Mięso hodowlane jest drogie, ale koszty spadają. Największą przeszkodą? Media wzrostu, które mogą kosztować setki funtów za litr. Aby konkurować z tradycyjnym mięsem, ceny muszą spaść do 1 funta za litr lub mniej. Trzy strategie napędzają tę zmianę:
- Inżynieria linii komórkowych: Dostosowywanie komórek zwierzęcych w celu zmniejszenia potrzeb na składniki odżywcze i efektywnego wzrostu.
- Optymalizacja mediów: Zastępowanie kosztownych składników farmaceutycznych tańszymi alternatywami spożywczymi.
- Udoskonalenia bioreaktorów: Skalowanie produkcji za pomocą większych, bardziej efektywnych systemów.
Każde podejście stawia czoła unikalnemu wyzwaniu, ale ich wspólny postęp jest kluczowy dla uczynienia mięsa hodowanego przystępnym cenowo. Cel? Zbliżenie cen do mięsa konwencjonalnego, aby uczynić je dostępnym dla wszystkich.
Inżynieria linii komórkowych dla mięsa hodowanego i zrównoważonego rolnictwa komórkowego #culturedmeat
1. Inżynieria linii komórkowych
Inżynieria linii komórkowych oferuje sprytny sposób na obniżenie kosztów żywieniowych poprzez modyfikację komórek zwierzęcych, aby same produkowały czynniki wzrostu. Zamiast ciągłego dodawania drogich czynników wzrostu do medium hodowlanego, naukowcy umożliwiają komórkom tworzenie tych składników odżywczych samodzielnie poprzez sygnalizację autokrynną.
W 2024 roku Andrew J. Stout i jego zespół z Uniwersytetu Tufts pomyślnie zmodyfikowali komórki mięśniowe bydła, aby produkowały własny FGF2 [4][2]. Kevin Kayser, dyrektor ds. naukowych w Upside Foods, doskonale podsumował to podejście:
"Zbudujmy proces, a następnie wybierzmy linię komórkową, która robi to, co chcemy, aby robiła. To będzie wymagało znacznie więcej pracy na początku, ale w końcu przełoży się na lepsze koszty" [1].
Potencjał redukcji kosztów
Białka rekombinowane i czynniki wzrostu są największymi czynnikami kosztotwórczymi w procesie produkcji [3]. Poprzez inżynierię komórek, aby generowały własne czynniki wzrostu, firmy mogą wyeliminować potrzebę kosztownych suplementów zewnętrznych - co w przeciwnym razie wymagałoby niemal 99% redukcji kosztów, aby uczynić mięso hodowlane komercyjnie opłacalnym [5]. Dodatkowo, modyfikacja komórek do wzrostu w zawiesinie, zamiast wymagania powierzchni, umożliwia wykorzystanie ogromnych bioreaktorów z mieszadłem (niektóre przekraczają 20 000 litrów), co znacznie zwiększa efektywność produkcji [2].
Czas realizacji
To podejście nie jest pozbawione wyzwań.Opracowanie i charakteryzowanie nowej linii komórkowej zazwyczaj zajmuje od 6 do 18 miesięcy [3], co kontrastuje z znacznie krótszym cyklem produkcyjnym wynoszącym zaledwie 2–8 tygodni, od banku komórek do zbiorów [3]. Do 2023 roku prawie połowa firm zajmujących się hodowlą mięsa już badała inżynierię genetyczną w celach badawczych lub komercyjnych [3], co pozwala branży na dalsze doskonalenie strategii oszczędnościowych.
Wyzwania techniczne
Wciąż istnieją przeszkody do pokonania. Utrzymanie stabilności genomowej i osiągnięcie nieśmiertelności dla nieograniczonej proliferacji komórek - przy jednoczesnym zapewnieniu, że komórki mogą się prawidłowo różnicować - pozostaje trudnym zadaniem [4][3]. Dodatkowo dostępność linii komórkowych o odpowiednich cechach wciąż jest ograniczona [4].Te wyzwania podkreślają złożoność inżynierii linii komórkowych, ale potencjalne nagrody czynią to obiecującą drogą do obniżenia kosztów. Następnie zbadamy strategie optymalizacji mediów.
