Nếu bạn đang xây dựng quy trình sản xuất thịt nuôi cấy, việc lập bản đồ con đường trao đổi chất giúp bạn quyết định nên cho ăn gì, khi nào nên cho ăn, và cảm biến nào cần sử dụng trước khi trạng thái tế bào bị lệch.
Tôi sẽ tóm tắt bài viết này như sau: tế bào đang phát triển và phân hóa không chạy cùng một quá trình trao đổi chất, và điều đó thể hiện qua việc hấp thụ chất dinh dưỡng, thải chất thải, nhu cầu oxy, và đặc điểm sản phẩm. Bài viết cũng đưa ra một điểm thứ hai: chỉ phân tích kích thước hồ không đủ tự nó. Nếu tôi cần biết carbon đi đâu, tôi cần truy vết đồng vị, phân tích dòng chảy, và một mô hình quy mô gen mà tôi có thể kiểm tra với dữ liệu phòng thí nghiệm.
Đây là phiên bản ngắn gọn của những gì bài viết đề cập:
- Bốn dòng tế bào: tế bào vệ tinh bò, tế bào gốc cơ xương lợn, myoblast gà, và tế bào trung mô
- Thay đổi chính trong con đường: sự tăng sinh dựa nhiều hơn vào đường phân; phân hóa dựa nhiều hơn vào phosphoryl hóa oxy hóa trong ty thể
- Nhóm con đường chính: carbon trung tâm, axit amin, nucleotide, và lipid
- Chỉ số đọc hữu ích: lactate, amoniac, hấp thụ axit amin, chất chuyển hóa nội bào, thay đổi trạng thái liên kết NAD⁺/NADH, và dấu hiệu trong môi trường đã sử dụng
- Công cụ dòng chảy: truy vết ¹³C và phân tích dòng chảy chuyển hóa để tách kích thước bể từ sự thay đổi
- Kiểm soát chất lượng dữ liệu: số lần truyền phù hợp, giai đoạn lấy mẫu xác định, làm lạnh nhanh, và hiệu chỉnh nền môi trường
- Lớp mô hình: mô hình chuyển hóa quy mô hệ gen, bao gồm mô hình bò BtaSBML2986 được xuất bản vào tháng 12 năm 2024
- Sử dụng quy trình: thiết kế môi trường, thời gian cho ăn, quyết định giữa mẻ, mẻ cho ăn và thẩm tách, lựa chọn dòng, và QC
Một vài con số nổi bật.Trong các tế bào gốc cơ xương của lợn, một nghiên cứu đã báo cáo 94 chất chuyển hóa nội bào, với 24 giai đoạn liên quan đến sự tăng sinh và 17 giai đoạn liên quan đến sự phân hóa . Đó không phải là sự biến đổi ngẫu nhiên. Nó chỉ ra một sự thay đổi trạng thái rõ ràng mà bạn có thể đo lường và sử dụng.
Tôi sẽ sử dụng bài viết này như một hướng dẫn cho ngăn xếp ánh xạ tối thiểu:
- Bắt đầu với LC-MS môi trường đã sử dụng
- Thêm chuyển hóa nội bào
- Sử dụng truy vết ¹³C-glucose hoặc ¹³C-glutamine khi dữ liệu nhóm không đủ
- Đưa dữ liệu vào GEM
- Kiểm tra mô hình trong nuôi cấy, sau đó cập nhật nó
Đó là thông điệp chính: ánh xạ các con đường theo trạng thái tế bào, không chỉ theo loài hoặc môi trường, và liên kết dữ liệu trực tiếp với thiết kế thức ăn, tăng quy mô, và QC.
Nếu bạn làm việc trong lĩnh vực quy trình sinh học, nuôi cấy tế bào, hoặc nghiên cứu và phát triển thịt nuôi cấy, bài viết này cung cấp cho bạn một lộ trình rõ ràng từ sinh học con đường đến các quyết định quy trình hàng ngày.
