Carnea cultivată este scumpă, dar costurile scad. Cea mai mare provocare? Mediile de creștere, care pot costa sute de lire pe litru. Pentru a concura cu carnea tradițională, prețurile trebuie să scadă la 1 £ pe litru sau mai puțin. Trei strategii conduc această schimbare:
- Ingineria liniilor celulare: Ajustarea celulelor animale pentru a reduce nevoile de nutrienți și a crește eficient.
- Optimizarea mediului: Înlocuirea ingredientelor costisitoare de calitate farmaceutică cu alternative mai ieftine de calitate alimentară.
- Îmbunătățiri ale bioreactorului: Scalarea producției cu sisteme mai mari și mai eficiente.
Fiecare abordare abordează o provocare unică, dar progresul lor combinat este cheia pentru a face carnea cultivată accesibilă. Obiectivul? Aducerea prețurilor mai aproape de carnea convențională, făcând-o accesibilă pentru toată lumea.
Ingineria liniilor celulare pentru carnea cultivată și agricultura celulară durabilă #carnecultivată
1.Ingineria liniilor celulare
Ingineria liniilor celulare oferă o modalitate ingenioasă de a reduce costurile cu nutrienții prin ajustarea celulelor animale pentru a produce propriile lor factori de creștere. În loc să adauge constant factori de creștere scumpi în mediul de cultură, oamenii de știință permit celulelor să creeze aceste nutrienți singure prin semnalizare autocrină.
În 2024, Andrew J. Stout și echipa sa de la Universitatea Tufts au reușit să inginerieze celule musculare bovine pentru a produce propriul lor FGF2 [4][2]. Kevin Kayser, Directorul Științific la Upside Foods, a rezumat perfect abordarea:
"Să construim un proces și apoi să selectăm o linie celulară care face ceea ce vrem să facă. Va fi mult mai multă muncă inițială, dar în cele din urmă se va traduce în costuri mai bune" [1].
Potencial de reducere a costurilor
Proteinele recombinante și factorii de creștere sunt cei mai mari factori de cost în procesul de producție [3]. Prin ingineria celulelor pentru a genera proprii factori de creștere, companiile pot elimina necesitatea suplimentelor externe costisitoare - ceva ce ar necesita în mod normal o reducere a costurilor de aproape 99% pentru a face carnea cultivată viabilă din punct de vedere comercial [5]. În plus, modificarea celulelor pentru a crește în suspensie, mai degrabă decât a necesita o suprafață, permite utilizarea bioreactoarelor masive cu amestecare (unele depășind 20.000 de litri), crescând semnificativ eficiența producției [2].
Interval de implementare
Această abordare nu este lipsită de provocări.Dezvoltarea și caracterizarea unei noi linii celulare durează, de obicei, între 6 și 18 luni [3], ceea ce contrastează puternic cu ciclul de producție mult mai scurt de doar 2–8 săptămâni, de la banca celulară până la recoltare [3]. Până în 2023, aproape jumătate din companiile de carne cultivată explorau deja ingineria genetică fie în scopuri de cercetare, fie comerciale [3], poziționând industria pentru a rafina și mai mult strategiile de economisire a costurilor.
Provocări tehnice
Există încă obstacole de depășit. Menținerea stabilității genomice și atingerea imortalizării pentru proliferarea celulară indefinită - în timp ce se asigură că celulele pot încă să se diferențieze corespunzător - rămâne o nucă greu de spart [4][3]. În plus, disponibilitatea liniilor celulare cu trăsăturile potrivite este încă limitată [4].Aceste provocări subliniază complexitatea ingineriei liniilor celulare, dar recompensele potențiale fac din aceasta o direcție promițătoare pentru reducerea costurilor. Următorul pas, vom explora strategiile de optimizare a mediului.
2. Optimizarea Mediului și a Factorilor de Creștere
Reducerea costurilor mediului de creștere este o strategie cheie pentru a face carnea cultivată mai accesibilă. În prezent, mediul de cultură celulară reprezintă cea mai mare cheltuială în producția de carne cultivată [5][3]. Prin reducerea acestor costuri, există o oportunitate uriașă de a aduce prețurile mai aproape de ceea ce consumatorii sunt dispuși să plătească.
