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为解决培养肉生产难题，研究人员开发昆虫细胞系 MsNACs，其营养成分与鸡胚成纤维细胞相似，具重要意义。
# 昆虫细胞：培养肉生产的新希望？
在当今时代，人们对肉类的需求与日俱增，传统畜牧业面临着诸多挑战。一方面，传统动物农业对环境造成了巨大压力，如大量的温室气体排放、土地资源的过度占用等；另一方面，动物福利问题也备受关注，同时，肉类生产过程中的食品安全隐患也威胁着人类健康。在这样的背景下，培养肉（Cultivated meat，CM）技术应运而生，它致力于通过细胞培养的方式生产肉类，而无需养殖整只动物，为解决上述问题带来了新的曙光。
然而，培养肉技术在发展过程中也面临着重重困难。目前，用于培养肉生产的细胞系大多来自牲畜或海鲜物种，这些细胞在培养过程中存在一些问题。例如，动物无成分培养基虽然可用于部分细胞类型，但与含有胎牛血清（Fetal Bovine Serum，FBS）的培养基相比，细胞生长速度较慢；悬浮培养时往往需要使用微载体，这不仅增加了培养的复杂性，还提高了成本；而且，在单细胞悬浮培养中实现高细胞密度，常常依赖于大量使用生长培养基，这无疑增加了生产成本。
为了突破这些瓶颈，来自塔夫茨大学（Tufts University）的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们将目光投向了昆虫细胞，旨在开发一种新型的昆虫细胞系，用于培养肉的生产。研究人员成功建立了一种源自烟草天蛾（Manduca sexta）胚胎的非贴壁昆虫细胞系（Manduca sexta non - adherent cells，MsNACs），并对其进行了全面的表征和分析。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为培养肉技术的发展提供了新的思路和方向。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先是细胞分离技术，他们从烟草天蛾胚胎中分离出细胞，并通过一系列操作获得非贴壁细胞。接着，进行血清无培养基适应和非贴壁细胞选择，使细胞逐渐适应无动物成分的培养基。此外，还运用了细胞培养技术，在不同的培养容器中培养细胞，包括摇瓶和生物反应器。同时，采用了多种分析技术，如通过对细胞生长曲线、代谢产物分析以及营养成分分析等，深入了解细胞的生长特性和营养组成。
研究结果
- MsNACs 细胞系的建立与特性：研究人员成功从烟草天蛾胚胎中分离出细胞，并经过多次筛选和培养，获得了能够在无动物成分培养基中自发永生化且稳定生长的 MsNACs 细胞系。这些细胞在超过 100 次传代后仍保持稳定的生长速率，并且在冷冻保存后，经过复苏和传代，其生长特性和细胞活力与冷冻前相比无显著差异。
- MsNACs 在不同培养条件下的生长表现：MsNACs 在摇瓶培养中表现出色，在进行培养基更换的情况下，细胞密度可超过 2000 万个 /mL。在批次培养（不更换培养基）时，细胞在 7 天内平均可达到 434±77 万个 /mL，且细胞活力始终保持在 92% 以上。此外，研究人员还对 MsNACs 在生物反应器中的培养进行了探索，发现其在 2.4 升生物反应器中能够生长，尽管细胞活力相对摇瓶培养略低，但仍能维持在 80% 以上，细胞密度与摇瓶培养相似。同时，MsNACs 也成功在 10 升生物反应器中生长，不过生长速度比预期慢，这表明在大规模培养条件下，通过进一步优化培养条件，有望提高细胞的生长效率。
- MsNACs 的代谢分析：通过对 MsNACs 培养过程中废弃培养基的分析，研究人员发现了一些有趣的现象。在 7 天的培养过程中，尽管培养基中含有较高浓度的葡萄糖（约 9g/L），但细胞并未消耗葡萄糖，且乳酸产生量极少，这表明 MsNACs 的能量代谢途径可能与常见的昆虫细胞系不同。此外，研究人员还发现，谷氨酸在培养过程中几乎被耗尽，而谷氨酰胺的消耗较少，但氨的产生量却显著增加。通过向培养基中添加不同浓度的乳酸和氨，研究人员发现 MsNACs 对乳酸的耐受性较高，但氨浓度过高会显著抑制细胞生长。这表明氨的积累可能是导致 MsNACs 在高细胞密度下生长缓慢的重要原因之一。
- MsNACs 的营养成分分析：对 MsNACs 进行初步的营养成分分析后发现，其干重组成中蛋白质含量为 77.47±2.2%，脂肪含量为 13.53±2.27%，灰分含量为 8.1±1.51%，碳水化合物含量为 0.92±0.1%。MsNACs 含有所有九种必需氨基酸，并且与目前美国食品药品监督管理局（FDA）和美国农业部（USDA）批准的用于培养肉生产的胚胎鸡成纤维细胞（DF - 1 细胞）相比，MsNACs 在某些矿物质含量上具有优势，如铁和钙的含量显著更高。不过，在氨基酸组成方面，MsNACs 与 DF - 1 细胞存在一些差异，例如 MsNACs 中赖氨酸、苏氨酸和缬氨酸的比例显著低于 DF - 1 细胞，而蛋氨酸的比例则显著高于 DF - 1 细胞。
研究结论与讨论
这项研究成功开发了一种可在无动物成分培养基中生长、适应单细胞悬浮培养且自发永生化的昆虫细胞系 MsNACs，为培养肉的大规模生产提供了新的细胞来源。MsNACs 的营养成分与胚胎鸡成纤维细胞相似，这表明其在培养肉生产中具有潜在的应用价值。然而，目前 MsNACs 的生长速度在高细胞密度下仍有待提高，未来可以通过优化培养基配方、进行基因工程改造或克隆分离等方法来进一步优化细胞的生长特性。此外，还需要对 MsNACs 营养成分的生物利用度进行更深入的研究，以确定其作为培养肉成分的实际效果。同时，消费者对昆虫细胞培养肉的接受度也是一个需要关注的问题，未来需要开展相关研究来评估消费者的态度，并探索合适的营销策略，以促进昆虫细胞培养肉的市场推广。
总的来说，该研究为培养肉技术的发展提供了重要的理论依据和实践基础，尽管目前还面临一些挑战，但昆虫细胞在培养肉生产中的潜力巨大，有望为未来的肉类生产带来新的变革。
