Tot nu toe is gekweekt vlees hamburgers geweest - de volgende grote uitdaging zijn steaks zonder dieren

Tot nu toe is gekweekt vlees hamburgers geweest - de volgende grote uitdaging zijn steaks zonder dieren
Vlees van de toekomst kan heel anders zijn dan vlees van het verleden. Stanley Kubrick, fotograaf, LOOK Magazine Fotocollectie, Library of Congress, Prints & Photographs Division, LC-USZ6-2352., CC BY-SA

Het vlees dat je eet, als je een carnivoor bent, komt van dierlijke spieren. Maar dieren bestaan ​​uit veel meer dan alleen spieren. Ze hebben organen en botten die de meeste Amerikanen niet consumeren. Ze vereisen voedsel, water, ruimte en sociale verbindingen. Ze produceren afval.

Boeren spenderen veel energie en middelen om complexe organismen te laten groeien en daarbij afval te creëren, alleen om zich te concentreren op de winstgevende stukken vlees die ze kunnen oogsten.

Het zou gemakkelijker, menselijker, minder verspillend zijn om produceer alleen de onderdelen die mensen willen. En met celbiologie en weefseltechnologie is het mogelijk om alleen spier- en vetweefsel te laten groeien. Het wordt gekweekt vlees genoemd. Wetenschappers voorzien cellen van dezelfde input die ze nodig hebben om te groeien, net buiten een dier: voedingsstoffen, zuurstof, vocht en moleculaire signalen van hun celburen.

Tot nu toe hebben onderzoekers gecultiveerde trossen cellen dat kan worden verwerkt in verwerkt vlees zoals een hamburger of een worst. Deze technologie voor gekweekt vlees bevindt zich nog in de vroege fasen van onderzoek en ontwikkeling, omdat prototypes worden opgeschaald en afgestemd om de uitdagingen van commercialisering voor te bereiden. Maar bio-ingenieurs gaan de volgende moeilijkere uitdaging aan: gestructureerde stukken vlees kweken zoals een biefstuk of een kipkotelet.

Van welk vlees is het gemaakt

Als je een stuk rauw vlees onder de microscoop bekijkt, kun je zien wat je op cellulair niveau eet. Elke beet is een matrix van spier- en vetcellen, verweven met bloedvaten en omgeven door bindweefsel.

De spiercellen zitten vol met eiwitten en voedingsstoffen en de vetcellen zitten vol met, nou ja, vetten. Deze twee celtypen dragen bij aan het grootste deel van de smaak en het mondgevoel dat een carnivoor ervaart bij het bijten in een hamburger of biefstuk.

Tot nu toe is gekweekt vlees hamburgers geweest - de volgende grote uitdaging zijn steaks zonder dieren
Sectie van kalkoen gekleurd om cellulair niveau skeletspierweefsel te tonen - ook bekend als vlees. Natalie Rubio

De bloedvaten voorzien het weefsel van een dier van voedingsstoffen en zuurstof terwijl het leeft; na het slachten voegt het bloed een unieke, metaalachtige, umami-nuance toe aan het vlees.

Het bindweefsel, bestaande uit eiwitten zoals collageen en elastine, organiseert de spiervezels in uitgelijnde bundels, georiënteerd in de richting van de samentrekking. Dit bindweefsel verandert tijdens het koken en voegt textuur - en kraakbeen - toe aan vlees.

De uitdaging voor onderzoekers in de cellandbouw is om deze complexiteit van vlees van onderaf na te bootsen. We kunnen spier- en vetcellen laten groeien in een petrischaaltje - maar bloedvaten en bindweefsel genereren niet spontaan zoals bij een dier. Hoe kunnen we biomaterialen en bioreactoren ontwikkelen om voedingsstoffen te verspreiden en de organisatie te induceren, zodat we eindigen met een dikke, gestructureerde snee vlees?

Gekweekte vleesburgers zijn de eerste stap

Om gekweekt vlees te maken, nemen onderzoekers kleine - denk aan marmergrote - hoeveelheden weefsel van een koe, varken of kip en isoleren afzonderlijke cellen. Vervolgens stoppen bio-ingenieurs zoals ik de cellen in plastic flessen en geven ze voedingsstoffen, zuurstof en vocht terwijl ze op lichaamstemperatuur worden gehouden. De cellen zijn blij en kunnen exponentieel delen, waardoor er steeds meer cellen ontstaan.

Wanneer ze op plastic worden gekweekt, zullen de cellen zich blijven delen totdat ze op al het beschikbare oppervlak bestaan. Dit resulteert in een volle laag die één cel dik is. Zodra de cellen stoppen met delen, beginnen ze te rijpen. Spiercellen smelten samen om lange spiervezels te creëren en vetcellen beginnen lipiden te produceren. Onderzoekers kunnen een aantal van deze cellen combineren om bewerkte vleesproducten te maken, zoals hamburgers, hotdogs en worstjes.

