出品：科普中國

作者：Denovo團隊

監制：中國科普博覽

隨著全球牛肉消費的不斷增長，如何滿足人們對肉類的需求成為了一個重要的問題。

在這個問題背后，一個新興領域正嶄露頭角，它被稱為細胞農業。有了這一技術，在未來我們可能不再需要真正的農場來養殖肉牛，就能夠品嘗到美味的牛肉干了——這聽起來像是科幻電影的情節，但事實上，細胞農業正在逐漸變為現實。

牛肉

（圖片來源：作者拍攝）

什么是細胞農業？

細胞農業是一種直接利用細胞培養技術來生產食品的革命性方法。通過在實驗室中培養和繁殖動物細胞，我們可以生產出與傳統肉類相似的食品，而無需進行養殖和屠宰過程。

通過細胞農業技術，無需飼養整只動物，只培養我們吃的那部分就夠了，比如，當我們只想吃牛排時，就無需費力氣培養骨頭、角、蹄等組織或器官。

細胞農業流程示意圖，它不涉及動物的養殖，而是工業化的細胞培養過程

（圖片來源：參考文獻[3]）

培養牛肉細胞的過程是怎樣的？

想吃人造牛肉干，就得從牛肌肉干細胞開始培養。牛的干細胞培養的整個過程非常復雜、精確而又能源密集。

首先，在實驗室中培養從牛體組織中提取的肌肉細胞。在一個小小的燒瓶中，這些細胞會被培養在特殊的營養液中，營養液能提供細胞生長所必需的生長因子、激素、重組蛋白和其他調節細胞生長的物質。隨著時間的推移，最初的種子細胞會開始繁殖，并逐漸形成更大的生物反應器。這個過程需要保持細胞和營養液的特定比例，以滿足細胞的生長需求。

細胞培養的培養皿和營養液

（圖片來源：wikipedia）

然而，科學家目前仍面臨一個挑戰，就是從活體動物中提取的牛肌肉干細胞在培養過程中通常只能分裂約50次，然后就會進入老化狀態，無法再繼續存活。

這50次倍增的閾值被稱為Hayflick極限。Hayflick極限是指大多數哺乳動物體細胞的有限分裂次數。這個概念由Leonard Hayflick在20世紀60年代提出。細胞分裂極限是由于每次細胞分裂時染色體末端的特殊結構——端粒（telomere）的縮短。每次細胞分裂，端粒都會縮短一定的長度，當端?？s短到一定程度時，細胞就無法繼續分裂，進入停滯狀態或細胞凋亡（細胞死亡）。

在細胞分裂過程中，其染色體末端的端粒（紅色部分）會不斷縮短，最終導致細胞無法繼續分裂

（圖片來源：wikipedia）

為了解決這個問題，塔夫茨大學細胞農業中心的研究人員開發了永生化的牛肌肉干細胞(iBSC)，它們可以快速生長并分裂數百次，甚至可能無限期分裂。

這些永生化的牛肌肉干細胞會不會成為癌細胞？

一個研究成果發表在了《ACS Synthetic Biology》（《美國化學會合成生物學》）上，塔夫茨大學的研究人員對牛干細胞進行了工程改造，使其不斷重建端粒，有效地保持染色體的“年輕”狀態，并為新一輪的復制和細胞分裂做好準備，這些細胞實現了120多次分裂。

《ACS Synthetic Biology》文章截圖

（圖片來源：作者）

研究人員注意到，對于永生細胞的開發存在一種擔憂，那就是，永生細胞可能會發展成癌細胞。因為癌細胞就是異常增殖和分裂的細胞，繞過了正常細胞對Hayflick極限的調控機制。

然而，根據他們的研究，這些永生化的牛肌肉干細胞并未表現出致癌的性質。研究人員將這些細胞注入到小鼠體內，并未發現這些細胞能夠在小鼠體內形成腫瘤或傳播（癌細胞通常具有這些特性）。此外，他們也在實驗室環境中對這些細胞進行了長期觀察，沒有發現這些細胞有任何的畸變或不正常的增長特性。

未來的肉類生產會發生什么改變？

隨著科技的發展和細胞農業的普及，我們可以預見，未來肉類生產方式會進一步多樣化。

細胞農業技術的優勢之一在于能大幅提高肉類生產效率。例如，根據 Open Philanthropy的報告，一個成熟的、擴大規模的細胞培養肉行業，最終可能實現用3—4卡路里的能量，就能生產1卡路里的食用蛋白。如果飼養動物的話，這個比例在雞肉中是每攝入10卡路里可產生1卡路里的食用蛋白，牛肉則是25卡路里。

當然，消費者更關心的可能是另外兩點：價格和口味。雖然目前的人造肉價格昂貴，且口感與真肉有明顯差異，但或許未來有一定的提升空間。

在口感上，我們目前已經看到了人造肉的曙光：2019年，以色列的 Aleph Farms 公司就宣布，他們已經成功地利用細胞培養技術生產出一塊色香味俱佳的牛排。這一產品在實際的餐廳環境中得到了驗證，并得到了消費者的積極反饋。

總的來說，雖然細胞農業面臨許多挑戰，但它有一定的潛力，未來可能有望成為食品生產的重要方式之一。

參考文獻：

【1】Stout, Andrew J., et al. "Immortalized bovine satellite cells for cultured meat applications." ACS Synthetic Biology (2022).

【2】Hayflick, Leonard. "The limited in vitro lifetime of human diploid cell strains." Experimental cell research 37.3 (1965): 614-636.

【3】Reiss J, Robertson S, Suzuki M. Cell sources for cultivated meat: applications and considerations throughout the production workflow[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(14): 7513.

來源: 中國科普博覽

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