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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 la carne cultivada .

Historia

Aunque la agricultura celular es una disciplina científica naciente, los productos de agricultura celular se comercializaron por primera vez a fines 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, lo que la convirtió en el primer producto modificado genéticamente para la alimentación. [7] El cuajo es una mezcla de enzimas que convierte la leche en cuajada y suero en la elaboración del queso. Tradicionalmente, el cuajo se extrae del revestimiento interno del cuarto estómago de los terneros. Hoy en día, los procesos de elaboración del queso utilizan enzimas de cuajo de bacterias, hongos o levaduras modificadas genéticamente porque no están adulteradas, son más consistentes y menos costosas 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 el avance del 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 , una aceleradora de biología sintética de San Francisco, ha incubado varias empresas emergentes de agricultura celular, entre ellas Muufri (que produce leche a partir de cultivos celulares, ahora Perfect Day Foods), The EVERY Company (que produce claras de huevo a partir de cultivos celulares), Gelzen (que produce gelatina a partir de bacterias y levaduras, ahora Geltor), Afineur (que produce granos de café cultivados) y Pembient (que produce cuerno de rinoceronte). Muufri y The EVERY Company fueron patrocinadas 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 "ag 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 puertas cerradas para las partes interesadas de la industria, la academia y el gobierno en la agricultura celular. [14]

Herramientas de investigación

Varias herramientas de investigación clave son la base de la investigación en agricultura celular, entre ellas: [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 de cultivo de células humanas y de ratón pueden aplicarse a materiales celulares agrícolas, ha quedado claro que la mayoría no lo hacen. Esto se evidencia por el hecho de que los protocolos establecidos para la creación de células madre embrionarias humanas y de ratón no han tenido éxito en el establecimiento de líneas de células madre embrionarias de ungulados. [16] [17] [18]

Los criterios ideales para las líneas celulares destinadas a la producción de carne cultivada incluyen la inmortalidad, la alta capacidad proliferativa, la independencia de la superficie, la independencia del suero y la capacidad de formar tejidos. 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 el cultivo de tejido animal implican el uso de suero fetal bovino (FBS). El FBS es un producto sanguíneo extraído de fetos de terneros. Este producto proporciona nutrientes y factores estimulantes del crecimiento a las células, pero su producción es insostenible y requiere muchos recursos, con una gran variación de lote a lote. [21] Las empresas de carne cultivada han estado invirtiendo importantes recursos en medios de cultivo 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 se vuelven cada vez más costosos, ya que será necesario crear biorreactores de mayor volumen. Cada aumento de tamaño requerirá una reoptimización de diversos parámetros, como las operaciones unitarias, la dinámica de fluidos, la transferencia de masa y la cinética de las reacciones.

Materiales de andamios

Para que las células formen tejido, es útil añadir un material de soporte que les proporcione estructura. Los soportes son fundamentales para que las células formen tejidos de más de 100 μm de diámetro. Un soporte 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 en 3D

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

Aplicaciones

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

Carne

La carne cultivada (también conocida por otros nombres) es una carne producida mediante cultivos celulares in vitro de células animales. [23] Es una forma de agricultura celular, y dichos métodos agrícolas se están explorando 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 tradicionalmente utilizadas en medicinas regenerativas . [25] El concepto de carne cultivada fue presentado a un público más amplio por Jason Matheny a principios de la década de 2000 después de que fuera coautor de un artículo [26] sobre la producción de carne cultivada y creara New Harvest , la primera organización sin fines de lucro del mundo dedicada a la investigación de la carne in vitro . [27]

La carne cultivada puede tener el potencial de abordar importantes problemas globales relacionados con el impacto ambiental de la producción de carne , el bienestar animal , la seguridad alimentaria y la salud humana . [2] [3] [4] [28] [29] [30] Específicamente, se puede pensar en ella en el contexto de la mitigación del cambio climático . [24]

La revolución de la carne , una conferencia en el Foro Económico Mundial a cargo 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 la prueba de concepto de la 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" [31] en Tel Aviv para probar la reacción de los consumidores a su hamburguesa "Chicken", [32] mientras que la "primera venta comercial del mundo de carne cultivada con células" tuvo lugar en diciembre de 2020 en el restaurante "1880" de Singapur, donde se vendió carne cultivada fabricada por la firma estadounidense Eat Just . [33]

Si bien la mayoría de los esfuerzos en este campo se centran en carnes comunes como el cerdo, la ternera y el pollo, que constituyen la mayor parte del consumo en los países desarrollados, [34] algunas empresas nuevas como Orbillion Bio se han centrado en carnes de alta gama o inusuales, como el alce, el cordero, el bisonte y la preciada variedad de carne de vacuno Wagyu. [35] Avant Meats ha llevado al mercado el mero cultivado [36], mientras que otras empresas han comenzado a cultivar especies de peces adicionales y otros mariscos. [37]

