随着不断增长的人口和不断打破记录的气候，人们比以往任何时候都更关注替代蛋白质来源，以满足我们的营养需求，同时减少我们对地球的影响。方法包括植物蛋白，真菌蛋白，昆虫和细胞培养。虽然细胞培养可以提供一种在受控条件下生产蛋白质的好方法，占地面积最小，而且有机会吸收来自整个动物的动物细胞的许多相同好处，但成本一直是商业上可行的细胞培养食品的重大障碍。
我们采访了加州大学戴维斯分校和安捷伦科技公司的珍妮·尼尔森教授，以及加州大学戴维斯分校的爱德华·奥尼尔，以了解花介质分析如何有助于降低成本，并使细胞培养蛋白质成为消费者负担得起的现实。
问:对于那些可能不熟悉这个概念的人，花媒体分析能告诉我们什么，你如何分析它，你在寻找什么?
答:为了在培养物中生长，动物细胞需要高度复杂的培养基，由葡萄糖、氨基酸、维生素和矿物质等各种营养物质组成。不同的细胞类型有不同的代谢需求，不同的培养条件会影响一种细胞类型的代谢行为。因此，如果我们想要尽可能地优化我们的细胞培养基，以实现给定应用的最低成本，我们需要确切地知道我们的细胞在生长期间需要多少不同的培养基营养素。用过的培养基分析是一种了解你的细胞在培养中健康生长所需要的东西的方法。为了做到这一点，我们在培养基中培养细胞，并在不同时间点采集培养基样本。然后我们可以用标准的分析技术来分析样本，比如高效液相色谱法而且电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)．HPLC法通常用于检测废培养基样品中的营养化合物水平，而ICP-MS法可以测定大量的主要和微量元素，包括重金属。
问:废介质分析如何帮助我们优化替代蛋白质来源的开发?
答:与现有的细胞培养生物制造应用不同，人造肉等替代蛋白质食品在成本非常低和与传统蛋白质食品竞争方面面临巨大压力。到目前为止，还没有努力降低工业动物细胞培养的成本，因为大多数以前的应用(如制药)涉及非常高价值的最终产品。由于培养基是许多替代蛋白质食品的主要成本驱动因素，因此非常需要找到优化和降低培养基成本的方法。废培养基分析是一种工具，可以帮助我们降低养殖肉类的成本，使培养基对特定细胞类型尽可能有效，同时通过监测砷、镉、汞和铅等元素来确保其安全性。
问:这些研究有什么令人惊讶的发现吗?
答:从我们的数据中最令人惊讶的发现是，在细胞培养过程中，我们观察的大多数介质分析物的浓度似乎没有随着时间的推移而发生显著变化。例如，没有一个我们用HPLC和ICP-MS测量的水溶性维生素或矿物质，它们的浓度似乎随着时间的推移而下降。许多氨基酸似乎也没有被耗尽。这意味着我们可能会减少或完全删除这些媒体组件，以帮助大幅降低成本。
图1: 三种培养肉相关细胞类型的培养基中矿物质浓度的分析。图片来源:图片是在 国际知识共享属性4.0 (CC BY 4.0)许可．摘自O 'Neill EN et al. 2022，1为了提高数据的清晰度，已经改变了顺序和尺度。
问:根据这些分析收集的信息实施变革的最大挑战是什么?
答:我们还不知道许多培养基成分的存在或不存在如何影响细胞的生长和活力。如果我们根据消耗的介质分析结果调整介质成分的浓度，我们不能一定假设细胞会表现相同。可能是某些成分被细胞代谢循环，导致培养基中的浓度没有可检测到的变化，但在某些浓度下仍是细胞生长所必需的。为了解决这些问题，可能需要使用调整后的培养基配方进行更广泛的细胞培养研究。
问:你认为对单个细胞系和物种的细胞培养基进行优化所需要的工作可能会成为使用细胞培养作为一种负担得起的替代蛋白质来源的障碍吗?
答:在短期内，这可能成为容易开发各种替代蛋白质产品和生产方案的障碍。然而，它为分析技术和解决方案的创新提供了一个很好的机会，使过程更简单，成本更低。否则，就有可能开发出基于成本低得多的成分(例如我们目前在加州大学戴维斯分校测试的植物水解物)的新型培养基配方，这样总体成本就足够低，使大多数细胞类型不需要通过消耗介质分析进行量身定制的优化。
参考:1.欧尼尔恩，周安泽，邝，GAet al。用过的培养基分析表明，培养的肉类培养基需要物种和细胞类型优化。科学食品6， 46(2022)。doi:10.1038 / s41538 - 022 - 00157 - z
Jenny Nelson教授和艾德沃德·奥尼尔接受了科技网络高级科学作家凯伦·斯图尔德博士的采访。188金宝搏备用
关于受访者
珍妮·尼尔森
珍妮于2007年获得辛辛那提大学分析化学博士学位，2011年获得加州圣玛丽学院工商管理硕士学位。目前，Jenny是Agilent Technologies的应用科学家，于2012年加入。珍妮也是加州大学戴维斯分校葡萄栽培和酒业系的兼职教授，她自2013年以来一直担任该职位 ．在过去的八年中，Jenny一直非常活跃于官方农业化学家协会(AOAC)和美国测试与材料协会(ASTM)，担任专家评审小组、委员会主席和志愿者，以开发行业所需的新方法。 Jenny在ICP-MS、电感耦合等离子体光学发射光谱(ICP-OES)和微波等离子体原子发射光谱(MP-AES)的操作和方法开发方面拥有丰富的经验。
爱德华•奥尼尔
泰德是加州大学戴维斯分校食品科学与技术专业的五年级博士研究生。他坚持植物性饮食15年，对不断扩大的替代蛋白质空间和创新食品技术充满热情。在新收获奖学金的支持下，他是加州大学戴维斯分校最早在2019年开始研究人造肉的两名研究生之一，并帮助加州大学戴维斯分校人造肉联盟发展到今天的50多名研究人员。具体来说，他的研究旨在通过使用废培养基分析和用植物提取物和水解物代替纯化的氨基酸和生长因子来确定降低细胞培养基成本的方法。2020年，他联合创立了戴维斯Alt蛋白质项目，这是一个学生组织，促进人们对替代蛋白质领域的兴趣和参与。他拥有康涅狄格大学分子与细胞生物学、生理学与神经生物学学士学位。
