Laboratorijsko meso, ki je nedavno postalo predmet širokega zanimanja, predstavlja revolucionarno področje znotraj prehrambne industrije. S pomočjo naprednih tehnologij celičnega kmetijstva in biomedicinskega inženiringa so raziskovalci po vsem svetu na poti k ustvarjanju mesa, ki ga pridobivamo brez potrebe po klasičnem živinorejskem procesu. Da bi razumeli, kako se razvija ta nova panoga in kakšen je njen potencial, smo se pogovarjali z asist. dr. Boštjanom Viharjem in asist. Jernejem Vajdo, dr. med., z Inštituta za biomedicinske vede Univerze v Mariboru.

S pomočjo raziskav na mariborskem inštitutu do naprednega testiranja zdravil in celo proizvodnje nadomestnih organov

Na Inštitutu za biomedicinske vede se primarno ukvarjajo z razvojem in vitro modelov humanih tkiv. "To pomeni, da poskušamo žive celice skupaj z materiali, ki posnemajo značilnosti medceličnega prostora, združiti in oblikovati v tri-dimenzionalne strukture oziroma ogrodja, ki spominjajo na tkiva. Ta ogrodja potem s pomočjo različnih dražljajev poskušamo spodbujati k temu, da se razvijejo in začnejo posnemati tudi delovanje pravih tkiv znotraj telesa. To počnemo s kombiniranjem tehnik kulture celic, 3D tiska, uporabe miniaturnih bioreaktorskih sistemov ter drugih orodij," pojasnjujeta Vihar in Vajda. 

Na inštitutu si prizadevajo, da bi bilo z razvojem modelov tkiv, ki posnemajo delovanje telesa, mogoče testirati nova zdravila, brez da bi neposredno obremenjevali človeško telo, kar pomeni, da bi lahko sočasno izboljšali napoved terapevtskega učinka, zmanjšali število poskusov na živalih, s pomočjo odvzema celic neposredno iz pacienta_ke pa bi lahko terapije prilagodili tudi prav zanj_o, torej z najvišjim možnim delovanjem ter najmanj stranskimi učinki. Dolgoročno pa bo uspešen inženiring tkiv omogočal tudi proizvodnjo nadomestnih tkiv in organov za presaditve pri pacientih, ki to potrebujejo.

Pristopi razvoja tkiv za medicinske namene pa so primerni tudi za druge aplikacije. Razvoj mišičnega tkiva za regeneracijo poškodbe pri človeku je npr. tehnično zelo podoben razvoju mišičnega tkiva, ki bi bilo primerno za meso. Tako obstaja določen presek med biomedicinskim inženiringom in celičnim kmetijstvom. Tako so aktivnosti raziskovalne skupine primarno usmerjene v razvoj in raziskave za medicinske namene, vendar so vključeni tudi v projekte, ki so bolj usmerjeni k celičnemu kmetijstvu. Asist. dr. Boštjan Vihar in asist. Jernej Vajda, dr. med. sta nam tako s pomočjo izkušenj in dela na področju razložila več o enem izmed najbolj vznemirljivih področij v prehrambeni industriji.

[[image_1_article_66211]]

Mikroskopski posnetek 3D kulture matičnih celic na prehodu med dvema različnima materialoma po opravljenem testu viabilnosti (živosti). Žive celice so obarvane zeleno, mrtve pa rdeče. Opazna je tudi razlika v morfologiji (obliki) celic glede na to, v katerem materialu se nahajajo.

Lahko razložite, kaj je laboratorijsko meso in kako nastane?

Pri laboratorijskem, gojenem oziroma kultiviranem mesu (terminologija še ni dokončno usklajena, še posebej v slovenščini) gre za mišično tkivo živali, ki jih tipično uporabljamo za meso. Glavna razlika z mesom, ki smo ga navajeni, pa je v tem, da ni pridobljeno z zakolom, temveč z gojenjem celic izven telesa živali pod pogoji, ki omogočajo njihovo rast in razvoj. Tudi te celice so na začetku z odščipom pridobljene iz živali, vendar v zelo majhnih količinah. Osnovna ideja je v tem, da za gojenje zrezka ni potrebno gojiti celotne živali, temveč iz živalskih celic le tiste dele, ki jih želimo uporabiti za prehrano.

