Pengeluaran daging yang ditanam terhad oleh pertumbuhan sel yang perlahan dan penuaan awal dalam garis sel primer berbanding yang diabadikan. Penyuntingan gen CRISPR menawarkan penyelesaian yang disasarkan untuk mengatasi cabaran ini.
Berikut adalah lima sasaran CRISPR teratas dan peranan mereka dalam meningkatkan percambahan sel, pembezaan, dan kebolehan skala untuk daging yang ditanam:
- Myostatin (MSTN): Meningkatkan pertumbuhan sel otot dengan menghapuskan had pertumbuhan semula jadi.
- P53 (TP53): Memanjangkan jangka hayat sel dan meningkatkan kadar percambahan, walaupun ia mungkin mengurangkan pembezaan.
- HIF1A: Membantu sel bertahan dalam persekitaran rendah oksigen, penting untuk kultur bioreaktor padat.
- Faktor Pengawalseliaan Myogenik (MYOD1, MYOG): Mendorong pembentukan dan penjajaran sel otot.
- CDKN2A: Mengatasi penuaan, membolehkan percambahan sel jangka panjang.
Matlamat ini menangani isu utama seperti penuaan replikasi, hasil rendah, dan kebergantungan serum. Walau bagaimanapun, mengimbangi percambahan dengan pembezaan dan memastikan keselamatan adalah kritikal untuk kejayaan.
Perbandingan Pantas:
| Sasaran CRISPR | Manfaat Utama | Cabaran |
|---|---|---|
| Myostatin (MSTN) | Menggalakkan pertumbuhan otot | Risiko kesan luar sasaran; isu daya tahan |
| P53 (TP53) | Memanjangkan jangka hayat, meningkatkan percambahan | Pengurangan pembezaan; kebimbangan keselamatan |
| HIF1A | Menyokong kelangsungan hidup dalam oksigen rendah | Memerlukan penyuntingan tepat untuk mengelakkan gangguan |
| MYOD1, MYOG | Meningkatkan pembentukan otot | Mengimbangi percambahan dan pembezaan |
| CDKN2A | Memungkinkan percambahan jangka panjang | Risiko luar sasaran; memerlukan media bebas serum |
Teknologi CRISPR sedang mengubah cara daging yang ditanam dihasilkan, dengan tujuan untuk hasil yang lebih tinggi dan kos pengeluaran yang lebih rendah sambil menangani kebimbangan etika.
5 Sasaran CRISPR Terbaik untuk Daging Ternakan: Perbandingan Manfaat dan Cabaran
1. Gen Myostatin (MSTN)
Menghapuskan brek semula jadi pada pertumbuhan otot adalah mungkin dengan mengetuk keluar gen MSTN. Proses ini menggalakkan peningkatan percambahan dan pembezaan sel otot melalui kedua-dua hiperplasia dan hipertrofi [5] [6].
Manfaat Utama
Pada bulan Mac 2025, penyelidik di Universiti Kebangsaan Seoul membuat kemajuan ketara dengan menggabungkan sel lembu knockout MSTN dengan pemprosesan cahaya digital bioprinting 3D. Pendekatan ini meningkatkan penjajaran dan pembezaan otot, menghasilkan daging ternakan dengan ciri-ciri yang serupa dengan stik tradisional [5] .
Pada bulan Mei 2022, saintis di Universiti Northwest A&F di China menggunakan sistem penghantaran CRISPR/Cas9 yang dioptimumkan (100 ng/μL Cas9 mRNA dan 200 ng/μL sgRNAs) untuk mencipta kambing biri-biri knockout MSTN homozigot. Daripada 16 anak kambing yang dilahirkan, empat disahkan sebagai knockout homozigot. Anak-anak kambing ini menunjukkan berat badan yang lebih tinggi dengan ketara pada 30, 60, dan 90 hari berbanding dengan rakan-rakan mereka yang tidak diedit, sambil mengekalkan parameter kualiti daging seperti pH, lemak intramuskular, dan tahap protein kasar [6] .
Kesesuaian Jenis Sel
Mengedit gen MSTN meningkatkan potensi myogenik pelbagai jenis sel, termasuk myoblast primer, sel satelit, fibroblas (melalui trans-diferensiasi yang didorong oleh MYOD1), dan sel stem mesenkimal. Ini dicapai dengan mengatasi had semula jadi pada percambahan sel [5][1].
