Hệ thống nuôi cấy chung để sản xuất thịt nhân tạo an toàn và thân thiện

Thịt nhân tạo cần được nuôi cấy từ tế bào cơ động vật và huyết thanh động vật để thúc đẩy sự phát triển của các tế bào này. Tuy nhiên, việc sử dụng huyết thanh đặt ra những thách thức đáng kể vì chi phí cao và các vấn đề đạo đức liên quan. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống trong đó các tế bào gan tiết ra yếu tố tăng trưởng và các vi sinh vật quang hợp có thể được nuôi cấy cùng nhau để tạo ra một môi trường nuôi cấy tế bào cơ thân thiện với môi trường, chi phí thấp mà không cần sử dụng huyết thanh động vật.

Có một nhu cầu cấp thiết về các công nghệ sản xuất thịt thân thiện với môi trường để giải quyết nhu cầu an ninh lương thực toàn cầu ngày càng tăng. Sản xuất thịt nhân tạo là một trong những công nghệ như vậy và đang thu hút rất nhiều sự chú ý như một giải pháp thay thế cho sản xuất thịt thông thường. Năm 2012, thịt nhân tạo chỉ đơn giản là thịt được sản xuất bằng cách phát triển hoặc nuôi cấy tế bào cơ từ động vật trong phòng thí nghiệm.

Thông thường, sản xuất thịt nhân tạo đòi hỏi huyết thanh (hoặc phần chất lỏng của máu) từ động vật, đây là thành phần thiết yếu cho sự phát triển của tế bào cơ trong môi trường nuôi cấy vì huyết thanh chứa nhiều protein thúc đẩy sự phát triển của tế bào cơ. Việc sử dụng huyết thanh động vật đặt ra những thách thức đáng kể do nhiều lý do như chi phí cao, nguy cơ ô nhiễm và các vấn đề về đạo đức. Do đó, cần có các phương pháp nuôi cấy cho phép tế bào cơ phát triển mà không cần sử dụng huyết thanh.

Hiện nay, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Tatsuya Shimizu từ Đại học Y khoa Phụ nữ Tokyo (Tokyo Women's Medical University) dẫn đầu, cùng với nghiên cứu sinh Tiến sĩ Shanga Chu và Giáo sư Toru Asahi từ Đại học Waseda, Giáo sư Yuji Haraguchi từ Đại học Y khoa Phụ nữ Tokyo và Giáo sư Tomohisa Hasunuma từ Đại học Kobe đã phát triển một hệ thống mới để nuôi cấy tế bào cơ không cần huyết thanh mà bằng cách sử dụng các vi sinh vật quang hợp. Phát hiện của họ đã được công bố trên Tạp chí Báo cáo Khoa học (Scientific Reports) vào cuối tháng 8 năm nay.

Thông thường, huyết thanh động vật cung cấp các protein được gọi là yếu tố tăng trưởng, rất cần thiết cho sự phát triển của tế bào cơ. Tuy nhiên, tế bào gan chuột cũng có thể làm được điều này. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng môi trường còn lại sau khi nuôi cấy các tế bào gan này (hoặc dịch nổi) có chứa các yếu tố tăng trưởng và có thể hỗ trợ sự phát triển của tế bào cơ mà không cần sử dụng huyết thanh. "Mặc dù nhiều tế bào tiết ra yếu tố tăng trưởng hơn và nuôi cấy lâu hơn sẽ tạo ra nhiều yếu tố tăng trưởng hơn, nhưng nhược điểm là các tế bào khác này cũng tạo ra các sản phẩm thải như lactat và amoniac vào môi trường cùng một lúc và cản trở sự phát triển của tế bào cơ", Shimizu giải thích.

Do đó, việc loại bỏ chất thải là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất của dịch nổi nuôi cấy này như một giải pháp thay thế cho huyết thanh động vật. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã phát triển vi khuẩn lam đồng hóa L-lactate (vi sinh vật quang hợp) với các gen chuyển đổi lactat thành pyruvate, có khả năng hấp thụ các chất chuyển hóa chất thải có hại, chẳng hạn như lactat và amoniac và chuyển đổi chúng thành chất dinh dưỡng cho tế bào động vật (tế bào gan chuột và tế bào cơ), chẳng hạn như pyruvate và axit amin.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đề xuất một hệ thống mới trong đó các tế bào gan chuột tiết ra yếu tố tăng trưởng sẽ được nuôi cấy đồng thời hoặc nuôi cấy cùng với vi khuẩn lam biến đổi, và phần dịch nổi từ quá trình nuôi cấy đồng thời này sau đó có thể được sử dụng để thay thế huyết thanh động vật. Họ phát hiện ra rằng việc nuôi cấy đồng thời vi khuẩn lam với các tế bào gan chuột dẫn đến giảm 30% lactat và giảm hơn 90% amoniac. Ngoài ra, các chất dinh dưỡng do vi khuẩn lam sản xuất có thể làm giảm sự suy giảm chất dinh dưỡng của các tế bào gan chuột, dẫn đến sự phong phú của các chất dinh dưỡng như glucose và pyruvate trong dịch nổi này so với các dịch nổi từ tế bào gan chuột được nuôi riêng biệt. Khi sử dụng dịch uổi này, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tốc độ tăng trưởng của các tế bào cơ cao gấp ba lần so với tốc độ tăng trưởng khi chỉ sử dụng các tế bào gan chuột. Điều này chứng tỏ rằng việc nuôi cấy đồng thời vi khuẩn lam làm tăng đáng kể hiệu suất của dịch nổi nuôi cấy như một chất thay thế huyết thanh và tối ưu hóa nuôi cấy tế bào thông qua việc tái chế chất thải.

"Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp một hệ thống nuôi cấy tế bào mới, chi phí thấp, bền vững, có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực liên quan đến nông nghiệp tế bào, chẳng hạn như sản xuất thịt nhân tạo, lên men thực phẩm, sản xuất dược phẩm sinh học và y học tái tạo. Hơn nữa, với tư cách là một công nghệ sản xuất thịt mà không giết động vật, nuôi cấy tế bào động vật bằng vi sinh vật quang hợp có thể giúp giải quyết không chỉ những thách thức về an ninh lương thực trong tương lai mà còn cả những lo ngại về vấn đề đạo đức liên quan đến biến đổi khí hậu", ông Shimizu kết luận.