2. Optymalizacja mediów i czynników wzrostu
Obniżenie kosztów mediów hodowlanych jest kluczową strategią w uczynieniu mięsa hodowanego bardziej przystępnym cenowo. Obecnie media hodowlane stanowią największy wydatek w produkcji mięsa hodowanego [5][3]. Ograniczając te koszty, istnieje ogromna szansa na zbliżenie cen do tego, co konsumenci są skłonni zapłacić.
Aby osiągnąć docelową cenę 8 funtów za kilogram, koszty mediów muszą spaść o ponad 99,9% w porównaniu do ich obecnych poziomów farmaceutycznych. Czynników wzrostu należy ograniczyć do zaledwie 0,80 funta za kilogram [3][5].Jak wyjaśnia Good Food Institute:
"Największym wyzwaniem, przed którym stoi przemysł mięsa hodowanego, nie jest jedynie rezygnacja z komponentów zwierzęcych w mediach hodowlanych, ale raczej odkrycie, jak zrobić to w sposób przystępny cenowo oraz jak zoptymalizować przystępne formuły dla maksymalizacji wydajności"[3].
Potencjał redukcji kosztów
Jednym z głównych podejść do obniżania kosztów jest zastępowanie drogich składników farmaceutycznych tańszymi, spożywczymi alternatywami. Na przykład, albumina, która stanowi 96,6% potrzeb białka rekombinowanego, jest celem dla roślinnych substytutów, takich jak rzepak i ciecierzyca. Podobnie, firmy wymieniają poszczególne aminokwasy na tańsze hydrolizaty roślinne[5][3][1].
Postępy już są dokonywane.W sierpniu 2024 roku, Believer Meats wprowadził medium wolne od komponentów zwierzęcych, które kosztuje zaledwie 0,50 £ za litr [6]. Używając ciągłych metod produkcji, takich jak filtracja przepływu tangencjalnego, ich analiza wykazała, że hodowlany kurczak mógłby być produkowany za 5 £ za funt w zakładzie o pojemności 50 000 litrów - co czyni go konkurencyjnym w porównaniu do cen kurczaka organicznego [6]. Podobnie, Mosa Meat, we współpracy z Nutreco, wykazał, że przejście z aminokwasów farmaceutycznych na aminokwasy spożywcze mogłoby obniżyć koszty o czynnik 100, wszystko to bez utraty wydajności komórek [1].
Czas realizacji
W porównaniu do inżynierii linii komórkowych, optymalizacja mediów może przynieść wyniki znacznie szybciej.Podczas gdy opracowanie nowych linii komórkowych może zająć od 6 do 18 miesięcy [3], reformulacja mediów często wykorzystuje istniejące łańcuchy dostaw produktów spożywczych, przyspieszając proces. Susanne Wiegel, szefowa Programu Alternatywnych Białek w Nutreco, podsumowuje to dobrze:
"Karmienie komórek nie różni się zbytnio od karmienia zwierząt. Większość składników odżywczych pochodzi z upraw rolnych" [1].
Wyzwania techniczne
Pomimo obietnicy oszczędności kosztów, użycie składników spożywczych wiąże się z wyzwaniami. Składniki te mogą wprowadzać zanieczyszczenia, niespójności partii oraz potencjalne wpływy na wydajność komórek i jakość produktu [5][2]. Dodatkowo, zwiększenie produkcji w celu zaspokojenia popytu to nie lada wyzwanie.Złapanie zaledwie 1% globalnego rynku mięsa wymagałoby milionów kilogramów rekombinowanego albuminy - znacznie przekraczając obecne poziomy produkcji wielu enzymów przemysłowych [5].
