ELTE, Kémiai Intézet, MTA Könyvtár és Információs Központ ...

LXXV. ÉVFOLYAM 6. SZÁM ● 2020. JÚNIUS ● DOI: 10.24364/MKL.2020.06 191

KITEKINTÉS

Braun Tibor ELTE, Kémiai Intézet, MTA Könyvtár és Információs Központ | [email protected]

Lombikból az étkezőasztalra

Sejttenyésztett hús állati hús helyettesítéséreElőszó

Az ENSZ Nemzetközi Élelmezési és Mező-gazdasági Szervezete (FAO) úgy találja, hogyamennyiben nem történnek intézkedéseka haszonállat-tenyésztés és a hústermeléstovábbi növekedésének mérséklésére, azelőre jósolt hústermelés 465 millió tonnáranövekszik 2050-re [1].

Már eleve nem látszott könnyű feladat-nak röviden összefoglalni azokat az ered-ményeket, amelyeket eddig jelen témánk-ban publikáltak. Mi itt azokat szeretnénkröviden bemutatni, amelyek jelen pillanat-ban a világon a számos tenyészállat húsá-nak helyettesítésére hasonló étkezési tu-lajdonságokkal rendelkező sejttenyésztetthús előállításával foglalkoznak. Erre a fo-lyamatra az angol nyelv számos kifejezésthozott létre és használ. A címben említettsejttenyésztett húst egyaránt nevezik invitro, hamis (fake), szintetikus (synthetic),utánzott (mock), sejttenyésztett (cell cul-tured), lombik (flask), laboratóriumbannövesztett (lab-grown), kémcsőben létre-hozott (test-tube), áldozatmentes (victim-less) húsnak is. Nem szükséges túlságosandús fantázia ahhoz, hogy a mögöttük fel-halmozott szakirodalom tengernyi mére-tére következtetni lehessen. Ennek értel-mében témánkat mindenképpen szűkítenikell azzal, hogy a bemutatást dióhéjba illőméretűre zsugorítsuk, illetve alátámasztá-sára a legmegfelelőbb ábraanyaggal egé-szítsük ki. Már a legelején meg kell emlí-tenünk, hogy az állati húspótlást növényialapanyagok felhasználásával is megkísé-relték, mondhatnánk úgy, hogy vegetáriá-nus módon, de mi itt ezzel nem foglalko-zunk.

Figyelmünk tárgya kizárólag az állatisejtekből létrehozandó sejttenyésztett (invitro) hús rövid összefoglalása [2–6].

Bevezetés

Az állati hús előállítása, mint utaltunk rá,fenntarthatatlan nyomást helyez a környe-zetre. Hatalmas víz- és földigénye miattsokan úgy tartják, fenntarthatatlan a hús-termelés a világon, miközben ennek dacá-ra globálisan nő az állati hús iránti keres-let. Csak példaként említjük, hogy az élő-állat húselőállítása 18%-kal járul hozzá azüvegházhatás következtében a légkörbe jutógázok létrejöttéhez. Ez önmagában na-gyobb, mint amit a világ úthálózatán köz-lekedő járművek okoznak. A népességet ál-talában biztatják arra, hogy az időjárás ésa klíma rendben tartására korlátozzák agépkocsik használatát. Az viszont nagyonvalószínűtlen, hogy hasonló célból kérjéka húsfogyasztás csökkentését is. Számosmás okból a következtetés világos: az em-beriség nem lesz képes a jelenlegi magasállati húsfogyasztás folytatására.

Ennek a kérdésnek a feloldására a meg-felelő választ a sejttenyésztett hús előállítá-sa jelenti. Ezen az úton a sejttenyésztetthús folyamatos ipari méretű előállítása he-lyettesítené a mezőgazdasági előállítást vagyannak egy részét. Ez a gondolat már meg-lehetősen régen megszületett a múltban.1894-ben a neves francia vegyész, Marcel-lin Berthelot felvetette, illetve előre látnivélte, hogy 2000-ben a népesség az élő ál-latok helyett inkább laboratóriumban elő-állított tenyésztett húst eszik majd. Nemsokkal azután egy német szerző, Velatusálnéven (valódi neve Kurd Lasswitz)Auf zweiPlaneten című, 1897-ben írt sci-fi regényé-ben említést tett a Marsról érkezett Föld-re szállókról, akik számos újdonságot hoz-tak magukkal, a mesterséges élelmiszere-ket beleértve [7]. Ezek egyike a sejttenyész-tett állathús volt. Említésre érdemes mégAlexis Carrel kísérlete 1912-ben [8], akineksikerült csirkeszívizmot életben tartani és

dobogtatni Petri-csészében ezzel bizonyít-va, hogy izomszövetet testen kívül is mű-ködtetni lehet, amennyiben megfelelő táp-anyaggal látják el.

