李 衛(wèi),譚 蒙,孫 莉,張迎慶

(湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院,湖北武漢 430068)

人們對(duì)肉奶等動(dòng)物性蛋白質(zhì)消費(fèi)需求的日愈增長(zhǎng)給地球資源和自然環(huán)境造成了很大壓力[1]。大規(guī)模的畜禽飼養(yǎng)會(huì)對(duì)水資源、土地資源造成壓力,畜禽排泄物會(huì)對(duì)水源、土地及空氣產(chǎn)生污染[2]。此外,傳統(tǒng)畜牧業(yè)還存在食品安全問(wèn)題,例如沙門(mén)氏桿菌、大腸桿菌等細(xì)菌的污染以及禽流感、瘋牛病、口蹄疫等病毒的感染,這些都極大地威脅著人類健康[3],因此人類迫切需要可持續(xù)的動(dòng)物性蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。

細(xì)胞農(nóng)業(yè)是利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),用比傳統(tǒng)畜牧業(yè)少得多的動(dòng)物或動(dòng)物源性物質(zhì)生產(chǎn)動(dòng)物蛋白,即通過(guò)直接培養(yǎng)細(xì)胞獲得在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、外觀、味道、物理特性等方面均與動(dòng)物源一樣的蛋白質(zhì)產(chǎn)品,如膠原蛋白、蛋清液以及研究最多的“肌肉蛋白質(zhì)”——培養(yǎng)肉等[4]。研究表明,細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)肉比傳統(tǒng)畜牧業(yè)生產(chǎn)牛肉、羊肉、豬肉和禽肉的溫室氣體排放量減少了78%～96%、土地使用量減少了99%、水資源使用量減少了82%～96%、能源使用量減少了7%～45%[5]。通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)方法,細(xì)胞農(nóng)業(yè)的生物和疾病風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著降低[6]。由于細(xì)胞農(nóng)業(yè)不需要屠宰動(dòng)物,因此可滿足素食主義者以及那些出于人道而減少肉類攝入的雜食者的需求。此外,細(xì)胞農(nóng)業(yè)對(duì)氣候、土地質(zhì)量和面積的依賴程度較低,可以使生活在氣候惡劣、土地貧瘠地區(qū)的人們持續(xù)地獲得動(dòng)物蛋白[7]。

細(xì)胞農(nóng)業(yè)的研究與開(kāi)發(fā)始于2005年,但其突破性的進(jìn)展是在2013年以后。2013年Mark Post教授生產(chǎn)出了世界上第一個(gè)人工培養(yǎng)的含有原代牛骨骼肌細(xì)胞的牛肉漢堡,并在當(dāng)年8月的倫敦記者招待會(huì)上烹制和食用[8]。隨后,總部位于美國(guó)的孟菲斯肉制品公司生產(chǎn)出肉丸、牛柳、雞肉和鴨肉等培養(yǎng)肉示范產(chǎn)品,Modern Meadow公司生產(chǎn)出由肌肉細(xì)胞與水凝膠結(jié)合的高蛋白脫水食品——碎牛肉[9],另一家美國(guó)Finless Foods初創(chuàng)公司開(kāi)展了培養(yǎng)魚(yú)的研究[10]。2018年底,以色列宣稱培育出人造牛排[11]。早在2017年中國(guó)就與以色列簽署了3億美元的貿(mào)易協(xié)議,購(gòu)買其實(shí)驗(yàn)室制備的培養(yǎng)肉[12]。細(xì)胞農(nóng)業(yè)按所使用的生產(chǎn)方法可分為兩類,即基于組織工程的細(xì)胞農(nóng)業(yè)和基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè),它們的共同特征是生產(chǎn)與傳統(tǒng)牲畜業(yè)生物等效的產(chǎn)品?；诮M織工程的細(xì)胞農(nóng)業(yè)是從活體動(dòng)物身上提取細(xì)胞或細(xì)胞系,通過(guò)組織工程技術(shù)產(chǎn)生肌肉等可利用的組織,培養(yǎng)肉的生產(chǎn)即屬于該類[13]?；诎l(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)是通過(guò)使用重組DNA改造的細(xì)菌、藻類、酵母等微生物的發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)動(dòng)物性蛋白質(zhì),如明膠、酪蛋白、膠原蛋白等,它利用的是較為成熟的工業(yè)生物技術(shù)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院將基于細(xì)胞培養(yǎng)的動(dòng)物性蛋白質(zhì)的生產(chǎn)列為生物科學(xué)中具有高增長(zhǎng)潛力的領(lǐng)域。2019年人造肉漢堡入選全球十大突破性技術(shù)[14]。全球肉奶類替代品市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2023年增長(zhǎng)到64億美元,未來(lái)五年培養(yǎng)肉行業(yè)的規(guī)模將增至100億美元[15]。細(xì)胞農(nóng)業(yè)產(chǎn)品與傳統(tǒng)畜牧業(yè)產(chǎn)品在營(yíng)養(yǎng)、味道及口感上幾乎相同,既滿足了消費(fèi)者吃肉的愿望,又能確保食品安全及飲食營(yíng)養(yǎng),還減少了水的消耗、土地的利用、溫室氣體排放及水體富營(yíng)養(yǎng)化等傳統(tǒng)畜牧業(yè)所帶來(lái)的環(huán)境負(fù)擔(dān)。因此,細(xì)胞農(nóng)業(yè)是一種可替代傳統(tǒng)畜牧業(yè)、可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)方式。本文探討基于細(xì)胞農(nóng)業(yè)進(jìn)行培養(yǎng)肉等動(dòng)物性蛋白質(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程、關(guān)鍵因素、安全監(jiān)管及發(fā)展展望。

