Geleceğin gıdası: Test tüpünde elde edilmiş burgerden mi, yoksa Petri kabında elde edilmiş biftekten mi ısırık almak isterdiniz? Laboratuvar üretilen eti nasıl elde ederiz ve bunun sağlık, tarım, hayvancılık ve çevre için anlamı ne olabilir?
2013 senesinde, bir bilim adamı, iki gıda uzmanıyla beraber televizyon ekranında sırayla, bir hamburgerden ısırık almış ve programdaki gurmeler ‘’ete yakın’’ ‘’cıvık değil’’ ‘’ağızda et tadı’’ şeklindeki ifadeleri beyan etmişlerdir.[1] O hamburger herhangi bir gastronomi ödülü kazanmamış olsa da, kesinlikle mutfak tarihimizde bir dönüm noktası olmuştur. Bu fikir, dünyanın laboratuvarda yetiştirilen ilk burgerini tanımlıyordu.[2] O hamburger herhangi bir gastronomi ödülü kazanmamış olsa da, kesinlikle mutfak tarihimizde bir dönüm noktası olmuştur. Bu fikir, dünyanın laboratuvarda yetiştirilen ilk burgerini tanımlıyordu
Çiftlik hayvanlarından kaynaklanan emisyonlar, çoğunlukla geviş getiren hayvanlardan kaynaklanan metan emisyonlarından kaynaklanan toplam sera gazı emisyonlarımızın %14,5’ini oluşturmaktadır.[3] Hayvancılık üretimi, biyolojik çeşitlilik kaybıyla bağlantılıdır ve çok fazla arazi ve su dahil kaynak gerektirmektedir.[4] Ayrıca, endüstriyel hayvan çiftçiliği, hayvan refahı konusunda ek etik kaygılar doğurmaktadır. Çoğunlukla tofu veya bakliyat gibi bitki protein kaynaklarına dayanan hayvansız et alternatifleri, çevreye duyarlı nüfusa hitap etmek için yükselişte. Buna karşılık, hücre bazlı/kültürlü et, bir çiftlikte hayvan yetiştirmek yerine bir laboratuvarda hayvan hücreleri yetiştirerek eti tam olarak kopyalamayı amaçlamaktadır.
Hücrelerin, bir organizmanın dışında kültürlenmesi, onlarca yıldır araştırma laboratuvarlarında rutin bir işlem ola gelmiştir. Hücre kültürleri, tüm hayvan modellerinde araştırılmadan önce hipotezlerin ilk aşamalarında test etmek için anahtar konumundadır. Çocuk felci ve su çiçeği aşıları gibi büyük ölçekli aşı üretimi de hücre kültürü ile elde edilmektedir.[5] Bununla birlikte, gıda üretimi için hücresel tarım çok daha yeni bir tutku ve eğer başarılırsa, yakın gelecekte laboratuvarda yetiştirilen sığır eti, tavuk veya deniz ürünleri yiyor olabiliriz. Aslında, Eat Just’ın kültürlü etinin 2020’de yasal onay aldığı Singapur’da laboratuvarda yetiştirilen tavuk körpelerini şimdiden yiyebilirsiniz.[6]
Peki, laboratuvarda bir burger nasıl yapılır?
Laboratuvarda et üretmek
Özetle, kültürlü et üretimi, doğru hayvan hücrelerinin toplanmasını, bunların hayvan dışında büyümeleri için optimize edilmesini, bu hayvan hücrelerinin üretiminin ölçeklendirilmesini (doku mühendisliği ile birlikte hayvan dokusunu taklit etmek için) ve son olarak bunların bir gıda ürününe dönüştürülmesini içermektedir (Şekil 2).
İlk soru şu, doğru hücreler hangileridir? Et, lif demetleri halinde düzenlenmiş protein açısından zengin hücrelerle çoğunlukla kastır. Bu kaslar ve bitişik yağ dokusu, bir kan damarı ağı tarafından beslenmektedir. Dolayısıyla, ideal başlangıç materyali olarak, çok sayıda çoğalabilen ve bu et dokusu bileşenlerini üretebilen hücreler olacaktır.[8]
Hangi hücreler kullanılacak?
