迫切需要环保的肉类生产技术来解决日益增长的全球粮食需求。作为传统肉类生产的一种替代品，人造肉生产技术引起了人们的广泛关注。人造肉最早于2012年开发出来，是在实验室里通过培养动物肌肉细胞生产出来的肉。

通常，人造肉生产需要动物的血清（或血液的液体部分），这对于肌肉细胞在培养基中的生长是必不可少的，因为血清中含有丰富的蛋白质，可以促进肌肉细胞的生长。由于成本高、污染风险和伦理问题等多种原因，动物血清的使用面临重大挑战。因此，需要一种不需要血清就能让肌肉细胞生长的培养方法。

现在，由东京女子医科大学的Tatsuya Shimizu教授领导的一个研究小组，与早稻田大学的博士生Shanga Chu和Toru Asahi教授，东京女子医科大学的Yuji Haraguchi教授和神户大学的Tomohisa Hasunuma教授一起，开发了一种利用光合微生物培养无血清肌肉细胞的新系统。他们的研究结果发表在2024年8月23日的《科学报告》上。

正常情况下，动物血清提供一种叫做生长因子的蛋白质，这种蛋白质对肌肉细胞的生长至关重要。然而，已知大鼠肝细胞也能分泌这些生长因子。研究人员发现，培养这些肝细胞后剩余的培养基（或上清）含有生长因子，可以在不使用血清的情况下支持肌肉细胞的生长。Shimizu解释说：“虽然更多的生长因子分泌细胞和更长的培养时间会产生更多的生长因子，但缺点是这些细胞同时也会向培养基中产生乳酸和氨等废物，最终阻碍肌肉细胞的生长。”

因此，废物清除对于提高这种培养上清作为动物血清替代品的性能至关重要。为了解决这个问题，研究人员开发了l -乳酸同化蓝藻（光合微生物），它们具有乳酸转化为丙酮酸的基因，能够吸收有害的废物代谢物，如乳酸和氨，并将其转化为动物细胞（大鼠肝细胞和肌肉细胞）的营养物质，如丙酮酸和氨基酸。

在这项研究中，课课组提出了一种新的系统，将分泌生长因子的大鼠肝细胞与改性蓝藻共培养或一起培养，然后用这种共培养的上清液促进肌肉细胞的生长，而不需要血清。他们发现，将蓝藻与大鼠肝细胞共培养，乳酸减少30%，氨减少90%以上。此外，蓝藻产生的营养物质能够减少大鼠肝细胞的营养消耗，与单独培养大鼠肝细胞收集的上清相比，共同培养的上清中含有丰富的营养物质，如葡萄糖和丙酮酸。

当用这种共培养上清培养肌肉细胞时，他们发现肌肉细胞的生长速度比只用大鼠肝细胞的生长速度高3倍。这表明，共培养蓝藻显著提高了培养上清作为血清替代品的性能，并通过废物升级循环优化了细胞培养。

“我们的研究提供了一种新的低成本、可持续的细胞培养系统，在涉及细胞农业的各个领域具有广泛的适用性，如培养肉生产、发酵、生物制药生产和再生医学。此外，作为一种不杀死动物的肉类生产技术，用光合微生物培养动物细胞不仅有助于解决未来的粮食安全挑战，还有助于解决伦理问题和与气候变化有关的问题，”Shimizu总结道。