W ostatnich latach mięso in vitro robi medialną furorę. W Izraelu powstała pierwsza restauracja serwująca drób z laboratorium, a Singapur pionierskim skokiem w dal dopuścił mięso z probówki do sprzedaży w sklepach. Filet z kurczaka czy stek wołowy wyhodowane poza ciałem zwierzęcia to jednak tylko niewielki procent produktów spożywczych (i nie tylko), które możemy stworzyć w laboratorium. Rolnictwo komórkowe (z ang. cellular agriculture), bo o nim tutaj mowa, to także doskonały sposób na etyczną i ekologiczną produkcję mięsa zwierząt morskich, mleka, a nawet włókien (w tym skóry) do wyrobu tekstyliów.
Rolnictwo komórkowe dla środowiska, etyki i zdrowia
Niektórzy naukowcy i specjaliści już teraz twierdzą, że fundamentalne zmiany w rolnictwie są nieuniknione [1]. Liczba ludzi na świecie stale rośnie, podobnie jak ich wymagania, szczególnie żywieniowe. Ich zaspokojenie, przy jednoczesnym uwzględnieniu dobra środowiska i ograniczaniu jego destrukcji, wymaga po prostu głębokich zmian, może wręcz pewnego rodzaju rewolucji. Kontynuowanie rolnictwa konwencjonalnego na coraz większą skalę z pewnością się nie sprawdzi.
Rolnictwo komórkowe jest realną alternatywą – lub chociaż wizją znacznego uzupełnienia – dla rolnictwa, jakie znamy dzisiaj, z kilku względów. Po pierwsze – przestrzeń. Do 2050 roku zapotrzebowanie na żywność może wzrosnąć nawet o 60%, podczas gdy dodatkowej ziemi uprawnej mamy jeszcze jedynie 2% [1]. Żywność produkowana w laboratorium zużyłaby o 99% mniej przestrzeni [2]. Oznacza to, że nie tylko nie musielibyśmy zagarniać jeszcze więcej gruntów (których z resztą i tak na Ziemi nie ma), ale moglibyśmy oddać część terenów naturze.
Co więcej, do produkcji skór i spożywczych produktów odzwierzęcych nie musielibyśmy już angażować miliardów zwierząt. Ich wątpliwa etycznie hodowla, transport i ubój przestałyby być problemem. Do tego dochodzi oczywiście aspekt zdrowia publicznego. Żywność produkowana w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych jest po prostu znacznie bardziej bezpieczna (może być też bardziej odżywcza).
Produkty biomedyczne, dodatki do żywności i detergenty z laboratorium
Mimo, że rolnictwo komórkowe brzmi futurystycznie, w rzeczywistości korzystamy z niego od lat – i to na skalę przemysłową. Już w 1978 roku po raz pierwszy wyprodukowano laboratoryjną insulinę [3], dzięki której leczenie cukrzyków stało się możliwe bez zaangażowania zwierząt. Insulinę identyczną do ludzkiej wytworzyły – i do dzisiaj wytwarzają – mikroby z odpowiednio zmodyfikowanym DNA.
Rolnictwo komórkowe w przypadku żywności też nowością nie jest. Na podobnej zasadzie wytwarza się bowiem np. podpuszczkę. Ta, kiedyś pozyskiwana z dróg pokarmowych cieląt, dzisiaj w 80% otrzymywana jest dzięki bakteriom zdolnym do jej produkcji [4]. Mikroorganizmy pomagają nam też produkować powszechnie wykorzystywaną w przemyśle spożywczym amylazę, lipazę, a nawet wanilinę [3], [4]. Laboratoryjne substancje bezkomórkowe (pionierzy tego, co dzisiaj nazywamy rolnictwem komórkowym) przydają się także przy produkcji tekstyliów, papieru, suplementów, kosmetyków, perfum i detergentów.
Enzymy wyprodukowane w laboratorium przez wiodącą w tej dziedzinie firmę Novozymes, już w 2016 roku były używane przynajmniej raz w tygodniu przez 5 miliardów ludzi [4].
Nabiał i jajka
Skoro laboratoryjną produkcję pojedynczych związków organicznych mamy całkiem nieźle opanowaną, następne w kolejności są ich mieszaniny. Takie jak mleko czy jajka. Mimo, że słyszy się o nich nieco mniej niż o przełomowym “mięsie z probówki”, w rzeczywistości bariery technologiczne dzielące je od sklepowej półki są znacznie mniejsze [5].
