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Agricultura celular

La agricultura celular se centra en la producción de productos agrícolas a partir de cultivos celulares utilizando una combinación de biotecnología , ingeniería de tejidos , biología molecular y biología sintética para crear y diseñar nuevos métodos de producción de proteínas, grasas y tejidos que de otro modo provendrían de la agricultura tradicional. [1] La mayor parte de la industria se centra en productos animales como carne, leche y huevos, producidos en cultivos celulares en lugar de criar y sacrificar ganado de granja, lo que se asocia con importantes problemas globales de impactos ambientales perjudiciales (por ejemplo, de la producción de carne ). bienestar animal , seguridad alimentaria y salud humana . [2] [3] [4] [5] La agricultura celular es un campo de la economía de base biológica . El concepto de agricultura celular más conocido es el de la carne cultivada .


Historia

Aunque la agricultura celular es una disciplina científica incipiente, los productos de la agricultura celular se comercializaron por primera vez a finales del siglo XX con insulina y cuajo . [6]

El 24 de marzo de 1990, la FDA aprobó una bacteria que había sido modificada genéticamente para producir cuajo, convirtiéndola en el primer producto alimentario modificado genéticamente. [7] El cuajo es una mezcla de enzimas que convierte la leche en cuajada y suero en la elaboración de queso. Tradicionalmente, el cuajo se extrae del revestimiento interno del cuarto estómago de los terneros. Hoy en día, los procesos de elaboración de queso utilizan enzimas de cuajo procedentes de bacterias, hongos o levaduras genéticamente modificados porque no están adulterados, son más consistentes y menos costosos que el cuajo de origen animal. [8]

En 2004, Jason Matheny fundó New Harvest , cuya misión es "acelerar los avances en la agricultura celular". [9] New Harvest es la única organización centrada exclusivamente en avanzar en el campo de la agricultura celular y proporcionó la primera financiación de doctorado específicamente para la agricultura celular, en la Universidad de Tufts. [10]

En 2014, IndieBio , un acelerador de biología sintética en San Francisco, había incubado varias empresas emergentes de agricultura celular, con Muufri (que elabora leche a partir de cultivos celulares, ahora Perfect Day Foods), The EVERY Company (que elabora claras de huevo a partir de cultivos celulares), Gelzen (que elabora gelatina de bacterias y levaduras, ahora Geltor), Afineur (que produce granos de café cultivados) y Pembient (que elabora cuernos de rinoceronte). Muufri y The EVERY Company fueron patrocinados inicialmente por New Harvest.

En 2015, Mercy for Animals creó The Good Food Institute , que promueve la agricultura celular y basada en plantas. [11]

También en 2015, Isha Datar acuñó el término "agricultura celular" (a menudo abreviado como "agricultura celular") en un grupo de Facebook de New Harvest . [12] [13]

El 13 de julio de 2016, New Harvest organizó la primera conferencia internacional del mundo sobre agricultura celular en San Francisco, California. [9] El día después de la conferencia, New Harvest organizó el primer taller a puerta cerrada para partes interesadas de la industria, el mundo académico y el gobierno en agricultura celular. [14]

Herramientas de investigación

Varias herramientas de investigación clave son la base de la investigación en agricultura celular. Estos incluyen: [15]

Líneas celulares

Una pieza fundamental que falta en el avance de la carne cultivada es la disponibilidad de los materiales celulares adecuados. Si bien algunos métodos y protocolos del cultivo de células humanas y de ratón pueden aplicarse a materiales celulares agrícolas, ha quedado claro que la mayoría no es así. Esto se evidencia por el hecho de que los protocolos establecidos para la creación de células madre embrionarias humanas y de ratón no han logrado establecer líneas de células madre embrionarias de ungulados. [16] [17] [18]

Los criterios ideales para las líneas celulares con fines de producción de carne cultivada incluyen inmortalidad, alta capacidad proliferativa, independencia de la superficie, independencia del suero y capacidad de formación de tejido. Es probable que los tipos de células específicos más adecuados para la agricultura celular difieran de una especie a otra. [19] [20]

Medios de crecimiento

Los métodos convencionales para cultivar tejido animal en cultivo implican el uso de suero fetal bovino (FBS). FBS es un producto sanguíneo extraído de fetos de terneros. Este producto suministra a las células nutrientes y factores de crecimiento estimulantes, pero su producción es insostenible y requiere muchos recursos, con una gran variación de un lote a otro. [21] Las empresas de carne cultivada han estado invirtiendo importantes recursos en medios de crecimiento alternativos.

