最近几周，开发细胞培养鱼类和贝类的公司因宣传其产品并在全球扩展业务而备受关注。总部位于圣地亚哥的 BlueNalu 将通过 9 月份宣布的与英国冷冻食品经销商 Nomad Foods 的合作，将实验室制造的鳍鱼引入欧洲。同月，总部位于香港的 Avant Meats 与新加坡生物加工技术研究所达成协议，以提高其培育鱼类生产的经济效益。6 月，Wildtype 在其旧金山试点工厂附近开设了一个品尝室，在那里它一直在提供实验室培育的寿司级鲑鱼。
这些举措反映了人们对替代性生物技术衍生鱼类日益增长的兴趣。对可持续发展的需求已将它们推到前台：在全世界消费的所有海鲜中，约有一半是水产养殖的，另一半是野生捕捞的。一些野生捕捞鱼类可能含有汞、微塑料和环境污染污染物；气候变化对生态系统的影响和过度捕捞正在耗尽鱼类资源。“因此，我们必须想出许多不同的方法来应对这些挑战，”位于佛罗里达州萨拉索塔的莫特海洋实验室和水族馆的研究副总裁凯文·梅因 (Kevan Main) 说。“我相信细胞培养海鲜将是其中一个机会。”
在展示各种原型或扩大生产规模的公司中，BlueNalu 是最接近市场的公司之一。除了与 Nomad Foods 合作外，BlueNalu 还与日本的三菱、泰国的海鲜生产商泰万盛 (Thai Union) 以及韩国的健康食品公司 Pulmuone 合作，为 BlueNalu 的产品制定亚洲市场战略。
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细胞培养海鲜——源自常见的食用鱼类（例如，鲑鱼和金枪鱼）或贝类（例如，虾和蟹等甲壳类动物）——也称为人工养殖、细胞或体外海鲜。它源自水生物种的组织，但从未成为活着的、游动的动物的一部分。肉在实验室中通过从少量供体鱼或贝类中收获细胞并在生物反应器中培养它们来制成。对于像鱼片这样的三维组织，需要可食用、生物相容性的支架来为细胞生长和成熟提供结构。由此产生的实验室制造的肉，主要是肌肉和脂肪细胞的混合物，味道与活体捕获的版本相似，但没有动物“废物”：没有骨头，没有鳞片，没有眼球。
该策略已应用于其他种类肉类的体外培养并已实现商业化，包括牛肉、鸡肉和猪肉。事实上，数十家公司正在开发细胞培养的陆地肉类，其中一些公司已经积累了超过 1 亿美元的风险投资。Eat Just 开发的鸡肉成为首个进入市场的培养肉，当时新加坡监管机构于 2020 年 12 月批准了其销售。
新加坡和其他全球监管机构可能会使用与鸡肉和牛肉相同的标准和途径来监督鱼类的体外培养。然而，美国对此有所区分。美国农业部 (USDA) 和食品药品监督管理局 (FDA) 都监管培养的陆地肉类，但对于培养的鱼类，FDA 将拥有唯一的管辖权。由于一些政治历史原因，该规则适用于除鲶鱼外的所有海鲜。
到目前为止，培养海鲜落后于陆地同类产品。根据良好食品研究所的数据，该研究所追踪和倡导培养肉行业，全球只有大约 14 家公司在开发这种海鲜。
一些生物学家认为，这种差距是由于对陆地物种的研究偏见造成的。“陆地动物的科学发展如此先进，这让我感到惊讶，”莫特海洋实验室的梅因说。“我认为这是因为它更容易：它们就在你身边，你可以获取这些资源，而且你可以很容易地看到发生了什么。而对于海鲜，一切都发生在水里，所以你必须首先了解如何在水生环境中使其发挥作用，”她说。
陆地肉类的研究也受益于相对狭窄的物种选择范围。“当我们谈论鸡肉时，我们谈论的是一种具有特定风味的产品，”弗吉尼亚理工大学食品安全和细胞农业助理教授雷扎·奥维西普尔 (Reza Ovissipour) 说。然而，每种海鲜物种都有其自身的风味、质地和细胞系，这需要在其中生长的独特参数集。
从这些物种中开发细胞系可能被证明是难以捉摸的。科学家首先从感兴趣的物种中收获成体或胚胎干细胞。然后，他们寻找能够自我更新、代代稳定的细胞系，并且可以分化成肌肉、脂肪和结缔组织。目标是建立一种永生化的细胞系，它可以持续自我再生，从而无需返回供体物种。
研究人员最初在单层中培养细胞，使其附着在小瓶或其他实验室器皿的表面。细胞在营养丰富的培养基中生长，培养基通常由葡萄糖、氨基酸、肽、脂肪酸、维生素、盐和生长因子（如激素、重组蛋白和细胞因子）的独特物种特异性组合组成。行业中的许多研究人员最初在其生长培养基中使用牛血清成分，但大多数人正在试验替代品。
