Sel-sel yang diabadikan sedang menyelesaikan cabaran utama dalam pengeluaran daging yang diternak: pembiakan terhad sel primer. Tidak seperti sel primer, yang berhenti membahagi selepas beberapa kitaran, sel-sel yang diabadikan boleh membahagi tanpa had, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Sel-sel ini dicipta melalui pengubahsuaian genetik (e.g. , ekspresi TERT dan CDK4) atau mutasi spontan, membolehkan pertumbuhan berketumpatan tinggi dalam bioreaktor.
Mata Utama:
- Had Sel Primer: Sel primer mempunyai jangka hayat terhad dan tidak konsisten, memerlukan biopsi haiwan berulang. Mereka juga kurang sesuai untuk kultur penggantungan dalam bioreaktor industri.
- Kelebihan Sel yang Diabadikan: Pembahagian berterusan, sifat genetik yang stabil, dan keserasian dengan sistem pemprosesan bio yang boleh diskalakan.
-
Kajian Kes:
- Universiti Tufts (2023) : Membangunkan sel satelit lembu yang diabadikan menggunakan TERT dan CDK4, mencapai lebih daripada 120 penggandaan.
- Believer Meats (2022) : Mencipta fibroblas ayam yang diabadikan secara spontan dengan ketumpatan sel yang tinggi (108×10⁶ sel/ml).
- Universiti Suranaree (2024): Menghasilkan sel stem otot babi yang diabadikan hTERT yang mampu membiak tanpa had.
Sel yang diabadikan juga membolehkan pengeluaran produk daging yang ditanam secara kompleks dengan membezakan kepada otot, lemak, dan tisu lain. Walau bagaimanapun, cabaran tetap ada, seperti memastikan kestabilan genetik, beralih kepada media bebas serum, dan memenuhi keperluan peraturan. Walaupun menghadapi halangan ini, sel yang diabadikan menjadi asas kepada pengeluaran daging yang ditanam secara berskala.
Sel Utama vs Sel Abadi dalam Pengeluaran Daging Ternak
Kajian Kes: Bagaimana Syarikat Menggunakan Sel Abadi
Universiti Tufts's Sel Satelit Bovine Abadi
Pada Mei 2023, penyelidik di Pusat Pertanian Selular Universiti Tufts (TUCCA) berkongsi satu penemuan dalam ACS Synthetic Biology. Mereka berjaya membangunkan sel satelit bovine abadi (iBSCs) dengan memperkenalkan ekspresi TERT dan CDK4. Ini membolehkan sel melebihi had Hayflick, mencapai lebih daripada 120 penggandaan sambil masih mengekalkan keupayaan mereka untuk membezakan menjadi serat otot [2][5].
"Dengan menggunakan garis sel bovine yang berterusan ini, kajian boleh menjadi lebih relevan, secara literal mendapatkan terus kepada inti perkara." - Andrew Stout, Penyelidik Utama, Pusat Pertanian Selular Universiti Tufts [5]
Garis sel ini disediakan melalui Bank Sel Terbuka TUCCA dan diedarkan oleh penyedia komersial seperti Kerafast. Pada tahun 2024, TUCCA bekerjasama dengan Good Food Institute untuk memperluaskan lagi bank tersebut, menggabungkan garis fibroblas lembu yang diabadikan (e.g. , TU-GFI-SCL1). Garis fibroblas ini pada asalnya dibangunkan oleh SCiFi Foods menggunakan teknologi CRISPR /Cas9 [4]. Dengan mengamalkan pendekatan akses terbuka ini, inisiatif ini dapat menjimatkan industri daging yang ditanam antara £16 juta dan £80 juta untuk setiap 10 syarikat permulaan, kerana membangunkan satu garis sel komersial boleh menelan kos antara £1.6 juta dan £8 juta [6].
Sementara itu, Upside Foods telah mengambil laluan yang berbeza, memberi tumpuan kepada sel ayam.
Upside Foods' Pendekatan Garis Sel Ayam
Upside Foods telah melaksanakan strategi proprietari yang menggabungkan overekspresi TERT dengan pengubahsuaian berasaskan CRISPR. Walaupun kedua-dua Tufts dan Upside Foods menggunakan TERT untuk mencegah pemendekan telomere, Upside Foods memilih pengubahsuaian CRISPR dan bukannya ekspresi CDK4 untuk mencapai pengabadian pada skala komersial [3].