Cabaran Potensi
Walaupun mempunyai manfaat, MSTN knockout tidak terlepas daripada komplikasi. Ia telah dikaitkan dengan isu kelangsungan hidup dalam haiwan hidup dan halangan teknikal seperti mutasi luar sasaran dan mosaikisme. Sebagai contoh, satu kajian pada Jun 2022 melaporkan bahawa walaupun babi yang diedit MSTN menunjukkan peningkatan pertumbuhan otot, tiada satu pun daripada 37 babi knockout bialelik yang bertahan [7][8][6].
"MSTN knockout meningkatkan pengeluaran daging yang ditanam jenis steak yang dimediasi oleh MYOD1." [5]
Seterusnya, kita akan meneroka gen penekan tumor P53 dan kepentingannya dalam memastikan percambahan sel yang berterusan.
sbb-itb-ffee270
2. Gen Penekan Tumor P53
Menonaktifkan gen TP53 menghapuskan titik pemeriksaan kitaran sel yang kritikal, yang mempercepatkan percambahan sel dengan ketara.P53 memainkan peranan penting sebagai penekan tumor, memulakan penahanan kitaran sel dan penuaan sebagai tindak balas kepada tekanan selular. Tanpa pemeriksaan ini, sel boleh mengumpul biomassa dengan lebih cepat dan mengekalkan tempoh kultur yang lebih lama [1].
Manfaat Utama
Pada awal tahun 2025, Communications Biology menerbitkan satu kajian yang menonjolkan kesan transformasi penyuntingan TP53 pada sel stem mesenkim lembu. Penemuan tersebut sangat mengejutkan: peningkatan 1,000 kali ganda dalam bilangan sel dalam tempoh 30 hari dan jangka hayat kultur yang dilanjutkan dari 100 hingga lebih 200 hari. Sel yang disunting menunjukkan kadar penggandaan sel 50% lebih cepat dan, menjelang hari ke-80, tahap penuaan menurun dengan ketara - dari kira-kira 60% dalam sel yang tidak disunting kepada hanya 10% dalam sel yang diubah suai.Tambahan pula, sel-sel ini mengekalkan profil ekspresi gen yang "lebih muda", ditandai dengan replikasi DNA yang dipertingkatkan dan sintesis protein yang berterusan, mencerminkan sel-sel laluan awal [1].
Kesesuaian Jenis Sel
Sel stem mesenkim yang diperoleh daripada lemak lembu (AD‑bMSCs) amat sesuai untuk pengubahsuaian TP53. Sel-sel ini secara semula jadi menghadapi penuaan replikasi, yang mengehadkan potensi pengembangan mereka. Memandangkan sel stem mesenkim membentuk kira-kira 25% daripada sumber sel yang digunakan dalam pengeluaran daging yang ditanam, penyuntingan TP53 menawarkan penyelesaian praktikal, mengimbangi keupayaan mereka untuk kekal multipoten dengan kebolehan skala industri [1].
Cabaran Potensi
Walau bagaimanapun, pendekatan ini tidak tanpa cabarannya. Satu kelemahan yang ketara ialah kapasiti pembezaan yang berkurangan.Kajian Communications Biology melaporkan penurunan dalam kecekapan pembezaan adipogenik, daripada 67.8% dalam sel yang tidak diedit kepada 37.7% dalam klon knockout TP53. Analisis transkriptomik mendedahkan peningkatan dalam aktiviti gen kitaran sel tetapi penurunan dalam gen yang berkaitan dengan pembezaan otot dan lekatan. Selain itu, memandangkan TP53 adalah penekan tumor yang penting dan ketidakaktifannya adalah ciri kanser, strategi ini menimbulkan kebimbangan keselamatan dan peraturan. Walaupun sel-sel ini bertujuan untuk penggunaan dan bukannya penggunaan perubatan, isu-isu sedemikian memerlukan pertimbangan yang teliti [1].
"Di antara semua calon, knockout TP53 menghasilkan kesan yang paling ketara, dengan peningkatan lebih daripada 1,000 kali ganda dalam kelimpahan menjelang hari ke-30."
- Communications Biology [1]
Seterusnya, mari kita terokai satu lagi sasaran CRISPR yang penting.
3.Faktor Hipoksia-Inducible 1-Alpha (HIF1A)
HIF1A memainkan peranan penting dalam membantu sel daging yang ditanam menyesuaikan diri dengan persekitaran rendah oksigen yang sering ditemui dalam bioreaktor dengan sensor bersepadu. Pengawal selia ini menjadi sangat penting apabila penembusan oksigen adalah terhad. Dengan menggunakan CRISPR untuk menstabilkan HIF1A, sel dapat mengekalkan pengeluaran tenaga dan kekal berdaya maju, walaupun di bawah tahap oksigen yang berkurangan.
