カロテノイドで改善された試験管肉

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ビデオ: イスラエルの培養肉技術 2023, 2月
カロテノイドで改善された試験管肉
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Anonim
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バイオエンジニアは、カロテノイド(フィトエン、リコピン、ベータカロチン)を合成できる筋幹細胞培養物を入手しました。カロテノイドの抗酸化作用は、細胞培養における脂質酸化のプロセスを大幅に遅らせました。これは、時間の経過とともに肉の味が悪化し、栄養価が低下する原因となる重要な反応の1つです。この作品は、ジャーナルMetabolicEngineeringに掲載されました。

哺乳類細胞の合成生物学は今日急速に発展していますが、圧倒的多数の研究は治療用タンパク質の生産とさまざまな疾患を研究するためのモデルの作成に向けられており、代表的な遺伝子の導入に関する実験にはほとんど注意が払われていません。哺乳類のゲノムへの遠方の分類群(例えば、植物)の侵入。同時に、そのようなアプローチは、いわゆる合成肉の品質を改善するための新しい方法を開くことができ、環境、倫理、経済の観点から動物の肉の消費という非常に物議を醸す問題の解決に近づくことができます。

デビッドL.カプランが率いるタフツ大学の科学者たちは、カロテノイド合成遺伝子をウシの筋肉幹細胞のゲノムに導入することで、この問題に取り組んできました。これを行うために、彼らは眠れる森の美女トランスポゾン遺伝子導入システムを使用してそれらを編集し、コレステロール生合成の中間体の1つとして哺乳類細胞で発生する主要な前駆体であるゲラニルゲラニルピロリン酸(GGPP)からカロテノイドを合成するための遺伝子を追加しました。

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カロテノイド生合成で眠れる森の美女と関連製品を使用して細胞に挿入された遺伝子構築物。各コンストラクトでは、合成双方向RBPSA / CMVプロモーターの片側に、選択マーカーとしてピューロマイシン耐性遺伝子(PuroR)があり、それらの間に2Aペプチドの配列と最後のレポーターGFP(eGFP)があります。ポリペプチド鎖の2A-ペプチドは自己切断が可能であり、この場合、最終的にはポリシストロン配列にコードされたいくつかの別々の酵素の働きを提供します。標的遺伝子を含まないコンストラクトを対照群の細胞に挿入した

形質転換細胞が実際にカロテノイドを合成することを確認するために、科学者はHPLC分析を行い、CrtB細胞がフィトエンを生成し、CrtB / I細胞がフィトエンとリコピンを生成し、CrtB / I / Y細胞がフィトエン、リコピン、ベータカロチンを生成することを確認しました。 。細胞内のカロテノイドの含有量は、27.8(CrtB細胞)、32.3(CrtB / I細胞)、および3.7(CrtB / I / Y)マイクログラム/タンパク質1グラムでした。問題は、何らかの理由で、後者のグループの細胞でのカロテノイドの合成が著しく低く、ベータカロチンの量(2.08マイクログラム/タンパク質のグラム)が牛肉の含有量の基準を超えていないことです-1.6〜2.9マイクログラム/タンパク質1グラム(外因性のベータカロチン、つまり、食物を持った動物によって得られるものについて話している)。

この問題を解消するために、CrtB / I / Y細胞でのカロテノイドの合成を2つの方法で最適化することが決定されました。 1つ目は、トランスジェニック細胞への選択圧を上げることでした。選択培地中のピューロマイシンの濃度は4倍に増加しました(1ミリリットルあたり最大10マイクログラム)。細胞生存の変化。 2番目の方法は、ケトコナゾールによるコレステロール合成を阻害することによるカロテノイド前駆体の蓄積です(1ミリリットルあたり5マイクログラム)。重要なのは、コレステロールとカロテノイドの両方に共通の前駆体があり、前者の合成が中断された場合、前駆体はカロテノイド代謝経路をたどる可能性が高くなるということです。

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左:ピューロマイシンの濃度の1倍およ​​び4倍の、ケトコナゾールの存在下/非存在下での細胞内のベータカロチンの量。ウシの筋肉幹細胞は、最適化されていない条件下よりも最適化された条件下で10倍多くのベータカロチンを生成します(それぞれ22.6および2.1マイクログラム/タンパク質1グラム; p <0.05)。右:異なる形質転換細胞の色素沈着レベルの比較。

著者の主な目標は、トランスジェニック細胞培養の栄養価指標を改善することでした。それらは脂質過酸化を遅くすることを特に重要視しています。なぜなら、その製品は生肉や調理済み肉の貯蔵寿命を短くし、人間の健康にも悪影響を与えるからです。トランスジェニック細胞におけるこれらのプロセスに対する強力な抗酸化剤としてのカロテノイドの効果を決定するために、研究者らは、生および調理済み(100℃に10分間加熱した後)の前後のマロンジアルデヒド(MDA、脂質過酸化の特徴的な生成物)の濃度を測定しました。低温条件(4℃)で1日および8日間保管します。

対照群では、マロンジアルデヒドの含有量は、生の場合はタンパク質1グラムあたり2.2ミリグラム、保存日後の「調理済み」細胞の場合は4.9ミリグラム、タンパク質1グラムあたり2、1、8.0ミリグラムに達しました。それぞれ。 CrtB細胞では、MDAレベルは、1日の保存後、生細胞のコントロールと比較して増加しましたが、「調理済み」細胞では有意な変化は観察されませんでした。さらに、8日間の保存後、生細胞のMDA濃度は変化しませんでしたが、「調理済み」細胞では、コントロールと比較して、マロンジアルデヒドの量が大幅に少なくなりました。 CrtB / IおよびCrtB / I / Y細胞では、実験のすべてのバリアントで、対照と比較して脂質酸化の活性の低下が観察されました。

著者らは、得られた結果に基づいて、さらなる研究の大きな展望を見ています。まず第一に、彼らは、ケトコナゾールと高濃度の抗生物質の必要性を排除するために、遺伝子操作された方法によるトランスジェニック細胞によるカロテノイドの生産の内因性最適化を確立することを提案します。また、カロテノイドを合成するための酵素の発現比を調節して、さまざまな栄養と味の質を持つ細胞のスペクトルを取得することもできます。

アイデアが生まれた瞬間から、伝統的な肉に劣らない特性を持つ人工肉を手に入れることは、研究者を鼓舞し、地球規模の問題を解決するための希望を鼓舞します。しかし、すべてがそれほど単純ではないことが判明しました。少なくとも、「きれいな」肉の二酸化炭素排出量は、通常の肉の二酸化炭素排出量よりも間違いなく少なくありません。私たちの「試験管カトレット」でこれと他の困難について読んでください。

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