Hamburgeri bez krava. Tehnologija industrije mesa iz laboratorija

Meso uzgojeno u laboratorijima nudi potencijalno rješenje za etičke dvojbe oko konzumacije mesa, kao i velik potencijal za smanjenje stakleničkih plinova, no Tamara Čačev upozorava da nije sve tako jednostavno kako se prikazuje. Uzgoj takvog mesa još uvijek zahtijeva serume životinjskog porijekla u velikim količinama, a postoje i drugi potencijalni problemi - od mutacija stanica do korištenja čimbenika rasta.

• Naslovna fotografija: Prezentacija prvog hamburgera od mesa uzgojenog in vitro. (Creative Commons)

• Dr. sc. Tamara Čačev viša je znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta Ruđer Bošković. Čačev je također članica Savjeta Ideje.hr

Postoji više narativa koji se prigodno ponavljaju i slažu kao Lego kockice kada su u pitanju opća mjesta očuvanja našeg planeta i ekologije. Svi su naravno jako trendi i svi možemo gotovo kao papige iz podsvijesti prizvati neke od ključnih pojmova poput klimatskih promjena, globalnog zatopljenja, zelene tranzicije i sličnih. U lifestyle segmentu recikiranje se danas smatra odrazom kulture i civiliziranosti dok se društveni status signalizira izgradnjom pasivnih i energetski učinkovitih kuća, električnim automobilima, smanjivanjem putovanja zrakoplovom a sve u cilju smanjivanja famoznog ugljičnog otiska, još jednog omiljenog neologizma.

Nekako u sklopu takvog pogleda na svijet probio se i trend „plant based“ prehrane, pri čemu to nipošto nije vegetarijanstvo i veganstvo, ne, ne, to je postalo preradikalno i većina zvijezda današnjice svoj virtue signalling više ne povezuje s tim terminima. Jer krave ispuštaju previše metana, gotovo 40% globalnih količina a to je jedan od stakleničkih plinova i sve će nas na kraju stajati glave pa treba nešto poduzeti, od toga da krave manje flatuliraju (ne šalim se, o tome se ozbiljno provode istraživanja) pa sve do toga da se okanimo mesa jer je to nehumano prema životinjama a sad još i prema našem planetu kao to propovijeda pomodni Harari. Osim ekološkog, povlači se i ekonomski  element a to je da će nas na Zemlji još neko vrijeme biti sve više te da će standard života biti sve bolji pa će tako i populacija kojoj je meso bilo preskupo, a ona nije zanemariva kako nam se čini iz perspektive bogatih zapadnjačkih društava, sada težiti njegovom uključivanju u svoj jelovnik.

No, čovjek je omnivor, i moramo priznati da nas većina ipak ne može u potpunosti bez mesa, kao zbog okusa ali i nutrijenata koje u slučaju potpunog izbacivanja proteina životinjskog porijekla iz prehrane treba pažljivo suplementirati iz drugih izvora što je objektivno u stanju tek mali broj ljudi jer jednostavno nema dovoljno znanja o osnovnim prehrambenim navikama, a kamoli o ovako sofisticiranim oblicima prehrane te stoga sve na kraju završi na hrani koja je bogata ugljikohidratima.

Kulture stanica – i biljnih i životinjskih – nisu ništa novo, i već se dugo koriste u laboratorijskim istraživanjima. (Creative Commons)

Što ćemo dakle s nepopravljivim mesožderima u civilizaciji 21. i 22. stoljeća, onima koji jednostavno nisu dovoljno mentalno jaki da raskrste s tom groznom navadom jedenja mesa? Ponudit ćemo im sintetičko meso uzgojeno u laboratoriju koje će imati sve karakteristike pravoga minus krave koje ispuštaju metan. To je humano i dobro za naš planet. I koliko god se ovo činilo nevjerojatnom idejom kada je prvi put izašla na svjetlo dana, kulture stanica, biljnih, i životinjskih nisu ništa novo, i zapravo i služe u istraživanjima kao svojevrsni pretkorak kako bi se na temelju rezultata in vitro suzio obim pokusa koje je potrebno napraviti in vivo na laboratorijskim životinjama. Također, mnogi elementi postupka za proizvodnju mesa in vitro već se koriste u laboratorijima, pa zašto onda uistinu ne bismo uzgajali životinjski mišić, što pojam meso zapravo većinom i podrazumijeva, u in vitro uvjetima.