V kakšni fazi je laboratorijsko meso v tujini in pri nas? Menite, da bi lahko idejo pri nas kmalu realizirali in bomo ga lahko kmalu tudi menjali za navadno meso (če bi to želeli)?

Prvi prototip laboratorijskega oziroma gojenega mesa je predstavila raziskovalna skupina Prof. Dr. Marka Posta na univerzi v Maastrichtu v letu 2013 in od takrat je področje pritegnilo veliko pozornosti, tako s strani raziskovalcev kot podjetnikov in investitorjev po vsem svetu, kar je zelo spodbudilo nadaljnji razvoj področja.

The Good Food Institute trenutno v svoji bazi beleži okoli 160 podjetij, ki se globalno ukvarjajo z razvojem izdelkov celičnega kmetijstva ali komponent v vrednostni verigi. Nekatera podjetja že delajo tudi na proizvodnji večjih količin izdelka, je pa še vedno tudi precej tehničnih izzivov, ki jih bo potrebno nasloviti, preden bo proizvodnja takih izdelkov trajnostna in primerna za masovno proizvodnjo.

Pomembni izzivi, ki so pogosto izpostavljeni in s katerimi se ukvarja nemalo organizacij, so med drugim: 

  • Viri celic in njihova sposobnost za rast – za proizvodnjo mesa s pomočjo celičnih kultur je potrebno nagojiti veliko število mišičnih celic. To je po eni strani možno s tako imenovanimi imortaliziranimi celičnimi linijami, ki se lahko delijo v nedogled, ker pa gre običajno za gensko spremenjene celice, je njihova uporaba za komercialne namene precej bolj problematična in zahteva daljše postopke testiranja in certificiranja. Zato je zelo verjetno, da bodo prvi izdelki, ki bodo lahko prodrli na trg, pripravljeni na osnovi celic, ki bodo izolirane iz živali in bodo uporabljene nespremenjene. Težava pri njihovi uporabi je omejeno število ciklov delitve, ki jih celice lahko opravijo, kar pomeni, da je za večje količine končnega produkta potrebno celice živalim odvzeti večkrat.
  • Hranilni mediji – večina celic za normalno rast in razvoj potrebuje ustrezna hranila in rastne faktorje. Standardno se te zagotavlja z uporabo krvnega seruma teličkov, kar predstavlja pomemben etičen in tehničen (kemijska sestava med serijami ni popolnoma ponovljiva, te pa so količinsko precej omejene) izziv ter je v nasprotju z osnovno idejo celičnega kmetijstva, ki si prizadeva za zmanjšanje masovne živinoreje za zakol živali. Veliko podjetij se zato globalno ukvarja z iskanjem nadomestkov seruma, pridobljenih iz rastlinskih virov bodisi neposredno bodisi s pomočjo fermentacije.
  • Izdelava večjih kosov tkiva – mišice potrebujejo hitro in učinkovito izmenjavo snovi, torej dotok hranil in kisika ter odnašanje odpadnih produktov metabolizma. Pri tkivih, kjer so celice naseljene zelo gosto skupaj, to predstavlja velik izziv, saj za ustrezno izmenjavo snovi tkiva potrebujejo ustrezno ožiljenje. Izdelava oziroma vgradnja žilnega sistema, ki zagotavlja enakomerno razporeditev in izmenjavo snovi za tkivni inženiring, še vedno predstavlja pomemben izziv tako z vidika izdelave kot tudi dolgoročnega vzdrževanja. V metabolno aktivnih tkivih je lahko posamezna celica od najbližje žile oddaljena le okoli 200 mikrometrov (0,2 mm), da lahko dovolj učinkovito izmenjuje snovi z okoljem. Izdelava žilne mreže z ustrezno natančnostjo in razporeditvijo znotraj tkiva pa je izjemno zahtevna.
  • Prenos iz laboratorija v proizvodnjo – izdelava posameznega, strukturno kompleksnega tkivnega modela že sama po sebi predstavlja izziv, ki zahteva vključevanje mnogih korakov, narejenih z različnimi pristopi. Učinkovita proizvodnja v večjih količinah z minimalno porabo prostora, energije in materialov pa predstavlja dodaten izziv. V primeru celičnega kmetijstva bo ob tem dodatno pomembna tudi ponovna oziroma krožna uporaba vhodnih materialov, ki proces podražujejo (npr. rastni faktorji).

