KTU mokslininkai kuria ateities mėsą: bus galima tiksliai kontroliuoti jos maistinę vertę

Ar įmanoma pagaminti mėsą neauginant gyvūno? Mokslininkai visame pasaulyje ieško būdų, kaip sukurti tvarius ir maistingus baltymų šaltinius, galinčius patenkinti augantį maisto poreikį. Viena perspektyviausių krypčių – kultivuojama mėsa, auginama iš gyvūnų ląstelių laboratorijoje. Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai kartu su partneriais tiria, kaip sukurti struktūrą, leidžiančią tokiam audiniui augti panašiai kaip natūraliame raumenyje.

Kultivuojama mėsa – tai iš gyvūnų ląstelių laboratorijoje arba bioreaktoriuose išauginta mėsa, neauginant viso gyvūno. Šis procesas vyksta keliais etapais: pirmiausia paimamos gyvūno raumenų ląstelės, vėliau jos dauginamos maistinėje terpėje, kur jos auga ir formuoja raumeninį audinį. Galutinis produktas biologiškai atitinka gyvūnų raumenų audinį, tačiau yra pagamintas kitu būdu.

Galimybė kontroliuoti produkto maistinę vertę

KTU Cheminės technologijos fakulteto (CTF) Maisto mokslo ir technologijos katedros vedėja, docentė dr. Dalia Čižeikienė pasakoja, kad alternatyvų mėsai tema išryškėjo dėl kelių aiškių tendencijų: didėjančio pasaulio gyventojų skaičiaus, aplinkosauginių iššūkių, poreikio efektyviau naudoti išteklius ir kintančio vartotojų požiūrio.

KTU mokslininkė pastebi, kad kultivuojama mėsa laikoma perspektyvia technologija, nes teoriškai gali užtikrinti efektyvesnį išteklių naudojimą. Ji taip pat padeda spręsti gyvūnų gerovės klausimus, kadangi mėsos gamybai nereikia auginti ir skersti gyvūnų. Be to, gamyba bioreaktoriuose leidžia tiksliau kontroliuoti mikrobiologinę saugą, riebalų sudėtį ir bendrąją produkto maistinę vertę. Tokiu būdu atsiranda galimybė kurti naujus produktus, pavyzdžiui, mėsą su optimizuotu riebalų profiliu.

„Augaliniai mėsos pakaitalai gaminami iš augalinių baltymų (pavyzdžiui, sojų, žirnių ir kt.), kurie po technologinio perdirbimo imituoja mėsos skonį ir tekstūrą. Tačiau jie neturi gyvūninio audinio struktūros. Tuo tarpu kultivuojama mėsa gaminama iš gyvūninių ląstelių ir biologiniu požiūriu yra tikra mėsa, turinti raumenų ląstelių“, – pažymi ji.

Gali būti panaši į tradicinę mėsą

Pasak D. Čižeikienės, apie kultivuojamą mėsą vis dar sklando nemažai mitų. Vienas dažniausių – teiginys, kad tai dirbtinė arba sintetinė mėsa. Iš tikrųjų ji nėra sintetinė, nes gaminama iš tikrų gyvūninių ląstelių, kurios natūraliai auga, tik ne gyvūno kūne.

„Kitas mitas – kad joje yra daug chemikalų. Tačiau ląstelėms augti reikalingos tos pačios maistinės medžiagos kaip ir gyvame organizme: aminorūgštys, cukrūs ir mineralai, todėl kultivuojama mėsa nėra cheminė mėsa“, – aiškina KTU mokslininkė.

Taip pat manoma, kad ji susijusi su genetine modifikacija, tačiau kultivuojamos mėsos gamyba nebūtinai ją apima – dauguma projektų naudoja natūralias gyvūnų ląsteles.

„Dar vienas paplitęs įsitikinimas – kad tokia mėsa niekada nebus panaši į tikrą mėsą. Vis dėlto, kadangi ji sudaryta iš tų pačių raumenų ląstelių, teoriškai jos struktūra ir maistinė vertė gali būti labai panašios į tradicinę mėsą“, – pabrėžia ji.