Después de la creación de las líneas celulares, los esfuerzos para eliminar el suero de los medios de crecimiento son clave para el avance de la agricultura celular, ya que el suero fetal bovino ha sido el blanco de la mayoría de las críticas a la agricultura celular y la producción de carne cultivada. Es probable que se requieran dos formulaciones de medios diferentes para cada tipo de célula: un medio de proliferación, para el crecimiento, y un medio de diferenciación, para la maduración. [22]

Tecnologías de escalado

A medida que se amplían los procesos biotecnológicos, los experimentos empiezan a resultar cada vez más caros, ya que será necesario crear biorreactores de volumen cada vez mayor. Cada aumento de tamaño requerirá una nueva optimización de varios parámetros, como operaciones unitarias, dinámica de fluidos, transferencia de masa y cinética de reacción.

Materiales de andamio

Para que las células formen tejido, es útil agregar un andamio de material para proporcionar estructura. Los andamios son cruciales para que las células formen tejidos de más de 100 µm de ancho. Un andamio ideal debe ser no tóxico para las células, comestible y permitir el flujo de nutrientes y oxígeno. También debe ser barato y fácil de producir a gran escala sin necesidad de animales.

Sistemas de tejidos 3D

La fase final para crear carne cultivada implica reunir todas las piezas de investigación previas para crear piezas de tejido grandes (>100 µm de diámetro) que se puedan producir a partir de células producidas en masa sin necesidad de suero, donde el andamio es adecuado para células y humanos.

Aplicaciones

Si bien la mayor parte de la discusión ha girado en torno a las aplicaciones alimentarias, en particular la carne cultivada, la agricultura celular se puede utilizar para crear cualquier tipo de producto agrícola, incluidos aquellos que, para empezar, nunca involucraron animales, como las fragancias de Ginkgo Biowork.

Carne

La carne cultivada (también conocida con otros nombres) es una carne producida mediante cultivos celulares in vitro de células animales. [23] Es una forma de agricultura celular, y estos métodos agrícolas se exploran en el contexto de una mayor demanda de proteínas por parte de los consumidores . [24]

La carne cultivada se produce utilizando técnicas de ingeniería de tejidos utilizadas tradicionalmente en medicinas regenerativas . [25] El concepto de carne cultivada fue introducido a un público más amplio por Jason Matheny a principios de la década de 2000 después de ser coautor de un artículo [26] sobre la producción de carne cultivada y crear New Harvest , la primera organización sin fines de lucro del mundo dedicada a la carne in vitro. investigación. [27]

La carne cultivada puede tener el potencial de abordar importantes problemas globales del impacto ambiental de la producción de carne , el bienestar animal , la seguridad alimentaria y la salud humana . [2] [3] [4] [28] [29] Específicamente, se puede pensar en el contexto de la mitigación del cambio climático . [24]

The Meat Revolution , conferencia en el Foro Económico Mundial de Mark Post de la Universidad de Maastricht sobre la carne in vitro
Un vídeo de New Harvest y Xprize que explica el desarrollo de la carne cultivada y una "bioeconomía post-animal" impulsada por proteínas cultivadas en laboratorio (carne, huevos, leche)

En 2013, el profesor Mark Post de la Universidad de Maastricht fue pionero en una prueba de concepto para carne cultivada al crear la primera hamburguesa cultivada directamente a partir de células. Desde entonces, otros prototipos de carne cultivada han ganado la atención de los medios: SuperMeat abrió un restaurante de la granja a la mesa llamado "The Chicken" [30] en Tel Aviv para probar la reacción de los consumidores a su hamburguesa "Chicken", [31] mientras que el "mundo del La primera venta comercial de carne cultivada con células" se produjo en diciembre de 2020 en el restaurante "1880" de Singapur, donde se vendía carne cultivada fabricada por la firma estadounidense Eat Just . [32]