Kas dokusundan elde edilen yetişkin kök hücreler, kültürlenmiş et için yaygın bir seçimdir. Canlı veya kesilmiş bir hayvan dokusundan örnekler (biyopsiler) alınarak elde edilebilirler (Şekil 3). Bununla birlikte, bu hücreler kültürde yalnızca kısa bir süre için çoğalabilir, bu nedenle sürekli olarak yeni hücrelere ihtiyaç vardır.[9] Araştırmacılar, gelişmiş kendi kendini yenileme kapasitesine sahip yetişkin kök hücrelerini tasarlamaya çalışmakta, ancak bu hala zordur, bu nedenle bazı laboratuvarlar pluripotent kök hücrelerin (PSC’ler), özellikle embriyonik kök hücrelerin (ESC’ler)[10] veya olgun yetişkin hücreler tasarlanarak yapılan indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSC’ler) potansiyelini araştırmaktadır (Şekil 3).[11,12] Bunlar sınırsız olarak çoğalabilir ve tüm hücre tiplerine dönüşebilmektedir. Ancak, onları istediğiniz hücre tipine farklılaşmaları için yönlendirmek zordur.
Çoğaltmak
Laboratuarda hücre kültürü genellikle bir Frizbiden daha büyük olmayan düz petri kablarında yapılır (Şekil 4), ancak ticari gıda üretimi için hücre üretmek çok büyük bir ölçek gerektirir. Binlerce litre kültür kapasitesine sahip büyük biyoreaktörler, hücre büyümesi için doğru sıcaklık, CO2 seviyeleri, besin sirkülasyonu ve gerekli her türlü yapı iskelesi gibi en uygun steril koşulları sağlamalıdır.
Hücreler, amino asit, glikoz, vitamin ve tuz gibi besinler açısından zengin bir sıvı ortamda büyütülüp çoğaltılır.[5] Yaygın bir medyum bileşeni olarak, hücre çoğalmasını sürdürebilen ve birçok büyüme faktörü içeren fetal sığır serumudur (FBS). FBS, kesimden sonra gebe ineklerin fetüslerinden elde edildiği için kullanımı tartışmalıdır. Aynı zamanda pahalıdır ve seriden seriye değişir, bu nedenle hücresel eti ekonomik ve etik açıdan sürdürülebilir hale getirmenin önünde önemli bir engel teşkil etmektedir. Bunun yerine bitkilerden, maya ve siyanobakteriler gibi mikroorganizmalardan elde edilen protein açısından zengin ekstraktlar ve laboratuvarda üretilen protein büyüme faktörleri kullanılabilir, ancak bu alternatiflerle optimal hücre büyümesini elde etmek zordur. Bununla birlikte, birçok şirket daha ucuz seçenekleri araştırmakta ve bazıları şimdiden umut verici bir hareket olan FBS kullanımından uzaklaştığını duyurmuş durumdadır.[13]
Bir diğer önemli zorluk da farklı et kesimleri yapmaktır. Yapılandırılmamış bir hücre kütlesi doğru dokuya sahip olmayacaktır. Büyük ölçekli sıvı hücre kültürü, biftek gibi yapılandırılmış et yerine kıyma üretimini kolaylaştırmaktadır. 3D biyobaskı (bioprinting) ile combine edilmiş doku mühendisliği artık kas, yağ ve kan kılcal liflerini uygun şekil ve dokuya dönüştürmek için özel yapı iskelesi matrislerinde (örneğin kollajenden yapılmış) büyütmek için optimize edilmektedir (Şekil 3).[14] İki İsrailli şirket, 2018 ve 2021’de laboratuvarda üretilen biftekleri tanıttı.[15,16] Yenilebilir ve ucuz yapı iskeleleriyle üretimi büyütmek kolay bir başarı olmadığı için, bu ürünlerin ticari olarak temin edilmesi muhtemelen bir süre alacaktır.