A fenti ötletek nem kerültek további em-lítésre egészen 1930-ig, amikor FrederikEdwin Smith, Birkenhead első Earlje „Élet2030-ban” címmel a Strand nevű maga-zinban leírta látomását, miszerint: „Nemlesz a továbbiakban szükség arra az ext-ravagánsan hosszú tenyészidőre egy szar-vasmarha esetében ahhoz, hogy a steakjeelfogyasztható legyen. Megfelelő kiválasz-tású és puhaságú steakből növeszteni lehetmajd annyi szaftos steaket, mint ameny-nyire szükség lesz” [9]. 1932-ben Thoughtsand Adventures című esszégyűjteményé-ben Winston Churchill leírta [10], hogy „Weshall escape the absurdity of growing thewhole chicken in order to eat the brest orwing, by growing these parts separately un-der a suitable medium”. Ezt követően Wil-lem van Eelen 1940-ben laboratóriumbankísérletezett sejttenyésztett hús létrehozá-sával, ezért sokan őt tartják a lombikhúskeresztapjának [11].

Annak ellenére, hogy az említett példákbizonyos mértékben még ma is tudomá-nyos fantasztikumnak hangzanak, az utób-bi 15–20 év során egyre gyakrabban olvas-ni olyan eredményekről, amelyek a sejtte-nyésztett húsról számolnak be kutatási vagyfejlesztési szinten.

Mindezekhez hozzá kell tenni, hogy azállati jogok harcosai és a környezetvédőkmár az elejétől kezdve rokonszenveztek asejttenyésztett hús ötletével. A táplálkozás-tudományi szakemberek két táborra osz-lanak a sejttenyésztett hús kérdésében.Vannak, akik úgy vélik, hogy laboratóriu-mi körülmények között jól szabályozhatólenne a hús fehérje- és zsírtartalma, ígypontosabban lehetne összeállítani a külön-böző céloknak megfelelő étrendeket. Az

192 MAGYAR KÉMIKUSOK LAPJA

KITEKINTÉS

ellentábor viszont amiatt aggódik, hogymégiscsak mesterségesen előállított élel-miszerről van szó, így nem látható előre,hogy tömeges előállítása milyen hatássallesz az emberi szervezetre. Másrészt vi-szont az állatvédők szerint jobb hely lennea Föld, ha a vágóhidakon nem ölnének mil-liárdszámra élő teremtményeket, és az ét-kezésünkhöz szükséges húst inkább mes-terségesen állítanánk elő. Itt kell említeni,hogy a PETA (People for the Ethical Treat-ment of Animals) elnevezésű amerikai ál-latvédő szervezet [12], amely egyébként azilyen szervezetek legnagyobbika a világon,nemrég 1 millió dolláros díjat ajánlott fel asejttenyésztett hús előállítására – annak akutatónak, aki elsőként dolgozza ki a la-boratóriumi sejttenyésztett hús előállításieljárását.

A tenyésztett hús témájában a médiábanidőnként vegyes, néha megtévesztő beszá-molók jelennek meg. Ilyenkor más médiu-mok felkapják a hírt, és vagy úgy állítjákbe, mintha a mesterséges hús közeli meg-valósítás alatt állna, vagy ennek az ellen-kezőjét írják: olyan távoli időpontra jósol-ják a megvalósíthatóságát, hogy a hír el-lenőrzése valószínűtlen vagy egyenesen le-hetetlen.

