Mięso hodowane komórkowo: jak powstaje innowacja biotechnologiczna

W zależności od gatunku i rodzaju produktu cykl hodowlany trwa zwykle od 2 do 8 tygodni. Ten zakres nie oznacza jednak, że po upływie kilku tygodni powstaje gotowy stek: na rezultat wpływają m.in. skład pożywki, parametry bioreaktora i sposób formowania tkanki.

Technologia różni się od produkcji roślinnych zamienników mięsa. W burgerze roślinnym źródłem białka są zwykle rośliny, takie jak soja, groch czy pszenica. W mięsie komórkowym namnażane są komórki zwierzęce. To rozróżnienie ma znaczenie dla składu produktu, jego klasyfikacji i oceny bezpieczeństwa. W Unii Europejskiej mięso hodowane komórkowo nie zostało dotąd dopuszczone do sprzedaży konsumenckiej.

Od próbki tkanki do komórek w hodowli

Punktem wyjścia jest niewielka próbka tkanki, pozyskana z biopsji żywego zwierzęcia lub z tkanek poubojowych. Następnie izoluje się z niej komórki, które mogą dać początek kolejnym komórkom mięśniowym. Wśród wykorzystywanych typów wymienia się komórki satelitarne i mioblasty.

Komórki satelitarne uczestniczą w naturalnej regeneracji mięśni. W warunkach hodowlanych ich zdolność do namnażania staje się podstawą zwiększania biomasy. Samo pobranie próbki nie przesądza jednak o właściwościach gotowego produktu. Istotne są także stabilność hodowli, tempo namnażania i zdolność komórek do różnicowania się w tkankę o pożądanym profilu.

W praktyce produkcyjnej trzeba utrzymać komórki w stanie pozwalającym na kontrolowany wzrost. Warunki muszą sprzyjać podziałom, a zarazem ograniczać ryzyko zanieczyszczenia hodowli i niepożądanych zmian jej właściwości. To zadanie wymaga kontroli środowiska na każdym etapie, od przygotowania komórek po zbiór materiału.

Mięso komórkowe pozostaje tkanką zwierzęcą. Nie jest produktem roślinnym ani wegańskim, nawet jeśli część składników procesu produkcji pochodzi ze źródeł roślinnych. W nazewnictwie konsumenckim nie ma przy tym jednolitego, globalnego standardu, który rozstrzygałby, jak takie produkty powinny być opisywane na rynku.

Pożywka i bioreaktor: kontrola wzrostu

Namnażanie odbywa się w kultywatorze, czyli bioreaktorze przeznaczonym do hodowli komórek. Komórki otrzymują płynną pożywkę dostarczającą aminokwasów, soli mineralnych, witamin, węglowodanów i czynników wzrostu. Jej zadaniem jest zapewnienie warunków potrzebnych do wzrostu komórek. Skład pożywki wpływa więc na przebieg hodowli i jest jednym z kluczowych elementów procesu.

Technologia rozwija się także w kierunku pożywek bez surowicy. We wczesnych rozwiązaniach biotechnologicznych stosowano bydlęcą surowicę płodową, ale przemysł pracuje nad mediami syntetycznymi i roślinnymi, wolnymi od składników pochodzenia zwierzęcego. Nie należy zatem zakładać, że każda obecna lub rozwijana hodowla wymaga takiej surowicy. Jednocześnie samo przejście na medium bez surowicy nie przesądza o pełnym bilansie środowiskowym ani o koszcie produkcji.

Bioreaktor musi utrzymywać warunki odpowiednie dla komórek w objętości znacznie większej niż laboratoryjna. Skalowanie procesu oznacza konieczność zachowania parametrów hodowli mimo zwiększenia jej skali. W laboratorium można kontrolować niewielką objętość; produkcja przemysłowa wymaga podobnej kontroli w większym układzie. To jedna z istotnych barier technologicznych, obok ceny składników pożywki i uzyskania powtarzalnego wzrostu.

Pożywka nie jest dodatkiem do procesu. To środowisko, które dostarcza komórkom składników potrzebnych do wzrostu i wpływa na powtarzalność hodowli.

Rusztowania, które nadają tkance strukturę

Namnożone komórki mogą tworzyć biomasę, ale uzyskanie struktury przypominającej stek lub filet wymaga dodatkowego etapu. Komórki muszą osadzać się na trójwymiarowym rusztowaniu, określanym także jako rusztowanie tkankowe. Jego funkcją jest naśladowanie części właściwości macierzy zewnątrzkomórkowej, czyli środowiska, w którym komórki organizmu tworzą tkanki.

Rusztowania mogą być wykonane z materiałów jadalnych lub biodegradowalnych. Wśród rozważanych przykładów znajdują się alginian, bakteryjna nanoceluloza i żelatyna. Wybór materiału ma znaczenie technologiczne i żywieniowe: rusztowanie powinno umożliwiać wzrost komórek, a jego właściwości muszą odpowiadać typowi tworzonej tkanki.

Istotna jest sztywność materiału. Podawane wartości docelowe wynoszą około 11–12 kPa dla komórek mięśniowych i około 3 kPa dla komórek tłuszczowych. Różnica pokazuje, że mięsień i tłuszcz wymagają odmiennych warunków mechanicznych. W praktyce nie wystarczy więc użyć jednego podłoża i oczekiwać, że wszystkie typy komórek będą rozwijały się w ten sam sposób.

Zakres zastosowania rusztowań zależy od produktu końcowego. W przypadku struktury przypominającej filet potrzebne jest uformowanie tkanki o określonej organizacji. Produkt w postaci rozdrobnionej biomasy może stawiać inne wymagania. Z tego względu określenie „mięso komórkowe” obejmuje różne rozwiązania technologiczne, a nie jeden standardowy proces.