1 基于組織工程的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)肉的過(guò)程及關(guān)鍵因素

1.1 生產(chǎn)過(guò)程

基于組織工程的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肉制品主要是利用動(dòng)物體內(nèi)分離得到的種子細(xì)胞,通過(guò)組織工程技術(shù)模擬胚胎肌肉的生成或創(chuàng)傷后肌肉組織的再生[16]。培養(yǎng)肉的生產(chǎn)分為兩個(gè)階段:a.細(xì)胞擴(kuò)增階段,即采用貼壁培養(yǎng)或微載體懸浮培養(yǎng)技術(shù),在細(xì)胞增殖反應(yīng)器中使未分化和半分化的細(xì)胞增殖以獲得更多的種子細(xì)胞;b.分化階段,通過(guò)將種子細(xì)胞接種到能提供三維生長(zhǎng)依托的支架上,在組織灌注反應(yīng)器中使其生長(zhǎng)、分化、發(fā)育成肌肉細(xì)胞,再通過(guò)不斷融合新的肌肉細(xì)胞形成多核肌管,多核肌管分化形成肌纖維,最終形成類似肌肉形態(tài)和生理特征的組織。培養(yǎng)結(jié)束后再將所得的肉糜加工成肉制品[17]。目前制備的培養(yǎng)肉沒(méi)有血管和脂肪,肌血球素和鐵蛋白的含量也很少,但與全植物仿肉制品相比,其外觀、味道、口感及質(zhì)地更近似于傳統(tǒng)肉[18]。

1.2 細(xì)胞來(lái)源

培養(yǎng)肉的主要細(xì)胞來(lái)源是原代細(xì)胞和基因突變的細(xì)胞系。獲得突變細(xì)胞系的方式有兩種,一是采用基因工程或化學(xué)誘變法獲得無(wú)限增殖細(xì)胞[19];二是從自發(fā)突變的細(xì)胞中篩選永生細(xì)胞[13]。原代細(xì)胞通常是干細(xì)胞,包括肌衛(wèi)星干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、間葉干細(xì)胞等[20]。肌衛(wèi)星干細(xì)胞是培養(yǎng)肉最常用的細(xì)胞來(lái)源;胚胎干細(xì)胞由于具有無(wú)限增值能力也被作為細(xì)胞來(lái)源,但要使其僅朝著肌肉細(xì)胞進(jìn)行分化比較困難;間葉干細(xì)胞因其繁殖能力高并能在無(wú)血清培養(yǎng)基中生長(zhǎng)而被研究者青睞[21-22]。保證原代細(xì)胞在經(jīng)過(guò)多個(gè)生產(chǎn)周期后不變異是降低培養(yǎng)肉生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。最近的研究提出了一些解決方案,例如讓細(xì)胞處于缺氧狀態(tài)、調(diào)節(jié)支架參數(shù)等[23]。目前對(duì)于采用何種動(dòng)物及取用哪個(gè)組織部位的細(xì)胞作為最佳的細(xì)胞來(lái)源仍然是爭(zhēng)論最多的問(wèn)題。

1.3 培養(yǎng)基的組成及其篩選技術(shù)