Manfaat Utama
Mengedit HIF1A memprogram semula metabolisme sel, mengalihkannya daripada respirasi bergantung kepada oksigen kepada glikolisis anaerobik. Peralihan ini memastikan sel terus menghasilkan tenaga dalam keadaan hipoksia. Hasilnya? Keupayaan untuk menanam sel pada ketumpatan yang lebih tinggi tanpa risiko kekurangan oksigen. Ini adalah perubahan besar untuk meningkatkan pengeluaran daging yang ditanam, terutamanya apabila mencipta struktur tisu yang lebih tebal.
Kesesuaian Jenis Sel
Sel satelit otot dan myoblast mendapat manfaat paling banyak daripada suntingan HIF1A. Ini adalah pemain utama dalam pembangunan serat otot, dan kelangsungan hidup mereka dalam bioreaktor yang padat adalah penting untuk mencapai hasil yang tinggi. HIF1A yang stabil membolehkan sel-sel ini menukar laluan metabolik dengan berkesan, memastikan mereka kekal berdaya maju walaupun semasa tempoh kultur yang panjang.
Cabaran Potensi
Satu cabaran utama adalah memastikan bahawa sel yang disunting mengekalkan keupayaan mereka untuk membezakan menjadi serat otot berfungsi selepas beberapa kali laluan. Ini memerlukan penalaan teknikal yang halus untuk mengelakkan sebarang kehilangan kapasiti pembezaan. Di luar makmal, halangan peraturan dan persepsi awam menambah kerumitan. Produk daging yang disunting gen mesti lulus penilaian keselamatan yang meluas untuk penggunaan manusia dan impak alam sekitar sebelum mereka boleh memasuki pasaran.Sementara itu, penerimaan pengguna terhadap produk sedemikian berbeza-beza di seluruh rantau yang berbeza [3]. Cabaran-cabaran ini menekankan keperluan untuk menyempurnakan teknik penyuntingan gen sebelum berkembang ke sasaran baru. Seterusnya, kita akan meneroka gen yang lebih meningkatkan pembezaan myogenik.
4. Faktor Pengawalseliaan Myogenik (MRFs: MYOD1, MYOG)
MYOD1 memainkan peranan penting dalam mengkomitmen sel kepada garis keturunan myogenik, manakala MYOG memudahkan penggabungan myoblas menjadi myotub matang. Menariknya, overekspresi MYOD1 boleh memprogram semula fibroblas menjadi sel myogenik, dengan berkesan memintas had penuaan semula jadi yang dilihat dalam sel satelit primer [5].
Manfaat Utama
Apabila overekspresi MYOD1 digabungkan dengan penyingkiran MSTN dalam fibroblas lembu, dan diintegrasikan dengan pencetakan bio 3D DLP pada hidrogel berpola alur 100‑µm, hasilnya adalah mengagumkan.Pendekatan ini meningkatkan penjajaran dan pembezaan otot, membolehkan penciptaan struktur daging yang ditanam berskala sentimeter. Satu kajian yang diterbitkan pada Mac 2025 dalam Journal of Animal Science and Biotechnology memaparkan kaedah ini, menggunakan penghantaran bukan virus MYOD1 bersama dengan penyingkiran MSTN yang dimediasi CRISPR untuk merekayasa fibroblas lembu [5]. Dengan menghapuskan isyarat penghambat pada pembezaan otot, strategi ini mengarahkan sel ke arah identiti myogenik yang lebih kuat, menghasilkan daging yang ditanam dengan tekstur yang lebih baik. Pendekatan dua ini menekankan kepentingan mengimbangi dengan tepat laluan percambahan dan pembezaan.
Kesesuaian Jenis Sel
Fibroblas adalah titik permulaan yang e
Cabaran Potensi
Salah satu halangan utama adalah mencari keseimbangan yang tepat antara percambahan dan pembezaan sel. Sebagai contoh, pengubahsuaian genetik yang bertujuan untuk meningkatkan pengembangan sel - seperti penyingkiran TP53 - boleh secara tidak sengaja menekan faktor pembezaan otot utama, yang berpotensi menghalang keupayaan sel untuk matang menjadi tisu otot yang berfungsi [1]. Selain itu, walaupun kaedah bukan virus seperti sistem transposon Piggybac lebih disukai atas sebab keselamatan makanan, ia memerlukan pengoptimuman yang teliti untuk memastikan penghantaran gen yang berkesan. Faktor luaran, seperti mikroalur cetakan 3D, kekal penting untuk mencapai penjajaran serat otot yang betul [5] .