Kalifornijski startup Perfect Day w zasadzie już może pochwalić się gotowym produktem (lodami na bazie mleka z laboratorium). Zespół entuzjastów i naukowców zidentyfikował dwa, kluczowe dla “mleczności” składniki – kazeinę i serwatkę – a następnie do ich produkcji zaangażował drożdże. Materiał genetyczny tych drobnych organizmów został wzbogacony o fragment DNA krowy odpowiedzialny za pobudzenie produkcji białek mleka. Dzięki temu produkt niemal identyczny do odzwierzęcego uzyskujemy z drożdży (i tłuszczy roślinnych). Niemal, bomleko laboratoryjne pozbawione jest wszystkiego tego, co niepożądane – w tym laktozy, przeciwciał i ropy [3]. Naturalnie takie mleko produkuje się mniejszym kosztem środowiskowym i bez wątpliwości natury etycznej. Na tej samej zasadzie nabiał, głównie sery, produkować planuje niemiecka firma Formo. Nieco inne podejście prezentuje singapurski startup TurtleTree, który do produkcji mleka wykorzystuje zwierzęce komórki gruczołu mlekowego.
Nic zatem dziwnego, że ktoś inny – w tym przypadku Clara Foods – zabrał się za odtworzenie białka jajka. Proces jest analogiczny: drożdże, inżynieria genetyczna, laboratorium. Powstałe w ten sposób białko, identyczne z tym pozyskanym bezpośrednio z jajka, może być wykorzystane na skalę przemysłową w cukiernictwie czy piekarnictwie.
Włókna i alternatywy dla skóry
Drożdże można z powodzeniem wykorzystać także do produkcji włókien, a w efekcie ekologicznej alternatywy dla skóry zwierzęcej. Amerykańska firma biotechnologiczna Modern Meadow już testuje wykorzystanie tych drobnych organizmów do produkcji kolagenu, a finalnie wolnej od cierpienia i ekologicznych bolączek skóry zwierzęcej. Inne ich biomateriały, już w fazie produkcji, bazują na białkach roślinnych. Z kolei firma Newlight do pracy zaprzęgła oceaniczne mikroorganizmy, które pochłaniając węgiel (z metanu i dwutlenku węgla) tworzą polihydroksymaślan. Jest to biodegradowalny polimer, który doskonale nadaje się do tworzenia m.in. włókien i materiałów. Powstały w ten sposób materiał – AirCarbon – ma wręcz ujemny ślad węglowy.
Rolnictwo komórkowe to – jak sama nazwa wskazuje – także, a może przede wszystkim, hodowle komórkowe. Zbiorowiska komórek mogą zatem same w sobie służyć jako materiał, nie tylko mini-fabryka białek. Zgodnie z tą ideą, inna amerykańska firma, Bolt Threads, wytwarza skórę z grzybni. Mimo, że gotowy produkt – Mylo – składa się wyłącznie z komórek organizmów należących do królestwa grzybów, do złudzenia imituję skórę zwierzęcą. Produkcją skóry z grzybów zajmuje się w skali świata jeszcze kilka firm – między innymi Mycotech z Indonezji. Ta firma kreatywnie wykorzystuje nawet ścieki z produkcji i tworzy z nich jednorazowe opakowania (bazujące na celulozie bakteryjnej).
O produkcji laboratoryjnej skóry zwierzęcej z komórek macierzystych – tak jak robi się to na potrzeby medycyny i przeszczepów – póki co niewiele się mówi.
Mięso zwierząt morskich
Jeśli jednak laboratoryjna produkcja mleka miała swój pierwowzór w produkcji enzymów, to hodowla skóry czy mięśni zwierzęcych jest niczym innym, jak funkcjonalnym rozszerzeniem inżynierii tkankowej pierwotnie opracowanej na potrzeby medycyny [3].