I krenulo je, ako se pogleda broj objavljenih znanstvenih publikacija na ovu temu, ovo je područje nekako u sjeni pandemije doživjelo pravu ekspanziju i danas gotovo u svakoj razvijenijoj državi svijeta, pa čak i u Turskoj, notornoj domovini kebaba, imamo start-upove koji pokušavaju proizvode na bazi sintetičkog mesa dovesti do komercijalne razine. Kako se cijela stvar približava realnosti, tako se prilagođava i PR, više se ne govori o umjetnom, sintetičkom mesu (artificial, synthetic meat) već o uzgojenom mesu (cultured, cultivated meat) a područje se naziva staničnom agrikulturom kako ga ne bi zadesila nepovoljna sudbina GMO babaroge. Dapače, cijela se ova proizvodnja sve više stavlja pod širi pojam proizvodnje alternativnih proteina u koju se uz uzgoj mesa in vitro ubraja i proizvodnja proteina iz biljaka. I dok se Kanada i Danska više okreću proteinima iz biljka, SAD, Izrael, Kina i Australija predvode u području mesa uzgojenog in vitro.

O čemu se ovdje zapravo radi, kakvo je to meso uzgojeno u laboratoriju? Najčešće se radi o svinjetini, teletini i piletini no ima pokušaja uzgoja ribljeg tkiva kao i egzotičnijih vrsta mesa. Ako bismo htjeli biti jako precizni, moglo bi se reći kako je prvo uspješno dobiveno mišićno vlakno uzgojeno u laboratoriju još početkom 70-tih godina prošlog stoljeća, no to su bili individualni iskoraci napravljeni prvenstveno za potrebe eksperimentalnog rada bez tendencije komercijalnog uzgoja za konzumaciju. Devedesetih godina u SAD je registriran prvi patent za laboratorijski uzgojeno mišićno tkivo namijenjeno konzumaciji. U istraživanja na ovom području uključila se i NASA s idejom da se pokuša uspostaviti in vitro uzgoj mesa za potrebe dugotrajnijih boravaka astronauta u svemiru. Američka neprofitna organizacija za prava životinja PETA otvorila je natječaj u periodu 2008.-2014. s nagradom od milijun dolara za onu tvrtku koja prva na tržište iznese in vitro napravljenu piletinu koja bi organoleptički bila istovjetna prirodno uzgojenoj te da proizvodnju skalira do količina potrebnih za masovniju pokrivenost američkog tržišta. Natječaj je zatvoren bez dobitnika.

Prezentacija prvog hamburgera od laboratorijski uzgojene govedine. (YouTube / Mosa Meat)

Do šire javnosti ideja komercijalnog in vitro uzgojenog mesa došla je 2013. godine kada je od laboratorijski uzgojene govedine (tim prof. Posta sa Sveučilištu u Maastrichtu, kasnije prerastao u firmu Mosa Meat) napravljen hamburger koji se uzgajao 2 godine i čija je proizvodnja stajala više od 300 tisuća dolara. Ispečen je i konzumiran u TV prijenosu uživo gdje je postigao prolaznu ocjenu gastrokritičara uz zamjerku kako, budući da nema masnog tkiva, nije tako sočan kao pravi. Nekoliko godina kasnije osnovani su prvi start-upovi za uzgoj mesa in vitro u SAD i Izraelu a danas ih ima više od 150 te se ulaganja u ovu industriju procjenjuju na 2.6 milijardi dolara. Neka od zvučnijih imena u području su tvrtke Aleph Farms, Shiok Meats, Upside Foods, no svakim danom niču neke nove.

Prvi korak u procesu proizvodnje mesa in vitro je prikupljanje adekvatnih stanica iz životinja, radi se o fibroblastima ili u novije vrijeme čak o matičnim stanicama jer su se one pokazale pogodnijima za proizvodni proces. Zatim se te stanice uzgajaju u kontroliranim uvjetima u tankovima koje nazivamo bioreaktori. Na sličan način se uzgajaju i mikroorganizmi u biotehnološkim procesima u proizvodnji nekih već postojećih biomolekula poput primjerice inzulina. U propagandnim materijalima ipak se ne koristi ova prispodoba jer nije appetitlich već se proces uspoređuje s tankovima u pivovari što je točno utoliko da se vjerojatno radi o sličnim inox „bačvama“ da tako nazovemo bioreaktore i tu svaka sličnost prestaje.