Następnie zbadamy, jak ulepszenia w bioreaktorach i procesach mogą dodatkowo obniżyć koszty.
sbb-itb-c323ed3
3. Ulepszenia bioreaktorów i procesów
Po udoskonaleniu inżynierii linii komórkowych i optymalizacji mediów, kolejnym krokiem w obniżaniu kosztów mięsa hodowanego jest poprawa bioreaktorów i procesów produkcyjnych. Podczas gdy linie komórkowe i media koncentrują się na stronie biologicznej, systemy fizyczne - bioreaktory i procesy produkcyjne - odgrywają kluczową rolę w uczynieniu mięsa hodowanego bardziej przystępnym cenowo. Jak słusznie zauważa Good Food Institute:
"Projekt bioprocesu jest kluczem do odblokowania produkcji mięsa hodowanego na dużą skalę" [3].
Obecnie większość bioreaktorów używanych w produkcji mięsa hodowanego jest dostosowana z przemysłu farmaceutycznego. Te systemy są zaprojektowane do produkcji o wysokiej wartości i niskiej objętości, co nie jest idealne dla kosztowo efektywnych, wysokowolumenowych wymagań produkcji żywności [3]. Aby konkurować z tradycyjnym mięsem, przemysł potrzebuje bioreaktorów zaprojektowanych specjalnie do produkcji na dużą skalę i w sposób ekonomiczny. Tutaj optymalizacje procesów mogą pomóc w dalszym obniżeniu kosztów.
Potencjał redukcji kosztów
Jednym z najbardziej obiecujących sposobów na obniżenie kosztów jest przejście z norm produkcji farmaceutycznej na normy produkcji żywności. W przeciwieństwie do zastosowań farmaceutycznych, mięso hodowane musi spełniać jedynie standardy bezpieczeństwa żywności, które są mniej rygorystyczne. Ta zmiana może znacząco obniżyć koszty operacyjne [3].
Efektywność procesów to kolejny kluczowy czynnik.Techniki takie jak recykling mediów hodowlanych, ponowne wykorzystanie strumieni odpadów oraz wdrażanie automatyzacji mogą pomóc w minimalizacji użycia kosztownych surowców [3]. Na przykład, we wrześniu 2023 roku, Upside Foods ogłosiło swoje plany dotyczące zakładu na skalę komercyjną w pobliżu Chicago. Zakład ten ma na celu produkcję 13 000 ton mięsa hodowanego rocznie przy użyciu bioreaktorów o pojemności do 100 000 litrów [1]. Kevin Kayser, dyrektor ds. naukowych firmy, podkreślił znaczenie skupienia się na surowcach:
"Jednym z powodów, dla których mnie zatrudniono, były surowce... Kiedy zaczynałem, to było na szczycie listy" [1].
Skalowalność
Skalowanie bioreaktorów jest niezbędne, aby osiągnąć parytet cenowy z mięsem konwencjonalnym. Obecnie zakłady pilotażowe korzystają z bioreaktorów o pojemności od 100 do 1 000 litrów.Jednak analizy techno-ekonomiczne sugerują, że osiągnięcie konkurencyjnych cen będzie wymagało bioreaktorów o objętości 20 000 litrów lub więcej - być może nawet 100 000 litrów [3][1][2]. Do końca 2024 roku przynajmniej jedna firma z powodzeniem zwiększyła skalę do bioreaktorów o pojemności 15 000 litrów [3].
Przemysł przechodzi przez wyraźne etapy: od badań w skali laboratoryjnej (bioreaktory poniżej 10 litrów), przez testy w skali pilotażowej, aż po produkcję w skali przemysłowej. Każdy etap wymaga nie tylko większego sprzętu, ale także innowacji w zakresie mieszania, dostarczania tlenu i systemów monitorowania [3].
Wyzwania techniczne
Zwiększanie skali bioreaktorów nie jest pozbawione wyzwań.Większe bioreaktory przynoszą unikalne trudności techniczne, takie jak zarządzanie siłami ścinającymi podczas mieszania i natleniania, które mogą uszkodzić delikatne komórki [3]. Transfer tlenu staje się coraz bardziej skomplikowany w miarę wzrostu objętości bioreaktorów, a utrzymanie sterylności w dużych zakładach spożywczych jest kluczowe - jakakolwiek kontaminacja może prowadzić do znacznych strat produkcyjnych [3].