生產(chǎn)培養(yǎng)肉的培養(yǎng)基由糖類、氨基酸、油脂、維生素、礦物質(zhì)等組成,在細(xì)胞生長(zhǎng)的不同時(shí)期還需要添加一些生長(zhǎng)因子,例如在細(xì)胞分化期常加入動(dòng)物血清或雞胚提取物,因?yàn)樗鼈兒屑に?、脂肪酸、微量元素、胞外囊泡等多種生長(zhǎng)因子[17,21,24]。由于含血清等動(dòng)物源成分的培養(yǎng)基會(huì)產(chǎn)生污染、重復(fù)性差以及監(jiān)管等方面的問(wèn)題,因此開(kāi)發(fā)無(wú)動(dòng)物源成份的培養(yǎng)基是目前的研究熱點(diǎn)[25]。細(xì)胞農(nóng)業(yè)所用培養(yǎng)基十分昂貴,尚不能用于大規(guī)模的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn),因此獲得廉價(jià)培養(yǎng)基是細(xì)胞農(nóng)業(yè)急需解決的問(wèn)題?，F(xiàn)在研究人員開(kāi)發(fā)出一種多孔微流體裝置,通過(guò)并行處理成百上千個(gè)不同組分的培養(yǎng)基并采用自動(dòng)圖像分析技術(shù),能極大地加快培養(yǎng)基的篩選及研發(fā)過(guò)程[26]。

1.4 組織支架

為了模擬肌肉生長(zhǎng)的天然環(huán)境、增強(qiáng)細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化、促進(jìn)肌肉纖維的形成并使肌肉細(xì)胞附著其上生長(zhǎng),需要在反應(yīng)器內(nèi)放置支架。現(xiàn)今大多數(shù)成功制成的肉制品都是在動(dòng)物來(lái)源的膠原蛋白支架上生長(zhǎng)的,因其更接近肌肉的天然生長(zhǎng)環(huán)境。為了生產(chǎn)高度結(jié)構(gòu)化和組織化的培養(yǎng)肉,需要采用灌注法制備具有立體網(wǎng)絡(luò)通道的支架,使液體能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組織中流通灌注,例如研究人員采用3D打印機(jī)制成的灌注網(wǎng)絡(luò)支架能維持六周的細(xì)胞培養(yǎng)[27-29]。關(guān)于支架制造需要解決的問(wèn)題還很多,例如制備可食用支架使其成為肉制品的一部分,制備可降解的支架,制備易與培養(yǎng)肉分離的可重復(fù)使用支架,用食品級(jí)非動(dòng)物來(lái)源或動(dòng)物源的生物材料制備支架等[30-31]。

1.5 生物反應(yīng)器

要使培養(yǎng)肉在價(jià)格上能被消費(fèi)者接受,首先必須提高反應(yīng)器體積以降低生產(chǎn)成本。研究表明,反應(yīng)器體積放大100 倍,可使單位產(chǎn)量的設(shè)備成本降低到原來(lái)的15.8%[32]。其次,細(xì)胞培養(yǎng)密度也要比目前動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。這對(duì)于組織工程來(lái)說(shuō)將是前所未有的挑戰(zhàn),因?yàn)楦呙芏?、大?guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)需要生長(zhǎng)因子及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的快速補(bǔ)充、氧氣的充足供應(yīng)以及代謝廢物的快速排放[33]。

傳統(tǒng)攪拌釜式或鼓泡塔式反應(yīng)器只能生產(chǎn)碎沫肉,要想生產(chǎn)出高度結(jié)構(gòu)化的培養(yǎng)肉(如整塊牛排)需要采用“三維支架+灌注”式反應(yīng)器。然而,由于其放大存在很大困難并不適合培養(yǎng)肉的大規(guī)模生產(chǎn)[34]并且隨著“三維支架+灌注”式反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)尺度的增加,灌注營(yíng)養(yǎng)液產(chǎn)生的阻力會(huì)升高,甚至?xí)谀承﹨^(qū)域超出細(xì)胞的承受力而造成細(xì)胞死亡;對(duì)于大型“三維支架+灌注”式反應(yīng)器來(lái)說(shuō),采用低灌注流速時(shí)其內(nèi)部溶氧、溫度、pH以及營(yíng)養(yǎng)物傳輸和代謝廢物的積累均會(huì)出現(xiàn)不均勻,而高灌注流速會(huì)導(dǎo)致剪切應(yīng)力過(guò)高對(duì)細(xì)胞造成傷害[32]。因此,“三維支架+灌注”反應(yīng)器的工程放大是培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)化所面臨的重要問(wèn)題。