Uloga bioreaktora je da zamijeni organizam životinje te da stanicama koje se uzgajaju osigura sve potrebne nutrijente (aminokiseline, šećer, minerale, vitamine itd.)  i kisik kao i čimbenike rasta kako bi se one mogle razviti u stanice koje nalikuju mišićnom vlaknu. Uzgoj životinjskih stanica ipak je zahtjevniji od uzgoja bakterija i kvasaca koji su genetski modificirani da proizvode ciljne molekule. Jedna od bitnijih razlika jest činjenica da mišićne stanice ne mogu rasti slobodno u uzgojnom mediju već ih se uzgaja na potpornoj strukturi kako bi se diferencirale točno u stanice skeletnog mišića, odnosno stanice masti i vezivnog tkiva koje se također u novije vrijeme dodaju mišićnim stanicama kako bi se postigla tekstura i okus što sličniji pravom mesu (slika 2).

Postupak uzgoja mesa u in vitro uvjetima. (Preuzeto iz Balasubramanian B, Liu W, Pushparaj K, Park S. The Epic of In Vitro Meat Production-A Fiction into Reality. Foods. 2021;10(6):1395.)

Cilj je da se uzgojni period postavi na 2-8 tjedana što je znatno kraće nego u konvencionalnom uzgoju te se eliminira nepovoljni ekološki utjecaj uzgoja životinja na farmama. Prema nekim studijama takav tip uzgoja smanjio bi emisiju stakleničkih plinova ali i potrebe za uzgojnim površinama, koje se najčešće otimaju prirodnim ekosustavima, za više od 90%. Zagovaratelji ovakvog in vitro uzgoja spominju manju mogućnost rizika od zoonoza (svinjske, ptičje gripe itd.) te manju upotrebu antibiotika u odnosu na konvencionalni uzgoj. No, s takvim tvrdnjama valja biti oprezan jer i uzgoj stanica in vitro nosi neke nove mogućnosti za kontaminaciju drugim patogenim organizmima koje će se opet nečime trebati tretirati.

Jedna od značajnijih prepreka komercijalnom uzgoju mesa in vitro je i skaliranje cjelokupnog procesa na količine koje su potrebne da se osigura adekvatna prisutnost na tržištu. I ta je prepreka danas gotovo riješena jer su krajem 2022.g. vodeće tvrtke u ovom području prešle u fazu izgradnje pilot-tvornica u kojima će se proizvoditi prve veće količine komercijalno dostupnog mesa in vitro nakon što njegovo stavljanje na tržište odobre regulatorne agencije za hranu u EU i SAD. U SAD se takvo odobrenje očekuje već ove godine. Ipak, iako je većina značajnijih tvrtki s ovih tržišta, zanimljivo uglavnom iz istih regija kao i IT industrija, prva piletina na svjetskom tržištu odobrena je u Singapuru (tvrtka GOOD Meat) gdje se može konzumirati u nekim restoranima od 2020. g. po cijenama usporedivim s onima konvencionalne piletine. Ipak radi se o proizvodnji na manjoj skali od one koja je zamišljena za opskrbu velikih tržišta.

Uzgojni medij je u početnim iteracijama koristio serum životinjskog porijekla, te je cijela “eko” priča gubila na vjerodostojnosti

Kako bi se došlo do ideala masovne i relativno jeftine proizvodnje ipak je potrebno riješiti još neke od problema poput optimiziranja stanica koje su najpogodnije za uzgoj, uzgojnog medija koji je u počenim iteracijama ovih proizvoda koristio serum životinjskog porijekla u ogromnim količinama te je cijela „eko“priča gubila na vjerodostojnosti. Intenzivno se istražuju i različite varijante uzgojnih potpora jer o tome ovisi kakva će strukturalna svojstva imati tkivo koje se proizvodi i koliko će vjerno imitirati meso proizvedeno konvencionalnim uzgojem.

Za one koje interesira tehnička strana ove proizvodnje, treba reći kako područjem danas dominiraju uglavnom privatne inicijative uz poneku open-source neprofitno financiranu tvrtku. Možda je to logično ali povlači za sobom i neke posljedice, od patentnih prava do neobjavljivanja protokola proizvodnje i spoznaja, do kojih se došlo kako bi šira zajednica imala koristi od toga.

