随着全球人口的增长,社会水平的提高及饮食结构的改变,居民对动物性产品消费需求持续增加,大规模养殖业导致的资源环境和公共健康等问题日益凸显。细胞培养肉(Cultured Meat)也叫培育肉(Cultivated Meat)或细胞肉(Cell-based Meat),它是通过体外培养动物细胞的方式生产可供食用的肉制品。细胞培养肉技术将肉类产品的生产主体由完整的动物体简化为生命体最小单元——细胞,通过在受控条件下培养细胞来高效、精准地生产动物性食品,极大地提高资源利用率和物质转化率,并减少土地和水等资源消耗,在环境可持续性、动物福利和降低人畜共患感染风险方面具有重要优势。此外,细胞培养肉生产过程采用标准化的车间生产方式,会显著降低动物疾病传播的风险,消除抗生素、激素滥用。
细胞培养肉的高效合成和工业化生产需要以完善的技术体系和细胞生物学基础理论作为支撑。本文首先从动物细胞功能维持与发育过程机制、关键生长因子解析与生物合成、细胞大规模低成本培养关键技术以及细胞培养肉食用品质提升的生物学过程4个方面系统综述细胞培养肉高效合成的生物学基础,围绕基础理论或原理、研究策略以及细胞培养肉领域最新研究进展对上述4个方面进行梳理和归纳。在此基础上,针对目前细胞培养肉成本高昂、规模化生产难度大的商业化瓶颈,总结和讨论细胞培养肉工程化面临的四大技术挑战,包括高性能种子细胞系的构建、高品质成熟细胞的诱导生成、低成本无血清培养基的开发和超大规模培养体系的建立,它们同时也是影响细胞培养肉产品安全性和营养品质的关键因素。
最后,面向细胞培养肉的工业化生产和产业健康发展,提出4个未来技术攻关方向:
1)创制培养肉种子细胞资源库:针对具有优良肉质和营养品质的良种动物以及难以人工养殖的特种畜禽、野生水产动物,研发培养肉种子细胞高效分离提取方法和细胞长期稳定增殖技术,构建信息化种子细胞库。
2)深化生长发育调控基础研究:研究动物干细胞增殖、功能维持和定向分化调控机制,开发细胞快速增殖和功能维持方法,建立体外高效诱导成肌、成脂分化技术体系,探究组织中多细胞精细互作模式,实现全组分细胞培养肉的高效制备。
3)低成本培养基的智能化开发:解析种子细胞的营养偏好和代谢特点,构建和优化细胞关键成分的代谢模型,提高培养基配方开发的效率,同时利用合成生物学技术实现培养基昂贵组分的低成本生产。
4)细胞培养肉的营养安全评估:开展细胞培养基成分安全性、细胞遗传稳定性和病原微生物污染的评估,同时进行细胞培养肉膳食暴露和营养学相关研究,建立过敏原风险评估与阻控技术,保障细胞培养肉的安全和营养。
原文链接:https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=LeTZRn7a1NJAH2DeUbc04ijXT7vbtl-m6iM8t3u_5bTvbl6aEK97fMLjRRusMRbXywqWzzhZNZPfwaA__bwjb2PENH6AlnRjAgfevtLu6RPuAytDYz7W1Q==&uniplatform=NZKPT