Pentru a atinge un preț țintă de 8 £ pe kilogram, costurile mediului trebuie să scadă cu peste 99,9% de la nivelurile lor actuale de calitate farmaceutică. Factorii de creștere, de asemenea, ar trebui să fie limitați la doar 0,80 £ pe kilogram [3][5].Pe măsură ce Good Food Institute explică:
"Cea mai mare provocare cu care se confruntă industria cărnii cultivate nu este pur și simplu renunțarea la componentele animale din mediul de cultură celulară, ci mai degrabă descoperirea modului de a face acest lucru într-un mod accesibil și cum să optimizăm formulările accesibile pentru a maximiza productivitatea" [3].
Potencial de reducere a costurilor
Una dintre principalele abordări pentru reducerea costurilor este înlocuirea ingredientelor scumpe de grad farmaceutic cu alternative mai ieftine, de grad alimentar. De exemplu, albumina, care reprezintă 96,6% din necesarul de proteine recombinante, este vizată cu substituente pe bază de plante, cum ar fi rapița și năutul. De asemenea, companiile înlocuiesc aminoacizii individuali cu hidrolizați vegetali mai accesibili [5][3][1].
Progrese sunt deja realizate.În august 2024, Believer Meats a introdus un mediu fără componente animale care costă doar 0,50 £ pe litru [6]. Folosind metode de fabricație continuă, cum ar fi filtrarea prin flux tangential, analiza lor a arătat că puiul cultivat ar putea fi produs la 5 £ pe liră într-o instalație de 50.000 de litri - făcându-l competitiv cu prețurile puiului organic [6]. În mod similar, Mosa Meat, în parteneriat cu Nutreco, a demonstrat că trecerea de la aminoacizi de grad farmaceutic la aminoacizi de grad alimentar ar putea reduce costurile cu un factor de 100, toate acestea fără a sacrifica randamentul celular [1].
Interval de implementare
Comparativ cu ingineria liniilor celulare, optimizarea mediului poate oferi rezultate mult mai repede.Dezvoltarea de noi linii celulare poate dura între 6 și 18 luni [3], reformularea mediilor profitând adesea de lanțurile de aprovizionare existente de grad alimentar, accelerând procesul. Susanne Wiegel, șefa Programului de Proteine Alternative la Nutreco, rezumă bine:
"Hrănirea celulelor nu este atât de diferită de hrănirea animalelor. Majoritatea nutrienților sunt furnizați prin culturi agricole" [1].
Provocări Tehnice
În ciuda promisiunii de economii de costuri, utilizarea ingredientelor de grad alimentar vine cu provocări. Aceste ingrediente pot introduce impurități, inconsistențe între loturi și pot avea un impact potențial asupra performanței celulelor și calității produsului [5][2]. În plus, creșterea producției pentru a satisface cererea nu este o sarcină ușoară.Capturarea a doar 1% din piața globală a cărnii ar necesita milioane de kilograme de albumină recombinantă - depășind cu mult nivelurile actuale de producție pentru multe enzime industriale [5].
Următorul pas va explora cum îmbunătățirile în bioreactoare și procese pot reduce și mai mult costurile.
sbb-itb-c323ed3
3. Îmbunătățiri ale Bioreactorului și Procesului
După rafinarea ingineriei liniei celulare și optimizarea mediilor, următorul pas în reducerea costurilor pentru carnea cultivată constă în îmbunătățirea bioreactoarelor și a proceselor de producție. În timp ce liniile celulare și mediile se concentrează pe partea biologică, sistemele fizice - bioreactoarele și fluxurile de lucru de fabricație - joacă un rol crucial în a face carnea cultivată mai accesibilă. Așa cum afirmă Institutul Good Food:
"Designul bioprocesului deține cheia pentru deblocarea producției la scară largă a cărnii cultivate" [3].
În prezent, majoritatea bioreactorilor utilizați în producția de carne cultivată sunt adaptați din industria farmaceutică. Aceste sisteme sunt concepute pentru producții de mare valoare și volum mic, ceea ce nu este ideal pentru cerințele de producție alimentară eficiente din punct de vedere al costurilor și de volum mare [3]. Pentru a concura cu carnea tradițională, industria are nevoie de bioreactori construiți special pentru producția la scară largă și economică. Aici optimizările procesului pot ajuta la reducerea și mai mult a costurilor.
Potencial de reducere a costurilor
Una dintre cele mai promițătoare modalități de a reduce costurile este trecerea de la standardele de producție de grad farmaceutic la cele de grad alimentar. Spre deosebire de aplicațiile farmaceutice, carnea cultivată trebuie să respecte doar standardele de siguranță alimentară, care sunt mai puțin stricte. Această schimbare ar putea reduce semnificativ cheltuielile operaționale [3].