2 基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)動(dòng)物性蛋白質(zhì)

2.1 生產(chǎn)過(guò)程

基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)動(dòng)物性蛋白質(zhì)的過(guò)程與重組蛋白生產(chǎn)過(guò)程類似。首先將能表達(dá)所需蛋白質(zhì)的基因?qū)胨拗骷?xì)胞,然后將此基因改造的宿主細(xì)胞置于裝有培養(yǎng)基的生物反應(yīng)器中生長(zhǎng)繁殖,宿主細(xì)胞據(jù)該目標(biāo)基因表達(dá)出對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì),最后將產(chǎn)生的蛋白質(zhì)與宿主細(xì)胞分離并對(duì)分離出的蛋白質(zhì)進(jìn)行純化[35]。

基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用菌株與生產(chǎn)重組蛋白酶的菌株相似,因此可直接借鑒重組蛋白酶的研究成果及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),例如蛋白質(zhì)改性的精確控制、蛋白質(zhì)的高效折疊等,這能極大地促進(jìn)細(xì)胞農(nóng)業(yè)的研發(fā)[36]。酵母菌、絲狀真菌等長(zhǎng)期安全地用于食品工業(yè)的微生物也正在被開(kāi)發(fā)成細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的宿主菌株。

2.2 生產(chǎn)特點(diǎn)及存在問(wèn)題

基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出的動(dòng)物蛋白的分子量通常很大,由許多重復(fù)單元和亞基組成,在基因改造的非原生宿主細(xì)胞內(nèi),將它們進(jìn)行最后組裝十分困難,因此開(kāi)發(fā)出能表達(dá)和組裝復(fù)雜蛋白分子的微生物是現(xiàn)今面臨的挑戰(zhàn)。

與重組蛋白不同,基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的蛋白質(zhì)通常積累在細(xì)胞內(nèi)而不是分泌到培養(yǎng)基中,這使得這類產(chǎn)品更易受到宿主細(xì)胞殘骸的污染,產(chǎn)品的分離純化變得更加困難。如果選擇出能產(chǎn)生所需風(fēng)味的宿主細(xì)胞且對(duì)產(chǎn)品純度要求不高,將大幅降低細(xì)胞農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本。例如,釀酒酵母中含有能產(chǎn)生乳酪風(fēng)味的菌株,將此菌株用于生產(chǎn)酪蛋白,存在于酪蛋白粗提物中的殘留酵母細(xì)胞將對(duì)最終乳酪產(chǎn)品的風(fēng)味具有重要貢獻(xiàn)[37]。

2.3 生產(chǎn)的產(chǎn)品種類

目前,基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)物蛋白包括明膠、酪蛋白、膠原蛋白等,這些蛋白可以用于食品、皮革、生物醫(yī)學(xué)和化妝品領(lǐng)域,如酪蛋白可用來(lái)制備牛奶,明膠可用來(lái)制備蛋清液,膠原蛋白可用來(lái)制備皮革、生物材料以及作為化妝品原料等。目前已有用發(fā)酵法生產(chǎn)出蜘蛛絲樣的膠原蛋白用于紡織和生物材料方面的應(yīng)用[37]。

基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)物蛋白的純度通常要求不高,但不能含有活菌及抗性基因。考慮到成本因素,可以僅將對(duì)產(chǎn)品功能起重要作用的蛋白質(zhì)用細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的蛋白質(zhì)取代,其它則由植物成分代替。例如,生產(chǎn)蛋清液只需包含10%的發(fā)酵法生產(chǎn)的蛋白質(zhì),其余部分用植物或藻類膠質(zhì)物代替,即可生產(chǎn)出與天然蛋清差不多質(zhì)地、功能、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分的產(chǎn)品。將發(fā)酵法生產(chǎn)的動(dòng)物蛋白與植物來(lái)源的蛋白質(zhì)、油脂等結(jié)合,可生產(chǎn)出比全植物的仿制肉更接近動(dòng)物肉制品的產(chǎn)品,并且可按需調(diào)節(jié)仿制肉中所含的營(yíng)養(yǎng)組分,例如可以將其中含量較多的且對(duì)身體有害的ω-6脂肪酸用對(duì)身體有益的ω-3脂肪酸代替。

