生物工程學院陳堅院士團隊關欣副研究員在Nature Reviews Bioengineering雜志在線發表了題為“Microbial cell factories for cost-effective and high-quality cultured meat”(Guan et al.Nat Rev Bioeng.2024. https://doi.org/10.1038/s44222-024-00258-2)的評述文章，闡述了利用微生物細胞工廠這一前沿技術，破解細胞培養肉在成本控制和品質提升方面所面臨的瓶頸，為細胞培養肉產業發展提供新思路。

細胞培養肉技術通過體外培養動物細胞而非傳統動物養殖進行肉制品生產。這一生產過程不涉及動物的飼養和屠宰，因此相較于畜牧業養殖，它更安全可控、環保、高效且對動物友好。盡管目前細胞培養肉技術已取得一些突破，如可食用支架開發、細胞懸浮馴化和培養基循環等。然而，細胞培養肉的大規模工業化生產仍面臨巨大挑戰，其中最關鍵的是生產原料（如培養基和支架材料）的成本高昂以及產品品質的不足。

針對上述問題，陳堅院士團隊提出“打造微生物細胞工廠，驅動細胞培養肉低成本、高品質生產”。通過代謝工程、合成生物學相關技術改造微生物，生產專用于細胞培養肉的原料和加工配料（圖1），從而降低細胞培養肉生產成本、提高產品品質。為實現該目標，當前的微生物細胞工廠需要進一步升級，潛在的研究方向包括以下幾個方面：

1）設計高性能細胞因子：細胞因子是無血清培養基中不可或缺的功能性添加劑，對于培養肉生產中動物細胞的增殖、分化和功能維持至關重要。目前，大多數細胞因子價格昂貴、穩定性較差，因此，開發高穩定性、高活性的細胞因子將提高其利用率并降低成本。近年來飛速發展的蛋白質工程技術，如定向進化、合理設計和AI蛋白質設計等，為獲得具有更高產量、穩定性、特異性和生物活性的細胞因子提供了有效方法。

2）開發功能性水解物：微生物如酵母富含營養，經發酵和水解后可以獲得含有多種營養物質的混合物，包括游離氨基酸、維生素和活性肽等。同時，可以進一步改造微生物，開發出含有功能性物質（如生長因子、胰島素和白蛋白等）的復合水解物，其具有顯著的成本優勢。但值得注意的是，高濃度的水解物可能會抑制細胞生長，因此需要系統研究來識別和去除相關成分。

3）探索自定義功能支架：細胞支架構筑仿生三維微環境并提供機械支持，對細胞功能調節和組織形成至關重要，同時也是影響培養肉成本的重要因素。目前，采用代謝工程策略已實現了多糖類材料（如透明質酸、纖維素等）的微生物合成，但是在重組表達蛋白類材料（如全長膠原蛋白、明膠等）方面仍面臨產量低、易降解、凝膠性能差等技術挑戰。一個潛在的解決方案是利用重組技術，通過模塊組合策略設計全新的生物材料，實現高生產效率和所需功能特性的兼得。

4）定制化生產食品配料：體外生產的純細胞或組織通常是無色無味的，因此食品化加工是提高培養肉適口性和營養強化的關鍵環節。目前，微生物細胞工廠已實現了多種食品配料的生物合成，如酶制劑、著色劑和調味劑等。進一步，在系統解析細胞培養肉與傳統肉品風味和營養差異的基礎上，利用微生物細胞工廠為培養肉定制化生產食品配料。

通過構建和優化微生物細胞工廠，為細胞培養肉打造專屬供應鏈，將極大地推動細胞培養肉的產業化進程。在開展技術研發的同時，還應開展食品安全研究，為產品審批和消費者認可提供科學數據。

圖1使用微生物細胞工廠生產的原料進行細胞培養肉生產

上述研究得到了浙江大學上海高等研究院繁星科學基金（SN-ZJU-SIAS-0013）、中國工程院戰略研究與咨詢項目（2023-XZ-79）等的資助。

近年來陳堅院士團隊以動物干細胞發育機理為理論指導，在動物肌纖維和脂肪細胞體外生成調控、組織構筑和細胞培養肉高效制備技術開發方面取得豐碩成果，相關研究成果已發表在Food Research International、Food & Function、Food Bioscience、Trends in Biotechnology、Future Foods等本領域權威期刊。