三文鱼片 图片来源：pixabag
最近几周，开发细胞培养鱼肉和贝类的公司们大肆宣发其产品并在全球扩张其业务，这引起了人们的关注。总部位于圣地亚哥的BlueNalu于9月宣布与英国冷冻食品分销商Nomad Foods合作，BlueNalu将通过该合作将实验室制造的鳍鱼引入欧洲。同月，总部位于香港的Avant Meats与新加坡生物处理科技研究院签署了一项协议，以提升其养殖鱼类产品的经济效益。今年6月，Wildtype在其旧金山试点工厂附近开设了一个品尝室，提供实验室培养的寿司级三文鱼的品尝。
这些案例反映出人们对生物技术衍生的鱼类替代品与日俱增的兴趣。对可持续发展的需要使它们登上舞台：全球消费的所有海鲜中，约一半来源于水产养殖，另一半则来自野外捕获。而一些野外捕获的鱼类可能含有汞、微塑料和其它环境污染物；过度捕捞与气候变化对生态系统产生的影响正使它们的种群数量不断下降。海产品的野外捕获量不能持续增加，但全球人口及其对蛋白质的需求却在持续增长。佛罗里达州萨拉索塔Mote海洋实验室与水族馆的研究副总裁Kevan Main说：“所以我们必须想出许多不同的方法来应对这些挑战。我相信，细胞培养的海鲜将是一个可行的方案。”
在那些展示各种原型或扩大生产的公司中，BlueNalu是最接近商业化的公司之一。除了与Nomad Foods的合作关系，BlueNalu还与日本的三菱、泰国的海鲜生产商泰国联盟和韩国的保健食品公司Pulmuone合作，共同制定BlueNalu产品在亚洲的市场策略。
细胞培养的海鲜——源自常见的食用鱼类（如三文鱼和金枪鱼）或贝类（如虾、蟹等甲壳类动物）——也被称为人造、细胞或体外海鲜。它源自水生生物的组织，但从未成为活体生物的一部分。研究人员从少量供体鱼或贝类中获取细胞，在生物反应器中进行培养，从而在实验室中制造这些人造海鲜。想要培养肉片这样的三维组织，就需要一个可食用的、生物相容的支架来为细胞生长和成熟提供结构支撑。由此产生的实验室制造海鲜，主要是肌肉和脂肪细胞的混合物，味道类似于捕获的活海鲜，但没有动物的非食用部分：骨头，鳞片、眼球。
该策略已应用于其他肉类（包括牛肉、鸡肉和猪肉）的体外培养并实现了商业化。事实上，数十家公司正在开发细胞培养的陆生肉类，其中有少数公司的风险投资已经超过1亿美元。由Eat Just开发的人造鸡肉于2020年12月获得了新加坡监管机构的销售批准，成为第一个进入市场的细胞培养肉类。
新加坡和其他全球监管机构将可能使用与监管鸡和牛肉相同的标准和途径来监管鱼肉的体外培养。然而，美国对二者做了区分。美国农业部(USDA)和美国食品药品监督管理局(FDA)同时监管人工培养的陆生肉类，但对于人工培养的鱼类，FDA将拥有唯一管辖权。由于某些政治历史原因，该规则适用于除鲶鱼以外的所有海产品。
到目前为止，人工海鲜的开发与生产已经落后于陆生肉类。据推广和倡导人造肉类工业的好食品研究所称，世界上只有14家公司在开发这种海鲜。
一些生物学家认为，这一差距是由对陆地物种的研究偏好产生的。在Mote工作的Main说：“关于陆生动物的科学研究进展如此先进，对此我感到非常惊讶。我认为这是因为研究陆生动物更为容易：它们就在你身边，你可以使用这些资源，你可以很容易地观察正在发生的事情。而对水产来说，一切都发生在水中，所以你必须首先弄明白如何使研究方法在水下也能正常发挥作用。”
对陆生肉类的研究也受益于相对较窄的物种选择。弗吉尼亚理工大学专门研究食品安全和细胞农业的助理教授Reza Ovissipour说：“当我们谈论鸡肉时，我们谈论的是一种具有特定风味的产品。”然而，每种海鲜都有自己的风味、质地和细胞系，这个细胞系需要一组独特参数来培养。
从这些物种中建立细胞系是很困难的。科学家们从收集目标物种的成体或胚胎干细胞开始。然后从中寻找可以自我更新、代代相传、能分化成肌肉、脂肪和结缔组织的细胞系。他们的目标是建立一个永久的细胞系，这个细胞系可以不断自我再生，从而不再需要回到供体获取细胞。
研究人员最初将细胞培养成单层，附着在小烧瓶或其他实验室器皿表面。细胞在营养丰富的培养基中生长，培养基通常含有葡萄糖、氨基酸、多肽、脂肪酸、维生素、无机盐和生长因子（如激素、重组蛋白和细胞因子）。不同物种细胞的培养基有着独特的组分与配比。工业界的许多研究人员最初使用牛血清中的成分来配置培养基，但现在大多数人在尝试替代品。
细胞培养 图片来源：unsplash