3 細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全監(jiān)管

3.1 培養(yǎng)肉的安全監(jiān)管

2018年10月美國(guó)農(nóng)業(yè)部食品安全與檢驗(yàn)局(FSIS)和美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)舉行聯(lián)合會(huì)議,就來(lái)自畜禽細(xì)胞培養(yǎng)食品的潛在危險(xiǎn)、監(jiān)督管理等方面進(jìn)行討論[38]。FDA認(rèn)為細(xì)胞培養(yǎng)的可食性產(chǎn)品成分并不需要新的批準(zhǔn)許可,因?yàn)楝F(xiàn)有的指南已經(jīng)能夠完全涵蓋細(xì)胞培養(yǎng)的各種組分、外源性試劑、生產(chǎn)工藝等,而且作為食品成分的培養(yǎng)細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物已經(jīng)通過(guò)GRAS(Generally Recognized as Safe)安全認(rèn)證并具有長(zhǎng)期的安全消費(fèi)歷史。

有學(xué)者認(rèn)為將培養(yǎng)肉與傳統(tǒng)畜禽肉實(shí)質(zhì)等同的監(jiān)管模式是不合適的,作為安全審查的一部分,應(yīng)該找到一些方法來(lái)確定培養(yǎng)肉是否符合與畜禽肉實(shí)質(zhì)等同或無(wú)實(shí)質(zhì)差異的標(biāo)準(zhǔn)[39],認(rèn)為對(duì)培養(yǎng)肉的監(jiān)管方式應(yīng)該取決于其生產(chǎn)方式。歐盟于2015年修訂的管理?xiàng)l例中也廢除了實(shí)質(zhì)等同的監(jiān)管模式,而將危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等預(yù)防性措施作為優(yōu)先考慮因素[4]。

培養(yǎng)肉的安全監(jiān)管涉及一系列管理部門(mén)。在歐洲,畜禽供體的養(yǎng)殖及其細(xì)胞的提取和檢驗(yàn)涉及到動(dòng)植物衛(wèi)生署、食藥局、環(huán)境部、農(nóng)村事物部及當(dāng)?shù)卣畽C(jī)構(gòu)等多個(gè)部門(mén)。培養(yǎng)肉本身也需要食藥局、當(dāng)?shù)丨h(huán)境健康部門(mén)、貿(mào)易標(biāo)準(zhǔn)部門(mén)及當(dāng)?shù)卣畽C(jī)構(gòu)的監(jiān)管。為減少監(jiān)管的復(fù)雜性,提倡采取主要權(quán)力模式,即在該領(lǐng)域具有專業(yè)資質(zhì)的一家地方機(jī)構(gòu)為代表行使其監(jiān)管權(quán)力[40]。美國(guó)的FSIS和FDA簽訂了一項(xiàng)協(xié)議,以規(guī)范管理來(lái)自家畜細(xì)胞及細(xì)胞系的細(xì)胞培養(yǎng)食品,由FDA負(fù)責(zé)監(jiān)管細(xì)胞采集、細(xì)胞庫(kù)、細(xì)胞增殖和分化,而FSIS負(fù)責(zé)監(jiān)管細(xì)胞收獲、后續(xù)加工及銷售等[41]。

由于細(xì)胞取自動(dòng)物活體,因此建立動(dòng)物福利法案十分必要[42-43]。目前關(guān)于供體細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)參照的是人體組織細(xì)胞醫(yī)學(xué)管理?xiàng)l例,需要對(duì)其進(jìn)行修訂使其適用于培養(yǎng)肉生產(chǎn)。細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肉制品是細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與肉類科學(xué)的結(jié)合,在安全監(jiān)管上應(yīng)包括以下內(nèi)容:關(guān)鍵致病菌的鑒定及防止污染的安全措施,確保肉的老化時(shí)間在24 h以上以使所有細(xì)胞死亡,監(jiān)測(cè)每一階段細(xì)胞的質(zhì)量及功能(包括細(xì)胞效力的評(píng)價(jià)、基因穩(wěn)定性檢測(cè)等),代謝廢物的處置及回收利用,生產(chǎn)車間的危險(xiǎn)性及可操作性管理等[44-45]。