Állati sejttípusok

Az őssejtekből tenyésztett hús előállításá-hoz a kutatók tűbiopsziával sejtmintát vesz-nek valamely állatból ahhoz, hogy a sejte-ket laboratóriumban (in vitro) szaporítsák(1–2. ábra). A szaporításhoz használt sej-tek lehetnek embrionális őssejtek vagy tel-jesen kifejlett izomsejtek. Bár az embrio-nális őssejtek szaporodnak a leggyorsab-ban, nehezen választhatók el és alakítha-tók át más jellegzetes sejttípusokká. Más-részt a teljesen kifejlődött izomsejtek mára kívánt sejttípusok formájában vannak,de ezek alig szaporodnak. Ezért a jelenlegfolyó kutatások változni tudó, úgynevezettszatellit-sejteket használnak, mert ezek el-fogadható szaporodást mutatnak.

Miért bizonyult a műhús előállítását cél-zó kutatás olyan lassúnak, miközben anem ehető hússal kapcsolatos sejtnöveke-dés kutatása számos sikert hozott? Ennekalapvető oka az ehető hús meglehetősenbonyolult szerkezete. Annak ellenére, hogya húst harántcsíkolt izmokból állónak te-kintik, az lényegében egymással összefüg-gő és bonyolult szövetfajtákból tevődik ösz-sze. A harántcsíkolt izom együtt létezik akötőszövettel, ami önmaga fibrociták, ős-sejtek, inak, idegszálak, nyirok-, véredé-nyek és más sejtfajták összetett együttese.

Étkezési szempontból nemcsak ezek a szö-vetek különböznek szerkezetileg egymás-tól, hanem a harántcsíkolt izom maga arány-lag ízetlen. Az ehető állati steak lényegé-ben a „márványozástól” függ, azaz a zsír-savak eloszlásától, és a zsír az, ami a legin-kább hozzájárul a sült hús ízéhez. A zsírhiánya ízetlen, gusztustalan terméket ered-ményez.

A tömegesen előállított állati sejtek lét-rehozásának lehetőségét tárgyaló publiká-ciók általában egyetlen sejttípus tenyész-tésével foglalkoznak. Ez sajnos nem járhatóút a használható mesterséges hústermékelőállítására. Meg kell említeni, hogy a ku-tatásokhoz széles skálájú tápanyagrend-szerek is szükségesek. Eredményként pub-likálták, hogy a cianobaktériumok a leg-megfelelőbb jelöltek ehhez, mivel összeté-telük a száraz anyag körülbelül 70%-át te-szi ki, és növesztésük bioreaktorokban arány-lag egyszerű. A bioreaktorok lehetővé te-szik tiszta állati sejttenyészetek nagy meny-nyiségű előállítását. Újabb kutatások azt is

kimutatták, hogy sejttenyésztett húsokatolyan termékekhez, mint kolbászok, bur-gerek vagy húsgombócok, amikhez darálthúst használnak, könnyebb előállítani [3].Strukturáltabb szerkezetű tenyésztett hús,például a steak előállítása nagyobb kihí-vást jelent. Egy steak izomszövetből áll,amiben az élő állatokban a nagyon keskenyés hosszú kapillárisok közvetlenül a sejt-hez szállítják a vért és a tápanyagokat [13].Az ilyen bonyolult rendszer in vitro felépí-tése sokkal nehezebb, mint sejtekből ösz-szerakni a sejtgombócokat, amelyek na-gyobb sejtgombócokká nőnek, és így in-vitro csirkegombócnak tekinthetők.

Gyakorlati sejttenyésztés

A legfontosabb kihívások, amelyeken felülkell kerekedni az állati sejttenyésztett húsesetében, az íz, a textúra, az egészség és agazdaság. A végső cél az izomsejtekből te-nyésztett hús esetében az, hogy a sejteketolyan közismert tenyésztett állatok sejtje-

1. ábra. Marhából biopsziával vett sejtek tenyésztése [16]

2. ábra. Sertésből biopsziával vett sejtek tenyésztése [16]