Alleen dierlijke cellen kunnen het grootste deel van de vleeservaring nabootsen. Maar zonder bloedvaten en bindweefsel eindig je niet met een georganiseerd, driedimensionaal weefsel - en dat is wat je nodig hebt voor gestructureerde stukken vlees, zoals biefstuk, kipfilet en spek.

Om deze uitdaging aan te gaan, kunnen wetenschappers biomaterialen gebruiken om de structuur en functie van bloedvaten (voor de overdracht van voedingsstoffen en zuurstof) en bindweefsel (voor organisatie en textuur) te repliceren. Dit onderzoeksgebied wordt genoemd steiger ontwikkeling.

Tot nu toe is gekweekt vlees hamburgers geweest - de volgende grote uitdaging zijn steaks zonder dieren
Door cellen een bepaalde structuur te geven, groeit het vlees van hamburger naar steaks. Tyler Olson / Shutterstock.com

Steigers zijn het geheime ingrediënt voor steaks

Het concept van steigers is ontstaan ​​op het gebied van tissue engineering voor medische toepassingen. Wetenschappers combineren cellen en steigers om functionele biomaterialen te produceren voor onderzoek, toxicologische screening of implantaten.

Deze biomaterialen kunnen verschillende vormen aannemen - films, gels, sponzen - afhankelijk van welke eigenschappen gewenst zijn in het resulterende weefsel. Je zou bijvoorbeeld kunnen groei huidcellen op een vlakke collageenfilm om een ​​huidtransplantaat te maken om slachtoffers te helpen branden of botcellen in een hydroxyapatiet spons voor botregeneratie.

Voor medische toepassingen moeten steigers over het algemeen veilig zijn voor implantatie, mogen ze geen reactie van het immuunsysteem van het lichaam veroorzaken, afbreekbaar zijn en in staat zijn om celgroei te ondersteunen.

Voor voedseltoepassingen zijn de ontwerpoverwegingen van steigers anders. Ze moeten nog steeds de celgroei ondersteunen, maar het is ook belangrijk dat ze goedkoop, eetbaar en milieuvriendelijk zijn om te produceren. Enkele veel voorkomende biomaterialen voor voedseltoepassingen zijn cellulose uit planten, een koolhydraat genaamd chitosan uit paddestoelen en een koolhydraat genaamd alginaat uit algen.

Hier is een "recept" voor gekweekt vlees waar ik in het lab aan heb gewerkt. Maak eerst een geschikte steiger. Isoleer chitosan van champignons en los het op in water om een ​​viskeuze gel te maken. Doe de gel in een buis en stel het ene uiteinde bloot aan een koude substantie, zoals droog ijs of vloeibare stikstof. De hele tube gel zal langzaam bevriezen, beginnend bij het koude einde. De bevroren gel kan vervolgens worden gevriesdroogd door vacuüm bij zeer lage temperaturen aan de gel te trekken, waardoor uiteindelijk een droog sponsachtig materiaal ontstaat. De directioneel vriesproces creëert een spons met kleine, lange, uitgelijnde poriën die lijken op een bundel rietjes - en ook spierweefsel.

Tot nu toe is gekweekt vlees hamburgers geweest - de volgende grote uitdaging zijn steaks zonder dieren
Het vereenvoudigde proces voor het maken van een chitosan-spons met uitgelijnde poriën. Natalie Rubio, CC BY-SA

Vervolgens kunt u, in plaats van vlees op plat plastic te laten groeien, de cellen overbrengen naar deze driedimensionale spons om meer oppervlakte te bieden voor het laten groeien van dikker weefsel. De poriën kunnen ook helpen voedingsstoffen en zuurstof door het weefsel te verspreiden. Tot dusverre heeft mijn laboratorium met deze techniek kleine stukjes vlees van minder dan een centimeter in het vierkant kunnen produceren - een beetje klein voor een kookbeurt maar een sterke start.

Andere steigermogelijkheden omvatten groeiende cellen in op alginaat gebaseerde vezels, gels of sponzen. Of technici kunnen plantencellen van planten spoelen in een proces dat decellularisatie wordt genoemd herbevolking van het cellulosekader dat is achtergelaten met dierlijke cellen.

Zodra onderzoekers materialen en methoden vinden die echt goed werken, werken we aan het maken van grotere batches. Op dat moment is het een spel om het proces op te schalen en de kosten te verlagen, zodat gekweekte vleesproducten kostenconcurrerend kunnen zijn met gekweekte vleesproducten.

Het is altijd spannend om startende bedrijven hun gekweekte gehaktballetjes, worstjes en hamburgers te zien debuteren. Maar ik kijk vooruit naar het volgende. Met wat meer onderzoek, tijd, financiering en geluk zal het gekweekte vleesmenu 2.0 de biefstuk en varkenskarbonades bevatten die veel carnivoren kennen en waar ze van houden.The Conversation

Over de auteur

Natalie R. Rubio, promovendus Cellulaire landbouw, Tufts University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

facebook-icontwitter-iconrss-icoon

Ontvang de nieuwste via e-mail

{Emailcloak = off}