Geleneksel et ile karşılaştırma
Geleneksel et ile karşılaştırıldığında, kültürlü etin çevresel ve sağlık üzerindeki etkisi nasıldır?
2020 yılında yapılan bir araştırma, çeşitli beslenme kaynaklarının sera gazı (GHG) emisyonlarını karşılaştırmış ve sığır etinin en yüksek sera gazı emisyonlarına (ortalama olarak yaklaşık 25,6 kg CO2 eşdeğerde) sahip olduğunu, kümes hayvanı etinin (yaklaşık 3,35 kg CO2 eşdeğere) ve domuz etinin (yaklaşık 5,76 kg CO2 eşdeğere) çok önünde olduğunu bulmuştur. Karşılaştırıldığında, kültür etinden kaynaklanan emisyonlar (ortalama olarak yaklaşık 5,56 CO2 eşdeğerde), çiftlik sığır etinden beş kat daha düşük, ancak kümes hayvanları ve domuz eti ile karşılaştırıldığında onlardan daha yüksek olduğu ifade edilmiştir. Hızlı gelişen yeni bir endüstri olduğu göz önüne alındığında, kültür etine yönelik emisyon tahminleri, üretimin ölçeği ve verimliliği hakkında yapılan farklı varsayımlarla oldukça değişkendir, ancak kültür etine yönelik emisyonların büyük bir kısmı enerji kullanımından gelmektedir. Gelecekte daha fazla yenilenebilir enerji kaynağına geçiş ve standartlaştırılmış enerji verimli üretim, potansiyel olarak karbon ayak izini azaltabilir. Şu anda, bitki bazlı gıdaların kullanımı, büyük bir farkla en sürdürülebilir protein kaynağıdır; tofu, bezelye ve baklagillerin karbon emisyonları, en düşük yayan hayvansal protein kaynağından 4-17 kat daha düşüktür.[4] Karbon emisyonlarında önemli bir fark olmadığında, çiftlik ve kültür kümes hayvanlarının karşılaştırılması, çevresel bir seçimden çok hayvan refahı sorunu olabilir.
Hücre kültüründe kullanılan steril koşullar, hayvanlardan insanlara geçebilen zoonotik hastalıkların yayılma riskini azaltır. Bununla birlikte, sterillik ihtiyacı ek bir zorluktur. Kültürlenmiş et için mevcut kurulum, çevresel maliyetleri artıran hücrelerin işlenmesi ve büyüme ortamının üretilmesi için aseptik teknikler (tek kullanımlık plastiklerin kullanımı dahil) gerektiren terapötikler için farmasötik düzeyde üretim kurulumuna dayanmaktadır.
Kültüre edilmiş etin besin değeri, onu yapmak için kullanılan hücrelerin türüne ve büyüme koşullarına bağlı olarak değişebilir. Birçok kültür eti üreten şirket, çiftlik etin tadını ve beslenme profilini tam olarak taklit etmeyi amaçlamaktadır. Bununla birlikte, bazı laboratuvarlar, örneğin daha sağlıklı et yapmak için artırılmış omega-3 yağ asitleri veya azaltılmış kolesterol ile tasarlanmış hücreler kullanarak etin besin içeriğini iyileştirmenin yollarını araştırmaktadır.
Kültürlü et üretmenin maliyeti artık ilk prototiplere göre çok daha düşük olmasına rağmen, geleneksel etten daha yüksek olmaya devam etmekte ve bu, geleneksel etin yerini alması için piyasaya sunulmasının önünde bir engel teşkil etmektedir. Eat Just’ın kültürlü tavuğu, restoranlarda yaklaşık 23 $ tutuyor, bu da birinci sınıf etle kıyaslanabilir. Yüksek maliyet, çoğunlukla hücre büyümesinin (esas olarak büyüme medyumu) maliyetlerinden kaynaklanmaktadır, bu nedenle daha fazla ölçekte büyütme, çoğaltma ve daha verimli üretim yöntemleri, kültürlenmiş etin maliyetlerini önemli ölçüde azaltabilir.