下一步是扩大规模，生产足够食用的生物量。这是极具有挑战性的一步。科学家必须让细胞悬浮生长在更高容量的三维生物反应器中。
一旦完成上述过程，研究人员就会进一步将操作规模扩大到更大的生物反应器。这些生物反应器中产生的细胞肉就像切碎的肉一样柔软。如果研究人员想让这些产物有鱼片的口感，他们必须使细胞结合并生长在可食用的支架上。
该过程的每一步都充满了挑战。好食品研究所海鲜替代研究的领导Jennifer Lamy表示，例如，开发细胞系会消耗公司数年的初期研发预算。柏林的Bluu Biosciences在该领域的发展得益于其联合创始人Sebastian Rakers的基础研究。这位海洋生物学家此前在弗劳恩霍夫学会工作的12年间，已经从20多个不同的海洋物种中建立了超过80种不同的细胞系。
2020年5月，在Rakers的帮助下，Bluu成立了。该公司正致力于鲤鱼、大西洋鲑鱼和虹鳟鱼替代产品的研究。第一批产品将是无支撑结构的肉丸子，这在亚洲菜系中十分常见。鱼类细胞占产品的一半，而植物蛋白质和小部分非植物蛋白质占另一半。该公司尚未举行产品品尝会。
Wildtype公司的目标是开发寿司级三文鱼，该公司的联合创始人Aryé Elfenbein表示，他们花了三年的时间，来建立可以在生物反应器中悬浮生长的细胞系。为了将细胞从玻璃皿转移到生物反应器，Wildtype的科学家最初使用微载体（一种为细胞在悬浮培养中贴壁提供场所的微珠），以帮助增加细胞的活力。之后，公司过渡到将细胞成簇培养，最后实现单细胞悬浮培养。
来到Wildtype品尝室的游客可以通过一扇玻璃门观看他们的食物是如何制作的——这对传统肉类生产是闻所未闻的。“你能想象一个屠宰场旁边建着一个品尝室吗？”Elfenbein问道。
部分人反对这种在实验室生产肉的想法，但Wildtype的创始人说，对屠宰过程的进一步了解将改变这一点。与Elfenbein共同创办该公司的Justin Kolbeck说：“很多人故意对肉类和海鲜的制作过程视而不见，因为我们都知道这不是一个很好的故事。”他说：“众所周知，屠宰场的环境条件对工人和动物来说都是不愉快的，水产养殖也好不了多少。然而，我认为人们想对他们所吃的食物有更深入的了解和透明度，这是一个巨大的变化。”
牛肉 图片来源：pixabag
为了制造寿司级三文鱼，Wildtype必须使用支架，而公司正在使用植物组分来开发自己的支架。这个过程是十分棘手的，因为支架必须在促进细胞生长、确保热稳定性的同时，提供与鱼类相似的口感。Elfenbein说：“细胞——支架大规模整合的过程在今天是不存在的事情。”Wildtype的科学家花了多年时间，筛选了成千上万满足这些要求的支架候选物。他们最终发现了一些低成本、植物来源、使用范围广，而且目前正在美国食品供应中使用的材料，他们接着研发了一种高通量的方法来生产这些材料。
与人造肉类产业的所有公司一样，想要用经济上可行的方式来扩大生产规模，Wildtype面对着巨大的挑战。事实上，Wildtype一次做过的三文鱼寿司重量从未超过数磅。
这是因为扩大规模并不是将每个组件扩大相同倍数的简单问题。大规模生产需要不同的设备，以及管理一套不同的热量和气体传输速率、pH控制、营养和氧气供应以及原材料杂质。Ovissipour说：“在更大的规模上，控制环境是很困难的，有时细胞并不表现出与处于较小规模时相同的特性。因此，你正在处理一个完全不同的体系，这需要更多的优化和建模。”
无论生产规模如何，与常规肉类相比，生产人造肉的成本都是惊人的高——根据咨询公司CE Delft对好食品研究所的分析估计，高端产品每公斤成本将超过2万美元。如果没有大量的研发，以及与过去70年科学家培养细胞的方式截然不同的细胞培养方法，那么短时间内成本将不会改变。Kolbeck说：“整个生物制药行业的建立基于收获细胞产生的蛋白质，并丢弃细胞。”单克隆抗体的生产便是其中的一个例子。“在我们的系统中，情况正好相反：（我们想知道）如何浓缩大量细胞，同时使其保持活力，在支架上继续生长。”
撰文：Emily Waltz，自由科学记者，主要报道生物科技与科学商业化。
翻译；唐小凯
审校：郭晓
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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