Kaedah ini telah membantu syarikat mendapatkan pencapaian pengawalseliaan utama, seperti kelulusan awal FDA untuk ayam yang ditanam [5]. Walau bagaimanapun, Upside Foods terus menghadapi cabaran, terutamanya dalam meningkatkan pengeluaran sambil mengekalkan kapasiti pembezaan yang diperlukan untuk menghasilkan tisu otot yang tulen.
Contoh-contoh ini menonjolkan bagaimana garis sel yang diabadikan membantu menangani cabaran pengeluaran dan meningkatkan pembuatan daging yang ditanam.
Sel Stem Mesenkimal untuk Pengabadian
Manfaat MSC dalam Daging Ternak yang Dikulturkan
Sel stem mesenkimal (MSCs) yang diabadikan menawarkan potensi untuk pembiakan tanpa had dan keupayaan untuk membezakan kepada pelbagai jenis sel, seperti otot, lemak, dan tulang, menjadikannya ideal untuk menghasilkan produk daging ternak yang kompleks [7].
Dengan mengekspresikan secara berlebihan hTERT (human telomerase reverse transcriptase), penyelidik boleh memulihkan aktiviti telomerase dalam MSCs. Ini membolehkan sel-sel membahagi tanpa had tanpa kehilangan sifat sel stem mereka [7] . Contohnya, pada Disember 2024, satu pasukan di Universiti Teknologi Suranaree, yang diketuai oleh Parinya Noisa, berjaya membangunkan sel stem otot babi yang diabadikan dengan hTERT. Sel-sel ini menunjukkan pembiakan tanpa had dan mengekalkan keupayaan mereka untuk membezakan kepada myofibres secara in vitro.Dengan mengagumkan, kajian menunjukkan bahawa sel-sel ini boleh dikultur selama lebih 100 generasi tanpa kehilangan potensi pembezaan mereka [7].
"hTERT boleh mengabadikan MSC porcine primer dan mengekalkan ciri-ciri sel stem mereka. Untuk penyelidikan dan teknologi daging yang dikultur, keabadian mungkin berharga."
- Parinya Noisa, Pengarang Bersekutu, Universiti Teknologi Suranaree [7]
MSCs yang diabadikan juga menunjukkan pertumbuhan yang dipercepatkan dan pengumpulan biojisim, yang menguntungkan untuk meningkatkan pengeluaran [1]. Beberapa garis yang diabadikan dioptimumkan lebih lanjut untuk pertumbuhan dalam suspensi sel tunggal dan media bebas serum, membolehkan mereka mencapai ketumpatan sel yang tinggi yang diperlukan untuk bioreaktor berskala besar [1]. Walau bagaimanapun, penemuan daripada kajian Suranaree menonjolkan satu potensi had: walaupun sel-sel berpasaj rendah kekal stabil, pembentukan tumor diperhatikan dalam sel-sel yang dikultur melebihi 100 generasi [7].
Bahagian seterusnya meneroka sumber MSC daripada pelbagai spesies dan peranan khusus mereka dalam pengeluaran daging yang dikultur.
Sumber MSC Merentasi Spesies
MSC boleh diperoleh daripada pelbagai spesies, masing-masing menyumbang manfaat unik kepada pengeluaran daging yang dikultur. Sebagai contoh:
- MSC Bovine: Ini sering diperoleh daripada sumsum tulang atau sel progenitor yang berasal dari otot dan adalah kritikal untuk membangunkan serat otot daging lembu [2][7].
- MSCs Babi: Diperoleh daripada sel satelit otot dan sel stroma sumsum tulang, ini digunakan dalam penghasilan otot dan lemak babi yang dikultur [7].
- Fibroblas embrio ayam: Walaupun bukan MSC tradisional, sel-sel ini berkongsi ciri-ciri yang serupa. Mereka boleh ditransdiferensikan menjadi sel seperti adiposit, yang memainkan peranan dalam meningkatkan rasa dan aroma [1].