Si bien la mayoría de los esfuerzos en este espacio se centran en carnes comunes como la carne de cerdo, ternera y pollo, que constituyen la mayor parte del consumo en los países desarrollados, [33] algunas empresas nuevas como Orbillion Bio se han centrado en carnes inusuales o de alta gama, como el alce, el cordero , Bisonte y la preciada variedad de carne Wagyu. [34] Avant Meats ha llevado al mercado peces de mero cultivados [35] a medida que otras empresas han comenzado a cultivar especies adicionales de peces y otros mariscos. [36]

El proceso de producción está en constante evolución, impulsado por múltiples empresas e instituciones de investigación . [37] Las aplicaciones de la carne cultivada han dado lugar a debates éticos , de salud , ambientales , culturales y económicos . [38] En términos de fortaleza del mercado , datos publicados por la organización no gubernamental Good Food Institute encontraron que en 2021 las empresas de carne cultivada atrajeron 140 millones de dólares solo en Europa . [24] Actualmente, la carne cultivada se sirve en eventos especiales y en pocos restaurantes de alto nivel; la producción en masa de carne cultivada aún no ha comenzado.

En 2021, los investigadores presentaron un método de bioimpresión para producir carne cultivada similar a un filete . [39] [40]

En 2020, el Gobierno de Singapur otorgó la primera aprobación regulatoria del mundo para un producto cárnico cultivado. La carne de pollo se cultivó en un biorreactor en un fluido de aminoácidos, azúcar y sal. [41] Los productos alimenticios de nuggets de pollo están compuestos aproximadamente en un 70 % de carne cultivada en laboratorio, mientras que el resto está elaborado a partir de proteínas de frijol mungo y otros ingredientes. La empresa se comprometió a esforzarse por lograr la paridad de precios con las porciones de pollo premium de los "restaurantes". [42] [43]

Lácteos

Huevos

Gelatina

Café

En 2021, los medios de comunicación informaron que los primeros productos de café sintético del mundo fueron creados por dos empresas de biotecnología, que aún esperan aprobaciones regulatorias para su comercialización a corto plazo. [62] [63] [64] Estos productos, que pueden producirse mediante agricultura celular en biorreactores [64] y para los cuales la investigación y el desarrollo de varias empresas han adquirido financiación sustancial, pueden tener efectos, composición y sabor iguales o muy similares a los de los productos naturales. pero usan menos agua, generan menos emisiones de carbono, requieren menos mano de obra [63] [ se necesitan citas adicionales ] y no causan deforestación . [62] Los productos que equivalen al café cultivado naturalmente en el nivel químico molecular no serían técnicamente "sustitutos del café", sino que sólo difieren en su método de producción y, por tanto, serían "café cultivado en laboratorio". [63]

Las organizaciones que trabajan en el café celular incluyen:

Sangre de cangrejo herradura

Pez

La agricultura celular podría utilizarse para la alimentación comercial de peces .

Fragancias

Seda

Cuero

Alimentos para mascotas

Madera

En 2022, los científicos informaron sobre la primera madera cultivada en laboratorio impresa en 3D . No está claro si alguna vez podría usarse a escala comercial (por ejemplo, con suficiente eficiencia y calidad de producción). [81] [82]

Asuntos

Decrecimiento, crecimiento verde y economía circular

La bioeconomía se ha asociado en gran medida con visiones de "crecimiento verde". [83] Un estudio encontró que una "bioeconomía circular" puede ser "necesaria para construir un futuro carbono neutral en línea con los objetivos climáticos del Acuerdo de París ". [84] Sin embargo, a algunos les preocupa que, centrándose o basándose en el progreso tecnológico, se pueda mantener un modelo socioeconómico fundamentalmente insostenible en lugar de cambiarlo. [85] A algunos les preocupa que esto no conduzca a una ecologización de la economía sino a una economización de lo biológico, "los vivos", y advierten que es necesario considerar el potencial de las técnicas no biológicas para lograr una mayor sostenibilidad. [85] Un estudio encontró que la interpretación actual de la UE de la bioeconomía, a partir de 2019, es "diametralmente opuesta a la narrativa original de Baranoff y Georgescu-Roegen que nos decían que ampliar la proporción de actividades basadas en recursos renovables en la economía desacelerar el crecimiento económico y establecer límites estrictos a la expansión general de la economía". [86] Además, algunos advierten que "Silicon Valley y las corporaciones alimentarias" podrían utilizar tecnologías de bioeconomía para el lavado verde y las concentraciones monopólicas. [87] La ​​bioeconomía, sus potenciales, nuevos modos disruptivos de producción e innovaciones pueden distraer la atención de la necesidad de cambios socioeconómicos estructurales sistémicos [88] [89] y proporcionar una falsa ilusión de utopismo/optimismo tecnocapitalista que sugiere soluciones tecnológicas [90] que pueden hacer posible sostener patrones y estructuras contemporáneos, anticipándose a los cambios estructurales.

