Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Giới Thiệu
Với sự gia tăng dân số toàn cầu dự kiến vượt 9 tỷ người vào năm 2050, nhu cầu thực phẩm, đặc biệt là thịt, dự kiến sẽ tăng mạnh. Tuy nhiên, sản xuất thịt truyền thống bằng chăn nuôi không chỉ tiêu tốn nhiều tài nguyên mà còn tạo ra các tác động tiêu cực đến môi trường, như phát thải khí nhà kính, phá rừng và thoái hóa đất đai. Vì vậy, phát triển các công nghệ sản xuất thịt bền vững là một yêu cầu cấp bách để giảm gánh nặng môi trường mà vẫn đáp ứng được nhu cầu thực phẩm trong tương lai.

Nhu Cầu và Thách Thức trong Sản Xuất Thịt Trong Ống Nghiệm
Thịt trong ống nghiệm, được sản xuất dựa trên công nghệ nuôi cấy tế bào, mang lại giải pháp tiềm năng để giảm thiểu tác động môi trường từ ngành chăn nuôi. Tuy nhiên, để phát triển thịt trong ống nghiệm ở quy mô lớn, cần có môi trường nuôi cấy giàu dưỡng chất và chứa các protein tăng trưởng từ huyết thanh động vật. Việc phụ thuộc vào huyết thanh động vật làm gia tăng chi phí, đặt ra nhiều vấn đề về đạo đức và rủi ro lây nhiễm vi sinh vật gây bệnh, đồng thời đi ngược lại mục tiêu không phụ thuộc vào chăn nuôi. Điều này dẫn đến nhu cầu cấp thiết phải tìm ra một môi trường nuôi cấy không cần huyết thanh nhưng vẫn đảm bảo các yếu tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của tế bào cơ.

Giải Pháp Đồng Nuôi Cấy Giữa Tế Bào RL34 và Vi Khuẩn Lam KC0110
Nhóm tác giả Shanga Chu, Yuji Haraguchi, Toru Asahi, Yuichi Kato, Akihiko Kondo và Tatsuya Shimizu đã phát triển một hệ thống đồng nuôi cấy dựa trên sự kết hợp giữa tế bào biểu mô gan chuột RL34 và vi khuẩn lam KC0110, nhằm tạo ra môi trường nuôi cấy không cần huyết thanh động vật. Tế bào RL34 tiết ra các yếu tố tăng trưởng cần thiết cho sự phát triển của tế bào cơ, trong khi vi khuẩn lam KC0110 được thiết kế để loại bỏ các chất thải như lactate và ammonium, đồng thời bổ sung dưỡng chất như glucose và pyruvate. Qua đó, môi trường nuôi cấy không chỉ duy trì sự phát triển của tế bào mà còn giảm thiểu việc sử dụng huyết thanh và các nguồn tài nguyên đắt đỏ khác. Bài báo được đăng trên Scientific Reports vào ngày 23 tháng 8 năm 2024.

Hiệu Quả và Tiềm Năng Của Hệ Thống Mới
Kết quả từ hệ thống đồng nuôi cấy cho thấy mức độ lactate được giảm đáng kể, giúp ngăn chặn sự ức chế và tổn thương tế bào, đồng thời giữ được hàm lượng cao các chất dinh dưỡng quan trọng như glucose và các amino axit cần thiết cho sự phát triển của tế bào cơ. Hệ thống này đã chứng minh khả năng tăng trưởng tế bào cơ gấp ba lần so với môi trường nuôi cấy truyền thống, mà không cần bổ sung thêm bất kỳ nguồn dưỡng chất nào khác. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn hướng tới một giải pháp bền vững hơn cho việc sản xuất thịt trong ống nghiệm.

Thách Thức và Hướng Phát Triển
Dù mang lại nhiều lợi ích, hệ thống đồng nuôi cấy này vẫn gặp một số thách thức cần được khắc phục. Trong nghiên cứu này, tế bào RL34 vẫn cần môi trường DMEM bổ sung 10% huyết thanh động vật trong giai đoạn ban đầu để giúp tế bào bám vào bề mặt. Nhằm loại bỏ hoàn toàn huyết thanh động vật, các nghiên cứu tiếp theo sẽ tìm cách sử dụng các thành phần của ma trận ngoại bào hoặc phát triển kỹ thuật nuôi cấy tế bào lơ lửng. Ngoài ra, việc điều chỉnh mật độ vi khuẩn lam trong môi trường nuôi cấy là cần thiết để tránh gây tổn thương cho tế bào.

Kết Luận
Phương pháp đồng nuôi cấy giữa tế bào RL34 và vi khuẩn lam KC0110 mở ra tiềm năng to lớn trong sản xuất thịt trong ống nghiệm không huyết thanh và bền vững, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của thế giới trong tương lai. Bên cạnh đó, hệ thống này còn có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ sinh học khác, nơi yêu cầu môi trường nuôi cấy hiệu quả và thân thiện với môi trường.

Tạp chí tham khảo:
Shanga Chu, Yuji Haraguchi, Toru Asahi, Yuichi Kato, Akihiko Kondo, Tomohisa Hasunuma, Tatsuya Shimizu. A serum-free culture medium production system by co-culture combining growth factor-secreting cells and l-lactate-assimilating cyanobacteria for sustainable cultured meat production. Scientific Reports, 2024; 14 (1) DOI: 10.1038/s41598-024-70377-8