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科学家用永生干细胞培育人造肉 未来可能实现无限量供应
发布日期:2023-07-13 14:52:46  稿源:cnBeta.COM

要使细胞农业--在生物反应器中培育肉类的技术成功养活数百万人,技术人员必须克服许多技术障碍。鸡、鱼、牛等来源的肌肉细胞产量需要增加到每年数百万吨。塔夫茨大学细胞农业中心(TUCCA)的研究人员通过开发永生化牛肌肉干细胞(iBSCs),向这一目标迈进。这些细胞具有快速生长速度和分裂数百次的能力,甚至可能无限次分裂,进一步提高了大规模肉类生产的潜力。

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分化的永生化牛干细胞完全表达肌肉蛋白(蓝色=细胞核;品红色=肌原蛋白;绿色=肌球蛋白)。比例尺约1毫米。来源:塔夫茨大学Andrew Stout

《ACS合成生物学》杂志介绍了这一进展,这意味着全球的研究人员和公司可以获得和开发新产品,而不必反复从农场动物活组织中获取细胞。

细胞培养肉的生产需要生长和分裂能力极强的肌肉和脂肪细胞。虽然细胞培殖肉已引起媒体关注,例如美国食品及药物管理局初步批准培殖鸡肉,甚至用乳齿象DNA培殖的汉堡,但这些产品仍然昂贵且难以扩大规模。

从活体动物身上提取的正常肌肉干细胞通常只能分裂约50次,然后就开始"老化",不再具有活力。虽然理论上这些干细胞可以生产大量肉类,但TUCCA团队开发的永生化细胞具有几个优势。其一是可以生产更多的肉。

另一个优势是,通过广泛提供永生化细胞,他们将降低其他研究人员探索细胞农业的准入门槛--找到降低成本和克服扩大生产挑战的方法。

TUCCA的研究生、该项目的首席研究员安德鲁-斯托特(Andrew Stout)说:"通常情况下,研究人员不得不自己从动物身上分离干细胞,这既昂贵又费力,或者使用相关性较低物种的模型细胞系,如小鼠肌肉细胞。"

将普通牛肌肉干细胞转化为永生牛肌肉干细胞有两个关键步骤。大多数细胞在分裂和衰老过程中,染色体末端的DNA开始脱落,这些DNA被称为端粒。这可能导致DNA复制或修复时出现错误。它还会导致基因丢失,最终导致细胞死亡。

研究人员设计的牛干细胞可以不断重建端粒,有效保持染色体"年轻",为新一轮复制和细胞分裂做好准备。使细胞永生的第二步是使它们持续产生一种蛋白质,刺激细胞分裂的关键阶段。这有效地加速了细胞分裂过程,帮助细胞更快生长。

肌肉干细胞不是人们想吃的最终产品。它们不仅要分裂和生长,还要分化成成熟的肌肉细胞,就像或至少非常类似于我们在牛排或鱼排中食用的肌肉细胞。斯托特和他的研究小组发现,新干细胞确实分化成成熟的肌肉细胞,尽管与动物肌肉细胞或来自传统牛干细胞的肌肉细胞并不完全相同。

斯托特说:"它们有可能成熟到足以复制天然肉类的风味和质地。它们正在以非常快的速度翻倍,因此它们可能只需要多一点时间就能达到完全成熟。"

塔夫茨大学斯特恩家族生物医学工程教授兼TUCCA主任David Kaplan说:"虽然有些人可能会质疑摄入永生细胞是否安全,但事实上,当细胞被收获、储存、烹饪和消化后,就没有继续生长的可行途径了。就像我们今天吃的天然肉类一样,细胞只是变成了惰性物质,我们希望它味道鲜美并能提供多种营养。"

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