El proceso de producción está en constante evolución, impulsado por múltiples empresas e instituciones de investigación . [38] Las aplicaciones de la carne cultivada han dado lugar a debates éticos , sanitarios , medioambientales , culturales y económicos . [39] En términos de fortaleza del mercado , los 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 alta gama, 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 . [40] [41]

En 2020, el Gobierno de Singapur otorgó la primera aprobación regulatoria del mundo para un producto de carne cultivada. La carne de pollo se cultivó en un biorreactor en un fluido de aminoácidos, azúcar y sal. [42] Los productos alimenticios de nuggets de pollo contienen aproximadamente un 70 % de carne cultivada en laboratorio, mientras que el resto está hecho con proteínas de frijol mungo y otros ingredientes. La empresa se comprometió a esforzarse por lograr la paridad de precios con las porciones de pollo de "restaurante" de primera calidad. [43] [44]

Lácteos

Huevos

Gelatina

Café

En 2021, los medios de comunicación informaron de que dos empresas de biotecnología habían creado los primeros productos de café sintético del mundo, que aún estaban a la espera de las aprobaciones regulatorias para su comercialización a corto plazo. [63] [64] [65] [66] Estos productos, que pueden producirse mediante agricultura celular en biorreactores [65] y para los que la I+D de varias empresas ha adquirido una financiación sustancial, pueden tener efectos, composición y sabor iguales o muy similares a los de los productos naturales, pero utilizan menos agua, generan menos emisiones de carbono, requieren menos mano de obra [64] [ cita(s) adicional(es) necesaria(s) ] y no causan deforestación . [63] El café cultivado con células es un enfoque mucho más radical para los múltiples desafíos que enfrenta el café tradicional. Si bien el café 100%, el café cultivado con células se cultiva en el laboratorio a partir de células de café para proporcionar, después del secado, un polvo que se puede tostar y extraer. [66]

Sangre de cangrejo herradura

Pez

La agricultura celular podría utilizarse como alimento comercial para peces .

Fragancias

Seda

Cuero

Comida para mascotas

Madera

En 2022, los científicos informaron sobre la primera madera impresa en 3D cultivada en laboratorio. No está claro si alguna vez podría usarse a escala comercial (por ejemplo, con suficiente eficiencia de producción y calidad). [82] [83]

Asuntos

Decrecimiento, crecimiento verde y economía circular

La bioeconomía se ha asociado en gran medida con visiones de "crecimiento verde". [84] Un estudio concluyó que una "bioeconomía circular" puede ser "necesaria para construir un futuro carbono neutral en línea con los objetivos climáticos del Acuerdo de París ". [85] Sin embargo, a algunos les preocupa que con un enfoque o dependencia del progreso tecnológico se pueda mantener un modelo socioeconómico fundamentalmente insostenible en lugar de cambiarlo. [86] A algunos les preocupa que eso no conduzca a una ecologización de la economía sino a una economización de lo biológico, "lo vivo", y advierten que se deben considerar los potenciales de las técnicas no biológicas para lograr una mayor sostenibilidad. [86] Un estudio concluyó 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 decía que expandir la proporción de actividades basadas en recursos renovables en la economía desaceleraría el crecimiento económico y establecería límites estrictos a la expansión general de la economía". [87] Además, algunos advierten que "Silicon Valley y las corporaciones alimentarias" podrían usar las tecnologías de la bioeconomía para el lavado de imagen verde y las concentraciones monopólicas. [88] La bioeconomía, sus potenciales, nuevos modos disruptivos de producción e innovaciones pueden distraer de la necesidad de cambios socioeconómicos estructurales sistémicos [89] [90] y proporcionar una falsa ilusión de utopismo/optimismo tecnocapitalista que sugiere que las soluciones tecnológicas [91] pueden hacer posible sostener patrones y estructuras contemporáneas, anticipándose a los cambios estructurales.

Desempleo y reasignación laboral

Muchos agricultores dependen de métodos convencionales de producción de cultivos y muchos de ellos viven en economías en desarrollo. [92] La agricultura celular para productos como el café sintético podría, si el contexto socioeconómico contemporáneo (los mecanismos del sistema socioeconómico como incentivos y mecanismos de distribución de recursos como los mercados) permanece inalterado (por ejemplo, en naturaleza, propósitos, alcances, límites y grados), amenazar su empleo y sustento, así como la economía y la estabilidad social de la respectiva nación. 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 agricultura animal es a menudo esencial para la subsistencia de los agricultores en los países pobres. [93] Sin embargo, no sólo los países en desarrollo pueden verse afectados. [94]

Patentes, propiedad intelectual y monopolios

Los observadores temen 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 básicos sean carne producida en masa y de dudosa calidad nutricional que se venda en los homogéneos locales de comida rápida del futuro. [88]

