Geskryf deur Natalie R. Rubio
Die vleis van die toekoms kan heel anders wees as die vleis van die verlede. Stanley Kubrick, fotograaf, LOOK Magazine Photograph Collection, Library of Congress, Afdrukke en foto's, LC-USZ6-2352., CC BY-ND
Die vleis wat jy eet, as jy 'n vleisetende vleis is, kom van dierespiere. Maar diere bestaan ​​uit baie meer as net spiere. Hulle het organe en bene wat die meeste Amerikaners nie verteer nie. Dit benodig voedsel, water, ruimte en sosiale konneksies. Hulle produseer afval.
Boere spandeer baie energie en hulpbronne om komplekse organismes te kweek, wat in die proses afval skep, net om te fokus op die winsgewende snye vleis wat hulle kan oes.
Dit sou makliker, meer menslik, minder verkwistend wees produseer net die dele wat mense wil hê. En met selbiologie en weefselingenieurswese is dit moontlik om net spier- en vetweefsel te laat groei. Dit word gekweekte vleis genoem. Wetenskaplikes lewer selle insette wat hulle nodig het om te groei, net buite 'n dier: voedingstowwe, suurstof, vog en molekulêre seine van hul selbure.
Tot dusver het navorsers gesê gekweekte trosse selle dit kan verander word in verwerkte vleis soos 'n burger of wors. Hierdie gekweekte vleistegnologie is nog in die vroeë fases van navorsing en ontwikkeling, aangesien prototipes opgeskaal en fyn ingestel is om voor te berei op die uitdagings van kommersialisering. Maar al neem bio-ingenieurs die volgende moeiliker uitdaging: groei van gestruktureerde vleissnitte soos 'n biefstuk of 'n hoenderkotelet.
Waaruit vleis gemaak is
As u na 'n stuk rou vleis onder die mikroskoop kyk, kan u op sellulêre vlak sien wat u eet. Elke byt is 'n matriks van spier- en vetselle wat met bloedvate verweef is en deur bindweefsel opgeneem word.
Die spierselle is vol proteïene en voedingstowwe en die vetselle is vol, wel, vette. Hierdie twee seltipes dra by tot die grootste deel van die smaak en die mondgevoel wat 'n vleisetende ervaar as hulle in 'n burger of biefstuk byt.
Gedeeltes van die kalkoen wat gevlek is om skeletspierweefsel op sellulêre vlak te toon - ook bekend as vleis. Natalie Rubio
Die bloedvate voorsien voedingstowwe en suurstof aan 'n dier se weefsel terwyl hy leef; na slagting voeg die bloed 'n unieke, metaalagtige, umami-nuanse by die vleis.
Die bindweefsel, wat bestaan ​​uit proteïene soos kollageen en elastien, organiseer die spiervesels in belynde bondels, gerig in die rigting van die sametrekking. Hierdie bindweefsel verander tydens gaarmaak en voeg vleis tekstuur - en gekorrel - by.
Die uitdaging vir sellulêre landbou-navorsers is om hierdie kompleksiteit van vleis van onder af na te boots. Ons kan spier- en vetselle in 'n petriskaal groei - maar bloedvate en bindweefsel word nie spontaan opgewek soos in 'n dier nie. Hoe kan ons biomateriale en bioreaktore ontwerp om voedingsdiffusie te bied en organisering te bewerkstellig, sodat ons 'n dik, gestruktureerde vleissnit kry?
Burgers met gekweekte vleis is die eerste stap
Om enige gekweekte vleis te skep, neem navorsers klein hoeveelhede weefsel van 'n koei, vark of hoender - dink marmergrootte - en isoleer hulle individuele selle. Dan plaas bio-ingenieurs soos ek die selle in plastiekflesse en gee hulle voedingstowwe, suurstof en vog terwyl hulle op liggaamstemperatuur gehuisves word. Die selle is gelukkig en kan eksponensieel verdeel, wat al hoe meer selle skep.
As hulle op plastiek gekweek word, sal die selle voortgaan om te verdeel totdat hulle op al die beskikbare oppervlaktes bestaan. Dit lei tot 'n druk laag van een sel dik. Sodra die selle ophou verdeel, begin hulle volwasse word. Spierselle smelt saam om lang spiervesels te skep en vetselle begin lipiede produseer. Navorsers kan 'n klomp van hierdie selle saamvoeg om verwerkte vleisprodukte te skep, soos hamburgers, worsbroodjies en wors.