5. Pengawal Kitaran Sel (e.g. , CDKN2A)
CDKN2A memainkan peranan penting dalam mencetuskan penuaan, dengan berkesan menghentikan pembahagian sel. Dengan menggunakan CRISPR/Cas9 untuk mengetepikan CDKN2A, penyelidik boleh memintas had Hayflick. Ini membolehkan sel stem otot terus membahagi jauh melebihi jangka hayat biasa mereka sambil masih mengekalkan keupayaan mereka untuk membezakan menjadi tisu otot yang berfungsi. Penemuan ini menangani salah satu cabaran terbesar dalam pengeluaran daging yang ditanam: menghasilkan kuantiti besar sel yang berdaya maju dan berfungsi yang diperlukan untuk pembuatan skala industri.
Manfaat Utama
Menyasarkan CDKN2A secara langsung menangani masalah pembiakan sel yang terhad dalam pengeluaran daging yang ditanam.
Penyuntingan CDKN2A meningkatkan kebolehskalaan dan mengurangkan kos. Sebagai contoh, pada bulan Jun 2025, satu pasukan penyelidik dari Universiti Pertanian Nanjing, yang diketuai oleh Shijie Ding, Chunbao Li, dan Guanghong Zhou, menerbitkan penemuan mereka dalam Penyelidikan Bahan Makanan. Mereka berjaya membangunkan garis sel satelit babi yang disunting CRISPR dengan penyingkiran CDKN2A. Sel-sel ini menunjukkan pembiakan stabil untuk lebih daripada 18 laluan dalam medium bebas serum A19, dengan kadar daya hidup melebihi 90%. Pentingnya, sel-sel ini mengekalkan ekspresi pengawal selia myogenik utama (PAX7, MYOD, dan MYOG) dan membezakan menjadi myotube matang yang positif MyHC.Apabila disemai pada rangka 3D berasaskan tumbuhan, sel-sel yang diedit ini membentuk struktur seperti daging dengan peningkatan kekenyalan dan kelikatan [2].
"Sel knockout CDKN2A berasaskan CRISPR menyediakan sumber yang boleh diperbaharui untuk progenitor otot, mengurangkan kebergantungan pada biopsi haiwan berulang." – Food Materials Research [2]
Kesesuaian Jenis Sel
Sel satelit porcine, yang penting untuk regenerasi otot, bertindak balas dengan baik terhadap pengeditan CDKN2A. Pendekatan ini juga berpotensi untuk spesies ternakan lain. Kelebihan utama sel-sel yang diedit CDKN2A adalah keserasian mereka dengan formulasi media bebas serum. Ini menghapuskan keperluan untuk serum lembu janin yang mahal dan dipertikaikan secara etika, mengurangkan variasi antara kumpulan dan meminimumkan risiko pencemaran [2].
Cabaran Potensi
Walaupun kajian Nanjing menonjolkan manfaat yang ketara, terdapat cabaran dalam aplikasi lebih luas CRISPR dalam daging yang ditanam. Mutasi luar sasaran kekal menjadi kebimbangan dan mesti dipantau dengan teliti. Selain itu, piawaian keselamatan peraturan untuk produk makanan yang diubah suai secara genetik mesti dipatuhi dengan ketat. Penyelidik juga perlu memastikan pembezaan jangka panjang untuk menjamin bahawa produk akhir menyerupai tisu otot semula jadi. Ini menjadikan penapisan protokol dan pengesahan menyeluruh bagi rangka 3D adalah penting [2].
Penemuan ini, bersama dengan sasaran CRISPR lain, diringkaskan dalam jadual perbandingan berikut.
Jadual Perbandingan
Jadual: Berikut merumuskan lima sasaran CRISPR yang meningkatkan percambahan sel, pembezaan, dan penyesuaian metabolik untuk pengeluaran daging yang ditanam secara berskala.