Eficiența procesului este un alt factor critic.Tehnici precum reciclarea mediilor de creștere, reutilizarea fluxurilor de deșeuri și implementarea automatizării pot ajuta la minimizarea utilizării inputurilor costisitoare [3]. De exemplu, în septembrie 2023, Upside Foods a anunțat planurile sale pentru o instalație la scară comercială lângă Chicago. Această instalație își propune să producă 13.000 de tone de carne cultivată anual, folosind bioreactoare de până la 100.000 de litri [1]. Kevin Kayser, ofițerul șef de știință al companiei, a subliniat importanța concentrării asupra inputurilor de materii prime:
"Unul dintre motivele pentru care am fost angajat a fost inputurile de materii prime... Când am început, era pe primul loc" [1].
Scalabilitate
Scalarea bioreactoarelor este esențială pentru a atinge paritatea de preț cu carnea convențională. În prezent, instalațiile la scară pilot folosesc bioreactoare cu capacități cuprinse între 100 și 1.000 de litri.Cu toate acestea, analizele techno-economice sugerează că atingerea unor prețuri competitive va necesita bioreactoare cu volume de 20.000 de litri sau mai mult - posibil chiar 100.000 de litri [3][1][2]. Până la sfârșitul anului 2024, cel puțin o companie a reușit să scaleze cu succes la bioreactoare cu o capacitate de 15.000 de litri [3].
Industria trece prin faze distincte: de la cercetarea la scară de banc (bioreactoare sub 10 litri), la testarea la scară pilot și, în cele din urmă, la producția la scară industrială. Fiecare etapă necesită nu doar echipamente mai mari, ci și inovații în amestecare, livrarea oxigenului și sistemele de monitorizare [3].
Provocări tehnice
Scalarea bioreactoarelor nu este lipsită de provocări.Bioreactoarele mai mari aduc dificultăți tehnice unice, cum ar fi gestionarea forțelor de tăiere în timpul amestecării și oxigenării, care pot deteriora celulele delicate [3]. Transferul de oxigen devine din ce în ce mai complex pe măsură ce volumele bioreactoarelor cresc, iar menținerea sterilității în facilități de mari dimensiuni, de calitate alimentară, este critică - orice contaminare ar putea duce la pierderi semnificative de producție [3].
Așa cum a menționat Kevin Kayser, industria explorează teritorii noi:
"Când începi să vorbești despre 100.000 L sau mai mult, nu știu dacă asta va necesita vreo schimbare în mediu. Nu am ajuns la acel nivel" [1].
Spre deosebire de optimizarea mediului, care poate valorifica lanțurile de aprovizionare alimentară existente, scalarea bioreactoarelor necesită rezolvarea unor probleme de inginerie complet noi, în special la aceste dimensiuni fără precedent [3].
Perioada de implementare
Construirea facilităților la scară industrială este un proces care necesită mult timp și capital. Deși dezvoltarea unei noi linii celulare poate dura între 6 și 18 luni [3], construirea și punerea în funcțiune a unei facilități de producție la scară completă necesită ani de planificare și investiții substanțiale [3]. Cu toate acestea, noile tehnologii ajută la accelerarea procesului. De exemplu, sistemele automate și cele bazate pe cloud au demonstrat că reduc ciclurile de dezvoltare cu 25% și îmbunătățesc ratele de succes în scalare cu 30% [7]. Chris Williams, CEO al Culture Biosciences, a explicat:
"Schimbarea către bioprocesarea modulară, alimentată de cloud, se accelerează în sectoarele biotech și biopharma... Oferă o soluție flexibilă și rentabilă pentru echipele care necesită cicluri de dezvoltare mai rapide și scalabilitate" [7].
Procesul de cultivare în sine - de la banca de celule până la recoltare - durează de obicei între 2 și 8 săptămâni, în funcție de tipul de carne care este produs [3]. Progresele în bioprocesare vor fi esențiale pentru a face carnea cultivată o opțiune competitivă pe piață.
Compararea celor Trei Abordări
Compararea Trei Strategii pentru Reducerea Costurilor de Producție a Cărnii Cultivate
Privind ingineria liniilor celulare, optimizarea mediilor și progresele în bioreactoare, se dezvăluie cât de interconectate sunt aceste strategii. Fiecare aduce propriile sale puncte forte și obstacole, dar împreună, ele creează un drum pentru reducerea costurilor în producția de carne cultivată.