Desempleo y reasignación de empleo

Muchos agricultores dependen de métodos convencionales de producción de cultivos y muchos de ellos viven en economías en desarrollo. [91] La agricultura celular para productos como el café sintético podría, si el contexto socioeconómico contemporáneo (los mecanismos del sistema socioeconómico como los incentivos y los mecanismos de distribución de recursos como los mercados) permanece inalterado (por ejemplo, en la naturaleza, propósitos, alcances, límites y grados). ), amenazan su empleo y sus medios de vida, así como la economía y la estabilidad social de la nación respectiva. Un estudio concluyó que "dada la experiencia requerida y los altos costos de inversión de la innovación, parece poco probable que la carne cultivada beneficie inmediatamente a los pobres en los países en desarrollo" y enfatizó que la ganadería es a menudo esencial para la subsistencia de los agricultores en los países pobres. [92] Sin embargo, no sólo los países en desarrollo pueden verse afectados. [93]

Patentes, propiedad intelectual y monopolios

A los observadores les preocupa que la bioeconomía se vuelva tan opaca y libre de responsabilidades como la industria que intenta reemplazar, es decir, el sistema alimentario actual . El temor es que sus productos principales sean carne producida en masa y de dudoso valor nutricional, vendida en los homogéneos locales de comida rápida del futuro. [87]

La comunidad médica ha advertido que las patentes genéticas pueden inhibir la práctica de la medicina y el progreso de la ciencia. [94] Esto también puede aplicarse a otras áreas donde se utilizan patentes y licencias privadas de propiedad intelectual, lo que a menudo impide por completo el uso y el desarrollo continuo de conocimientos y técnicas durante muchos años o décadas. Por otro lado, a algunos les preocupa que sin la protección de la propiedad intelectual como tipo de incentivo a la I+D, particularmente en los grados y proporciones actuales, las empresas ya no tendrían los recursos o motivos/incentivos para realizar investigaciones biotecnológicas competitivas y viables, ya que de lo contrario podrían hacerlo. no podrá generar suficientes retornos de la inversión inicial en I+D o menos retornos que otros gastos posibles. [95] " Biopiratería " se refiere al "uso de sistemas de propiedad intelectual para legitimar la propiedad y el control exclusivos sobre los recursos biológicos y los productos biológicos que se han utilizado durante siglos en culturas no industrializadas". [96]

En lugar de conducir a la producción local de alimentos sostenibles, saludables, baratos, seguros y accesibles con poca mano de obra (tras la transferencia de conocimientos y tecnología y la innovación oportuna y eficiente ), la bioeconomía puede conducir a la formación de monopolios agresivos y a una desigualdad exacerbada. [97] [98] [87] [ se necesitan citas adicionales ] Por ejemplo, si bien los costos de producción pueden ser mínimos, los costos, incluidos los de los medicamentos [99] , pueden ser altos.

Gestión de la innovación, gasto público y gobernanza

Se ha argumentado que la inversión pública sería una herramienta que los gobiernos deberían utilizar para regular y otorgar licencias a la agricultura celular. Las empresas privadas y el capital de riesgo probablemente buscarían maximizar el valor para los inversores en lugar del bienestar social. [87] Además, se considera que la innovación radical es más arriesgada "y probablemente implica una mayor asimetría de información, de modo que los mercados financieros privados pueden gestionar de manera imperfecta estas fricciones". Los gobiernos también pueden ayudar a coordinar "ya que pueden ser necesarios varios innovadores para ampliar la frontera del conocimiento y hacer que el mercado sea rentable, pero ninguna empresa quiere hacer las primeras inversiones necesarias". Y las inversiones en los sectores relevantes parecen ser un cuello de botella que obstaculiza la transición hacia una bioeconomía. [100] Los gobiernos también podrían ayudar a los innovadores que carecen de la red "a obtener naturalmente la visibilidad y la influencia política necesarias para obtener fondos públicos" y podrían ayudar a determinar las leyes pertinentes. [101] Al establecer una infraestructura de apoyo para los ecosistemas empresariales, pueden ayudar a crear un entorno beneficioso para las nuevas empresas innovadoras de bioeconomía. [102] Permitir que estas nuevas empresas de bioeconomía aprovechen las oportunidades que brinda la transformación de la bioeconomía contribuye aún más a su éxito. [103]