Kultivuojama mėsa jau gali atkartoti kai kuriuos audinio struktūros elementus, tačiau visiškai identiškos natūraliai mėsai sudėtingos audinio struktūros – ypač viso gabalo mėsos, pavyzdžiui, kepsnio – atkūrimas vis dar yra vienas didžiausių technologinių iššūkių.

Auga kaip natūraliame raumenyje

Dirbtiniai karkasai (angl. scaffold) – tai trimatės (3D) struktūros, pagamintos iš biomedžiagų, prie kurių ląstelės gali prisitvirtinti, daugintis ir formuoti audinį. Kultivuojamos mėsos kontekste tokie karkasai veikia kaip valgomos ekstraląstelinės matricos (ECM) pakaitalas: jie suteikia ląstelėms atraminį paviršių ir erdvinę struktūrą.

„Vien tik užauginta ląstelių masė dažniausiai primena ląstelių pastą. Nors biologiškai tai gali būti raumenų ląstelės, toks produktas nebus panašus į mėsą, nes jam trūks trimatės struktūros ir kryptingo skaidulų išsidėstymo. Tikra mėsa yra organizuotas audinys, kuriame raumenų skaidulos išsidėsto tam tikra kryptimi. Pluoštiniai karkasai leidžia suformuoti skaidulų išsidėstymą, artimą natūraliai raumens struktūrai, ir padeda audiniui įgyti tūrinę formą, mechaninį tvirtumą bei struktūrinį vientisumą“, – pažymi jis.

Pasak D. Čiužo, pluoštiniai karkasai suteikia ląstelėms tinkamą mikroaplinką, panašią į tą, kurią jos natūraliai patiria organizme. Raumenų satelitinės ląstelės lengvai prisitvirtina prie paviršių, todėl jų augimui būtina tinkama atrama. Karkaso paviršiaus struktūra ir skaidulų kryptis sudaro sąlygas ląstelėms elgtis panašiai kaip natūraliame raumenyje: išlygiuotos pluoštinės struktūros skatina jas išsidėstyti viena kryptimi, susilieti į miotūbus ir formuoti raumeninį audinį.

Biologiškai aktyvūs karkasai perduoda ląstelėms signalus, kurie padeda joms geriau prisitvirtinti, augti, kryptingai išsidėstyti ir formuoti raumenų skaidulas. Projekto metu karkaso paviršius papildomai modifikuojamas RGD peptidais – molekulėmis, kurios sukuria ląstelėms specifinius prisitvirtinimo taškus ir skatina jų virtimą raumenų ląstelėmis.

Praturtina mėsą augaliniais baltymais

KTU mokslininko teigimu, kultivuojamos mėsos tyrimuose pasaulyje naudojami įvairių tipų karkasai – mikronešikliai, porėtos trimatės struktūros, hidrogeliai, pluoštiniai karkasai, nuląstelinti augaliniai audiniai ir kiti sprendimai. Tačiau kiekviena iš šių sistemų turi tam tikrų apribojimų. Pavyzdžiui, mikronešiklius vėliau reikia atskirti nuo ląstelių, o hidrogeliai dažnai būna per minkšti ir neturi pakankamai vietų ląstelėms prisitvirtinti.

Įgyvendinant šį projektą pluoštiniai karkasai iš valgomų augalinių baltymų kuriami naudojant elektroverpimo technologiją.

Augaliniai baltymai yra valgomi, atitinka maisto saugos reikalavimus ir leidžia kurti funkcionalius, mechaniškai tvirtus pluoštinius karkasus. Žirnių, sojos, kukurūzų ar lęšių baltymai lengvai prieinami, plačiai naudojami maisto pramonėje ir technologiškai tinkami apdoroti elektroverpimo būdu.

„Jei valgomi, biologiškai aktyvūs ir didesnio masto gamybai pritaikomi pluoštiniai karkasai pasiteisintų, jie leistų kurti struktūruotą raumeninį audinį be gyvūninės ar sintetinės kilmės komponentų, pagerintų kultivuojamos mėsos tekstūrą ir bendrą produkto kokybę. Tokie sprendimai supaprastintų gamybos procesus, būtų lengviau integruojami į bioreaktorius ir padėtų greičiau atitikti Europos Sąjungos naujų maisto produktų (angl. novel food) reikalavimus“, – papildo D. Čiužas.