-

-

-

-

-

- -

-

Ö

-

LXXV. ÉVFOLYAM 6. SZÁM ● 2020. JÚNIUS ● DOI: 10.24364/MKL.2020.06 193

KITEKINTÉS

iből vegyék, mint például a sertések, szar-vasmarhák, juhok, csirkék vagy pulykák.Az 1990-es évek végén felfedezték, hogyeukariotikus sejtszövetek az állaton kívülis több napig életben tarthatók langyos fi-ziológiás sóoldatban [14]. Továbbra is vitatárgyát képezi, hogy melyek azok a sejttí-pusok, amelyek a sejttenyésztett hús elő-állítására leginkább használhatók. Az ős-sejtek, a teljesen meghatározott izomsej-tek vagy más sejtek képezik a szaporítha-tó sejteket. A differenciálódott sejtek kor-látozott szaporodási kapacitást mutatnak.A teljesen kialakult izomsejtek nehezenszaporodnak általában, ezért használha-tatlanok tenyésztett hús in-vitro szaporí-tására. Az őssejtek több kétszereződési ide-ig is differenciálatlan állapotban marad-hatnak, miközben megtarthatják azt a ké-pességüket, hogy legalább egy specifikussejttípussá differenciálódjanak és gyorsanszaporodjanak. Kérdés az is, hogy az ős-sejtek embrionális totipotens vagy felnőttőssejtekre oszthatók-e. A jelenlegi tudásszerint ez utóbbiak szükségesek a szövetekregenerálására és javítására, de nem ren-delkeznek korlátlan in vitro sejtburjánzásikapacitással. Ezzel ellentétben az embrio-nális őssejt esetében felnőtt szaporodó ős-sejteket készítettek sertésekből és szarvas-marhákból, miközben embrionális őssej-tek csak emberekből, rhesus majmokból,egerekből és patkányokból származhatnak[3]. Egyes kutatók iPS (induced pluripo-tent stem) sejteket említenek – mint le-hetséges kezdősejteket – tenyésztett húselőállítására. Ezek differenciálódott sejtek,amelyeket embrionális sejtszerű állapotbaprogramoztak át.

Közegekőssejt tenyésztésére

E törekvés célja olyan közeg előállítása,amiben a sejtek növekedhetnek, gazdasá-gosan és állati alkotóelemektől (példáulszérum) függetlenül. Az őssejt növesztésérefontos, hogy a sejtek elkülönítetlenül ma-radjanak és megtartsák szaporodási tulaj-donságukat. Embertől és egértől szárma-zó őssejteket gyakran tápláló sejtrétegekenkell növeszteni, miközben a felnőtt őssej-tek növekedése kevésbé függ ilyen táplálórétegektől. Ezeknek a közegeknek sókat ésásványokat, glükózt, aminosavakat, zsír-savakat és vitaminokat kell tartalmazniuk.Különös figyelmet kell fordítani az alapvetőaminosavak jelenlétére [3]. A folyamat ste-rilitása elkerülhetetlen, mivel a baktériu-mok, gombák és élesztők is jól növeked-nek az ilyen közegekben.

Sejtdifferenciálódás

Hasonlóan az őssejt-termeléshez szüksé-ges közegekhez, az izomsejtek előállításá-hoz a közegek lehetővé kell tegyék az izom-sejt jellegzetes és szükséges differenciáló-dását. Mivel a tenyésztett húsnak nincse-nek meg azok az emésztési szervei, ame-lyek élőlények esetében megvannak és ame-lyek a táplálékot a sejtek ellátására bizto-sítják, a közegnek képesnek kell lennie asejtek által igényelt közegek közvetlen táp-lálására. Egy élő tenyésztett állati sejt ele-mi összetétele: szén (C), hidrogén (H), oxi-gén (O), nitrogén (N), kén (S) és foszfor(P), valamint ásványok, például kálium (K)és magnézium (Mg), ezért ezeket az ele-meket tartalmaznia kell az in vitro köze-geknek. A közegeknek menteseknek kelllenniük bizonyos összetevőktől, példáulborjúszérum nem használható tenyésztetthúshoz. Azonban a marhaszérum igen, mi-vel az tartalmazza a sejttenyésztéshez szük-séges növekedési faktorokat. Hátránya,hogy nagyon költséges, és a szérumot tar-talmazó közeg összetétele nem határozha-tó meg pontosan. Ezért a tenyésztett hús-hoz használt közegeknek költséghatékony-nak kell lenniük. E célra a legolcsóbb és

legnyilvánvalóbb megoldást a növényekbőlkivont sejtek képezik, részben a tisztítottnövekedési faktorokkal együtt.