Keberkesanan sumber MSC bergantung dengan ketara pada kapasiti proliferatif dan keupayaan mereka untuk menyesuaikan diri dengan kultur penggantungan. Sel primer dari sumber ini biasanya mempunyai jangka hayat yang terhad dan kehilangan potensi pembezaan mereka dari masa ke masa, menjadikan pengabadian langkah kritikal untuk aplikasi komersial [7]. MSC yang disesuaikan dengan penggantungan amat berharga untuk mencapai pertumbuhan berketumpatan tinggi dalam bioreaktor, yang penting untuk memenuhi permintaan pengeluaran daging yang diternak pada skala [1].
Keperluan Peraturan dan Pengeluaran
Keselamatan Makanan dan Kestabilan Genetik
Apabila garis sel yang diabadikan menjadi asas pengeluaran daging yang diternak, menangani cabaran peraturan dan kebolehan skala adalah penting. Di Amerika Syarikat, Food and Drug Administration (FDA) mengawasi peringkat awal, termasuk pengumpulan dan perbankan sel, memastikan keselamatan proses pengeluaran dan penubuhan garis sel [8] . Setelah penuaian bermula, Perkhidmatan Keselamatan dan Pemeriksaan Makanan Jabatan Pertanian Amerika Syarikat (USDA-FSIS) mengambil alih, memberi tumpuan kepada pemprosesan dan pelabelan untuk produk ternakan dan unggas [9,10].
Fokus pengawalseliaan utama terletak pada memastikan kestabilan genetik dan keselamatan pengubahsuaian yang digunakan untuk pengabadian. Syarikat mesti menunjukkan bahawa garis sel kekal stabil sepanjang beberapa generasi tanpa transformasi onkogenik [9,4]. Terutama, pada Disember 2022, Believer Meats (dahulunya Future Meat Technologies) menerbitkan penemuan dalam Nature Food yang memaparkan pengabadian spontan fibroblas ayam. Diketuai oleh Ketua Pegawai Saintifik Yaakov Nahmias, kajian ini mendedahkan bahawa sel-sel ini mengekalkan kestabilan genetik dan mencapai ketumpatan 108 × 10⁶ sel per mililiter dalam kultur berterusan, semuanya tanpa bergantung pada pengubahsuaian genetik [1]. Pendekatan ini membolehkan syarikat mengelakkan cabaran yang berkaitan dengan organisma yang diubah suai secara genetik, terutamanya di kawasan dengan peraturan makanan GM yang ketat.Sehingga Mac 2025, FDA telah menyelesaikan konsultasi pra-pasaran untuk ayam, makanan laut, dan sel lemak babi yang dikultur, menandakan pencapaian penting untuk laluan peraturan industri [8].
Kemudahan pengeluaran dikehendaki mematuhi Amalan Pengilangan Baik Semasa (CGMP) sambil melaksanakan sistem Analisis Bahaya dan Titik Kawalan Kritikal (HACCP). Pemeriksaan USDA-FSIS berlaku sekurang-kurangnya sekali setiap syif semasa penuaian dan pemprosesan, memastikan pematuhan dan konsistensi [9,10]. Piawaian ketat ini penting untuk mengekalkan keseragaman kelompok dan mencapai hasil pengeluaran yang tinggi.
Konsistensi dan Skalabiliti
Di luar kestabilan genetik, pengeluar mesti memastikan bahawa garis sel boleh beralih dengan lancar ke dalam sistem pengeluaran yang boleh diskalakan. Mencapai prestasi yang konsisten dan boleh dihasilkan semula pada skala industri memerlukan pemantauan berterusan terhadap integriti garis sel.Untuk tujuan ini, pengeluar menjalankan analisis CNV (variasi bilangan salinan) dan SNV (variasi nukleotida tunggal) sambil menyesuaikan sel yang diabadikan kepada pertumbuhan penggantungan dalam media bebas serum. Langkah ini penting untuk membolehkan pengembangan ketumpatan tinggi dalam bioreaktor berskala besar [1]. Pemantauan genomik sedemikian memastikan bahawa garis sel mengekalkan ciri-ciri yang diingini merentasi pelbagai generasi.