Našteti tehnični in etični, poleg njih pa tudi ekonomski, družbeni in regulatorni izzivi predstavljajo pomembne ovire pri proizvodnji kultiviranega mesa. Za vsakega od njih pa so si različna podjetja in raziskovalne skupine našle svojo nišo ter jih poskušajo naslavljati na različne načine. 

Kaj je po vašem mnenju največji potencial laboratorijskega mesa v primerjavi s tradicionalnim mesom?

Če nam bo uspelo rešiti izzive, povezane z razvojem in proizvodnjo kultiviranega mesa, lahko slednje predstavlja pomembno rešitev pri proizvodnji hrane v prihodnosti. Z optimiziranim proizvodnim procesom bi lahko kilogram mesa naredili z manj izpustov, nižjo porabo vode in antibiotikov ter na manjšem prostoru kot tradicionalna živinoreja in to v neposredni bližini mest, kjer se večina hrane porabi, hkrati pa neodvisno od letnega časa in vremenskih razmer. Ob tem meniva, da kultivirano meso ne bo v celoti nadomestilo tradicionalne živinoreje, temveč predstavlja komplementarni vir hrane za svetovno prebivalstvo, ki se celokupno povečuje, predvsem v regijah, kjer se povečuje tudi apetit po mesu.

"Ima pa tehnologija potencial za razvoj tudi popolnoma novih produktov, ki bi lahko imeli prilagojeno hranilno vrednost. Npr. meso z manj nasičenih maščobnih kislin, večjo vsebnostjo vitaminov, itd."

Kakšni so največji izzivi, s katerimi se soočajo raziskovalci pri razvoju cenovno dostopnega in okusnega laboratorijskega mesa?

Trenutno so tudi podjetja, ki na področju najbolj prednjačijo pri proizvodnji, še vedno na stopnji prototipov, kar zahteva veliko korakov, različne tehnične pristope in ročno delo. Posledično je proces še vedno relativno drag, prav tako pa imajo visoko ceno tudi vhodni materiali, ki se jih pri procesu uporablja (celice, hranilni mediji, itd.). Kljub temu se je proizvodnja takih izdelkov v zadnjih 10 letih zelo pocenila. Konkretno raziskovalci z Nizozemske, ki so leta 2013 predstavili prvi kultivirani »burger« – takrat je bila vrednost izdelka ocenjena na okoli 250.000 € – zagotavljajo, da lahko danes podoben izdelek naredijo za »le« nekaj deset evrov.

Za pričakovati je, da bo cena še padla, zagotovo pa bodo izdelki iz kultiviranega mesa vsaj na začetku bolj zanimivi za potrošnike, ki bodo pripravljeni zanje odšteti več, oziroma toliko kot za izdelke visokega cenovnega ranga, kot so danes posamezne specialitete (npr. japonska Wagyu govedina, jesetrov kaviar in podobno).

Ali obstaja kakšna določena vrsta mesa (npr. govedina, piščanec, svinjina), ki jo bo po vašem mnenju lažje nadomestiti z laboratorijskim mesom kot druge?