La comunidad médica ha advertido que las patentes genéticas pueden inhibir la práctica de la medicina y el progreso de la ciencia. [95] Esto también puede aplicarse a otras áreas en las que se utilizan patentes y licencias privadas de propiedad intelectual, que a menudo impiden por completo el uso y el desarrollo continuo de conocimientos y técnicas durante muchos años o décadas. Por otra parte, a algunos les preocupa que sin la protección de la propiedad intelectual como tipo de incentivo para la I+D, en particular en los grados y alcances actuales, las empresas ya no tendrían los recursos o los motivos/incentivos para realizar una investigación biotecnológica competitiva y viable, ya que de lo contrario podrían no ser capaces de generar suficientes rendimientos de la inversión inicial en I+D o menos rendimientos que de otros gastos que son posibles. [96] La " biopiratería " se refiere al "uso de sistemas de propiedad intelectual para legitimar la propiedad y el control exclusivos sobre recursos biológicos y productos biológicos que se han utilizado durante siglos en culturas no industrializadas". [97]

En lugar de conducir a una producción de alimentos sostenibles, saludables, económicos, seguros y accesibles con poca mano de obra a nivel local (después de la transferencia de conocimientos y tecnología y una innovación oportuna y eficiente ), la bioeconomía puede conducir a la formación agresiva de monopolios y a una desigualdad exacerbada. [98] [99] [88] [ cita(s) adicional(es) necesaria(s) ] Por ejemplo, mientras que los costos de producción pueden ser mínimos, los costos (incluidos los de los medicamentos) [100] 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 para la agricultura celular. Las empresas privadas y el capital de riesgo probablemente buscarían maximizar el valor para los inversores en lugar del bienestar social. [88] Además, se considera que la innovación radical es más riesgosa, "y probablemente implica una mayor asimetría de la 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 inversiones necesarias en un primer momento". Y las inversiones en los sectores pertinentes parecen ser un cuello de botella que obstaculiza la transición hacia una bioeconomía. [101] 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. [102] Al establecer una infraestructura de apoyo para los ecosistemas empresariales, pueden ayudar a crear un entorno beneficioso para las empresas emergentes innovadoras de bioeconomía. [103] Permitir que estas empresas emergentes de bioeconomía aprovechen las oportunidades que ofrece la transformación de la bioeconomía contribuye aún más a su éxito. [104]

Programas académicos

Beca de investigación sobre tejidos cultivados New Harvest en la Universidad Tufts

Un programa conjunto entre New Harvest y el Centro de Investigación de Ingeniería de Tejidos (TERC), una iniciativa apoyada por el NIH establecida en 2004 para promover 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 ajustables, mecánica y biología para convertirlas en sistemas de tejidos tridimensionales relacionados con su utilidad como alimentos. [105]

Conferencias

Conferencia Nueva Cosecha

New Harvest reúne a pioneros en la agricultura celular y a nuevos interesados ​​de la industria y el mundo académico para compartir conocimientos relevantes sobre el camino que seguirá la agricultura celular. La conferencia se ha celebrado en San Francisco (California), Brooklyn (Nueva York) y actualmente se lleva a cabo en Cambridge (Massachusetts). [106]

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

La 3.ª Cumbre anual sobre industrialización de carnes y mariscos a base de células es el único foro liderado por la industria que reúne a los principales tomadores de decisiones de la biotecnología y la tecnología alimentaria, las principales empresas de alimentos y carnes y los inversores para debatir los desafíos operativos y técnicos clave para el desarrollo de carnes y mariscos a base de células. [107]

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 avances en carne cultivada. Se lleva a cabo anualmente en Maastricht, Países Bajos. [108]

Conferencia de Buena Comida

La conferencia GFI es un evento enfocado en acelerar la comercialización de carne limpia y de origen vegetal. [109]

Simposio sobre carne cultivada

El Simposio de Carne Cultivada es una conferencia que se lleva a cabo en Silicon Valley y que destaca los principales conocimientos de la industria sobre la revolución de la carne limpia. [110] [111]

Show 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 basada en plantas. [112]

Conferencia sobre la nueva alimentación

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 las principales partes interesadas. Es la primera y más grande conferencia de Europa sobre soluciones de nuevas proteínas. [113]

En los medios

Libros

  • Clean Meat: How Growing Meat Without Animals Will Revolutionize Dinner and the World es un libro sobre agricultura celular escrito por el activista por los derechos de los animales Paul Shapiro (autor) . El libro analiza empresas emergentes que actualmente están trabajando para producir en masa productos de agricultura celular. [114] [115] [116]
  • 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 la alimentación. Lo publica la University of California Press. [117]
  • ¿De dónde vienen los hot dogs? Un libro infantil sobre agricultura celular de Anita Broellochs, Alex Shirazi e ilustrado por Gabriel Gonzalez convierte una barbacoa familiar en una historia científica que explica cómo se hacen los hot dogs con tecnologías de agricultura celular. El libro se lanzó en Kickstarter el 20 de julio de 2021. [118] [119]

Podcasts

Campos de investigación y producción similares

Referencias

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