Rolnictwo komórkowe jest kluczowym filarem w szybko rozwijającym się sektorze Nowej Żywności, który obejmuje również alternatywy oparte na roślinach, mikroorganizmach i owadach. Rolnictwo komórkowe, nastawione na szybki wzrost w ciągu następnej dekady, będzie odgrywało ważną rolę w spełnianiu przyszłych wymogów żywieniowych, a jednocześnie odciąży obecne systemy produkcji żywności i środowiska.

Jak to działa?

Rolnictwo komórkowe pozwala wykorzystywać pojedyncze komórki roślin i zwierząt lub organizmy jednokomórkowe do wytwarzania produktów rolnych. Należą do nich mięsa, owoce morza, nabiał i inna żywność bogata w białko oraz składniki funkcjonalne, które są wytwarzane za pomocą inżynierii tkankowej lub precyzyjnej fermentacji bez konieczności „hodowania” całych zwierząt lub roślin.

Inżynieria tkankowa jest wykorzystywana do produkcji na bazie komórek lub hodowli mięsa, owoców morza i mleka. Aby wyprodukować mięso i owoce morza na bazie komórek, naturalne lub genetycznie zmodyfikowane komórki macierzyste są pobierane z żywego zwierzęcia i hodowane w bogatych w składniki odżywcze warunkach w bioreaktorze, gdzie działają naturalne mechanizmy wzrostu i regeneracji. Komórki różnicują się na typy — albo komórki mięśniowe, albo tłuszczowe — a następnie są hodowane na rusztowaniu lub dalej przetwarzane jako mięso mielone.

Podobną metodę stosuje się w produkcji mleka na bazie komórek. W tym przypadku komórki gruczołów mlecznych ssaków są unieruchomione w bioreaktorzez włókna kanalikowego. W rezultacie komórki wydzielają mleko pełne, które ma taki sam profil makroskładników odżywczych jak mleko krowie lub ludzkie, w zależności od źródła komórek.

Precyzyjna fermentacja to nowe rozwiązanie uzupełniające dobrze znane metody, które są już szeroko stosowane w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Proces ten polega na pobraniu genu kodującego, np. białka docelowego z organizmu dawcy, takiego jak krowa, i wstawieniu go do DNA gospodarza. Gospodarz, często jednokomórkowy organizm, np. bakterie lub drożdże, jest hodowany w zbiorniku fermentacyjnym, co powoduje, że wytwarza on białko docelowe w dużych ilościach. Powstałe białko jest oddzielane od komórek gospodarza, oczyszczane i zazwyczaj suszone w celu stworzenia proszku, który może być wykorzystany np. jako słodzik, składnik lodów mlecznych lub kolagen.

Podobnie precyzyjna fermentacja jest wykorzystywana w produkcji składników roślinnych, np. hemu sojowego. Tutaj DNA jest pobierane z rośliny soi i wprowadzane do drożdży poprzez inżynierię genetyczną. Po fermentacji hem sojowy, który jest podobny do hemu zwierzęcego, może być stosowany w substytutach mięsa w celu nadania czerwonego lub różowego koloru, tekstury i smaku przypominającego mięso.

Jakie są wyzwania?

Osiągnięcie zdolności produkcji na skalę przemysłową oraz parytetu cenowego dla produktów rolnictwa komórkowego wymaga pokonania określonych przeszkód.

W przypadku inżynierii tkankowej obejmuje to:

• obniżenie kosztów materiałowych poprzez: stosowanie precyzyjnej fermentacji do produkcji składników pożywek (np. peptydów), recykling pożywek oraz stosowanie mniej wymagających linii komórkowych, 
• zwiększenie wydajności produkcji poprzez: zaprojektowanie dopasowanych do potrzeb bioreaktorów, które są duże i skalowalne, a jednocześnie minimalizują uszkodzenia komórek.

W przypadku precyzyjnej fermentacji obejmuje to:

• poprawę produktywności i efektywności gospodarza,
• zmniejszenie wymagań dotyczących sterylności w celu obniżenia kosztów produkcji,
• recykling ciepła metabolicznego i wychwytywanie CO2 do ponownego wykorzystania w celu zwiększenia efektywności energetycznej i ograniczenia do minimum emisji gazów cieplarnianych.

W jaki sposób możemy maksymalnie wykorzystać rolnictwo komórkowe?

Osiągnięcie pełnego potencjału rolnictwa komórkowego zajmie dekady, jednak istnieją kroki, które możemy podjąć, aby nabrało rozpędu. Jednym z nich jest szukanie uproszczonych rozwiązań, takich jak np. rozpoczęcie procesu precyzyjnej fermentacji z zastosowaniem zatwierdzonych szczepów drożdży. Kolejnym pomysłem są produkty hybrydowe, które łączą składniki oparte na komórkach z żywnością pochodzenia roślinnego, poprawiając smak, teksturę i wartości odżywcze tej ostatniej. Również rusztowania oparte na grzybach i roślinach mogą być wykorzystywane jako podpory do wzrostu komórek mięśniowych, co obniża koszty produkcji.

Na poziomie makro organy regulacyjne powinny już teraz prowadzić dyskusje na temat tego, co jest wymagane do wprowadzenia Nowej Żywności na rynek, zanim pojawią się zastosowania. Byłoby to korzystne dla wszystkich zainteresowanych stron i poprawiło skuteczność i szybkość wprowadzania produktów na rynek. Innym oczywistym i ważnym czynnikiem jest zwiększenie inwestycji w nowe firmy i przedsiębiorstwa zajmujące się rolnictwem komórkowym, aby przyspieszyć prace badawczo-rozwojowe i zwiększyć skalę produkcji — i oczywiście zapewnić wykorzystanie energii odnawialnej w całym procesie.

Wreszcie, budowanie zaufania konsumentów jest niezbędne, aby te produkty zyskały popularność. Wymaga to przejrzystej i regularnej komunikacji na temat sposobu wytwarzania tych produktów oraz ich związku z żywnością i lekami, które ludzie już lubią i na których polegają na co dzień — niezależnie od tego, czy jest to ser czy insulina.

Według prognozy firmy McKinsey & Co do 2030 roku hodowla mięsa osiągnie poziom kosztów równy produkcji mięsa w sposób konwencjonalny. Oznacza to, że nadszedł już czas na rozpoczęcie tych dyskusji.