قد يكون لحم المستقبل مختلفًا تمامًا عن لحم الماضي. ستانلي كوبريك ، مصور ، مجموعة صور مجلة LOOK ، مكتبة الكونغرس ، قسم المطبوعات والصور الفوتوغرافية ، LC-USZ6-2352., CC BY-ND
اللحوم التي تتناولها ، إذا كنت آكلة اللحوم ، تأتي من عضلات الحيوانات. لكن الحيوانات تتكون من أكثر بكثير من مجرد عضلات. لديهم أعضاء وعظام لا يستهلكها معظم الأميركيين. أنها تتطلب الغذاء والماء والفضاء والاتصالات الاجتماعية. أنها تنتج النفايات.
ينفق المزارعون الكثير من الطاقة والموارد لتنمية الكائنات الحية المعقدة ، مما يؤدي إلى إهدار النفايات في هذه العملية ، فقط للتركيز على التخفيضات المربحة من اللحوم التي يمكنهم حصادها.
سيكون من الأسهل والأكثر إنسانية وأقل تبذيرًا أنتج فقط الأجزاء التي يريدها الناس. ومع بيولوجيا الخلية وهندسة الأنسجة ، من الممكن أن تنمو الأنسجة العضلية والدهون فقط. انها تسمى اللحوم المستزرعة. يزود العلماء الخلايا بنفس المدخلات التي تحتاجها للنمو ، خارج الحيوان مباشرة: العناصر الغذائية والأكسجين والرطوبة والإشارات الجزيئية من جيرانهم في الخلية.
الباحثون حتى الآن باقات من الخلايا المزروعة التي يمكن أن تتحول إلى اللحوم المصنعة مثل برغر أو النقانق. لا تزال تقنية اللحوم المستنبتة هذه في المراحل الأولى من البحث والتطوير ، حيث يتم تطوير النماذج الأولية وصقلها للتحضير لتحديات التسويق. لكن المهندسين الأحيائيين بالفعل يواجهون التحدي الأصعب التالي: زراعة كميات كبيرة من اللحوم مثل شريحة لحم أو كستلاتة دجاج.
ما اللحوم المصنوعة من
إذا نظرت إلى قطعة من اللحوم النيئة تحت المجهر ، يمكنك رؤية ما تأكله على المستوى الخلوي. كل لدغة عبارة عن مصفوفة من خلايا العضلات والدهون ، تشابك مع الأوعية الدموية وتُحلق بنسيج ضام.
خلايا العضلات مليئة بالبروتينات والمواد المغذية والخلايا الدهنية ممتلئة بالدهون. يساهم هذان النوعان من الخلايا في معظم الأذواق والشعور بالفم الذي يختبره آكلات اللحوم عند العض في برجر أو شريحة لحم.
مقطع من الديك الرومي ملطخ لإظهار الأنسجة العظمية الهيكلية على مستوى الخلية - المعروف أيضًا باسم اللحوم. ناتالي روبيو
تقوم الأوعية الدموية بتزويد أنسجة الحيوان بالمواد المغذية والأكسجين أثناء بقائها حية ؛ بعد الذبح ، يضيف الدم فارقًا فريدًا من المعدن والأومامي إلى اللحم.
يقوم النسيج الضام ، المكون من بروتينات مثل الكولاجين والإيلاستين ، بتنظيم ألياف العضلات في حزم متوافقة ، موجهة في اتجاه الانكماش. يتغير هذا النسيج الضام أثناء الطهي ويضيف نسيجًا وجلبة إلى اللحم.
التحدي الذي يواجه الباحثين في الزراعة الخلوية هو محاكاة هذا التعقيد في اللحوم من الأسفل إلى الأعلى. يمكن أن ننمو خلايا العضلات والدهون في طبق بتري - لكن الأوعية الدموية والأنسجة الضامة لا تتولد تلقائيًا كما يحدث في الحيوانات. كيف يمكننا هندسة المواد الحيوية والمفاعلات الحيوية لتوفير نشر المغذيات والحث على التنظيم بحيث ينتهي بنا المطاف بقطع كثيف منظم من اللحم؟
البرغر واللحوم مثقف هي الخطوة الأولى
لصنع أي لحم مثقف ، يأخذ الباحثون كميات صغيرة - من الرخام - من الأنسجة من بقرة أو خنزير أو دجاجة وعزل الخلايا الفردية. ثم قام مهندسو الطاقة الحيوية مثلي بوضع الخلايا في قوارير بلاستيكية ومنحهم المواد الغذائية والأكسجين والرطوبة أثناء إيوائهم في درجة حرارة الجسم. الخلايا سعيدة ويمكن أن تقسم أضعافا مضاعفة ، وخلق المزيد والمزيد من الخلايا.
