人工ビーフジャーキー、試してみますか？

制作：中国科学普及協会

著者: Denovo チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会

世界の牛肉消費量が増加し続ける中、人々の肉に対する需要をいかに満たすかが重要な課題となっている。

この疑問の背後には、細胞農業と呼ばれる新たな分野が生まれつつあります。この技術により、将来的には肉牛を育てるための実際の農場は必要なくなり、おいしいビーフジャーキーを味わえるようになるかもしれません。これはSF映画のストーリーのように聞こえますが、実際には細胞農業は徐々に現実のものになりつつあります。

牛肉

（写真提供：著者撮影）

細胞農業とは何ですか?

細胞農業は、直接細胞培養技術を使用して食品を生産する革新的なアプローチです。研究室で動物細胞を培養し増殖させることで、養殖や屠殺のプロセスを経ずに、従来の肉に似た食品を生産することができます。

細胞農業技術により、動物全体を飼育する必要がなくなります。食べる分だけ栽培すれば十分です。例えば、ステーキを食べたいだけなら、骨や角、蹄などの組織や臓器をわざわざ培養する必要はありません。

動物飼育ではなく工業化された細胞培養プロセスである細胞農業のプロセスの概略図

（画像出典：参考文献[3]）

牛肉細胞を培養するプロセスは何ですか?

人工のビーフジャーキーを食べたいなら、まず牛の筋肉幹細胞から始めなければなりません。牛の幹細胞を培養するプロセス全体は複雑かつ精密で、多くのエネルギーを消費します。

まず、牛の組織から抽出した筋肉細胞を研究室で培養します。小さなフラスコの中で、これらの細胞は、細胞の成長に必要な成長因子、ホルモン、組み換えタンパク質、および細胞の成長を制御するその他の物質を提供する特別な栄養溶液で培養されます。時間が経つにつれて、最初の種子細胞は増殖し始め、徐々により大きなバイオリアクターを形成します。このプロセスでは、細胞の成長ニーズを満たすために、細胞と栄養溶液の特定の比率を維持する必要があります。

細胞培養用のペトリ皿と栄養液

(画像出典: Wikipedia)

しかし、科学者たちは依然として課題に直面している。生きた動物から抽出された牛の筋肉幹細胞は、通常、培養の過程で約50回しか分裂できず、その後は老化状態に入り、生存できなくなるのだ。

この 50 回の倍加の閾値はヘイフリック限界と呼ばれます。ヘイフリック限界とは、ほとんどの哺乳類の体細胞が受けることができる分裂回数の限界を指します。この概念は 1960 年代にレナード・ヘイフリックによって提案されました。細胞分裂の限界は、細胞が分裂するたびに、染色体の末端にある特殊な構造であるテロメアが短くなることに起因します。細胞が分裂するたびに、テロメアは一定の長さまで短くなります。テロメアが一定程度短くなると、細胞は分裂を続けることができなくなり、停滞状態またはアポトーシス（細胞死）に陥ります。

細胞分裂の過程で、染色体の末端にあるテロメア（赤い部分）は短くなり続け、最終的に細胞は分裂を続けることができなくなります。

(画像出典: Wikipedia)

この問題に対処するため、タフツ大学細胞農業センターの研究者らは、急速に増殖し、数百回、場合によっては無期限に分裂できる不死化ウシ筋肉幹細胞（iBSC）を開発しました。

これらの不死化牛筋肉幹細胞は癌細胞になるのでしょうか？

ACS Synthetic Biology誌に掲載された研究で、タフツ大学の研究者らは、牛の幹細胞を改変してテロメアを継続的に再構築し、染色体を効果的に「若く」保ち、新たな複製と細胞分裂のサイクルに備えた。これらの細胞は120回以上の分裂を達成しました。

ACS Synthetic Biologyの記事のスクリーンショット

（画像出典：著者）

研究者らは、不死細胞の発生に関する懸念の一つは、それが癌細胞に変化する可能性があることだと指摘している。これは、がん細胞がヘイフリック限界という正常細胞の制御機構を回避して異常に増殖・分裂する細胞であるためです。

しかし、彼らの研究によれば、これらの不死化牛筋肉幹細胞は発がん性を示さなかった。研究者らは細胞をマウスに注入し、マウスの体内で腫瘍を形成したり拡散したりできないことを発見した（がん細胞が通常持つ特性）。さらに、研究者らはこれらの細胞を実験室環境で長期間観察したが、細胞の変形や異常な成長特性は発見されなかった。

今後、肉の生産はどのように変化するのでしょうか?

技術の発展と細胞農業の普及により、今後食肉生産方法はさらに多様化していくことが予想されます。

細胞農業技術の利点の一つは、肉の生産効率を大幅に向上できることです。たとえば、Open Philanthropy のレポートによると、成熟し規模が拡大した培養肉産業は、最終的には 3 ～ 4 カロリーのエネルギーを使用して 1 カロリーの食用タンパク質を生産できるようになります。動物が養殖されている場合、その比率は、鶏肉の摂取カロリー 10 カロリーに対して食用タンパク質 1 カロリー、牛肉の摂取カロリー 25 カロリーに対して食用タンパク質 1 カロリーとなります。

もちろん、消費者は価格と味という他の 2 つの点をより気にするかもしれません。人工肉は現在高価で、本物の肉とは味も大きく異なりますが、将来的には改良の余地があるかもしれません。

味の面では、人工肉の夜明けはすでに訪れています。2019年、イスラエルのアレフファーム社は、細胞培養技術を使用して、色、香り、味に優れたステーキを生産することに成功したと発表しました。この製品は実際のレストラン環境で検証され、消費者から肯定的なフィードバックを得ています。

一般的に、細胞農業は多くの課題に直面していますが、一定の可能性を秘めており、将来的には重要な食料生産方法の 1 つになる可能性があります。

参考文献:

【1】スタウト、アンドリュー J.、他「培養肉用途のための不死化ウシ衛星細胞」 ACS合成生物学（2022）。

【2】ヘイフリック、レナード「ヒト二倍体細胞株の試験管内寿命の限界」実験細胞研究37.3（1965）：614-636。

【3】Reiss J、Robertson S、Suzuki M.培養肉のための細胞源：生産ワークフロー全体にわたる応用と考慮事項[J]。国際分子科学ジャーナル、2021年、22(14):7513。