Sơ đồ Đường Dẫn Chuyển Hóa cho Nghiên Cứu và Phát Triển Thịt Nuôi Cấy&D
Các con đường chuyển hóa cốt lõi trong các dòng tế bào thịt nuôi cấy
Chuyển hóa carbon trung tâm: đường phân, chu trình TCA, và phosphoryl hóa oxy hóa
Trong các tế bào đang phát triển, đường phân thực hiện hai nhiệm vụ cùng lúc: cung cấp ATP và cung cấp carbon trung gian cho quá trình tổng hợp sinh học. Creatinine trong các tế bào đang phát triển chỉ ra sự chuyển hóa nhanh chóng của creatine-phosphate, giúp đệm nhu cầu ATP [3].
Khi các tế bào cam kết phân hóa và bắt đầu hình thành myotubes, cấu hình chuyển hóa đó thay đổi.Tiêu thụ oxy tăng lên, hoạt động của cytochrome c oxidase tăng, và phosphoryl hóa oxy hóa của ty thể trở thành nguồn ATP chính [3]. Chu trình TCA nằm ở trung tâm của sự thay đổi này. Nó liên kết sản xuất ATP với quá trình chuyển hóa axit amin và cung cấp các chất trung gian cần thiết cho sự phát triển và phát triển cơ bắp [3]. Tỷ lệ NAD⁺/NADH là một chỉ số hữu ích ở đây: tỷ lệ cao hơn cho thấy quá trình chuyển hóa oxy hóa hoạt động mạnh hơn [3]. Nói một cách đơn giản, sự phân hóa đi kèm với nhu cầu oxy cao hơn.
Sự thay đổi trạng thái này cũng thay đổi nhu cầu axit amin, nucleotide và lipid.
Chuyển hóa axit amin, nucleotide và lipid
Nhu cầu axit amin thay đổi trong suốt thời kỳ nuôi cấy. Trong quá trình mở rộng, chuyển hóa alanine, aspartate và glutamate hỗ trợ tích lũy sinh khối [3]. Trong quá trình biệt hóa, quá trình chuyển hóa D-glutamine và D-glutamate trở nên nổi bật hơn và hỗ trợ tổng hợp các protein co bóp như myosin và actin [3].
Nhu cầu nucleotide cao nhất trong quá trình tăng sinh, khi các tế bào cần tổng hợp DNA và RNA để hỗ trợ phân chia. Các bể chứa sau đó tăng lên trong quá trình biệt hóa để hỗ trợ hình thành sợi cơ [3].
Quá trình chuyển hóa lipid cũng thay đổi. Lysophosphatidylethanolamine (LysoPE) và lysophosphatidylcholine (LysoPC) được phát hiện đặc biệt trong quá trình biệt hóa [3]. Những lipid này hỗ trợ tái cấu trúc màng trong quá trình hợp nhất tế bào cơ, điều này có ý nghĩa khi các tế bào chuyển từ giai đoạn tăng trưởng sang hình thành mô.
Quá trình chuyển hóa tryptophan cũng nổi bật.Sản phẩm hạ lưu indolelactate hoạt động như một chất chống oxy hóa trong quá trình phân hóa và giúp bảo vệ tế bào khỏi căng thẳng oxy hóa trong quá trình hợp nhất myotube [3]. Điều đó quan trọng đối với chất lượng sản phẩm cuối cùng vì sự hình thành myotube ổn định hỗ trợ tính toàn vẹn cấu trúc của mô thịt nuôi cấy.
Cách trao đổi chất khác nhau giữa các trạng thái tế bào và dòng dõi
Một nghiên cứu đa omics về tế bào gốc cơ xương lợn đã xác định được 94 chất chuyển hóa nội bào, với 24 chất chuyển hóa có sự phong phú khác biệt duy nhất cho sự tăng sinh và 17 chất duy nhất cho sự phân hóa [3]. Đó là một sự phân chia trao đổi chất rõ ràng, không phải là nhiễu nền. Cùng một loại tế bào thực hiện các chương trình hóa sinh khác nhau tùy thuộc vào giai đoạn.
Dòng tế bào nguyên phát so với dòng tế bào bất tử khác nhau về sự ổn định trao đổi chất của chúng, và số lần truyền thêm một biến số khác.Trong tế bào gốc cơ của lợn, passage 2 thường cho thấy tốc độ tăng trưởng cao nhất, trong khi passage 3 cho thấy sự giảm rõ rệt trong biểu hiện gen dấu hiệu myogenic cùng với sự thay đổi trong sự phong phú của chất chuyển hóa [5]. Nếu tất cả các passage được coi là tương đương về mặt chuyển hóa, thiết kế môi trường và kiểm soát quy trình có thể lệch khỏi trạng thái thực tế của tế bào.