Buradan nereye gidiyoruz?
Teknik yönleri bir yana, kültürlü et kavramının kendisi daha büyük soruları gündeme getirmektedir. Kültürlü et, hala etin tadını özleyenleri, sık sık yiyenleri ve bitki bazlı etin büyük hayranları olmayanların fikrini değiştirmeyi amaçlamaktadır. Et yemekten vazgeçmek zorunda kalmadan daha sürdürülebilir bir seçenek sunmaktadır. Hücresel tarım ayrıca zebra veya kaplan gibi egzotik hayvan eti yetiştirmek için tuhaf ama etik açıdan sorgulanabilir bir kapı açmaktadır (Bir İngiliz şirketi zaten bunun üzerinde çalışıyor). ‘Masum et’, ‘İyi et’, ‘Temiz et’ olarak pazarlanan kültürlü etin, etik nedenlerle etten vazgeçen vejeteryanlar veya veganlarda yeni tüketiciler bulması mümkündür, bu mutlaka çevresel bir kazanç anlamına gelmez. Bununla birlikte, kültür etinde hayvan hücrelerinin kullanılması yine de bir bölücü faktör olabilir. Ayrıca kültür etine duyulan ihtiyaç hakkında açık sorular da bulunmaktadır. Bitki bazlı bir diyet, enerji açısından en az yoğun ve en sürdürülebilir protein kaynağı olmaya devam etmekte ve hatta sığır etinden kümes hayvanlarına ve domuz etine geçiş bile çevresel etkimizi azaltacaktır. Bununla birlikte, gıdanın karmaşık duygusal ve kültürel bağları olabilir ve dünyanın büyük bir kısmının daha sürdürülebilir gıda alışkanlıklarına geçmesini sağlamak, kolektif geleceğimiz için çok önemlidir. Damak zevkiniz ve değerleriniz ne yönde olursa olsun, bu yeni teknoloji potansiyel olarak gezegene ve onu paylaştığımız hayvanlara karşı daha nazik bir şekilde yaşamak için ek seçenekler sağlayabilir.
References
[1] İlk sentetik hamburgerleri deneyen gıda uzmanlarıyla ilgili The Guardian makalesi: https://www.theguardian.com/science/2013/aug/05/world-first-synthetic-hamburger-mouth-feel.
[2] Post MJ (2014) Cultured beef: medical technology to produce food. J Sci Food Agric 94: 1039–1041, doi:10.1002/jsfa.6474
[3] Gerber PJ et al. (2013) Tackling climate change through livestock : a global assessment of emissions and mitigation opportunities. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), Rome.
[4] Santo RE et al. (2020) Considering Plant-Based Meat Substitutes and Cell-Based Meats: A Public Health and Food Systems Perspective. Frontiers in Sustainable Food Systems 4. doi:10.3389/fsufs.2020.00134
[5] Segeritz CP, Vallier L (2017) Basic Science Methods for Clinical. Academic Press. ISBN: 9780128030776
[6] Laboratuvarda yetiştirilen et satışını onaylayan Singapur hakkında Reuters makalesi: https://www.reuters.com/article/eat-just-singapore-idINL4N2II0BV.
[7] Lu H et al. (2022) Bioprocessing by Decellularized Scaffold Biomaterials in Cultured Meat: A Review. Bioengineering 9: 787.
[8] Reiss J, Robertson S, Suzuki M (2021) Cell Sources for Cultivated Meat: Applications and Considerations throughout the Production Workflow. International Journal of Molecular Sciences 22: 7513. doi: 10.3390/ijms22147513
[9] Redondo PA et al. (2017) Elements of the niche for adult stem cell expansion. J Tissue Eng 8: 1–18. doi: 10.1177/2041731417725464.