Iată o analiză a modului în care aceste abordări se compară în patru criterii cheie:
| Criteriu | Inginerie a liniei celulare | Optimizarea mediului &și a factorilor de creștere | Îmbunătățiri ale bioreactorului &și ale procesului |
|---|---|---|---|
| Potencial de reducere a costurilor | Ridicat – permite medii mai eficiente și densități celulare mai mari | Foarte ridicat – ar putea reduce costurile cu până la 99%.9% din prețurile biomedicale actuale | Moderate până la ridicate – beneficii din reciclare, automatizare și eficiențe de scalare |
| Perioada de implementare | Medie – de obicei durează 6–18 luni per linie celulară | Scurt până la mediu – implică o tranziție treptată la ingrediente de calitate alimentară | Îndelungată – ani necesari pentru construcția și punerea în funcțiune a facilității |
| Scalabilitate | Ridicată – critică pentru a permite creșterea în suspensie la scară industrială | Dificilă – necesită producția de milioane de kilograme de proteine recombinante | Esentială – vizând vase de 100,000 de litri+ pentru producția la scară mare |
| Provocări tehnice | Stabilitate genomică și bariere de reglementare | Descoperirea formulărilor și potrivirea profilurilor de aminoacizi pe bază de plante | Asigurarea sterilizării, gestionarea oxigenului și manipularea costurilor de capital ridicate |
Fiecare strategie joacă un rol distinct în abordarea provocărilor de costuri ale cărnii cultivate.
Optimizarea mediului se remarcă prin potențialul său imediat de a reduce costurile. Prețurile ar putea scădea de la sute de lire pe litru la mai puțin de 0,25 £ pe litru [3]. Cu toate acestea, extinderea acestei abordări pentru a satisface cerințele industriale reprezintă un obstacol semnificativ.
Ingineria liniilor celulare, pe de altă parte, pune bazele succesului. Prin facilitarea creșterii în suspensie și reducerea cerințelor de mediu, susține atât optimizarea mediului, cât și scalarea bioreactorului [3]. Fără linii celulare fiabile, progresul în celelalte domenii s-ar opri.
Îmbunătățirile bioreactorului sunt un joc pe termen lung. Dezvoltarea și punerea în funcțiune a facilităților capabile să gestioneze vase de 100.000 de litri este o sarcină descurajantă, dar este esențială pentru scalarea producției la nivel de marfă [3].Provocările ingineriei aici, în special în jurul sterilizării și transferului de oxigen, rămân în mare parte teritorii neexplorate la această scară.
Realitatea este că nicio abordare singulară nu poate susține greutatea reducerii costurilor de una singură. Aceste strategii sunt profund interdependente. De exemplu, mediile accesibile își păstrează valoarea doar dacă bioreactoarele pot funcționa la volume mari, iar bioreactoarele de mari dimensiuni au sens doar dacă mediile pe care le folosesc sunt rentabile [3]. Împreună, aceste eforturi creează un cadru coerent care este esențial pentru a face carnea cultivată la scară comercială o realitate.
Concluzie
Ingineria liniilor celulare joacă un rol cheie în conducerea succesului atât al rafinării mediilor, cât și al avansurilor bioreactoarelor. Prin dezvoltarea de celule care cresc mai repede, ating densități mai mari și performează bine în medii mai sărace, se reduc semnificativ costurile legate de nutrienți și capacitatea bioreactorului.Acest lucru îl face o piatră de temelie în reducerea cheltuielilor de producție.
Îmbunătățirea mediului oferă economii imediate, cu potențialul de a reduce costurile mediului cu până la 99,9%, aducând prețurile de grad farmaceutic la mai puțin de 0,20 £ pe litru [3]. Cu toate acestea, aceste economii depind de linii celulare care pot prospera pe un astfel de mediu rentabil. În același timp, designurile avansate de bioreactoare deschid calea pentru producția la scară largă, dar viabilitatea lor economică depinde de asocierea acestora cu medii accesibile și linii celulare rezistente, inginerizate.
Termenul pentru atingerea parității de preț cu carnea convențională premium în Marea Britanie va fi modelat de cât de repede aceste trei strategii - ingineria celulară, dezvoltarea mediului și scalarea bioreactoarelor - avansează împreună. Progresul în aceste domenii va forma baza pentru a face carnea cultivată mai accesibilă.
