17天長成，味腥、色白、質(zhì)彈……日前，一款國內(nèi)首例厘米級細胞培養(yǎng)大黃魚組織仿真魚排宣布面世。

科研人員以大黃魚為研究對象，分離出具有高傳代能力的肌肉、脂肪干細胞，并通過調(diào)控兩種信號通路誘導(dǎo)肌肉干細胞分化。同時，基于可食用凝膠改造仿生建構(gòu)魚肌支架，三維培養(yǎng)肌纖維束，成功實現(xiàn)組織狀細胞培養(yǎng)魚肉的制造。

該成果由浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院副院長、浙江大學(xué)長三角智慧綠洲創(chuàng)新中心未來食品實驗室主任劉東紅，與生命科學(xué)學(xué)院教授陳軍牽頭的細胞培養(yǎng)魚肉團隊，聯(lián)合中國工程院院士、大連工業(yè)大學(xué)教授朱蓓薇團隊發(fā)布。在中國輕工業(yè)聯(lián)合會組織的鑒定會上，生物合成細胞培養(yǎng)魚肉的關(guān)鍵技術(shù)被評審組認定達到國際同領(lǐng)域先進水平。

“未來，這項技術(shù)或?qū)榻鉀Q人類餐桌肉品和動物蛋白供應(yīng)提供更為廣闊的支撐，并且對于海洋魚類資源的保護有著重要的意義。”劉東紅說。

“復(fù)刻”需要合適的“種子”與“土壤”

用細胞培養(yǎng)魚肉，本質(zhì)上是通過動物干細胞在體外進行細胞增殖和分化的過程。細胞通過增殖，數(shù)量不斷增加，再通過分化產(chǎn)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能各異的細胞類群。

要“復(fù)刻”一塊魚肉，首先要找到種子細胞。浙大團隊在研究中發(fā)現(xiàn)，肌肉細胞和脂肪細胞占普通大黃魚肉固形物成分的八成以上。由此，團隊從大黃魚軸上肌和腹側(cè)體腔脂肪中篩選分離出肌肉干細胞和脂肪干細胞，作為細胞培養(yǎng)魚肉的“種子”。

“種子”離不開“土壤”，培養(yǎng)基便承擔(dān)了“土壤”的角色，為細胞的增殖和分化提供養(yǎng)分。團隊發(fā)現(xiàn)，脂肪干細胞能夠在培養(yǎng)基中較好地增殖分化，然而肉質(zhì)的主要成分——肌肉細胞到了體外培養(yǎng)則困難重重。

生命科學(xué)學(xué)院教授陳軍和副教授黃曉對肌肉細胞分化過程進行了系統(tǒng)研究，找到了兩條影響肌肉生成的信號通路。研究團隊通過調(diào)整培養(yǎng)基的成分，提高了成肌細胞的分化效率。

此外，培養(yǎng)基是細胞培養(yǎng)肉生產(chǎn)流程中最重要的成本控制環(huán)節(jié)，浙大生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院教授陳啟和篩選得到低血清的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，大大降低了成本，為將來規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

在3D打印的仿生結(jié)構(gòu)中“長”出魚肉

隨著肌肉細胞的生長、分化，越來越多的魚肉產(chǎn)生。“但此時的魚肉還屬于無固定外形的松散細胞團，不是大家認知中的肉的組織結(jié)構(gòu)。”陳軍說。

怎么把魚肉搭建起來？浙大生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院副研究員徐恩波通過構(gòu)建生魚塊數(shù)字化結(jié)構(gòu)模型，打印支架模擬天然魚肌肉組織。

徐恩波介紹，魚肉在3D支架中的生長，類似公園里月季花沿著搭建好的拱門生長，肌肉細胞則沿著3D打印的仿生結(jié)構(gòu)有規(guī)則地生長，形成三維培養(yǎng)肌纖維束，產(chǎn)生類似自然魚肉該有的結(jié)構(gòu)和紋路。

3D打印材料的制作并非易事。團隊通過調(diào)整配方，降低打印溫度，并找到能將成肌細胞牢牢抓住的可食用膠體材料，從而實現(xiàn)了仿生生長。后續(xù)，團隊通過注入脂肪細胞，便可組裝成一塊組織狀的細胞培養(yǎng)魚肉。

那么，問題也隨之而來，這到底是不是一塊魚肉呢？

團隊進一步分析了培養(yǎng)魚排的外形，并對其中的細胞數(shù)、肌肉細胞和脂肪細胞的比例、硬度、黏性、彈性等特征，與真實大黃魚的肌肉組織進行對比研究。“從這些指標(biāo)看，兩者十分相似。”劉東紅表示，這也將為未來開展不同魚類乃至其他經(jīng)濟動物的細胞培養(yǎng)獲取優(yōu)質(zhì)蛋白提供新的思路，在解決可持續(xù)肉類供應(yīng)方面發(fā)揮更大潛力。

細胞培養(yǎng)魚肉走上餐桌還遠嗎

要解決未來人類餐桌肉品和蛋白供應(yīng)、減少人工養(yǎng)殖肉類動物對水資源與土地資源的高度依賴，細胞培養(yǎng)肉被認為是最有潛力的技術(shù)之一。

談起這項新技術(shù)，陳軍表示，學(xué)科匯聚是重要基礎(chǔ)。該研究除了有學(xué)校生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院參與，還吸引了機械工程學(xué)院的研究員尹俊和高分子科學(xué)與工程學(xué)系研究員朱旸團隊的師生，共同參與前沿探索和交叉研究。

“細胞培養(yǎng)魚肉走向餐桌還要進行大量的安全性評估。我相信，在技術(shù)不斷深化的背景下，可見的未來一定能實現(xiàn)批量化大生產(chǎn)。”對于研究的未來應(yīng)用，劉東紅表示，要看到“魚肉”背后的技術(shù)突破與創(chuàng)新，它們將為未來食品行業(yè)發(fā)展開辟新的道路。

《中國教育報》2023年09月04日第7版