Az izomszálak szövetépítése, szilárd felületek, ehető hordozók

Számos emlőssejt-típus kedveli, ha szilárdfelületre rögzíthető. Annak érdekében, hogyháromdimenziós in vitro hús készüljön,szilárd felületek, hordozók (scaffold) al-kalmazása szükséges. A legkedvezőbb az,ha a hordozó ehető, mert akkor nem szük-séges eltávolítani a végtermékből. Miutána felépített tenyésztett hússzövet főleg atermelés első fázisában nem tartalmazvéredényeket, eleinte csak vékony (maxi-mum 1 mm) sejtrétegek előállítása lehet-séges a tápanyag korlátozott diffúziója mi-att. A komplex háromdimenziós hordozókmegfelelő felületet nyújtanak. Annak ér-dekében, hogy azt a nyújtást helyettesít-sék, amit egy élőlény hoz létre, olyan hor-dozó alkalmazásával próbálkoznak, amiperiodikusan változtatja alakját, ezáltalmozgatva a sejteket. Ez alginátból, kito-zánból vagy nem állati forrásokból szár-mazó kollagénből előállított, stimuláló ha-tásokra érzékeny hordozóval oldható meg

3. ábra. Sertésbőlbiopsziával vettsejtek tenyésztésekorszerűbb bioreaktorral [14]

194 MAGYAR KÉMIKUSOK LAPJA

KITEKINTÉS

[15]. Ezáltal a hordozó periodikusan nyú-lik a hőmérséklet vagy a pH kis változásá-nak hatására. A sejtek ezenfelül rátapad-hatnak egy membránra vagy apró szem-csékre, amelyek egymásra halmozódhat-nak.

Összefoglalásunk befejezéseként ugyan-csak röviden ismertetjük azokat a beren-dezéseket, amelyekben a fentebb vázolt ésleírt alapanyagok összehozhatók és ame-lyekben a sejttenyésztés megkapja azokata közegeket, körülményeket, amelyekbenaz ellenőrzött sejtnövekedés lezajlik.

Bioreaktorok

A bioreaktorok, mint fentebb említettük,azok a sejttenyésztő edényszerkezetek, ame-lyekbe minden együtt kerül, a sejtek, a te-nyésztőközeg és a hordozó. A bioreaktor-nak el kell látnia a tápanyag-hozzáadást, alevegőztetést, a szennyeltávolítást, a higi-éniát, a sejtkitermelést és a folyamat ellen-őrzését. A sejttenyésztett hús előállításáraalkalmas bioreaktorok méretezését meg-felelőre kell tervezni. A hőmérséklet vál-toztatásával olyan környezetet teremtenek,amelynek hasonlítania kell az izomsejtekolyan edzéséhez, amilyenre például egy fit-ness-teremben kerül sor. A mechanikai ösz-tönzéshez elektromágneses nehézkedési ésfolyadékáramlásokat vesznek igénybe amioblasztok szaporodásánál és differenciá-lódásánál. A tenyésztett hús összetétele kisés nagy izomszálakból, kötőszövetekbőláll, és ezek hordozójaként kollagént, elasz-tint, valamint zsírsejteket vesznek igény-be. Ez utóbbiak jelentősen hozzájárulnaka végtermék ízéhez. Általában a sejttenyé-szeteket in vitro monokultúraként növesz-tik, és ez különbözik a tenyésztett állatokvázizmaitól, amelyek izomsejtekből, ideg-sejtekből, véredényekből és számos másösszetevőből állnak.

A mesterséges hús jelene, közép- és hosszú távú jövője

Jelen és rövid távon● A tenyésztett állatfajták őssejtjeinek

kutatása (sertés és szarvasmarha)

● A vázizom fejlesztésének kutatása● A tápközegek fejlesztésének kutatása● A sejttenyésztett hús fenntarthatósá-

gának kutatása ● Megfelelő vizsgálatok az ár-hatás ta-

nulmányozására ● Az új termék megítélésére/bevezetésé-

re végzett kutatás ● A tenyésztett sejtek interdiszciplináris

kutatása

Középtávon ● Bioreaktorok tervezése ● Az ár-hatás újraszámítása ● A fenntarthatóság újraszámítása ● Marketingstratégiák tervezése ● Vállalatok létrehozása sejttenyésztett

