随着人口的不断增长和气候不断打破各种错误的记录，人们比以往任何时候都更加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，占地最少，并且有机会从整个动物身上获得与动物细胞相同的许多好处，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·纳尔逊教授，以及加州大学戴维斯分校的爱德华·奥尼尔教授，以了解如何利用介质分析来降低成本，并使细胞培养蛋白成为消费者负担得起的现实。
问:对于那些不熟悉这个概念的人来说，花费媒体分析能告诉我们什么，你是如何分析它的，你在寻找什么?
答:为了在培养基中生长，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细胞类型的代谢行为。因此，如果我们想要尽可能优化我们的细胞培养基，以达到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物质。废介质分析是一种了解细胞在培养中生长和健康所需的物质的方法。为此，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。然后我们可以使用标准的分析技术来分析样品，比如高效液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法．高效液相色谱法通常用于检查废介质样品中营养化合物的水平，而ICP-MS方法可以测定大量的主要和微量元素，包括重金属。
问:废媒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，像人造肉这样的替代蛋白质食品面临着巨大的压力，需要非常低的成本，并与传统蛋白质食品竞争。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，方法是使培养基对特定细胞类型尽可能高效，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，我们所观察的大多数废培养基分析物的浓度似乎并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测定了水溶性维生素或矿物质的浓度似乎随着时间的推移而降低。许多氨基酸似乎也没有耗尽。这表明我们可以减少或完全去除这些介质组件，以帮助显著降低成本。
图1: 三种与肉类相关的培养细胞的废培养基中矿物质浓度的分析。图片来源:在 国际知识共享署名4.0 (CC BY 4.0)许可．摘自O 'Neill EN et al. 2022，1顺序和尺度已经改变，以提高数据的清晰度。
问:根据这些分析收集的信息实施变更的最大挑战是什么?
答:我们还不知道许多培养基成分的存在或缺失是如何影响细胞生长和活力的。如果我们根据我们的废媒分析结果调整培养基成分的浓度，我们不一定认为细胞会表现相同。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，但在一定浓度下仍然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:您认为优化单个细胞系和物种的细胞培养基所需的工作可能成为使用细胞培养作为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，更便宜。否则，有可能开发出基于更便宜的成分(例如我们目前正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，从而使总体成本足够低，使大多数细胞类型不需要通过使用培养基分析进行量身定制的优化。
参考:1.O 'Neill EN, Ansel JC, Kwong, GAet al。废培养基分析表明，培养的肉类培养基将需要物种和细胞类型优化。npj科学食品6， 46(2022)。doi:10.1038 / s41538 - 022 - 00157 - z
珍妮·尼尔森教授和艾德ward O 'Neill博士采访了科技网络资深科学作家Karen Steward博士。188金宝搏备用
关于受访者
珍妮·尼尔森
她于2007年获得辛辛那提大学分析化学博士学位，并于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。她也是加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)葡萄栽培和酿酒学系的兼职教授，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)，在专家评审小组任职，主持委员会并自愿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。在新丰收奖学金的支持下，他是加州大学戴维斯分校最早于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，他共同创立了戴维斯Alt蛋白项目，这是一个促进对替代蛋白领域的兴趣和参与的学生组织。他持有康涅狄格大学的分子和细胞生物学、生理学和神经生物学学士学位。
