A tudósok növényi alapú sejttenyésztő állványt fejlesztenek ki az olcsóbb, fenntarthatóbb tenyésztett hús érdekében

A tudósok növényi alapú sejttenyésztő állványt fejlesztenek ki az olcsóbb, fenntarthatóbb tenyésztett hús érdekében

Időbélyeg: 1. május 2023. 3:53
Forrás csomópont: 2621356
01. május 2023. (Nanowerk News) A Szingapúri Nemzeti Egyetem (NUS) kutatócsoportja sikeresen használt közönséges növényi fehérjéket egy ehető sejtkultúra állvány 3D-nyomtatására, lehetővé téve, hogy megfizethetőbb és fenntarthatóbb, laboratóriumban termesztett hús kerüljön az asztalra. Ahogy a fogyasztók tudatosabbá válnak élelmiszereik környezeti és etikai következményei iránt, a laboratóriumban termesztett hús, más néven tenyésztett hús vagy sejtalapú hús, egyre népszerűbb étrendi fehérjeforrássá válik. A tenyésztett húst úgy állítják elő, hogy állatokból vázizomsejteket vesznek ki, és háromdimenziós konstrukciókon, úgynevezett állványokon termesztik, amelyek szerkezeti támaszt nyújtanak a sejtek szaporodásakor és szövetekké fejlődve. A sejttenyésztő állványok azonban jellemzően szintetikus vagy állati eredetű anyagokból készülnek, amelyek vagy túl drágák, vagy ehetetlenek. Alternatív megoldást keresve a Huang Dejian professzor, az NUS Élelmiszertudományi és Technológiai Tanszékének helyettes vezetője által vezetett csapat a növényi fehérjék felé fordult, amelyekről ismert, hogy biológiailag lebonthatók és biológiailag kompatibilisek az állati sejtekkel. Lényeges, hogy a növényi fehérjék az élelmiszer-fogyasztás általános követelményeit is kielégítik, így a kapott állvány alkalmas hústenyésztésre. „A könnyen elérhető gabonaprolaminok bioanyagként való felhasználásával a nagy pontosságú 3D nyomtatási technológiához új módszert nyitunk meg ehető és strukturált állványok előállítására, hogy rostos tulajdonságokkal rendelkező tenyésztett izomhússzeleteket állítsunk elő” – mondta Huang professzor. A csapat munkáját, összhangban a NUS törekvésével, hogy élvonalbeli fenntarthatósági kutatásokat készítsenek, a folyóiratban tették közzé. Advanced Materials („3D-nyomtatott prolamin állványok sejtalapú húskultúrához”). Laboratóriumban termesztett sertéshús Ehető sejttenyésztő állványok felhasználásával termesztett sertéstenyésztés. (Kép: Szingapúri Nemzeti Egyetem)

Ehető állvány készítése

A prolaminok a növényi raktározó fehérjék családja, amelyek sajátos aminosavprofiljuk miatt alacsony tápértékkel rendelkeznek. Valójában a prolaminok hulladékként keletkeznek a keményítő- és a növényi olajiparban. Mindazonáltal Huang professzor és csapata a prolamin e jellemzőit kihasználva megfizethető és fenntartható húskultúra-forrást dolgozott ki. Konkrétabban, a kutatók kukorica-, árpából és rozslisztből származó prolamin keverékeket használtak, más néven zeineket, hordeineket és szekalinokat. Ezek a keverékek azután tintaként működtek az elektrohidrodinamikus nyomtatáshoz, egy nagy pontosságú 3D nyomtatási technológiához, amelyet általánosan alkalmaznak az orvosbiológiai alkalmazásokban. Annak megállapítására, hogy a prolamin konstrukciók alkalmasak-e a hústenyésztésre, a sejttenyésztő táptalajba merítették őket, és hét nappal később megvizsgálták az esetleges szerkezeti változásokat. Pásztázó elektronmikroszkóp alatt az állványok megtartották szerkezetüket, és nem omlottak össze, bár több lyuk keletkezett a felületükön. A kutatók szerint azonban ezek a pórusok nagyobb valószínűséggel a tenyésztett sejtek által kiválasztott enzimek eredményei, nem pedig szerkezeti gyengeségek bizonyítékai. Ahhoz, hogy az állványokat bármilyen módon felhasználhassák a hústermesztésben, biológiailag kompatibilisnek kell lenniük a mezőgazdasági állatokból származó izomsejtekkel, ami azt jelenti, hogy képesnek kell lenniük befogadni ezeket a sejteket, és támogatniuk kell növekedésüket és fejlődésüket. Ennek tesztelésére Huang professzor és csapata beoltotta a prolamin konstrukciókat sertés vázizomból származó őssejtekkel, és megmérte a sejtproliferációt a következő napokban. Azt találták, hogy a sejtek nagymértékben megoszlanak az állványokon, és a beoltásuk után 11 nappal érték el a maximális számot. Az őssejtek viszonylag jól növekedtek mind a zein/hordein, mind a zein/secalin állványzatban. Lényeges, hogy egy standard polikaprolakton állványhoz képest, amely a szövetfejlesztésben elterjedt eszköz, a prolamin konstrukciókra oltott sertéssejtek sokkal gyorsabban szaporodtak, ami azt mutatja, hogy a növényi fehérje alapú állvány jobban alkalmazható tenyésztett hús előállítására, mint a standard szintetikus polimerek. „A növényi fehérjékből készült állványok ehetők, és változatos és variábilis peptidszekvenciákkal rendelkeznek, amelyek elősegíthetik a sejtek kötődését, differenciálódást indukálhatnak, és felgyorsíthatják a hús növekedését. Ezzel szemben a szintetikus állványoknak, például a tenyésztett húshoz használt műanyag gyöngyöknek nincs olyan funkcionális csoportja, amely megnehezíti az állati sejtek tapadását és szaporodását. Ezenkívül a szintetikus állványok nem ehetők, és további lépésekre van szükség ahhoz, hogy az állványokat leválasztsák a húskultúrától” – fejtette ki Huang professzor. Az elgondolás bizonyítékaként a kutatócsoport megpróbált valódi hússzeletet előállítani úgy, hogy sertésbőr őssejteket tenyésztettek zein/secalin állványon, majd lehetővé tették számukra, hogy izommá differenciálódjanak, vagyis érlelődjenek. A répakivonatot a hús vöröses színének szimulálására használták. Kísérletük sikeresnek bizonyult. A kutatócsoportnak 12 napon belül sikerült olyan húst tenyészteni, amely szerkezetében és megjelenésében hasonló volt a valódi állati húshoz. „Mivel az állvány ehető volt, nem volt szükség különleges vagy további eljárásokra a végtermékből való kinyeréséhez” – mondja Huang professzor.

További fejlesztések

Huang professzor és csapata aktívan dolgozik a növényi fehérje alapú technológia finomításán. Például több tanulmányra van szükség annak meghatározásához, hogy a prolamin konstrukciók adott szerkezete és összetétele hogyan befolyásolhatja az állati őssejtek növekedését, és hogyan alkotnak izomszövetet. „Sőt, biztosítanunk kell, hogy a kapott hústermékek piackészek legyenek, olyan biztonsági profilokkal, amelyek megfelelnek a szigorú szabályozási követelményeknek, és olyan táplálkozási összetételekkel, amelyek kielégítik az ajánlott étrendi igényeket” – mondja Huang professzor. „Természetesen étvágygerjesztőnek is kell lenniük. Az ízt, az aromát és a textúrát gondosan kalibrálni kell, hogy versenyezzen a hagyományosan tenyésztett hústermékekkel.”

Időbélyeg:

Még több Nanowerk