hús előállítására

Hosszú távon ● A bioreaktorok méretnövelése ● A terméktervezés teljesítménynövelése ● A forgalmazható termék árusításának

bevezetése

Utószó

A sejttenyésztett hús technológiájának be-vezetése nagy lehetőséget jelent az üveg-házgáz-kibocsátás visszaszorítására, hatal-mas, gazdálkodástól elvett területeket ad-hatnának vissza a természetnek, draszti-kusan csökkenthető lenne az állattartás-hoz felhasznált víz- és energiamennyiségés felszámolhatók lennének a nagyüzemimódszerek (vágóhidak) kegyetlen körül-ményei. Ezzel szemben az ellenzők termé-szetesen kijelenthetik, hogy a szintetikushús „természetellenes”, de ennek dacára afejlődés érdekében érdemes végiggondolniaz előnyöket, mielőtt a kifogások megfo-galmazódnak.

Függelék

Annak ellenére, hogy mint az írás több he-lyén is említettük, az állati sejtekből te-nyésztett húsok nem kerültek eddig keres-kedelmi forgalmazásra, illetve mindennapifogyasztásra sehol a világon, megemlítünkegy példát, ami ennek ellentmond. Ugyan-

is az Egyesült Államokbeli The Future Mar-ket nevű cég nemrég forgalmazni kezdettegy Cellular Seasonings című terméket (4.ábra), amiről azt írják, hogy 3 ízben (csir-kehús, marhahús, sertéshús) 100 %-ban azFDA (Federal Drug Administration) és azUSDA (United States Drug Administration)hatóság szabályainak megfelelő sejtte-nyésztett húsból bioreaktorban előállítottszárított izomcsíkok, valamint gyógyfüvekés fűszerek együtt darált porából áll, amikülönböző élelmiszerek ízesítésére kiváló-an alkalmazható [17]. ���

IRODALOM[1] M. Schlatzer, Tierproduktion und Klimawandel. Wien,

LIT Verlag, 2010. [2] M. A. Benjaminson, J. A.Gilchriest, Acta Astronauti-

ca (2002) 51, 879. [3] I. Datar, M. Detti, Innovative Food Science and Emer-

ging Technologies (2010) 11, 13. [4] P. E. Edelmann, D. C. McFarland, V. A. Mironov, J. G.

Matheny, Tissue Engineering (2005) 11, 659. [5] J. A. Foley, N. Ramankutty, Nature (2011) 478, 337. [6] B. A. Roelen, S. M. Lopes, Current Medicinal Che-

mistry (2008) 15, 1249. [7] https://en.wikipedia.org/wiki/Kurd_Lasswitz [8] https://en.wikipedia.org/wiki/Alexis_Carrel [9] https://en.wikipedia.org/wiki/F._E._Smith,_1st_Earl_

of_Birkenhead [10] https://www.goodreads.com/book/show/6497601-

thoughts-and-adventures [11] https://patents.google.com/patent/US7270829B2/en [12] PETA: https://www.peta.org/ [13] Z. G. Denis, in: F. Gulian, Functional Tissue Engine-

ering. Springer, New York, 2003.[14] H. P. Haagsnan, K. J. Hellingwerf, B. A. J. Roelen,

Production of animal proteins by cell systems deskstudy on cultured meat („kweekvlees”). UniversiteitUtrecht, Fakulteit Diergeneeskunde, 2009.

[15] V. V. Mironov, T.T rusk, Biofabrication (2009) 1, 1.[16] M. Gaythane, U. Mahanta, C. S. Sharma, Biomanu-

facturing Rev. (2018) 3, 1. [17] http://medium.com/The-Future-Market, http://the-

futuremarket.com/cellularseasonings

4. ábra. Cellular seasonings nevű, sejt-tenyésztett hús porításából készített ízesítő[17]

Harminc éve működik a Hubble-űrtávcső1,3 millió felvétel körülbelül 50 000 csillagászati célpontról, valamint sok mil-liónyi csillagról és pontszerűnek tűnő távoli galaxisról végzett fényességmé-rés – ez a Hubble-űrtávcső harmincéves működésének számszerűsíthető ered-ménye. A leghosszabb ideje működő űrteleszkópnak a kozmosz kutatásábanbetöltött szerepéről olvashatjuk Szabados László cikkét az mta.hu-n.