| Sasaran CRISPR | Manfaat Utama | Jenis Sel Sasaran | Cabaran | |
|---|---|---|---|---|
| Myostatin (MSTN) | Meningkatkan pertumbuhan otot | Sel otot lembu dan babi | Memerlukan pemahaman genomik terperinci; risiko perubahan fenotip yang tidak diingini jika tidak diuruskan dengan teliti [4] | |
| P53 (TP53) | Meningkatkan percambahan secara dramatik; melambatkan penuaan replikasi (lebih 1,000 kali ganda peningkatan dalam kelimpahan sel menjelang hari ke-30) [1] | Sel stem mesenkimal lembu (bMSCs) | Keupayaan pembezaan berkurang; pembezaan adipogenik menurun dari 67.8% kepada 37. | 7%; pengawalan ke bawah gen berkaitan otot [1] |
| HIF1A | Memperbaiki adaptasi metabolik | Sel bovin dan porcine | Memerlukan penyuntingan yang teliti untuk mengelakkan gangguan metabolik [4] | |
| MRFs (MYOD1, MYOG) | Penting untuk pembentukan dan regenerasi serat otot | Sel satelit porcine (sel stem otot) [2] | Mencabar untuk mengekalkan tahap ekspresi tinggi semasa pengembangan pesat untuk penskalaan industri [2] | |
| CDKN2A | Menyokong percambahan stabil melebihi 18+ laluan dengan >90% daya hidup; memintas penuaan [2] | Sel satelit porcine (sel stem otot) [2] | Memerlukan media bebas serum (e.g. , A19) untuk memelihara stemness dan pembezaan dalam budaya jangka panjang [2] |
Memilih sasaran yang tepat melibatkan keseimbangan antara percambahan sel dengan keupayaan untuk membezakan secara berkesan. Ini menekankan kepentingan penalaan halus proses ini dalam kejuruteraan sel daging yang ditanam.
Kesimpulan
Teknologi CRISPR memegang janji besar untuk menangani cabaran kritikal dalam pengeluaran daging yang ditanam, termasuk percambahan sel yang terhad, penuaan, dan kos pengeluaran yang tinggi. Sebagai contoh, TP53 knockout telah ditunjukkan untuk meningkatkan kelimpahan sel lebih dari 1,000 kali dalam hanya 30 hari [1]. Begitu juga, CDKN2A edits membolehkan sel berkembang biak dengan stabil lebih dari 15–18 laluan dengan lebih daripada 90% daya tahan dalam keadaan bebas serum [2]. Ini mengurangkan kebergantungan pada serum haiwan yang mahal dan meminimumkan keperluan untuk biopsi haiwan berulang.
Walau bagaimanapun, mencapai keseimbangan yang betul antara percambahan sel yang cepat dan keupayaan untuk membezakan kepada tisu otot kekal sebagai cabaran utama. Walaupun TP53 knockout secara signifikan meningkatkan bilangan sel, ia boleh menghalang pembezaan. Oleh itu, mengekalkan peranan pengawal selia seperti MYOD1 dan MYOG adalah penting untuk menghasilkan tisu otot matang yang sesuai untuk daging yang ditanam.
Bagi pasukan penyelidikan yang bertujuan untuk menerapkan strategi genetik ini,
Dengan permintaan daging global dijangka meningkat sebanyak 14% antara 2020 dan 2030 [1] , sasaran CRISPR ini membuka jalan untuk penyelesaian yang boleh diskalakan dan kos efektif dalam pengeluaran daging yang ditanam.
Soalan Lazim
Sasaran CRISPR mana yang meningkatkan pertumbuhan paling banyak tanpa menjejaskan pembezaan?
Sasaran CRISPR terbaik untuk meningkatkan pertumbuhan sambil mengekalkan pembezaan adalah sistem sel satelit yang direka secara genetik tanpa serum. Kaedah ini menyokong pertumbuhan sel yang konsisten dan pembezaan yang berkesan, menjadikannya pilihan yang kukuh untuk pengeluaran daging yang ditanam berskala besar.
Bagaimana suntingan TP53 atau CDKN2A boleh dibuat selamat untuk daging yang diternak?
Untuk memastikan bahawa suntingan TP53 atau CDKN2A selamat untuk daging yang diternak, beberapa langkah penting diambil. Ini termasuk ujian kestabilan genetik yang menyeluruh, menubuhkan sistem perbankan sel yang berstruktur, dan menggunakan alat canggih seperti penjujukan generasi seterusnya untuk mengesan sebarang mutasi. Di samping itu, mematuhi garis panduan pemenuhan peraturan yang ketat memastikan keselamatan dan konsistensi sepanjang proses pengeluaran.
Apakah suntingan yang membantu sel berkembang dalam bioreaktor berketumpatan tinggi dan rendah oksigen?
Membangunkan media bebas serum yang disesuaikan dengan campuran nutrien, faktor pertumbuhan, lipid, asid amino tidak penting, dan antioksidan yang betul memainkan peranan penting dalam meningkatkan percambahan dan pembezaan sel.Penyesuaian ini bukan sahaja menyokong daya hidup sel yang lebih baik tetapi juga meningkatkan fungsi, terutamanya dalam keadaan mencabar seperti persekitaran rendah oksigen dan kepadatan tinggi.