O “czystym mięsie” zwierząt lądowych większość z nas już pewnie słyszała. Idąc jednak o krok dalej – o czym wciąż mówi się niewiele – możemy produkować także laboratoryjne mięso zwierząt morskich. Co więcej, niektórzy naukowcy twierdzą, że tkanki ryb mogą być łatwiejsze w hodowli in vitro, niż tkanki kurczaka czy krowy [6]. Komórki ryb mogą bowiem namnażać się w niższych temperaturach, są bardziej odporne na niedotlenienie i czynniki wpływające na wahania pH. To samo prawdopodobnie dotyczy także skorupiaków [6].
Niektórzy już nawet opracowali swoje technologie i są gotowi częstować innych wyhodowanymi w laboratorium, rybnymi filetami. Startup z Hong Kongu Avant Meats zadebiutował ze swoim produktem na przełomie 2020 i 2021 roku. Zintensyfikowanymi pracami nad “rybą z probówki”, w tym tuńczykiem, może pochwalić się też np. BlueNalu czy Finless Foods. Nie jest to jeszcze oczywiście skala przemysłowa – ale tej możemy spodziewać się w ciągu kilku najbliższych lat [7].
Wielu z nas czeka na to z niecierpliwością. Taki sposób pozyskania mięsa z ryb ma bowiem szansę rozwiązać wiele problemów etycznych i ekologicznych – zarówno wynikających z komercyjnego połowu tych zwierząt, jak i akwakultury.
Rolnictwo komórkowe, a kultura komórkowa 3D
Niestety hodowla komórek i tkanek in vitro w większości przypadków wciąż nie odwzorowuje warunków panujących in vivo, w ciele zwierzęcia [8]. Dlatego też jest jeszcze daleka od ideału. Szczególnie, jeśli mówimy o tkance mięśniowej, która w końcu nie rośnie na płaskim podłożu, a w trójwymiarowej przestrzeni.
Być może odpowiedzią na ten dylemat stanie się kultura komórkowa 3D. Jest to nic innego, jak hodowanie komórek i tkanek na przestrzennych szkieletach. Jako rusztowanie doskonale sprawdzić mogłyby się np. celuloza (zarówno bakteryjna jak i roślinna), chityna lub chitozan z grzybów czy rekombinowany kolagen (pozyskiwany dokładnie w ten sam sposób, w który swój kolagen do produkcji skór wytwarza Modern Meadow) [8]. Wielu profesjonalistów uważa, że stosowanie nie-odzwierzęcych rusztowań – i kultura 3D w ogóle – odegrają kluczową rolę w skalowalności laboratoryjnej żywności (szczególnie w odniesieniu do mięsa).
Rolnictwo komórkowe to bez wątpienia przyszłość – ale i wyzwanie, które wymaga jeszcze sporo wysiłku od naukowców, inżynierów, a także nas samych. Akceptacja społeczna tego typu rozwiązań jest kluczowym elementem ich implementacji na skalę przemysłową. Innymi słowy – bez naszego entuzjazmu lub chociaż zrozumienia, niewiele się zmieni.
Źródła
- [1] Rischer H., Szilvay G.R., Oksman-Caldentey K., 2020: Cellular agriculture — industrial biotechnology for food and materials, Current Opinion in Biotechnology, 61: 128-134.
- [2] Tuomisto H.L., Teixeira de Mattos M.J., 2011: Environmental Impacts of Cultured Meat Production, Environmental Science & Technology, 45:, 6117-6123.
- [3] New Harvest: What is cellular agriculture? [dostęp 21.05.2021].
- [4] Waschulin V., Specht L., 2018: Cellular agriculture: An extension of common production methods for food. The Good Food Institute [dostęp 21.05.2021].
- [5] Mendly-Zambo Z., Jordan Powell L., Newman L. L., 2021: Dairy 3.0: cellular agriculture and the future of milk. Food, Culture & Society, 1-19.
- [6] Rubio N., Datar I., Stachura D., Krueger K., 2019: Cell-Based Fish: A Novel Approach to Seafood Production and an Opportunity for Cellular Agriculture. Frontiers in Sustainable Food Systems, 3.
- [7] Beres D., 2020: Beyond Meat: Are you ready for lab-grown salmon? Big Think [dostęp 01.06.2020].
- [8] Campuzano S., Pelling A., 2019: Scaffolds for 3D Cell Culture and Cellular Agriculture Applications Derived From Non-animal Sources. Frontiers in Sustainable Food Systems, 3.
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