Czas hodowli i ograniczenia skali

Cykl hodowlany trwa zazwyczaj od 2 do 8 tygodni, zależnie od gatunku i pożądanej postaci produktu. To czas samego procesu hodowli, a nie pełny opis całego łańcucha produkcji. Obejmuje on namnażanie komórek w warunkach kontrolowanych, ale nie powinien być automatycznie utożsamiany z czasem potrzebnym na przygotowanie wszystkich surowców, wyposażenia i dalszych etapów przetwarzania.

W dyskusji o innowacjach w alternatywnych białkach często akcentuje się potencjalne korzyści środowiskowe. Analizy modelowe wskazują, że przy zasilaniu energią ze źródeł odnawialnych możliwe są wysokie redukcje emisji gazów cieplarnianych i wykorzystania gruntów. W przytaczanych szacunkach sięgają one do 90–92%. To jednak wynik modelowania, a nie uniwersalny pomiar każdej działającej instalacji. Rezultat zależy m.in. od źródła energii, składu pożywki, wydajności hodowli i skali produkcji.

Równie ostrożnie należy traktować prognozy kosztu. Pierwszy prototyp laboratoryjnego burgera, zaprezentowany w 2013 roku, wiązał się z kosztem około 290 tys. euro. Ta kwota opisuje historyczny prototyp, a nie cenę produktu dostępnego dziś na rynku. Nie ma również ustalonej ceny kilograma mięsa komórkowego w masowej skali komercyjnej. Wczesny koszt demonstracyjnego produktu nie pozwala wiarygodnie wyliczyć przyszłej ceny sklepowej.

Skalowanie wymaga jednoczesnego rozwiązania kilku problemów: zwiększenia objętości hodowli, utrzymania jej stabilności, ograniczenia kosztu pożywki i uzyskania materiału o powtarzalnych właściwościach. W przypadku produktów strukturalnych dochodzi jeszcze projektowanie rusztowań i organizacja tkanki. Spadek kosztu jednego elementu nie gwarantuje więc opłacalności całego procesu.

Dopuszczenie do sprzedaży w Unii Europejskiej

Mięso hodowane komórkowo podlega w Unii Europejskiej procedurze dla nowej żywności, określanej jako Novel Food. Ocenę bezpieczeństwa w tym systemie koordynuje Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności. Dopóki produkt nie uzyska wymaganej autoryzacji, nie może być sprzedawany konsumentom na rynku unijnym.

Do tej pory żaden produkt z hodowli komórkowej nie uzyskał w UE dopuszczenia do sprzedaży konsumenckiej. Złożenie wniosku nie jest równoznaczne z zatwierdzeniem, a sama procedura może wymagać szczegółowej oceny dokumentacji. Wśród składanych wniosków wymieniano m.in. hodowany tłuszcz wołowy oraz foie gras. Nie zmienia to aktualnego statusu rynkowego: mięso in vitro w sklepach w Polsce i innych państwach UE nie jest legalnie dostępne jako zatwierdzony produkt konsumencki.

Historia regulacyjna poza UE jest inna. Singapur jako pierwszy kraj dopuścił komercyjną sprzedaż mięsa hodowanego komórkowo w grudniu 2020 roku. W Stanach Zjednoczonych w 2023 roku zatwierdzono pierwsze produkty tego typu w ramach kompetencji właściwych organów. Te decyzje nie przenoszą się automatycznie na rynek europejski. Każdy system regulacyjny ocenia produkt według własnych procedur.

Dla konsumenta praktyczna kolejność oceny jest więc prosta:

1. Sprawdzić, czy produkt ma dopuszczenie do sprzedaży na danym rynku. W przypadku Unii Europejskiej mięso komórkowe nie uzyskało dotąd takiej autoryzacji.

2. Odróżnić mięso komórkowe od roślinnego zamiennika. Nazwa lub marketingowa kategoria produktu nie zastępuje informacji o jego źródle.

3. Oceniać deklaracje środowiskowe w odniesieniu do warunków produkcji. Wyniki modelowe zależą m.in. od źródła energii i parametrów procesu.

4. Traktować prognozy ceny i dostępności jako nieustalone, dopóki nie ma danych o produkcji w skali komercyjnej.

Zatwierdzenie w jednej jurysdykcji nie oznacza dopuszczenia w UE. Dla europejskiego rynku decydująca pozostaje procedura Novel Food.

Co technologia mówi o przyszłości rynku

Mięso hodowane komórkowo jest obszarem biotechnologii żywności, a nie kolejną odmianą produktu roślinnego. Jego potencjał zależy od tego, czy da się połączyć stabilną hodowlę komórek, kontrolowany skład pożywki, właściwe rusztowanie i powtarzalną produkcję w większej skali. Do tego dochodzi ocena bezpieczeństwa i formalne dopuszczenie do obrotu.

Na obecnym etapie najbardziej konkretne są parametry procesu: cykl trwający zwykle 2–8 tygodni, różne wymagania mechaniczne dla komórek mięśniowych i tłuszczowych oraz rozwój mediów bez surowicy. Znacznie mniej pewne pozostają cena masowej produkcji, bilans środowiskowy konkretnej instalacji i termin pojawienia się produktów na półkach w Unii Europejskiej.

Bilans rynkowy jest zatem ograniczony przez trzy warunki: produkcja musi osiągnąć powtarzalność technologiczną, koszty całego procesu muszą umożliwić sprzedaż, a produkt musi przejść ocenę regulacyjną. Dopóki te warunki nie zostaną spełnione łącznie, mięso komórkowe pozostaje rozwijaną technologią, a nie kategorią dostępną w europejskim handlu detalicznym.