گوشت کشت‌شده قبلاً با تولیدکنندگان مختلف غذا و خوراک دام شراکت کرده‌اند تا با بهره‌گیری از زنجیره‌های تامین بالغ، این اجزا را به دست آورند.
کشف فرمول و بهینه‌سازی را می‌توان با مدل‌های متابولیک و الگوریتم‌های محاسباتی کمک کرد. شرکت‌های علوم زیستی با قابلیت‌های بازده بالا و میکروسیال نیز می‌توانند خدماتی را برای کشف فرمول‌بندی قرض دهند.