عندما تزرع على البلاستيك ، سوف تستمر الخلايا في الانقسام حتى تكون موجودة على كل مساحة السطح المتاحة. ينتج عن هذا طبقة مزدحمة بسماكة خلية واحدة. بمجرد توقف الخلايا عن الانقسام ، تبدأ في النضج. تندمج خلايا العضلات معًا لإنشاء ألياف عضلية طويلة وتبدأ الخلايا الدهنية في إنتاج الدهون. يمكن للباحثين الجمع بين مجموعة من هذه الخلايا معًا لإنشاء منتجات اللحوم المصنعة ، مثل البرغر والكلاب الساخنة والنقانق.
يمكن للخلايا الحيوانية وحدها تكرار معظم تجربة اللحوم. ولكن بدون الأوعية الدموية والأنسجة الضامة ، لن ينتهي بك الأمر بنسيج منظم ثلاثي الأبعاد - وهذا ما تحتاجه للحصول على قطع لحم منظمة ، مثل شرائح اللحم وصدر الدجاج ولحم الخنزير المقدد.
للتغلب على هذا التحدي ، يمكن للعلماء استخدام المواد الحيوية لتكرار بنية ووظيفة الأوعية الدموية (لنقل المغذيات والأكسجين) والأنسجة الضامة (للتنظيم والملمس). هذا المجال من البحوث يسمى تطوير سقالة.
سيؤدي توفير بنية للخلايا لتنمو عليها إلى الحصول على اللحوم المستنبتة من الهامبرغر إلى شرائح اللحم. تايلر أولسون / Shutterstock.com
السقالات هي العنصر السري لشرائح اللحم
مفهوم السقالات ينشأ في مجال هندسة الأنسجة للتطبيقات الطبية. يجمع العلماء بين الخلايا والسقالات لإنتاج مواد حيوية وظيفية للبحث أو فحص السموم أو يزرع.
يمكن أن تتخذ هذه المواد الحيوية أشكالًا مختلفة - مثل الأفلام ، والمواد الهلامية ، والإسفنج - اعتمادًا على الخصائص المرغوبة في الأنسجة الناتجة. على سبيل المثال ، يمكنك ذلك تنمو خلايا الجلد على فيلم كولاجين مسطح لإنشاء الكسب غير المشروع الجلد للمساعدة في حرق الضحايا أو خلايا العظام في اسفنجة هيدروكسيباتيت لتجديد العظام.
بالنسبة للتطبيقات الطبية ، تحتاج السقالات عمومًا إلى أن تكون آمنة للزرع ، ويجب ألا تحفز استجابة من الجهاز المناعي للجسم ، وتكون قابلة للتحلل وقادرة على دعم نمو الخلايا.
بالنسبة للتطبيقات الغذائية ، تختلف اعتبارات تصميم السقالات. لا يزال يتعين عليهم دعم نمو الخلايا ، ولكن من المهم أيضًا أن تكون غير صالحة للأكل وصديقة للبيئة لإنتاجها. بعض المواد الحيوية الشائعة للتطبيقات الغذائية تشمل السليلوز من النباتات ، والكربوهيدرات التي تدعى الشيتوزان من الفطر والكربوهيدرات التي تسمى الجينات من الطحالب.
إليك "وصفة" واحدة للحوم المزروعة التي عملت عليها في المختبر. أولاً ، قم بإنشاء سقالة مناسبة. عزل الشيتوزان من الفطر وحلها في الماء لإنشاء هلام لزج. ضع الجل في أنبوب وفضح أحد الأطراف لمادة باردة ، مثل الثلج الجاف أو النيتروجين السائل. سوف يتجمد أنبوب الجل بالكامل ببطء ، بدءًا من النهاية الباردة. يمكن بعد ذلك تجميد الجل المتجمد بواسطة فراغ يسحب على الجل في درجات حرارة منخفضة للغاية ، مما ينتج عنه في النهاية مادة جافة تشبه الإسفنج. ال عملية التجميد الاتجاهي تخلق اسفنجة مع المسام الصغيرة والطويلة المحاذاة تشبه حزمة من القش - وكذلك الأنسجة العضلية.
عملية مبسطة لإنشاء اسفنجة الشيتوزان مع المسام الانحياز. ناتالي روبيو, CC BY-ND
بعد ذلك ، بدلاً من زراعة اللحوم على البلاستيك المسطح ، يمكنك نقل الخلايا إلى هذا الإسفنج ثلاثي الأبعاد لتوفير مساحة أكبر لنمو الأنسجة السميكة. يمكن أن تساعد المسام أيضًا في توزيع العناصر الغذائية والأكسجين في جميع أنحاء الأنسجة. حتى الآن باستخدام هذه التقنية ، تمكن مختبري من إنتاج قطع صغيرة من اللحم أقل من سنتيمتر مربع - وهو صغير قليلاً بالنسبة للطبخ ولكن بداية قوية.