Garis sel yang diabadikan yang mampu mencapai ketumpatan 108 × 10⁶ sel per mililiter dan mencapai hasil biomassa 36% w/v menunjukkan tahap konsistensi yang dituntut oleh pihak berkuasa pengawalseliaan [1].
"Walaupun ada yang mungkin mempersoalkan sama ada sel yang diabadikan selamat untuk dimakan, sebenarnya, pada masa sel-sel telah dituai, disimpan, dimasak, dan dicerna, tiada laluan yang berdaya maju untuk pertumbuhan berterusan."
- David Kaplan, Stern Family Professor of Biomedical Engineering, Tufts University [5]
Sebelum pengkomersialan, biojisim akhir menjalani saringan ketat untuk patogen seperti Salmonella dan Listeria, bersama ujian racun perosak yang menyeluruh [1]. Proses pengesahan spesies juga diterapkan sepanjang pengeluaran untuk memastikan konsistensi. Bagi pengeluar yang menavigasi keperluan peraturan dan pengeluaran yang ketat ini, platform seperti
sbb-itb-ffee270
Halangan dan Peluang
Cabaran Pembangunan Semasa
Garis sel yang diabadikan menghadapi beberapa halangan teknikal dan peraturan. Satu isu penting ialah sekatan pengubahsuaian genetik, yang mengehadkan penggunaan alat canggih seperti CRISPR atau onkogen virus dalam pengeluaran makanan [1]. Akibatnya, penyelidik beralih kepada pengabadian spontan, satu proses yang memerlukan masa dan sumber yang luas untuk mengenal pasti dan mencirikan garis sel yang berdaya maju.
Satu lagi isu utama ialah kestabilan genetik. Menjaga integriti kromosom adalah kritikal, kerana pemantauan berkala untuk variasi bilangan salinan (CNVs) dan variasi nukleotida tunggal (SNVs) adalah penting. Sebagai contoh, satu kajian pada Disember 2024 oleh Universiti Suranaree mendapati bahawa sel stem otot babi yang diabadikan dengan hTERT kekal stabil melalui banyak kitaran.Walau bagaimanapun, pasasi melebihi 100 kitaran meningkatkan risiko tumorigenik, menonjolkan ambang keselamatan yang tidak boleh diabaikan [7].
Cabaran teknikal juga termasuk penyesuaian penggantungan dan peralihan kepada media bebas serum. Menukar sel primer yang bergantung kepada penambatan kepada penggantungan sel tunggal yang sesuai untuk pengembangan bioreaktor berketumpatan tinggi kekal kompleks. Begitu juga, mereka bentuk media bebas serum yang menyokong pertumbuhan sel yang cepat sambil mengekalkan potensi pembezaan terus menjadi halangan utama. Mengatasi cabaran ini adalah penting untuk memajukan pengeluaran daging yang ditanam.
Peluang Masa Depan dalam Penyelidikan dan Pengkomersialan
Walaupun terdapat cabaran ini, penyelidikan sedang menemui strategi yang menjanjikan untuk menangani halangan ini.Sebagai contoh, pengabadian spontan dan teknik transdiferensiasi muncul sebagai penyelesaian yang berdaya maju untuk pengeluaran berskala.
Pengabadian spontan menawarkan alternatif bukan GMO. Pada Disember 2022, Believer Meats menunjukkan bahawa fibroblas ayam yang diabadikan secara spontan boleh mencapai ketumpatan sel sebanyak 10⁸ sel per mililiter dalam kultur berterusan, dengan hasil biojisim mencapai 36% w/v [1] . Ujian deria produk ayam kultur yang dihasilkan sangat berjaya, mencatatkan skor 4.5 daripada 5.0. Di antara 150 peserta, 85% menyatakan mereka "sangat berkemungkinan" untuk menggantikan daging tradisional dengan produk ini [1].
