最近幾周，開發細胞培養魚類和貝類的公司因宣傳其產品並在全球擴充套件業務而備受關注。總部位於聖地亞哥的 BlueNalu 將透過 9 月份宣佈的與英國冷凍食品經銷商 Nomad Foods 的合作，將實驗室製造的鰭魚引入歐洲。同月，總部位於香港的 Avant Meats 與新加坡生物加工技術研究所達成協議，以提高其培育魚類生產的經濟效益。6 月，Wildtype 在其舊金山試點工廠附近開設了一個品嚐室，在那裡它一直在提供實驗室培育的壽司級鮭魚。
這些舉措反映了人們對替代性生物技術衍生魚類日益增長的興趣。對可持續發展的需求已將它們推到前臺：在全世界消費的所有海鮮中，約有一半是水產養殖的，另一半是野生捕撈的。一些野生捕撈魚類可能含有汞、微塑膠和環境汙染汙染物；氣候變化對生態系統的影響和過度捕撈正在耗盡魚類資源。“因此，我們必須想出許多不同的方法來應對這些挑戰，”位於佛羅里達州薩拉索塔的莫特海洋實驗室和水族館的研究副總裁凱文·梅因 (Kevan Main) 說。“我相信細胞培養海鮮將是其中一個機會。”
在展示各種原型或擴大生產規模的公司中，BlueNalu 是最接近市場的公司之一。除了與 Nomad Foods 合作外，BlueNalu 還與日本的三菱、泰國的海鮮生產商泰萬盛 (Thai Union) 以及韓國的健康食品公司 Pulmuone 合作，為 BlueNalu 的產品制定亞洲市場戰略。
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細胞培養海鮮——源自常見的食用魚類（例如，鮭魚和金槍魚）或貝類（例如，蝦和蟹等甲殼類動物）——也稱為人工養殖、細胞或體外海鮮。它源自水生物種的組織，但從未成為活著的、遊動的動物的一部分。肉在實驗室中透過從少量供體魚或貝類中收穫細胞並在生物反應器中培養它們來製成。對於像魚片這樣的三維組織，需要可食用、生物相容性的支架來為細胞生長和成熟提供結構。由此產生的實驗室製造的肉，主要是肌肉和脂肪細胞的混合物，味道與活體捕獲的版本相似，但沒有動物“廢物”：沒有骨頭，沒有鱗片，沒有眼球。
該策略已應用於其他種類肉類的體外培養並已實現商業化，包括牛肉、雞肉和豬肉。事實上，數十家公司正在開發細胞培養的陸地肉類，其中一些公司已經積累了超過 1 億美元的風險投資。Eat Just 開發的雞肉成為首個進入市場的培養肉，當時新加坡監管機構於 2020 年 12 月批准了其銷售。
新加坡和其他全球監管機構可能會使用與雞肉和牛肉相同的標準和途徑來監督魚類的體外培養。然而，美國對此有所區分。美國農業部 (USDA) 和食品藥品監督管理局 (FDA) 都監管培養的陸地肉類，但對於培養的魚類，FDA 將擁有唯一的管轄權。由於一些政治歷史原因，該規則適用於除鯰魚外的所有海鮮。
到目前為止，培養海鮮落後於陸地同類產品。根據良好食品研究所的資料，該研究所追蹤和倡導培養肉行業，全球只有大約 14 家公司在開發這種海鮮。
一些生物學家認為，這種差距是由於對陸地物種的研究偏見造成的。“陸地動物的科學發展如此先進，這讓我感到驚訝，”莫特海洋實驗室的梅因說。“我認為這是因為它更容易：它們就在你身邊，你可以獲取這些資源，而且你可以很容易地看到發生了什麼。而對於海鮮，一切都發生在水裡，所以你必須首先了解如何在水生環境中使其發揮作用，”她說。
陸地肉類的研究也受益於相對狹窄的物種選擇範圍。“當我們談論雞肉時，我們談論的是一種具有特定風味的產品，”弗吉尼亞理工大學食品安全和細胞農業助理教授雷扎·奧維西普爾 (Reza Ovissipour) 說。然而，每種海鮮物種都有其自身的風味、質地和細胞系，這需要在其中生長的獨特引數集。
從這些物種中開發細胞系可能被證明是難以捉摸的。科學家首先從感興趣的物種中收穫成體或胚胎幹細胞。然後，他們尋找能夠自我更新、代代穩定的細胞系，並且可以分化成肌肉、脂肪和結締組織。目標是建立一種永生化的細胞系，它可以持續自我再生，從而無需返回供體物種。
研究人員最初在單層中培養細胞，使其附著在小瓶或其他實驗室器皿的表面。細胞在營養豐富的培養基中生長，培養基通常由葡萄糖、氨基酸、肽、脂肪酸、維生素、鹽和生長因子（如激素、重組蛋白和細胞因子）的獨特物種特異性組合組成。行業中的許多研究人員最初在其生長培養基中使用牛血清成分，但大多數人正在試驗替代品。