Những thay đổi này được tóm tắt dưới đây [3].
| Tính năng | Trạng thái tăng sinh | Trạng thái biệt hóa |
|---|---|---|
| Con đường năng lượng chính | Đường phân | Phosphoryl hóa oxy hóa ty thể (OXPHOS) |
| Con đường axit amin chính | Alanine, aspartate và glutamate | D-glutamine và D-glutamate |
| Chất chuyển hóa đặc trưng theo giai đoạn | Axit aminoadipic, creatinine | Indolelactate, LysoPE, LysoPC |
| Nhu cầu oxy | Thấp hơn | Cao hơn |
Các trạng thái tăng sinh và biệt hóa cho thấy các mô hình hấp thu và tiết ra khác biệt, vì vậy một bản đồ chuyển hóa duy nhất sẽ không phù hợp với mọi trạng thái quá trình [1][2]. Các chữ ký con đường này xác định các chỉ số được sử dụng trong phân tích chuyển hóa và phân tích dòng chảy.
sbb-itb-ffee270
Các quy trình thực nghiệm để lập bản đồ các con đường chuyển hóa
Phân tích chuyển hóa và phân tích môi trường đã sử dụng
Một khi các con đường chính được xác định, bước tiếp theo là đo lường chúng trực tiếp.
Phân tích môi trường đã sử dụng thường là chỉ số thực tế đầu tiên về hành vi của con đường. Bằng cách so sánh môi trường mới và đã sử dụng, bạn có thể thấy tế bào hấp thụ chất dinh dưỡng nào và sản phẩm phụ nào tích tụ. Các quy trình LC-MS hoặc GC-MS có mục tiêu hoạt động tốt cho việc này, đặc biệt khi theo dõi lactate, ammonia và các chất dinh dưỡng cốt lõi khác. Các chỉ số này cung cấp cho bạn cái nhìn trực tiếp về nhu cầu và căng thẳng của nuôi cấy.
Môi trường đã sử dụng cũng có thể hoạt động như một dấu hiệu QC. Trong tế bào gốc cơ xương lợn, γ-glutamyl-L-leucine, cytosine và ketoleucine là những dấu hiệu mạnh của sự phát triển không tối ưu [5] . Chuyển hóa nội bào cung cấp cái nhìn trực tiếp hơn về hoạt động của con đường bên trong tế bào. Một quy trình khối phổ UHPLC-Q-Exactive Orbitrap được áp dụng cho tế bào gốc cơ xương lợn đã xác định được 94 chất chuyển hóa nội bào qua các giai đoạn tiến triển cơ học [3].
Kích thước hồ bơi cho bạn biết những gì có ở đó; truy vết cho bạn biết những gì đang di chuyển.
Truy vết đồng vị ổn định và phân tích dòng chuyển hóa
Dữ liệu nồng độ đơn thuần có một giới hạn cơ bản: nó cho bạn biết kích thước của một hồ bơi chất chuyển hóa, không phải tốc độ mà hồ bơi đó chuyển đổi. Một chất chuyển hóa có thể trông phong phú trong khi làm rất ít, hoặc trông khan hiếm trong khi chu kỳ nhanh. Phân tích dòng chuyển hóa (MFA) giải quyết điều này bằng cách sử dụng các chất nền được đánh dấu ¹³C, chẳng hạn như glucose hoặc glutamine, để truy vết nơi carbon thực sự đi đến [6].
Sử dụng phân tích dòng khi bạn cần biết liệu glucose hay glutamine đang hỗ trợ sản xuất năng lượng, hình thành sinh khối, hoặc cả hai. Khi glucose được đánh dấu ¹³C được cung cấp cho các tế bào đang phát triển, nhãn này lan rộng qua các trung gian glycolytic, các chất chuyển hóa chu trình TCA, và các sản phẩm sinh tổng hợp hạ nguồn theo các mẫu cho thấy các điểm nhánh nào đang hoạt động. Trong quá trình phân biệt, cùng một chất đánh dấu có thể định lượng sự chuyển dịch về phía phosphoryl hóa oxy hóa. Sự khác biệt đó quan trọng đối với thiết kế chiến lược môi trường và thức ăn. Nếu các axit amin đang bị đốt cháy để lấy năng lượng thay vì được sử dụng cho tổng hợp sinh khối, công thức của môi trường phân biệt cần phải thay đổi [2][6].