Teknik transdiferensiasi menawarkan satu lagi laluan inovatif.Dengan menggunakan pencetus biokimia seperti PPARγ yang diaktifkan oleh lesitin, penyelidik boleh menukar fibroblas yang diabadikan menjadi adiposit penyimpan lemak tanpa pengubahsuaian genetik tambahan [1]. Kaedah ini menangani kebimbangan peraturan sambil memperluaskan pilihan pengeluaran. Untuk menyokong kemajuan ini, platform seperti
Daging makmal: kisah cinta | Dr. Natalie Rubio | TEDxTufts
Kesimpulan
Garis sel yang diabadikan sedang membentuk semula industri daging yang ditanam.Dengan mengatasi penuaan selular, garis sel ini menghapuskan keperluan untuk biopsi haiwan berulang, menawarkan sumber biojisim yang boleh dipercayai dan konsisten [1]. Kebolehpercayaan ini menangani isu kritikal untuk sektor ini: variabiliti dari batch ke batch, yang boleh menjejaskan kedua-dua kualiti produk dan pematuhan peraturan.
Bukti dari Universiti Tufts dan Believer Meats menonjolkan kebolehlaksanaan kedua-dua pengabadian genetik dan spontan untuk mencapai penanda aras komersial. Sebagai contoh, sel satelit bovine Tufts menunjukkan lebih daripada 120 penggandaan sambil mengekalkan keupayaan mereka untuk membezakan menjadi sel otot [2]. Begitu juga, Believer Meats mencapai hasil biojisim sebanyak 36% w/v dan melaporkan maklum balas positif daripada pengguna [1]. Pencapaian ini membuka jalan untuk menangani halangan teknikal dan peraturan yang masih ada.
Kemajuan masa depan akan bergantung pada beberapa faktor utama: pemantauan genetik yang tepat, penggunaan media bebas serum yang disesuaikan, dan sistem kultur suspensi yang dioptimumkan. Pengabadian spontan menawarkan laluan bukan GMO, berpotensi memudahkan cabaran peraturan, manakala teknik transdiferensiasi boleh membolehkan satu garis sel menghasilkan kedua-dua komponen otot dan lemak [1]. Seperti yang diperhatikan oleh Profesor Yaakov Nahmias dan pasukannya:
"pengabadian tanpa pengubahsuaian genetik dan pembuatan hasil tinggi adalah kritikal untuk merealisasikan pasaran daging kultur" [1]
Bagi pasukan yang menavigasi kerumitan ini, platform seperti
Soalan Lazim
Adakah sel yang diabadikan selamat dimakan dalam daging ternakan?
Sel yang diabadikan, apabila digunakan dalam daging ternakan, biasanya dianggap selamat untuk dimakan selepas ia dituai, disimpan, dan dimasak. Ini kerana mereka menjalani kaedah pemprosesan yang setanding dengan yang digunakan untuk bahan makanan lain. Walau bagaimanapun, perbincangan berterusan mengenai kebimbangan keselamatan yang berpotensi, sebahagian besarnya berpunca daripada keupayaan unik mereka untuk membiak tanpa had.
Bagaimana pengeluar membuktikan bahawa garis sel yang diabadikan kekal stabil secara genetik?
Pengeluar mengekalkan kestabilan genetik garis sel yang diabadikan melalui ujian terperinci merentasi banyak laluan sel. Proses ini melibatkan analisis genom, seperti karyotyping dan penjujukan genom keseluruhan, untuk mengenal pasti sebarang mutasi. Selain itu, ujian fungsional dijalankan untuk menilai keupayaan pertumbuhan dan pembezaan. Dengan memantau tingkah laku sel dan penanda genetik secara rutin, pengeluar memastikan garis sel ini kekal stabil dan memenuhi keperluan keselamatan dan kualiti yang ketat yang penting untuk pengeluaran daging yang ditanam.
Apa yang menjadikan garis sel sesuai untuk pertumbuhan bioreaktor penggantungan bebas serum?
Untuk pengeluaran daging yang ditanam yang boleh diskalakan, garis sel yang sesuai mesti menunjukkan beberapa ciri utama. Ia harus diabadikan untuk membolehkan pembiakan tanpa had, mengekalkan kestabilan genetik dari masa ke masa, dan menunjukkan pertumbuhan pesat dalam persekitaran bioreaktor penggantungan bebas serum. Ciri-ciri ini adalah penting untuk proses pengeluaran yang cekap dan berskala besar.