下一步是擴大規模以生產足夠的生物質供食用，但這可能具有挑戰性。科學家必須誘導細胞在更高體積的三維生物反應器中生長，在生物反應器中，細胞懸浮在它們的生長環境中。
一旦完成此步驟，研究人員將逐步擴大操作規模，擴大到越來越大的生物反應器。在這些生物反應器中產生的細胞肉出來時是柔軟的，像肉末一樣。如果研究人員想要賦予肉魚片的質地，他們必須誘導細胞在可食用支架上結合和生長。
過程的每個步驟都提出了各自的挑戰。良好食品研究所的替代海鮮工作負責人詹妮弗·拉米 (Jennifer Lamy) 說，例如，開發細胞系可能會耗費一家公司早期研發預算的數年時間。總部位於柏林的 Bluu Biosciences 在這方面受益於其聯合創始人塞巴斯蒂安·拉克斯 (Sebastian Rakers) 的基礎研究。這位海洋生物學家在弗勞恩霍夫協會工作的 12 年間，此前已從 20 多個不同的海洋物種中建立了 80 多個不同的細胞系。
2020 年 5 月，拉克斯幫助創立了 Bluu，該公司專注於鯉魚、大西洋鮭魚和虹鱒魚。首批產品將是不成形的、無支架的肉丸，在亞洲菜餚中很常見。魚細胞佔產品的一半，而植物蛋白和少量非植物蛋白佔另一半。該公司尚未對其產品進行品嚐。
對於開發壽司級鮭魚的公司 Wildtype 來說，聯合創始人 Aryé Elfenbein 說，建立細胞系以使其能夠在生物反應器中懸浮生長，花費了三年時間。在從玻璃板轉移到生物反應器的過程中，Wildtype 科學家最初使用了微載體（這是一種珠子，可在懸浮細胞培養中為細胞提供附著位置）來幫助提高其活力。從那裡，公司過渡到以簇狀方式培養細胞，最後過渡到單細胞懸浮。
參觀 Wildtype 品嚐室的顧客可以透過玻璃門觀看食物的製作過程——這在傳統肉類行業中是聞所未聞的想法。“你能想象屠宰場旁邊有一個品嚐室嗎？”埃爾芬拜因問道。
有些人反對他們的肉在實驗室中生長的想法，但 Wildtype 的創始人表示，更多關於屠宰的意識正在改變這種狀況。“很多人故意對我們的肉類和海鮮是如何製作的視而不見，因為我們都知道這不是一個好故事，”與埃爾芬拜因共同創立公司的賈斯汀·科爾貝克 (Justin Kolbeck) 說。“屠宰場條件對工人和動物來說都是出了名的令人不愉快，而水產養殖場的運營也好不到哪裡去，”他說。“然而，我認為人們在想要了解更多並對他們吃的東西有更多可見性和透明度方面發生了重大轉變。”
為了製作壽司級鮭魚，Wildtype 必須使用支架，該公司正在內部使用植物來源的成分開發支架。支架很棘手，因為它們必須促進細胞生長，確保熱穩定性，併為人類味覺提供正確的質地。“大規模細胞-支架整合的過程是當今尚不存在的，”埃爾芬拜因說。Wildtype 的科學家花費了數年時間篩選數千種具有這些屬性的支架候選物。當他們發現那些也低成本、植物基、廣泛可用且目前在美國食品供應中使用的支架時，他們開發了一種高通量方法來生產它們。
與培養肉行業的所有公司一樣，Wildtype 也面臨著以經濟上可行的方式擴大規模的艱鉅挑戰。事實上，Wildtype 一次從未製作超過幾磅的鮭魚壽司。
這是因為擴大規模並非簡單地將每個元件乘以一個係數。更大規模的運營需要不同的裝置和對不同組的熱量和氣體傳遞速率、pH 控制、營養和氧氣供應以及原材料雜質的管理。“在更大的規模上，控制環境並不容易，有時細胞不會表現出與在較小規模上相同的特性，”奧維西普爾說。“因此，你正在處理一個完全不同的設定，這需要更多的最佳化和建模，”他說。
無論運營規模如何，與傳統肉類相比，培養肉的生產成本都高得驚人——根據諮詢公司 CE Delft 為良好食品研究所準備的一項估計，高階產品的成本超過每公斤 20,000 美元。如果沒有大量的研發以及與科學家過去 70 年來培養細胞的方式截然不同的細胞培養方法，這種情況就不會改變。“整個生物製藥行業都建立在收穫細胞產生的蛋白質並丟棄細胞的基礎上，”科爾貝克說。單克隆抗體的生產就是其中一個例子。“在我們的系統中，情況正好相反：[我們想學習]如何在保持大量細胞活力的同時濃縮它們，以便它們繼續前往支架。”
本文經許可轉載，並於 2021 年 11 月 15 日首次發表。