Sử dụng MFA khi thiết kế môi trường phụ thuộc vào dòng chảy hơn là kích thước bể.
Lựa chọn thiết kế thí nghiệm ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu
Giá trị của cả hai phương pháp phụ thuộc vào cách mẫu được thu thập.
Thiết kế lấy mẫu xác định liệu dữ liệu có thể được diễn giải với độ tin cậy hay không. Số lần chuyển cần được khớp giữa các mẫu. Trong tế bào gốc cơ xương lợn, lần chuyển 2 thường đại diện cho sự tăng sinh đỉnh điểm, trong khi lần chuyển 3 cho thấy sự mất đo lường của biểu hiện dấu hiệu myogenic và sự tăng sinh thấp hơn [5]. Xử lý tất cả các lần chuyển như thể chúng giống nhau sẽ thêm lỗi hệ thống vào phân tích so sánh.
Các mẫu cũng nên được lấy ở các giai đoạn xác định: giai đoạn tăng sinh sớm, hợp lưu, phân hóa sớm và hình thành myotube [3]. Trong nuôi cấy 2D, ngày 2 đến ngày 3 thường là cửa sổ đáng tin cậy cuối cùng trước khi căng thẳng co bóp bắt đầu làm mất ổn định myotube [3]. Các hệ thống dựa trên giàn giáo và 3D mở rộng cửa sổ đó và cần thiết nếu bạn muốn nghiên cứu sự trưởng thành cơ bắp dài hạn và tính toàn vẹn cấu trúc [3].
Quenching là rất quan trọng đối với các mẫu nội bào. Hoạt động trao đổi chất phải dừng lại nhanh chóng tại điểm lấy mẫu, nếu không các enzyme sẽ tiếp tục chuyển đổi các chất chuyển hóa sau khi thu hoạch và làm sai lệch bức tranh toàn cảnh. Việc trừ nền môi trường cũng quan trọng không kém. Môi trường đã sử dụng nên được so sánh với cùng lô môi trường tươi mới để bạn có thể tách biệt các tiết xuất tế bào thực sự khỏi các hợp chất đã có sẵn trong môi trường.
Mô hình tính toán và tích hợp dữ liệu cho việc ra quyết định
Các mô hình trao đổi chất quy mô genome và phân tích dựa trên ràng buộc
Một khi dữ liệu đường dẫn đã được đo lường, GEMs biến những dữ liệu đó thành dự đoán có thể định hướng thiết kế môi trường và quy trình. Các mô hình trao đổi chất quy mô genome cung cấp một khung toán học để lập bản đồ mạng lưới trao đổi chất của tế bào.Họ thường bắt đầu với chú thích bộ gen, sau đó cải thiện khi được căn chỉnh với transcriptomics, proteomics và thành phần sinh khối đo được ở trạng thái ổn định [1]. Đối với tế bào thịt nuôi cấy, GEMs có thể giúp lựa chọn môi trường, dự đoán nút thắt cổ chai và so sánh điều kiện-điều kiện.
Phân tích cân bằng dòng chảy (FBA) và Phân tích dòng chảy chuyển hóa (MFA) thường được sử dụng để dự đoán dòng chảy nội bào và đánh dấu các thành phần môi trường hạn chế [1][6] . Điều đó làm cho chúng trực tiếp hữu ích cho tối ưu hóa môi trường không có huyết thanh [1].
Vào tháng 12 năm 2024, các nhà nghiên cứu từ KAIST và Viện Nghiên cứu CJ BIO đã công bố GEM đầu tiên dành riêng cho bò, BtaSBML2986, với 2.986 gen, 13.278 phản ứng và 8.652 chất chuyển hóa [4] . Mô hình đã được xác thực với sự phát triển của tế bào vệ tinh bò qua sáu điều kiện nuôi cấy [4]. Về mặt thực tiễn, điều đó cung cấp cho các nhóm một điểm khởi đầu phù hợp với loài cho việc lựa chọn dòng tế bào bò, thiết kế môi trường, và sàng lọc điều kiện.