Pentru consumatorii din Marea Britanie, disponibilitatea pe scară largă va depinde, de asemenea, de aprobarea reglementărilor, care este încă în revizuire la sfârșitul anului 2025 [3], și de crearea de facilități de producție la scară largă. Companiile planifică deja bioreactoare de 100.000 de litri și vizează facilități capabile să producă până la 13.000 de tone anual [1], semnalizând că infrastructura necesară începe să prindă contur.
Călătoria către carne cultivată accesibilă va depinde de integrarea fără cusur a acestor trei strategii. Un ecosistem de producție care combină celule inginerizate, medii cu costuri reduse și bioreactoare la scară industrială va determina momentul în care carnea cultivată va trece de la experiențe culinare de nișă la oferte de supermarketuri de zi cu zi.
Întrebări frecvente
Cum ajută tehnologia liniilor celulare la reducerea costului cărnii cultivate?
Progresele în tehnologia liniilor celulare au redus costul producerii cărnii cultivate prin îmbunătățirea performanței celulelor utilizate în proces. Aceste linii celulare special concepute cresc rapid, pot prospera în medii dense și rezistă la condiții dificile, cum ar fi niveluri scăzute de oxigen și stres mecanic. Aceasta înseamnă o dependență mai mică de mediile de creștere costisitoare și o producție mai eficientă, cu randament ridicat în bioreactoare.
Prin reducerea costurilor cu materiile prime și procesarea, tehnologia liniilor celulare ajută la accesibilizarea cărnii cultivate. Acest progres este un pas către stabilirea acesteia ca o alternativă practică la carnea tradițională.
Care sunt principalele provocări în utilizarea mediilor de calitate alimentară pentru producția de carne cultivată?
Trecererea la medii de calitate alimentară pentru producerea cărnii cultivate vine cu unele provocări dificile.Una dintre cele mai mari obstacole este costul. În prezent, mediile bogate în factori de creștere - esențiale pentru creșterea celulară - reprezintă mai mult de jumătate din cheltuielile de producție. Pentru a reduce costurile, producătorii trebuie să treacă de la ingrediente scumpe de grad farmaceutic la alternative mai ieftine, compatibile cu alimentele. Dar iată capcana: dezvoltarea acestor opțiuni accesibile, fie prin fermentație de precizie, fie prin metode pe bază de plante, este încă în stadiile incipiente și necesită multe investiții.
O altă problemă majoră constă în respectarea standardelor stricte de siguranță alimentară. Mediile de grad alimentar trebuie să fie produse în condiții sterile, libere de orice contaminanți, și să respecte reglementările alimentare ale Uniunii Europene. Acest lucru adaugă straturi de complexitate lanțurilor de aprovizionare și proceselor de control al calității. Pe deasupra, eliminarea serului - utilizat frecvent în mediile de grad de cercetare - creează noi provocări în gestionarea deșeurilor.Fără ser care să acționeze ca un tampon natural, acumularea de subproduse devine o problemă, necesitând sisteme avansate de reciclare sau eliminare.
Există, de asemenea, problema adaptării celulelor. Multe linii celulare, dezvoltate inițial pentru medii pe bază de ser, se confruntă cu dificultăți în a crește în medii chimic definite, fără animale. Acest lucru poate duce la o creștere mai lentă sau la celule mai slabe, necesitând adesea modificări genetice ale liniilor celulare sau crearea de suplimente specializate. Abordarea acestor provocări este esențială pentru creșterea producției de carne cultivată și pentru a o face mai accesibilă și mai accesibilă consumatorilor. Dacă ești curios să afli mai multe despre acest domeniu fascinant,
Cum ajută bioreactoarele la scară largă să facă carnea cultivată mai accesibilă?
Bioreactoarele la scară largă, în special cele cu capacități ce depășesc 20.000 de litri, joacă un rol cheie în reducerea costurilor de producție ale cărnii cultivate.Aceste sisteme permit producția de cantități mari de carne, ceea ce ajută la distribuirea cheltuielilor precum echipamentele, forța de muncă și mediile de creștere pe o producție mai mare. Această abordare ajută la atingerea economiilor de scară, apropiind carnea cultivată de a se potrivi cu prețul cărnii tradiționale.
Cu acest nivel de producție, producătorii pot reduce dramatic costul pe kilogram, deschizând calea pentru ca carnea cultivată să devină o opțiune mai accesibilă și viabilă pentru consumatori.