Jak zauważył Kevin Kayser, branża eksploruje nowe terytoria:
"Kiedy zaczynasz mówić o 100 000 L lub więcej, nie wiem, czy to będzie wymagało jakiejkolwiek zmiany w mediach. Nie osiągnęliśmy jeszcze tego poziomu" [1].
W przeciwieństwie do optymalizacji mediów, która może korzystać z istniejących łańcuchów dostaw żywności, skalowanie bioreaktorów wymaga rozwiązania zupełnie nowych problemów inżynieryjnych, szczególnie przy tych bezprecedensowych rozmiarach [3].
Ramowy czas realizacji
Budowa obiektów na skalę przemysłową jest procesem czasochłonnym i wymagającym dużych nakładów kapitałowych. O ile opracowanie nowej linii komórkowej może zająć od 6 do 18 miesięcy [3], to budowa i uruchomienie zakładu produkcyjnego na pełną skalę zajmuje lata planowania i znaczne inwestycje [3]. Jednak nowe technologie pomagają przyspieszyć ten proces. Na przykład zautomatyzowane i oparte na chmurze systemy wykazały, że skracają cykle rozwoju o 25% i poprawiają wskaźniki sukcesu skalowania o 30% [7]. Chris Williams, dyrektor generalny Culture Biosciences, wyjaśnił:
"Przejście na oparte na chmurze, modułowe bioprocesy przyspiesza w sektorach biotechnologii i biopharmy... Oferuje elastyczne, opłacalne rozwiązanie dla zespołów, które wymagają szybszych cykli rozwoju i skalowalności" [7].
Proces hodowli - od bankowania komórek do zbiorów - zazwyczaj trwa od 2 do 8 tygodni, w zależności od rodzaju produkowanego mięsa [3]. Postępy w bioprzetwarzaniu będą kluczowe dla uczynienia mięsa hodowanego konkurencyjną opcją na rynku.
Porównanie trzech podejść
Porównanie trzech strategii mających na celu obniżenie kosztów produkcji mięsa hodowanego
Patrząc na inżynierię linii komórkowych, optymalizację mediów i postępy w bioreaktorach obok siebie, ujawnia, jak bardzo te strategie są ze sobą powiązane. Każda z nich wnosi swoje mocne strony i przeszkody, ale razem tworzą ścieżkę do obniżenia kosztów produkcji mięsa hodowanego.
Oto zestawienie, jak te podejścia wypadają w czterech kluczowych kryteriach:
| Kryterium | Inżynieria linii komórkowych | Optymalizacja mediów &i czynników wzrostu | Udoskonalenia bioreaktorów &i procesów |
|---|---|---|---|
| Potencjał redukcji kosztów | Wysoki – pozwala na cieńsze media i wyższe gęstości komórkowe | Bardzo wysoki – może obniżyć koszty o nawet 99%.9% od obecnych cen biomedycznych | Umiarkowane do wysokiego – korzyści z recyklingu, automatyzacji i efektywności skali |
| Czas wdrożenia | Średni – zazwyczaj trwa 6–18 miesięcy na linię komórkową | Krótki do średniego – obejmuje stopniowe przejście na surowce spożywcze | Długi – lata potrzebne na budowę i uruchomienie obiektu |
| Skalowalność | Wysoka – kluczowa dla umożliwienia wzrostu w zawiesinie na skalę przemysłową | Trudna – wymaga produkcji milionów kilogramów białek rekombinowanych | Nieodzowna – celowanie w zbiorniki o pojemności 100 000 litrów+ do produkcji na dużą skalę |
| Wyzwania techniczne | Stabilność genomowa i bariery regulacyjne | Odkrywanie formulacji i dopasowywanie profili aminokwasów pochodzenia roślinnego | Zapewnienie sterylności, zarządzanie tlenem oraz radzenie sobie z wysokimi kosztami kapitałowymi |
Każda strategia odgrywa odrębną rolę w radzeniu sobie z w wyzwaniami kosztowymi mięsa hodowanego.