تشمل إمكانيات السقالة الأخرى الخلايا المتنامية داخل الألياف أو المواد الهلامية أو الإسفنج التي تعتمد على الجينات. أو يمكن للفنيين شطف الخلايا النباتية من النباتات في عملية تسمى decellularization و إعادة ملء إطار السليلوز الذي خلفته الخلايا الحيوانية.
بمجرد أن يجد الباحثون المواد والأساليب التي تعمل بشكل جيد بالفعل ، سنعمل على إنشاء مجموعات أكبر. في هذه المرحلة ، ستكون لعبة توسيع نطاق العملية وتخفيض التكلفة بحيث تكون منتجات اللحوم المستزرعة قادرة على المنافسة من حيث التكلفة مع منتجات اللحوم المستزرعة.
من المثير دائمًا أن نرى الشركات الناشئة لاول مرة في اللحم المفروم والنقانق والبرغر. لكنني أتطلع إلى ما هو التالي. مع مزيد من البحث والوقت والتمويل والحظ ، ستتضمن قائمة اللحوم المستنبت 2.0 شرائح اللحم ولحم الخنزير التي يعرفها الكثير من الحيوانات آكلة اللحوم وتحبها.
عن المؤلف
ناتالي ر. روبيو ، مرشح دكتوراه في الزراعة الخلوية ، جامعة تافتس
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.
كتب التغذية من قائمة أفضل البائعين في أمازون
"مطبخ المناطق الزرقاء: 100 وصفة للعيش حتى 100"
بواسطة دان بوتنر
في هذا الكتاب ، يشارك المؤلف دان بوتنر وصفات من "المناطق الزرقاء" في العالم ، وهي مناطق يعيش فيها الناس أطول حياة وأكثرها صحة. تعتمد الوصفات على الأطعمة الكاملة غير المصنعة وتؤكد على الخضروات والبقوليات والحبوب الكاملة. يتضمن الكتاب أيضًا نصائح لاتباع نظام غذائي نباتي والعيش بأسلوب حياة صحي.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"التطهير الطبي للشفاء: خطط الشفاء لمن يعانون من القلق والاكتئاب وحب الشباب والأكزيما والليمون ومشاكل القناة الهضمية وضباب الدماغ ومشاكل الوزن والصداع النصفي والانتفاخ والدوار والصدفية والأنفلونزا"
من قبل أنتوني وليام
في هذا الكتاب ، يقدم المؤلف أنتوني ويليام دليلاً شاملاً لتطهير وشفاء الجسم من خلال التغذية. يقدم توصيات قائمة على الأدلة للأطعمة التي يجب تضمينها وتجنبها ، بالإضافة إلى خطط الوجبات والوصفات لدعم التطهير. يتضمن الكتاب أيضًا معلومات حول كيفية معالجة مخاوف صحية محددة من خلال التغذية.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"خطة The Forks Over Knives: كيفية الانتقال إلى النظام الغذائي المنقذ للحياة ، والغذاء الكامل ، والنظام الغذائي النباتي"
بواسطة ألونا بولدي وماثيو ليدرمان
في هذا الكتاب ، يقدم المؤلفان Alona Pulde و Matthew Lederman دليلًا تفصيليًا للانتقال إلى نظام غذائي نباتي كامل الغذاء. يقدمون توصيات قائمة على الأدلة للتغذية ، إلى جانب نصائح عملية للتسوق وتخطيط الوجبات والتحضير. يتضمن الكتاب أيضًا وصفات وخطط وجبات لدعم الانتقال.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"مفارقة النبات: الأخطار الخفية في الأطعمة الصحية التي تسبب المرض وزيادة الوزن"
بواسطة الدكتور ستيفن ر
في هذا الكتاب ، يقدم الدكتور ستيفن آر غندري منظورًا مثيرًا للجدل حول التغذية ، مجادلاً بأن العديد من الأطعمة المعروفة باسم "الأطعمة الصحية" يمكن أن تكون ضارة بالجسم بالفعل. يقدم توصيات قائمة على الأدلة لتحسين التغذية وتجنب هذه المخاطر الخفية. يتضمن الكتاب أيضًا وصفات وخطط وجبات لمساعدة القراء على تنفيذ برنامج Plant Paradox.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"الجامع 30: دليل الثلاثين يومًا للصحة الكاملة والحرية الغذائية"
بواسطة ميليسا هارتويج أوربان ودالاس هارتويج
في هذا الكتاب ، يقدم المؤلفان ميليسا هارتويج أوربان ودالاس هارتويج دليلاً شاملاً لبرنامج 30 يوم كامل ، وهي خطة تغذية لمدة 30 يومًا مصممة لتعزيز الصحة والعافية. يقدم الكتاب معلومات عن العلم وراء البرنامج ، بالإضافة إلى نصائح عملية للتسوق وتخطيط الوجبات والتحضير. يتضمن الكتاب أيضًا وصفات وخطط وجبات لدعم البرنامج.