下一步是扩大规模以生产足够的生物质供食用，但这可能具有挑战性。科学家必须诱导细胞在更高体积的三维生物反应器中生长，在生物反应器中，细胞悬浮在它们的生长环境中。
一旦完成此步骤，研究人员将逐步扩大操作规模，扩大到越来越大的生物反应器。在这些生物反应器中产生的细胞肉出来时是柔软的，像肉末一样。如果研究人员想要赋予肉鱼片的质地，他们必须诱导细胞在可食用支架上结合和生长。
过程的每个步骤都提出了各自的挑战。良好食品研究所的替代海鲜工作负责人詹妮弗·拉米 (Jennifer Lamy) 说，例如，开发细胞系可能会耗费一家公司早期研发预算的数年时间。总部位于柏林的 Bluu Biosciences 在这方面受益于其联合创始人塞巴斯蒂安·拉克斯 (Sebastian Rakers) 的基础研究。这位海洋生物学家在弗劳恩霍夫协会工作的 12 年间，此前已从 20 多个不同的海洋物种中建立了 80 多个不同的细胞系。
2020 年 5 月，拉克斯帮助创立了 Bluu，该公司专注于鲤鱼、大西洋鲑鱼和虹鳟鱼。首批产品将是不成形的、无支架的肉丸，在亚洲菜肴中很常见。鱼细胞占产品的一半，而植物蛋白和少量非植物蛋白占另一半。该公司尚未对其产品进行品尝。
对于开发寿司级鲑鱼的公司 Wildtype 来说，联合创始人 Aryé Elfenbein 说，建立细胞系以使其能够在生物反应器中悬浮生长，花费了三年时间。在从玻璃板转移到生物反应器的过程中，Wildtype 科学家最初使用了微载体（这是一种珠子，可在悬浮细胞培养中为细胞提供附着位置）来帮助提高其活力。从那里，公司过渡到以簇状方式培养细胞，最后过渡到单细胞悬浮。
参观 Wildtype 品尝室的顾客可以通过玻璃门观看食物的制作过程——这在传统肉类行业中是闻所未闻的想法。“你能想象屠宰场旁边有一个品尝室吗？”埃尔芬拜因问道。
有些人反对他们的肉在实验室中生长的想法，但 Wildtype 的创始人表示，更多关于屠宰的意识正在改变这种状况。“很多人故意对我们的肉类和海鲜是如何制作的视而不见，因为我们都知道这不是一个好故事，”与埃尔芬拜因共同创立公司的贾斯汀·科尔贝克 (Justin Kolbeck) 说。“屠宰场条件对工人和动物来说都是出了名的令人不愉快，而水产养殖场的运营也好不到哪里去，”他说。“然而，我认为人们在想要了解更多并对他们吃的东西有更多可见性和透明度方面发生了重大转变。”
为了制作寿司级鲑鱼，Wildtype 必须使用支架，该公司正在内部使用植物来源的成分开发支架。支架很棘手，因为它们必须促进细胞生长，确保热稳定性，并为人类味觉提供正确的质地。“大规模细胞-支架整合的过程是当今尚不存在的，”埃尔芬拜因说。Wildtype 的科学家花费了数年时间筛选数千种具有这些属性的支架候选物。当他们发现那些也低成本、植物基、广泛可用且目前在美国食品供应中使用的支架时，他们开发了一种高通量方法来生产它们。
与培养肉行业的所有公司一样，Wildtype 也面临着以经济上可行的方式扩大规模的艰巨挑战。事实上，Wildtype 一次从未制作超过几磅的鲑鱼寿司。
这是因为扩大规模并非简单地将每个组件乘以一个系数。更大规模的运营需要不同的设备和对不同组的热量和气体传递速率、pH 控制、营养和氧气供应以及原材料杂质的管理。“在更大的规模上，控制环境并不容易，有时细胞不会表现出与在较小规模上相同的特性，”奥维西普尔说。“因此，你正在处理一个完全不同的设置，这需要更多的优化和建模，”他说。
无论运营规模如何，与传统肉类相比，培养肉的生产成本都高得惊人——根据咨询公司 CE Delft 为良好食品研究所准备的一项估计，高端产品的成本超过每公斤 20,000 美元。如果没有大量的研发以及与科学家过去 70 年来培养细胞的方式截然不同的细胞培养方法，这种情况就不会改变。“整个生物制药行业都建立在收获细胞产生的蛋白质并丢弃细胞的基础上，”科尔贝克说。单克隆抗体的生产就是其中一个例子。“在我们的系统中，情况正好相反：[我们想学习]如何在保持大量细胞活力的同时浓缩它们，以便它们继续前往支架。”
本文经许可转载，并于 2021 年 11 月 15 日首次发表。