Dierselle alleen kan die meeste vleiservaring herhaal. Sonder bloedvate en bindweefsel eindig u nie met 'n georganiseerde driedimensionele weefsel nie - en dit is wat u nodig het vir gestruktureerde vleissnitte, soos biefstuk, hoenderborsie en spek.
Om hierdie uitdaging te oorkom, kan wetenskaplikes biomateriaal gebruik om die struktuur en funksie van bloedvate (vir voedings- en suurstofoordrag) en bindweefsel (vir organisering en tekstuur) te herhaal. Hierdie navorsingsgebied word genoem steier ontwikkeling.
As u selle struktuur het om aan te groei, word gekweekte vleis van hamburger tot steaks verkry. Tyler Olson / Shutterstock.com
Steiers is die geheime bestanddeel vir steaks
Die konsep van steiers ontstaan ​​in die veld van weefselingenieurswese vir mediese toepassings. Wetenskaplikes kombineer selle en steiers om funksionele biomateriaal te vervaardig vir navorsing, toksikologiese keuring of inplantings.
Hierdie biomateriale kan verskillende vorme aanneem - films, gels, sponse - afhangende van watter eienskappe in die resulterende weefsel verlang word. U kan dit byvoorbeeld doen groei velselle op 'n plat kollageenfilm om 'n veloorplanting te skep om slagoffers te verbrand of beenselle in 'n hidroksiapatiet spons vir botherlewing.
Vir mediese toepassings moet steierwerk in die algemeen veilig wees vir inplanting, dit mag nie reaksie op die immuunstelsel van die liggaam veroorsaak nie, afbreekbaar wees en selgroei kan ondersteun.
Vir voedseltoepassings verskil die ontwerpoorwegings van steiers. Hulle moet steeds selgroei ondersteun, maar dit is ook belangrik dat dit goedkoop, eetbaar en omgewingsvriendelik is om te produseer. Sommige algemene biomateriale vir voedseltoepassing sluit sellulose van plante in, 'n koolhidraat genaamd chitosan uit sampioene en 'n koolhidraat genaamd alginaat uit alge.
Hier is 'n 'resep' vir gekweekte vleis waaraan ek in die laboratorium gewerk het. Skep eers 'n toepaslike steierwerk. Isoleer chitosan van sampioene en los dit in water om 'n viskose gel te vorm. Sit die gel in 'n buis en stel die een punt bloot aan 'n koue stof, soos droë ys of vloeibare stikstof. Die hele gelbuis vries stadig, begin by die koue punt. Die bevrore gel kan dan gevriesdroog word deur die gel by 'n baie lae temperatuur op die gel te trek, en uiteindelik 'n droë sponsagtige materiaal te skep. Die rigting vriesproses skep 'n spons met klein, lang, in lyn gebringde porieë wat lyk soos 'n bondel strooitjies - en ook spierweefsel.
Die vereenvoudigde proses om 'n chitosan spons met in lyn gebring porieë te skep. Natalie Rubio, CC BY-ND
In plaas daarvan om vleis op plat plastiek te kweek, kan u die selle na hierdie driedimensionele spons oordra om meer oppervlakte te gee vir die groei van dikker weefsel. Die porieë kan ook help om voedingstowwe en suurstof deur die weefsel te versprei. Tot dusver kon my laboratorium klein stukkies vleis van minder as 'n sentimeter vierkant produseer - 'n bietjie klein vir 'n kookkuns, maar 'n sterk begin.
Ander steiermoontlikhede sluit in groeiende selle in alginaatgebaseerde vesels, gels of sponsies. Of tegnici kan plantselle van plante afspoel in 'n proses wat die dekellularisering genoem word herbevolk die sellulose raamwerk wat by dierselle agterbly.
Sodra navorsers materiaal en metodes vind wat regtig goed werk, sal ons daaraan werk om groter groepe te skep. Op die oomblik sal dit die proses opskerp en die koste verlaag, sodat gekweekte vleisprodukte koste-mededingend kan wees met vleisprodukte in die boerdery.
Dit is altyd opwindend om te sien hoe beginondernemings hul gekookte vleisblokkies, worsies en hamburgers debuteer. Maar ek kyk vorentoe na wat volgende is. Met 'n bietjie meer navorsing, tyd, befondsing en geluk, bevat die gekweekte vleisspyskaart 2.0 die biefstuk en varkvleissjops wat baie karnivore ken en liefhet.
Natalie R. Rubio, PhD-kandidaat vir sellulêre landbou, Tufts Universiteit
Jy is hier: Tuis > Lewe > Wetenskap en Tegnologie > Tot dusver is gekweekte vleis burgers - die volgende groot uitdaging is dierevrye biefstukke