[10] Kinoshita M et al. (2021) Pluripotent stem cells related to embryonic disc exhibit common self-renewal requirements in diverse livestock species. Development 148: dev.199901. doi: 10.1242/dev.199901.
[11] Verma R, Lee Y, Salamone DF (2022) iPSC Technology: An Innovative Tool for Developing Clean Meat, Livestock, and Frozen Ark. Animals 12: 3187. doi: org/10.3390/ani12223187
[12] Su Y et al. (2021) Establishment of Bovine-Induced Pluripotent Stem Cells. Int J Mol Sci 22: 10489. doi:10.3390/ijms221910489
[13] Messmer T et al. (2022) A serum-free media formulation for cultured meat production supports bovine satellite cell differentiation in the absence of serum starvation. Nature Food 3: 74–85, doi:10.1038/s43016-021-00419-1.
[14] Kang DH et al. (2021) Engineered whole cut meat-like tissue by the assembly of cell fibers using tendon-gel integrated bioprinting. Nat Commun 12: 5059. doi:10.1038/s41467-021-25236-9 (2021).
[15] The Guardian’da sığır kök hücreleriyle basılmış 3 boyutlu bir biftek hakkında bir makale: https://www.theguardian.com/environment/2021/dec/08/worlds-largest-lab-grown-steak-unveiled-by-israeli-firm.
[16] The Guardian’da laboratuvarda yetiştirilen ilk biftekle ilgili bir makale: https://www.theguardian.com/environment/2018/dec/14/worlds-first-lab-grown-beef-steak-revealed-but-the-taste-needs-work
Resources
- BBC’den vegan beslenmenin gizli maliyetleri (sosyal, ekonomik ve çevresel) hakkında bir video izleyin.
- Kültüre edilmiş et hücre hatları hakkında bilgi edinin.
- Kültüre etme kavramının, kültürel ve sosyal yönleri hakkında bir makale okuyun: Bryant CJ (2020) Culture, meat, and cultured meat. J Anim Sci 98: skaa172. doi: 10.1093/jas/skaa172
- Hangi proteinler en düşük karbon ayak izine sahiptir? Öğrenmek için bu BBC Future makalesini okuyun.
- Bir dizi uygulamalı etkinlikle bal arıları ve onların şekerli ürünleri bilimini öğretin: Scheuber T (2023) To bee or not to bee: the biology of bees and the biochemistry of honey.
- Daphnia’yı model organizma olarak kullanarak ilaçların toksikolojisi ve fizyolojik etkileri hakkında bilgi edinin: Faria HM, Fonseca AP (2022) From drugs to climate change: hands-on experiments with Daphnia as a model organism. Science in School 59.
- Slime kalıplarıyla kemotaksiyi ve bilimsel yöntemi keşfedin: Buchta A, Dunthorn M (2023) Moving slime: exploring chemotaxis with slime mould. Science in School 62.
- Antibiyotik direncini ve ilaç geliştirmeyi araştırın: : Fernandez MD, Soler ML, Godinho T (2021) Mikrobiyoloji: Antibakteriyel ajanları keşfetmek. Science in School 55.
- Araştırmalarda hayvan kullanımının önemi ve bunu en aza indirmeye yönelik bazı son teknoloji yaklaşımlar hakkında bilgi edinin: Schmerbeck S et al. (2021) Organ-on-chip systems and the 3Rs. Science in School
- Bitki hastalığı ve patojenler hakkında bilgi edinin: Harant A, Pai H, Cerfonteyn (2023) Plant pathology: plants can get sick too! Science in School 62.
- Gıda ambalajlarının çevresel etkileri hakkında bir makale okuyun: Barlow C (2022) Plastic food packaging: simply awful, or is it more complicated? Science in School 56.
- Avrupa’daki yenilenebilir enerji geçişi hakkında bilgi edinin: Süsser D (2023) Clean energy for all: can sun and wind power our lives? Science in School 62.
Institutions
License
Text released under the Creative Commons CC-BY license. Images: please see individual descriptions.