Težko rečeva. Razvoj se pri vseh vrstah mesa sooča s podobnimi izzivi. Ker pa ima vsak tip tkiva svoje specifične zahteve, je možno, da bodo posamezni tipi vsaj na začetku imeli določeno prednost glede dostopnosti, cene vhodnih materialov in povpraševanja, sorazmerno s ceno primerljivih izdelkov na trgu. Tako je verjetno, da bodo imeli prednost izdelki, ki imajo višjo ceno (npr. govedina visokega ranga) ali takšni, ki jih sicer na trgu ni (npr. meso eksotičnih oziroma zaščitenih živali).

"Tako je verjetno, da bodo imeli prednost izdelki, ki imajo višjo ceno ali takšni, ki jih sicer na trgu ni."

Kakšna so potencialna tveganja za zdravje, povezana z uživanjem laboratorijskega mesa? Kako bi se npr. lahko zagotovilo, da je laboratorijsko meso proizvedeno na način, ki je varen za potrošnike?

Celične kulture in drugi elementi bioinženiringa in biotehnologije, ki se jih razvija v okviru celičnega kmetijstva, so pravzaprav v uporabi že desetletja pri procesih, ki se nam danes zdijo samoumevni. Na primer pivovarstvo, mlečno-predelovalna industrija in farmacevtska industrija uporabljajo bioreaktorje, v katerih gojijo celice, jim dodajajo hranila, nato pa izolirajo neke produkte. V glavnem gre pri tem sicer za enocelične organizme, kot so bakterije in kvasovke, se pa uporabljajo tudi živalske celice, npr. za proizvodnjo bioloških zdravil. Zagotovo pa bo potrebno za nove izdelke določiti jasne kriterije kakovosti tako za vse vhodne materiale, kot tudi za proizvodne procese in končne produkte.

Kakšne so po vašem mnenju največje ovire za sprejetje laboratorijskega mesa s strani ljudi, javnosti?

Ideja o kultiviranem mesu v resnici ni nova. Je pa šele v zadnjih letih tehnologija dosegla stopnjo, ko je možno izdelati prototipe izdelkov kultiviranega mesa zaradi česar se večina ljudi s tem pojmom prvič sooča šele zdaj. In glede na to, da bi lahko to v njihovo življenje prineslo spremembe, je najbrž normalno, da imajo pomisleke. Še posebej, ker gre za rezultat zapletene tehnologije, ki je prav dobro ne poznajo ali ne razumejo. Potrošnike skrbi, ali bodo taki proizvodi varni, živinorejcem pa celično kmetijstvo predstavlja konkurenco. Bo pa razvoj trajal še kar nekaj časa, tekom katerega se bo bolj jasno pokazal potencial in vloga tega področja.

Ali bi lahko bila Univerza v Mariboru vključena v raziskavo in razvoj laboratorijskega mesa pri nas? Oziroma ali je že in na kak način?

V prejšnjih letih smo v sklopu sodelovanja s podjetjem IRNAS d.o.o., ki razvija različne tehnologije po meri, ter ameriško fundacijo New Harvest, razvijali postopke za 3D biotisk, miniaturne bioreaktorske sisteme ter testirali biološko varnost materialov, ki bi lahko posredno ali neposredno prišli v stik z živimi celicami. Od decembra lani pa smo kot partnerji vključeni tudi v velik evropski projekt FEASTS (Fostering European cellular Agriculture for Sustainable Transition Solutions). Cilj tega projekta je kar se da celostno zbiranje in ustvarjanje novega znanja na področju kultiviranega mesa in morske hrane. To pomeni, da bomo vrednotili tako stanje tehnike ter priložnosti za nadaljnji razvoj, kot tudi ekonomske, okoljske, zdravstvene, družbene, etične in regulatorne vidike področja. Naše upanje je, da bomo na ta način prispevali k trajnostnemu razvoju področja, ki se bo lahko v vrednostne verige vključil na deležnikom in širši družbi sprejemljiv način.