Programas academicos

Beca de tejido cultivado New Harvest en la Universidad de Tufts

Un programa conjunto entre New Harvest y el Centro de Investigación de Ingeniería de Tejidos (TERC), una iniciativa respaldada por los NIH establecida en 2004 para avanzar en la ingeniería de tejidos. El programa de becas ofrece financiación para estudiantes de maestría y doctorado de la Universidad de Tufts que estén interesados ​​en la bioingeniería de estructuras sintonizables, mecánica y biología en sistemas de tejidos 3D relacionados con su utilidad como alimentos. [104]

Conferencias

Conferencia Nueva Cosecha

New Harvest reúne a pioneros en la agricultura celular y nuevas partes interesadas de la industria y el mundo académico para compartir aprendizajes relevantes para el futuro de la agricultura celular. La Conferencia se ha celebrado en San Francisco, California, Brooklyn, Nueva York y actualmente se celebra en Cambridge, Massachusetts. [105]

Cumbre sobre la industrialización de carnes y mariscos a base de células

La tercera Cumbre Anual sobre la Industrialización de Carnes y Productos del Mar a base de células es el único foro liderado por la industria que reúne a tomadores de decisiones clave de biotecnología y tecnología alimentaria, empresas líderes de alimentos y carne e inversores para discutir desafíos operativos y técnicos clave para el desarrollo de carnes y mariscos a base de células. a base de carnes y mariscos. [106]

Conferencia científica internacional sobre carne cultivada

La Conferencia Científica Internacional sobre Carne Cultivada comenzó en colaboración con la Universidad de Maastricht en 2015 y reúne a un grupo internacional de científicos y expertos de la industria para presentar las últimas investigaciones y desarrollos en carne cultivada. Se lleva a cabo anualmente en Maastricht, Países Bajos. [107]

Conferencia de buena comida

La conferencia GFI es un evento centrado en acelerar la comercialización de carne limpia y de origen vegetal. [108]

Simposio de carnes cultivadas

El Simposio de Carne Cultivada es una conferencia celebrada en Silicon Valley que destaca los principales conocimientos de la industria sobre la revolución de la carne limpia. [109] [110]

Espectáculo de proteínas alternativas

El Alternative Protein Show es un "evento de networking" para facilitar la colaboración en el "Nuevo Panorama de las Proteínas", que incluye la agricultura celular y de origen vegetal. [111]

Nueva Conferencia de Alimentos

La New Food Conference es un evento orientado a la industria que tiene como objetivo acelerar y potenciar alternativas innovadoras a los productos animales reuniendo a partes interesadas clave. Es la primera y mayor conferencia de Europa sobre nuevas soluciones proteicas. [112]

En los medios

Libros

  • Carne limpia: cómo cultivar carne sin animales revolucionará la cena y el mundo es un libro sobre agricultura celular escrito por el activista animal Paul Shapiro (autor) . El libro analiza empresas emergentes que actualmente están trabajando para producir en masa productos de agricultura celular. [113] [114] [115]
  • Meat Planet: Artificial Flesh and the Future of Food de Benjamin Aldes Wurgaft es el resultado de cinco años de investigación sobre agricultura celular y explora la búsqueda de generar carne en el laboratorio, preguntándose qué significa imaginar que este es el futuro de los alimentos. Es publicado por la Prensa de la Universidad de California. [116]
  • ¿De dónde vienen los hot dogs? Un libro infantil sobre agricultura celular escrito por Anita Broellochs, Alex Shirazi e ilustrado por Gabriel González convierte una barbacoa familiar en una historia científica que explica cómo se elaboran los hot dogs con tecnologías de agricultura celular. El libro se lanzó en Kickstarter el 20 de julio de 2021. [117] [118]

Pódcasts

Campos similares de investigación y producción.

Referencias

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