为了应对日益增长的全球粮食需求，迫切需要环保的肉类生产技术。培养肉生产就是这样一种技术，它作为传统肉类生产的替代品，引起了广泛关注。培养肉于2012年首次开发，它只是通过在实验室中培养动物肌肉细胞而生产的肉。

通常，培养肉生产需要动物血清(或血液的液体部分)，这对于培养基中肌肉细胞的生长至关重要，因为血清中含有丰富的促进肌肉细胞生长的蛋白质。由于成本高、污染风险和道德问题等多种原因，使用动物血清带来了重大挑战。因此，需要一种无需使用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TatsuyaShimizu教授领导的研究小组，以及早稻田大学的博士生ShangaChu和ToruAsahi教授、东京女子医科大学的YujiHaraguchi教授和神户大学的TomohisaHasunuma教授，开发出了一种利用光合微生物在无血清条件下培养肌肉细胞的新系统。他们的研究成果发表在《科学报告》上。

通常，动物血清提供肌肉细胞生长所必需的蛋白质，即生长因子。然而，大鼠肝细胞也分泌这些生长因子。研究人员发现，培养这些肝细胞后剩下的培养基(或上清液)含有生长因子，无需使用血清即可支持肌肉细胞生长。

“虽然更多的生长因子分泌细胞和更长时间的培养会产生更多的生长因子，但缺点是细胞同时也会产生乳酸和氨等废物到培养基中，最终阻碍肌肉细胞的生长，”Shimizu解释道。

因此，废物去除对于提高这种培养上清液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)，该蓝藻具有乳酸到丙酮酸的转化基因，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。

在本研究中，研究小组提出了一种新系统，即将分泌生长因子的大鼠肝细胞与改良蓝藻共培养或一起培养，然后利用共培养的上清液在无需血清的情况下促进肌肉细胞生长。

他们发现，将蓝藻与大鼠肝细胞共培养可使乳酸减少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时收集的上清液相比，共培养上清液中葡萄糖和丙酮酸等营养物质含量丰富。

当使用这种共培养上清液培养肌肉细胞时，他们发现肌肉细胞的生长速度比仅使用大鼠肝细胞时高出三倍。这表明共培养蓝藻可显著提高培养上清液作为血清替代品的性能，并通过废物循环利用优化细胞培养。

“我们的研究提供了一种新颖的低成本、可持续的细胞培养系统，可广泛应用于涉及细胞农业的各个领域，例如培养肉生产、发酵、生物制药生产和再生医学。

“此外，作为一种不杀死动物而生产肉类的技术，用光合微生物培养动物细胞不仅可以帮助解决未来的粮食安全挑战，还可以解决与气候变化相关的道德问题，”Shimizu总结道。

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