對(duì)于培養(yǎng)肉與傳統(tǒng)畜禽肉混合的肉制品,應(yīng)防止弄虛作假亂標(biāo)兩種肉比例的情況。研究人員正在開(kāi)發(fā)一種適用于培養(yǎng)肉的蛋白質(zhì)跟蹤器,以方便快捷地追溯和檢測(cè)肉制品出處及成分等。此外,還需要對(duì)采用非農(nóng)業(yè)畜禽物種生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)管,如瀕危動(dòng)物、危險(xiǎn)動(dòng)物、寵物、陪伴動(dòng)物等,對(duì)于這種形式的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要從社會(huì)倫理、安全性等方面考慮其許可性及進(jìn)行必要的保護(hù)[46]。

3.2 基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)安全監(jiān)管

有學(xué)者認(rèn)為基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)物性蛋白質(zhì)與來(lái)源于傳統(tǒng)畜牧業(yè)的蛋白質(zhì)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性差別。盡管其采用的是基因改造的微生物,但自然界生物體間基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象十分普遍,例如幾乎所有品種的甘薯都有來(lái)自土壤的微生物基因[47],且細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)品已有多年的安全使用歷史,如各種食用真菌、藻類、酶類以及胰島素等醫(yī)藥產(chǎn)品,所以認(rèn)為基于發(fā)酵的細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)物蛋白是安全的。

基因改造的微生物可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染及危害,需要對(duì)這些微生物進(jìn)行有效滅活,在運(yùn)輸、操作及衛(wèi)生等方面應(yīng)采取特別的安全防范措施,使生產(chǎn)過(guò)程中每一步的危險(xiǎn)性降到最低[37]。為了規(guī)范化管理微生物種類及基因改造類型,生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)向相關(guān)管理機(jī)構(gòu)提供產(chǎn)品生產(chǎn)安全告知書(shū),告知書(shū)內(nèi)容包括生產(chǎn)所用菌株、生產(chǎn)工藝及流程、培養(yǎng)基成分等。

4 細(xì)胞農(nóng)業(yè)發(fā)展展望

細(xì)胞農(nóng)業(yè)領(lǐng)域目前處于創(chuàng)建初期,為了促進(jìn)細(xì)胞農(nóng)業(yè)的研發(fā),有必要建立學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)盟以確保研究初期就以大規(guī)模生產(chǎn)為首要考量,并將生產(chǎn)企業(yè)定位為學(xué)術(shù)研究成果的接受者。此外還要促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)、研究人員、供應(yīng)商之間的溝通和交流,以減少重復(fù)工作并最大限度地利用知識(shí)產(chǎn)權(quán)許可降低投資風(fēng)險(xiǎn)。

細(xì)胞農(nóng)業(yè)需要解決的問(wèn)題還很多。在培養(yǎng)肉生產(chǎn)方面,期望在分化階段獲得高度結(jié)構(gòu)化的肌肉組織,以期得到特有質(zhì)地和口感的肉制品,這方面還沒(méi)有突破性進(jìn)展;肌肉組織在畜禽體內(nèi)的生長(zhǎng)通常需要血管來(lái)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),還會(huì)受到來(lái)自神經(jīng)和畜禽活動(dòng)等多種因素的影響;這些都是目前體外培育細(xì)胞無(wú)法達(dá)到的[48-49],這將是今后培養(yǎng)肉研發(fā)的重要方向。

與傳統(tǒng)畜牧業(yè)相比,細(xì)胞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)肉仍有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),例如珍稀動(dòng)物肉制品的生產(chǎn)只需提取少量細(xì)胞,從而減少了對(duì)珍稀物種的捕殺。利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)還可選擇性地生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味更佳的肉類產(chǎn)品,例如減少肥肉細(xì)胞的合成比例、增加瘦肉細(xì)胞的合成比例等[50]。

細(xì)胞農(nóng)業(yè)也為傳統(tǒng)畜牧業(yè)提供了新機(jī)遇,從收獲畜禽體到收獲細(xì)胞的轉(zhuǎn)變就是從選擇并利用高產(chǎn)量雜交品種的基因組和表型轉(zhuǎn)向利用能在低密度、低投入的廣泛系統(tǒng)中茁壯成長(zhǎng)的更傳統(tǒng)的畜禽,這種轉(zhuǎn)變不僅有助于保留傳統(tǒng)品種的遺傳基因,保護(hù)生物多樣性,且對(duì)環(huán)境的影響小,生產(chǎn)利潤(rùn)高。相信在不久的將來(lái)細(xì)胞農(nóng)業(yè)會(huì)成為一個(gè)具有巨大商業(yè)利益和發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。