Kolonija embrionalnih matičnih stanica goveda. Uzgoj ovakvih stanica koristi se elementima klasičnih uzgojnih staničnih medija, te time zahtijeva korištenje tvari životinjskog porijekla u značajnim količinama. (Pablo Ross / UC Davis)

Ono što dosad znamo je da se koriste u komercijalnim poduhvatima koriste pluripotentne embrionalne matične stanice zbog njihovog svojstva da se mogu usmjeriti u gotovo bilo koji konačno diferencirani tip stanica. No, uzgoj ovakvih stanica traži još uvijek korištenje elemenata klasičnih uzgojnih staničnih medija koji opet zahtijevaju korištenje tvari životinjskog porijekla i to u značajnim količinama. Stoga se ovaj tip proizvodnje smatra još uvijek „prljavim“ i neprihvatljivim onom dijelu konzumenata koji vode računa o tome da se u procesu proizvodnje životinje ne žrtvuju. Ipak, danas već postoje načini kako da se ovaj dio postupka izbjegne. Neki su se proizvođači okrenuli matičnim stanicama iz tkiva i organa odraslih životinja koje nisu pluripotentne ali su multipotentne što je za potrebe uzgoja mesa sasvim dovoljno.

U tu svrhu se korist mezenhimalne matične stanice, fibro/adipogene progenitorske stanice te prekursorske mišićne stanice koje imaju potencijal stvoriti glavne tipove stanica koje su i inače prisutne u mesu. Postoje pokušaji kokultura više tipova stanica a sve sa ciljem da se što vjernije dočara pravo meso. Treba reći i kako sve ove stanice moraju na neki način biti izmanipulirane da rade ono što mi želimo a to opet povlači i neke postupke i tretmane s kojima bi ipak regulatorna tijela morala biti detaljno upoznata. U konvencionalnom uzgoju u EU nije dozvoljeno korištenje čimbenika rasta pa se postavlja pitanje kako bi se onda trebalo postaviti prema ovom načinu proizvodnje koji ih bezuvjetno treba.

U kulturama stanica in vitro može usljed dioba također doći do mutiranja originalnih stanica s potencijalom za proizvodnju spojeva koji mogu metabolički utjecati na one koji ih konzumiraju. Proizvođači tvrde kako se u proizvodnji neće kostistiti antibiotici, no u procesima uzgoja stanica u tako velikim količinama (usporedivo s ogromnim brojem životinja na farmama) nije nevjerojatno da će posegnuti za njima u slučaju kontaminacija u uzgoju. Jedan od važnih elemenata korištenja mesa u prehrani je unos željeza i vitamina B12, no da bi meso in vitro imalo te nutrijente, oni bi se morali dodavati u medij za uzgoj.

Kako bi se mišične stanice razvijale u tri dimenzije potrebni su im svojevrsni “kosturi” oko kojih se produciraju kako bi se stvorilo tkivo što sličnije prirodnom. (Creative Commons)

Stanice životinja za svoj rast i diferencijaciju (uz neke iznimke) trebaju imati neki oblik potpore. Na taj način „znaju“ u kojim smjerovima moraju rasti i dijeliti se kako bi stvorile funkcionalno tkivo i organ. Kada to ne znaju, onda se dijele neprekidno, kažemo da su imortalizirane i zapravo radi se o stanicama s malignim potencijalom. Stoga, uobičajene stanice tkiva nisu baš voljne rasti u mediju za uzgoj i dijeliti se kako bi stvorile komad mesa.

U tu svrhu se sada razvijaju različite verzije 3D nosača, svojevrsnih „kostura“ oko kojih bi se stanice trebale producirati kako bi se u konačnici dobilo tkivo što vjernije prirodnom, izbjegla nekroza i osigurao optimalan protok hranjivih tvari i otplavljivanje nusprodukata iz stanica. Ideja je da i ti kosturi budu biorazgradivi i/ili jestivi, naravno ne smiju biti alergeni i toksični te na okus moraju biti neprepoznatljivi u konačnom proizvodu. I naravno, idealno bi bilo da cijeli proizvod uistinu izgleda kao pravo meso a ne kao neka amorfna masa neugodna oku.

Kolagenski nosači koji se koriste za uzgoj koštanog tkiva. (preuzeto iz Moncayo-Donoso M, Rico-Llanos GA, Garzón-Alvarado DA, Becerra J, Visser R, Fontanilla MR. The Effect of Pore Directionality of Collagen Scaffolds on Cell Differentiation and In Vivo Osteogenesis. Polymers. 2021; 13(18):3187.)