Khi không có GEM đặc thù cho loài, các nhà nghiên cứu thường bắt đầu với một mô hình hiện có như human1 hoặc GEMs CHO, sau đó tinh chỉnh nó với chú thích đặc thù cho loài [1][4] . Đó là một giải pháp hợp lý: sử dụng những gì đã có, sau đó điều chỉnh cho phù hợp với sinh học mà bạn thực sự quan tâm.
Kết hợp metabolomics, transcriptomics, và proteomics
Tích hợp transcriptomics, proteomics, và metabolomics liên kết sự phong phú của enzyme với các bể chất chuyển hóa và có thể phát hiện các nút thắt mà các tập dữ liệu đơn-omics bỏ lỡ [1][2]. Điều đó quan trọng trong nuôi cấy tế bào, nơi mà sự thay đổi trong biểu hiện gen không phải lúc nào cũng cho bạn biết mạng lưới đang làm gì. Một con đường có thể trông hoạt động ở mức độ phiên mã, nhưng vẫn bị đình trệ vì sự phong phú của enzyme hoặc sự sẵn có của chất chuyển hóa nói khác đi.
Tối ưu hóa môi trường hướng dẫn theo mô hình so với thử nghiệm và sai sót thực nghiệm
Thử nghiệm và sai sót dễ dàng bắt đầu hơn vì nó chỉ cần các chỉ số tăng trưởng cơ bản. Điều đó làm cho nó hữu ích cho việc sàng lọc ban đầu. Nhưng mỗi điều kiện vẫn cần một chu kỳ nuôi cấy đầy đủ, và kết quả là thực nghiệm hơn là cơ chế [1].
Tối ưu hóa hướng dẫn theo mô hình yêu cầu nhiều hơn ban đầu: chú thích bộ gen, dữ liệu -omics, và thành phần sinh khối đo được. Nhưng một khi GEM hoạt động được thiết lập, bạn có thể sàng lọc hàng ngàn công thức in silico trước khi bắt đầu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm [1][2] . Điều đó thay đổi tốc độ phát triển khá nhiều, đặc biệt khi không gian môi trường không chứa huyết thanh phát triển nhanh chóng.
| Tính năng | Tối ưu hóa Dựa trên Mô hình | Thử nghiệm Thực nghiệm và Sai sót |
|---|---|---|
| Tốc độ | Cao - in silico sàng lọc hàng nghìn công thức | Thấp - bị giới hạn bởi thời gian nhân đôi tế bào và khả năng phòng thí nghiệm |
| Yêu cầu dữ liệu | Cao - yêu cầu chú thích hệ gen và dữ liệu -omics | Thấp - chỉ yêu cầu các chỉ số cơ bản về tăng trưởng và năng suất |
| Phù hợp cho thịt nuôi cấy | Lý tưởng cho môi trường không có huyết thanh phức tạp và các loài ít được nghiên cứu | Tốt hơn cho sàng lọc ban đầu hoặc điều chỉnh nhỏ |
Trong thực tế, mô hình nên thu hẹp không gian thiết kế trước khi xác nhận trong phòng thí nghiệm.Dự đoán mô hình có thể giảm không gian thí nghiệm, và dữ liệu từ phòng thí nghiệm ướt sau đó có thể được sử dụng để tinh chỉnh và tái xác nhận mô hình [1]. Một quy trình làm việc đơn giản thường là tốt nhất: sử dụng in silico sàng lọc để rút ngắn danh sách các điều kiện, thử nghiệm những điều kiện đó trong nuôi cấy, sau đó đưa kết quả trở lại vào mô hình. Mô hình, thử nghiệm, cập nhật, lặp lại.