Optymalizacja mediów wyróżnia się natychmiastowym potencjałem do obniżenia kosztów. Ceny mogą spaść z setek funtów za litr do mniej niż 0,25 £ za litr [3]. Jednak skalowanie tego podejścia w celu zaspokojenia przemysłowych wymagań stanowi znaczną przeszkodę.
Inżynieria linii komórkowych, z drugiej strony, kładzie fundamenty pod sukces. Umożliwiając wzrost w zawiesinie i redukując wymagania dotyczące mediów, wspiera zarówno optymalizację mediów, jak i skalowanie bioreaktorów [3]. Bez niezawodnych linii komórkowych postęp w innych obszarach utknąłby w martwym punkcie.
Udoskonalenia bioreaktorów to gra długoterminowa. Opracowanie i uruchomienie obiektów zdolnych do obsługi zbiorników o pojemności 100 000 litrów to zniechęcające zadanie, ale jest to niezbędne do zwiększenia produkcji na poziomie towarowym [3].Wyzwania inżynieryjne w tym zakresie, szczególnie dotyczące sterylności i transferu tlenu, pozostają w dużej mierze nieodkrytym terytorium na tej skali.
Rzeczywistość jest taka, że żadne pojedyncze podejście nie może dźwigać ciężaru redukcji kosztów samodzielnie. Te strategie są głęboko współzależne. Na przykład, przystępne media mają wartość tylko wtedy, gdy bioreaktory mogą działać przy dużych wolumenach, a bioreaktory na dużą skalę mają sens tylko wtedy, gdy media, których używają, są opłacalne [3]. Razem te wysiłki tworzą spójną strukturę, która jest kluczowa dla uczynienia mięsa hodowanego na skalę komercyjną rzeczywistością.
Wnioski
Inżynieria linii komórkowych odgrywa kluczową rolę w napędzaniu sukcesu zarówno w doskonaleniu mediów, jak i postępach w bioreaktorach. Opracowując komórki, które rosną szybciej, osiągają wyższe gęstości i dobrze funkcjonują w chudszych mediach, znacznie obniża koszty związane z składnikami odżywczymi i pojemnością bioreaktorów.To jest kluczowe w redukcji kosztów produkcji.
Udoskonalenie mediów oferuje natychmiastowe oszczędności, z potencjałem obniżenia kosztów mediów o nawet 99,9%, co obniża ceny do poziomu farmaceutycznego poniżej 0,20 £ za litr [3]. Jednak te oszczędności zależą od linii komórkowych, które mogą prosperować w tak kosztownych mediach. Jednocześnie zaawansowane projekty bioreaktorów torują drogę do produkcji na dużą skalę, ale ich opłacalność ekonomiczna zależy od połączenia ich z przystępnymi mediami i odpornymi, zaprojektowanymi liniami komórkowymi.
Harmonogram osiągnięcia parytetu cenowego z premium mięsem konwencjonalnym w Wielkiej Brytanii będzie kształtowany przez to, jak szybko te trzy strategie - inżynieria komórkowa, rozwój mediów i skalowanie bioreaktorów - będą się rozwijać razem. Postęp w tych obszarach będzie stanowił fundament dla uczynienia mięsa hodowanego bardziej dostępnym.
Dla konsumentów w Wielkiej Brytanii szeroka dostępność będzie również zależała od zatwierdzenia regulacyjnego, które wciąż jest w trakcie przeglądu na koniec 2025 roku [3], oraz stworzenia zakładów produkcyjnych na dużą skalę. Firmy już planują bioreaktory o pojemności 100 000 litrów i dążą do stworzenia obiektów zdolnych do produkcji do 13 000 ton rocznie [1], co sygnalizuje, że niezbędna infrastruktura zaczyna się kształtować.
Droga do przystępnego cenowo mięsa hodowanego będzie zależała od bezproblemowej integracji tych trzech strategii. Ekosystem produkcji łączący inżynieryjne komórki, tanie media i bioreaktory na skalę przemysłową określi, kiedy mięso hodowane przejdzie z niszowych doświadczeń kulinarnych do codziennych ofert supermarketów.
