Spontaneously immortalized porcine cells support scalable cultured pork production in serum-free suspension
Diese Studie berichtet über die Entwicklung einer spontan immortalisierten, nicht genetisch modifizierten Schweinezelllinie, die zur serumfreien Suspensionskultur sowie zu einem halbkontinuierlichen Prozess fähig ist, welcher die skalierbare, kosteneffiziente Produktion von kultivierter Schweinebiomasse in einem 2.000-Liter-Bioreaktor ermöglicht.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die weltweite Nachfrage nach Fleisch steigt, doch die traditionellen Methoden der Viehzucht stehen vor wachsenden Herausforderungen in Bezug auf Umweltauswirkungen, Ressourcennutzung und Tierwohl. Als Reaktion darauf haben sich Wissenschaftler einem Konzept zugewandt, das als kultiviertes Fleisch bekannt ist. Dabei handelt es sich um das direkte Züchten von tierischen Zellen zu essbarem Gewebe in einer kontrollierten Umgebung, wodurch die Notwendigkeit der Aufzucht und Schlachtung von Tieren umgangen wird. Um dies in großem Maßstab zur Realität werden zu lassen, müssen Forscher mehrere schwierige Rätsel lösen. Sie müssen tierische Zellen finden, die unbegrenzt wachsen können, ohne abzustirben, flüssige Nährstoffgemische entwickeln, die nicht auf tierischem Blutserum basieren, und große Tanks konstruieren, die diese Zellen halten können, während sie sich vermehren. Ohne eine Zelllinie, die sowohl sicher als auch in der Lage ist, unter diesen industriellen Bedingungen zu gedeihen, bleibt der Traum von massenproduziertem kultiviertem Fleisch unerreichbar.
Ein Forschungsteam hat nun einen bedeutenden Schritt zur Lösung dieses Rätsels gemacht, indem es eine neue Art von Schweidezelle erschuf, die kontinuierlich in einer flüssigen Umgebung wachsen kann, ohne dass eine genetische Modifikation erforderlich ist. Ausgehend von Gewebe eines einwöchigen Schweins arbeiteten die Wissenschaftler mit einer Standardpopulation von Muskelzellen und überführten diese schrittweise von einer flachen Oberfläche in eine schwebende Suspension innerhalb einer serumfreien Flüssigkeit. Dieser Übergang war schwierig; die Zellen hatten anfangs Mühe, wobei ihr Wachstum drastisch abnahm, während sie sich an den neuen, schwebenden Lebensstil anpassten. Doch im Laufe von etwa zehn Monaten überlebte eine Teilmenge dieser Zellen und begann sich wieder schnell zu vermehren. Am Ende des Anpassungszeitraums hatten sich diese Zellen mehr als 255 Mal geteilt – ein Meilenstein, der bestätigt, dass sie immobilisiert wurden, was bedeutet, dass sie unbegrenzt weiterwachsen können, ohne die üblichen Grenzen zu erfahren, die normale Zellen zum Stillstand des Teilungsprozesses bringen.
Was diese Entdeckung besonders bemerkenswert macht, ist die Art und Weise, wie sich die Zellen während dieses Prozesses veränderten. Während sie sich an das Schweben in der Flüssigkeit anpassten, änderten die Zellen ihre Identität. Sie begannen als muskelähnliche Zellen, transformierten sich jedoch allmählich in einen Zustand, der Fettzellen ähnelte. Während sie die Fähigkeit verloren, wieder zu Muskelgewebe zu werden, gewannen sie eine starke Kapazität, auf Anregung hin Fett zu speichern. Diese Verschiebung wurde nicht durch die Editierung der DNA durch Wissenschaftler verursacht; stattdessen geschah es spontan, als die Zellen Merkmale selektierten, die es ihnen ermöglichten, in der neuen Umgebung zu überleben. Die Forscher bestätigten, dass diese Zellen sicher in der Anwendung sind, da sie in Labortests oder in Mäusen keine Anzeichen von Krebs zeigten, und sie besitzen die Fähigkeit, ihre eigene DNA bei Beschädigung zu reparieren.
Um zu beweisen, dass diese Zelllinie für die tatsächliche Lebensmittelproduktion genutzt werden könnte, testete das Team verschiedene Wege, um sie in großen Mengen zu züchten. Sie verglichen drei Methoden: einen Standard-Batch-Prozess, bei dem Nährstoffe einmalig hinzugefügt werden, eine kontinuierliche Durchflussmethode, bei der die Flüssigkeit ständig ersetzt wird, und eine semi-kontinuierliche Methode, bei der ein Teil der Zellen regelmäßig geerntet wird, während der Rest weiter wächst, um die Produktion aufrechtzuerhalten. Der semi-kontinuierliche Ansatz erwies sich als der effizienteste, da er die meiste Zellmasse produzierte und dabei die geringste Menge an trockenem Nährstoffpulver pro Kilogramm Nassbiomasse verbrauchte. Das Team skalierte diesen Prozess dann auf einen massiven 2.000-Liter-Bioreaktor hoch. In diesem großen Tank produzierten sie in kurzer Zeit erfolgreich fast 97 Kilogramm Nasszellbiomasse. Das resultierende Material war reich an Protein und Fett, und als es mit Sojaprotein zu einem Hybrid-Frühlingsrollen-Wrap gemischt wurde, schnitt es in Geschmacks- und Geruchstests gut ab, was zeigt, dass die Zellen in echte Lebensmittelprodukte integriert werden können.
Diese Arbeit demonstriert, dass es möglich ist, eine stabile, sichere und skalierbare Quelle für Schweidezellen für kultiviertes Fleisch ohne den Einsatz von Gentechnik zu schaffen. Indem sie zeigten, dass diese Zellen in einem großen, industriellen Tank unter Verwendung eines kosteneffizienten Prozesses gedeihen können, liefert die Studie einen praktischen Weg für die Produktion von Schweinebiomasse in einem Maßstab, der letztlich kommerzielle Bedürfnisse erfüllen könnte. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Zukunft des kultivierten Fleisches möglicherweise keine komplexen genetischen Anpassungen erfordert, sondern vielmehr ein tiefes Verständnis dafür, wie Zellen sich natürlich an ihre Umgebung anpassen, was es Wissenschaftlern ermöglicht, diese Veränderungen zu nutzen, um ein nachhaltiges Ernährungssystem aufzubauen.
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