IGF1 thúc đẩy sự phát triển của thịt nuôi cấy trong môi trường không có huyết thanh
Áp dụng bản đồ đường dẫn vào các dòng tế bào, quy trình sinh học, và đặc điểm sản phẩm
Một khi bản đồ đường dẫn và mô hình đã được thiết lập, công việc chuyển từ mô tả sang kiểm soát quy trình sinh học. Các tập dữ liệu tương tự có thể giúp các nhóm chọn các dòng có hiệu suất tốt hơn, điều chỉnh thức ăn theo giai đoạn nuôi cấy, và đặt các dấu hiệu QC để phát hiện sự trôi trước khi nó xuất hiện trong năng suất hoặc kiểu hình.
Kỹ thuật dòng tế bào và mục tiêu lựa chọn từ dữ liệu con đường
Dữ liệu con đường biến việc lựa chọn dòng tế bào thành một bài tập cơ chế thay vì thử và sai. Khi so sánh các dòng ứng viên, các đặc điểm hữu ích nhất là tốc độ sản xuất lactate và ammonia, hồ sơ tiêu thụ axit amin, và cách tế bào chuyển từ tăng sinh sang phân hóa một cách sạch sẽ. Một dòng hoàn thành sự chuyển đổi đó một cách sạch sẽ là ứng viên sản xuất mạnh hơn so với một dòng bị kẹt giữa chừng.
Số lần chuyển cũng quan trọng. Trong một nghiên cứu tháng 4 năm 2024 được công bố trên Food Research International, các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul đã xác định ba dấu hiệu sinh học trong môi trường đã sử dụng - γ-glutamyl-L-leucine, cytosine, và ketoleucine - thay đổi độc quyền trong tế bào gốc cơ bắp lợn ở lần chuyển 3, trùng với sự mất đáng kể của biểu hiện gen myogenic. LC-MS thường xuyên của môi trường đã sử dụng có thể phát hiện sớm các lô không tối ưu.
Vận hành lò phản ứng sinh học, mở rộng quy mô và lựa chọn chế độ nuôi cấy
Các chỉ số tương tự được sử dụng để xếp hạng các dòng tế bào cũng giúp xác định cách mở rộng quy mô các dòng tế bào cho nuôi cấy trong lò phản ứng sinh học. Khi các tế bào chuyển từ đường phân sang phosphoryl hóa oxy hóa trong quá trình biệt hóa, chiến lược cung cấp dinh dưỡng cần phải thay đổi theo giai đoạn nuôi cấy [3]. Chế độ batch cung cấp một đường cơ sở rõ ràng để xác định tốc độ cạn kiệt chất dinh dưỡng chính. Fed-batch và perfusion cho phép điều chỉnh đầu vào dinh dưỡng phù hợp với trạng thái trao đổi chất, điều này quan trọng khi lactate và ammonia bắt đầu tích tụ.
| Định dạng / Chế độ | Quan điểm Kiểm soát Chuyển hóa | Thách thức Diễn giải Dữ liệu |
|---|---|---|
| Văn hóa 2D | Tiếp cận dinh dưỡng cao; độ trung thực cấu trúc hạn chế | Không phản ánh các gradient chuyển hóa 3D |
| Vi hạt | Tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao; rủi ro gradient | Yêu cầu phân tích môi trường đã sử dụng để giám sát sự cạn kiệt cục bộ [1] |
| Giàn giáo | Mô phỏng kiến trúc 3D; động lực khuếch tán phức tạp | Khó khăn trong việc chiết xuất các chất chuyển hóa nội bào; dựa vào dự đoán GEM [1] |
| Mẻ | Đơn giản; dinh dưỡng cạn kiệt trong khi lactate và ammonia tích tụ | Cơ sở để xác định tốc độ cạn kiệt chất dinh dưỡng chính |
| Fed-batch / Perfusion | Cho phép kiểm soát chính xác dòng chảy glucose/lactate | Yêu cầu MFA thời gian thực để cân bằng tốc độ cung cấp với tiêu thụ |
Ở quy mô lớn, một bình chứa hiếm khi hoạt động như một môi trường đồng nhất.Các gradient dinh dưỡng tạo ra các vùng chuyển hóa khác nhau trong toàn bộ bioreactor. GEMs có thể mô hình hóa cách dòng chảy thay đổi dưới các điều kiện địa phương khác nhau và chỉ ra nơi hạn chế dinh dưỡng có khả năng xuất hiện trước khi nó xuất hiện trong dữ liệu quy trình. Điều đó làm cho đầu ra của mô hình trở nên hữu ích trực tiếp cho chiến lược cung cấp, nhu cầu oxy và kiểm soát chất thải.