Tu naravno u igru ulazi čitav niz biopolimera biljnog i životinjskog porijekla te cijele popratne znanosti koja mora dati svoj doprinos. Zasad se najviše radi sa nosačima od želatine i kolagena. Jasno je kako nam za to opet trebaju životinje, ili GMO mikroorganizmi koji bi primjerice mogli biti usmjereni da rade hijaluron kao još jedan od mogućih biopolimera za ove svrhe. Stoga se dio industrije okreće biljnim konstuktima jer su šire rasprostranjeni, jeftiniji, nutritivno bogatiji i biokompatibilni.

U trenutnim istraživanjima najviše se koristi soja, no mehanička svojstva takvih proteina nisu na razini onih životinjskog porijekla. Postoji također čitav spektar parametara koji moraju biti podešeni kako bi se mogla pokrenuti produkcija u velikim bioreaktorima te se danas i u tom segmentu radi veliki broj istraživanja u cilju optimizacije tih procesa. Radi se o puno kompleksnijim postavkama koje animalne stanice moraju imati za pravilan rast i diferencijaciju nego li je to slučaj s primjerice kvascima ili bakterijama. Također, mora se razviti i sve vrste senzora kojima bi se ti parametri mogli pratiti u realnom vremenu tijekom proizvodnje.

Sada kada imamo uvid u proces proizvodnje mesa in vitro, postavlja se zanimljivo pitanje vezano uz terminologiju, odnosno, ukoliko se osim animalnih stanica u samoj proizvodnji više ne bi koristili drugi derivati životinjskog porijekla je li to još uvijek proizvod kojeg možemo nazivati mesom, odnosno je li to sada vegetarijanski/veganski proizvod, je li sada to košer ili halal?

Životinje se ipak ne uzgajaju samo zbog mesa, već i zbog mlijeka, jaja, kože i vune, pa je pitanje koliko bi smanjenje uzgojnih farmi postigao uzgoj mesa in vitro.

Kako se cijela industrija zahuktava, tako se oko nje stvaraju i satelitske „industrije“ od studijskih programa za osposobljavanje za rad u ovom području, do otvaranja istraživačkih centara, razvoja regulative i popratnih industrija hrane koje imaju za cilj od ove sirovine napraviti što bolje gastronomsko iskustvo. Ipak, životinje se ne uzgajaju samo zbog mesa već i zbog mlijeka i jaja, kože i vune pa je upitno bi li se uzgojem mesa in vitro uistinu postigao cilj smanjenja uzgojnih farmi do te mjere da se postigne smanjenje ekološkog pritiska koji je jedan od glavnih argumenata zašto bi se uopće i krenulo ka ovoj novoj industriji.

Sve u svemu, kada se prije nekog vremena na policama jednog inozemnog trgovačkog lanca s poslovnicama u Hrvatskoj našao čips od insekata,  još jednog izvora proteina koji je pred vratima masovne komercijalizacije, osim medijske senzacije i povlačenja s polica zbog toga što kukci nisu odobreni kao hrana u RH, nije pobudio veliki interes za konzumaciju. Kako će biti prihvaćeni proizvodi od mesa iz stanične kulture, hoće li i njih zadesiti slična sudbina kao i GMO hranu, ili ćemo ih bezrezervno prigrliti, kako se pretpostavlja najprije od mlađih konzumenata, ostaje za vidjeti, i to puno prije nego li smo to mogli zamisliti.

• Literatura

1. Balasubramanian B, Liu W, Pushparaj K, Park S. The Epic of In Vitro Meat Production-A Fiction into Reality. Foods. 2021;10(6):1395.
2. Pallaoro M, Modina SC, Fiorati A, Altomare L, Mirra G, Scocco P, Di Giancamillo A. Towards a More Realistic In Vitro Meat: The Cross Talk between Adipose and Muscle Cells. Int J Mol Sci. 2023;24(7):6630.
3. Santos ACA, Camarena DEM, Roncoli Reigado G, Chambergo FS, Nunes VA, Trindade MA, Stuchi Maria-Engler S. Tissue Engineering Challenges for Cultivated Meat to Meet the Real Demand of a Global Market. Int J Mol Sci. 2023;24(7):6033