Najczęściej zadawane pytania
Jak technologia linii komórkowych pomaga obniżyć koszty produkcji mięsa hodowanego?
Postępy w technologii linii komórkowych obniżyły koszty produkcji mięsa hodowanego poprzez poprawę wydajności komórek używanych w tym procesie. Te specjalnie zaprojektowane linie komórkowe rosną szybko, mogą rozwijać się w gęstych środowiskach i wytrzymują trudne warunki, takie jak niskie poziomy tlenu i stres mechaniczny. Oznacza to mniejsze uzależnienie od kosztownych mediów hodowlanych oraz bardziej efektywną produkcję o wysokiej wydajności w bioreaktorach.
Obniżając koszty surowców i przetwarzania, technologia linii komórkowych przyczynia się do uczynienia mięsa hodowanego bardziej dostępnym. Ten postęp to krok w kierunku ustanowienia go jako praktycznej alternatywy dla tradycyjnego mięsa.
Jakie są główne wyzwania związane z używaniem mediów spożywczych do produkcji mięsa hodowanego?
Przejście na media spożywcze do produkcji mięsa hodowanego wiąże się z pewnymi trudnymi wyzwaniami.Jedną z największych przeszkód są koszty. Obecnie media bogate w czynniki wzrostu - niezbędne do wzrostu komórek - stanowią ponad połowę wydatków produkcyjnych. Aby obniżyć koszty, producenci muszą przejść z drogich składników farmaceutycznych na tańsze, kompatybilne z żywnością alternatywy. Ale jest haczyk: opracowanie tych przystępnych opcji, czy to poprzez precyzyjną fermentację, czy metody roślinne, jest wciąż na wczesnym etapie i wymaga dużych inwestycji.
Innym poważnym problemem jest spełnienie rygorystycznych norm bezpieczeństwa żywności. Media spożywcze muszą być produkowane w warunkach sterylnych, wolnych od jakichkolwiek zanieczyszczeń, i spełniać przepisy dotyczące żywności Unii Europejskiej. To dodaje warstw złożoności do łańcuchów dostaw i procesów kontroli jakości. Na dodatek, usunięcie surowicy - powszechnie stosowanej w mediach badawczych - stwarza nowe wyzwania w zakresie zarządzania odpadami.Bez surowicy działającej jako naturalny bufor, gromadzenie produktów ubocznych staje się problemem, wymagającym zaawansowanych systemów recyklingu lub usuwania.
Istnieje również problem adaptacji komórek. Wiele linii komórkowych, pierwotnie opracowanych do środowisk opartych na surowicy, ma trudności z wzrostem w chemicznie zdefiniowanych, wolnych od zwierząt mediach. Może to prowadzić do wolniejszego wzrostu lub słabszych komórek, często wymagających genetycznych modyfikacji linii komórkowych lub stworzenia specjalistycznych suplementów. Radzenie sobie z tymi wyzwaniami jest kluczowe dla zwiększenia produkcji mięsa hodowanego i uczynienia go bardziej przystępnym i dostępnym dla konsumentów. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tej fascynującej dziedzinie,
Jak duże bioreaktory pomagają uczynić mięso hodowane bardziej przystępnym cenowo?
Duże bioreaktory, szczególnie te o pojemności przekraczającej 20 000 litrów, odgrywają kluczową rolę w obniżaniu kosztów produkcji mięsa hodowanego.Te systemy umożliwiają produkcję dużych ilości mięsa, co pomaga rozłożyć wydatki, takie jak sprzęt, praca i media wzrostowe, na większą produkcję. Takie podejście pomaga osiągnąć korzyści skali, zbliżając mięso hodowlane do ceny tradycyjnego mięsa.
Przy tym poziomie produkcji, producenci mogą drastycznie obniżyć koszt za kilogram, torując drogę do tego, aby mięso hodowlane stało się bardziej przystępną i opłacalną opcją dla konsumentów.