Kết luận: một ngăn xếp lập bản đồ đường dẫn tối thiểu cho thịt nuôi cấy R&D
Cùng nhau, các kết quả này tạo thành một ngăn xếp kiểm soát tối thiểu cho thịt nuôi cấy R&D.
Bắt đầu với các giả thuyết đường dẫn trung tâm: glycolysis, chu trình TCA và tiêu thụ axit amin. Sau đó xây dựng một tập dữ liệu môi trường đã sử dụng với LC-MS tiêu chuẩn. Thêm theo dõi đồng vị ổn định khi bạn cần xác nhận liệu một nguồn carbon có đang đi vào chu trình TCA hay không, hoặc liệu glutamine có đang được tiêu thụ theo cách oxy hóa hay khử.Sau đó, xếp lớp trong một GEM, chẳng hạn như BtaSBML2986 cho tế bào bò [4], để thu hẹp không gian thiết kế môi trường trước khi bắt đầu xác nhận trong phòng thí nghiệm.
Điểm mấu chốt là tiếp tục đưa kết quả trở lại mô hình, cập nhật các giả định và để mỗi vòng dữ liệu làm sắc nét bộ lựa chọn tiếp theo. Các chương trình lập bản đồ tách biệt với việc lựa chọn dòng tế bào, chiến lược nuôi dưỡng và đánh giá chất lượng có thể tạo ra các tập dữ liệu thú vị, nhưng chúng không đóng góp nhiều cho sản xuất.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao phân tích chuyển hóa kích thước bể không đủ?
Phân tích chuyển hóa kích thước bể đo lường nồng độ chất chuyển hóa ở trạng thái ổn định. Điều đó có nghĩa là nó cung cấp cho bạn một bức ảnh tĩnh của tế bào, không phải là một bản đọc của dòng chảy - tốc độ mà các phản ứng chuyển hóa thực sự đang diễn ra.
Đối với R&D thịt nuôi cấy, hạn chế đó rất quan trọng.Bản đồ nồng độ tự nó sẽ không cho bạn biết các điểm nghẽn chuyển hóa nằm ở đâu, hoặc các chất dinh dưỡng cụ thể đang hỗ trợ tăng trưởng và phân hóa như thế nào. Để trả lời những câu hỏi đó, bạn cần các phương pháp động như phân tích dòng chuyển hóa.
Khi nào các nhóm nên sử dụng truy vết 13C?
Các nhóm nên sử dụng phân tích dòng chuyển hóa 13C (MFA) khi họ cần xác định và khắc phục các điểm nghẽn chuyển hóa cản trở hiệu quả sản xuất và làm chậm tiến độ đạt được sự cân bằng giá trong thịt nuôi cấy.
Sinh học hệ thống và các mô hình chuyển hóa quy mô gen có thể giúp tối ưu hóa môi trường. Nhưng 13C-MFA vẫn là một khoảng trống trong lĩnh vực này đối với hầu hết các loài liên quan, và cho đến nay nó chỉ được sử dụng trong một tập hợp hạn chế các loại tế bào.
Làm thế nào để bản đồ đường dẫn cải thiện thiết kế thức ăn?
Bản đồ đường dẫn được xây dựng từ các mô hình chuyển hóa quy mô toàn bộ hệ gen giúp các nhà nghiên cứu xác định chính xác những gì tế bào cần từ môi trường, nơi mà quá trình chuyển hóa bắt đầu chậm lại, và cách năng lượng được tiêu thụ trong quá trình sản xuất thịt nuôi cấy.
Khi bạn kết hợp các bản đồ này với phân tích cân bằng dòng chảy, chúng trở nên hữu ích hơn nhiều. Chúng có thể hướng dẫn thiết kế môi trường nuôi cấy mục tiêu hơn cho các giai đoạn như tăng sinh và phân hóa. Điều đó giúp các nhóm cải thiện tích lũy sinh khối, vận hành sản xuất hiệu quả hơn, và điều chỉnh chất lượng dinh dưỡng và cảm quan cuối cùng với sự kiểm soát tốt hơn.
