Hücresel tarım nedir ve nasıl maksimuma çıkartabiliriz?
18 Apr 2022
Somon nigiri gibi hücre-bazlı işlenmiş ürünlerin yapımında doku mühendisliği kullanılmaktadır. Fotoğraf Wildtype / CC BY.
Dünya Kaynakları Enstitüsü, sığır eti ve diğer geviş getiren hayvan etlerine olan talebin, artan orta sınıf ve 2050 yılına kadar 10 milyara ulaşması beklenen dünya nüfusu ile 2010 ila 2050 yılları arasında yüzde 88 artacağını öngörüyor. Gelecekteki genel besin gereksinimlerini karşılamak için FAO, gıda üretiminin yüzde 70 artması gerekeceğini öngörüyor. Buna paralel olarak, tüketici tercihleri de insanlar daha bilinçli gıda tercihleri yaptıkça değişiyor.
Hücresel tarım, hız kazanan Yeni Gıda sektöründe temel direk konumunda olup, yine bitki-, mikroorganizma- ve haşere-bazlı alternatifleri içeriyor. Gelecek on yılda hızlı bir büyüme yaşayacak olan hücresel tarım, geleceğin beslenme gereksinimlerini karşılamada önemli bir rol oynarken, mevcut gıda üretim sistemleri ve çevre üzerindeki baskıları azaltıyor.
Nasıl çalışır?
Hücresel tarım bitkilerden ve hayvanlardan ya da tek hücreli organizmalardan alınan bağımsız hücreleri, tarımsal ürünlerin yapımında kullanıyor. Bunların arasında doku mühendisliğiyle veya hassas fermantasyon ile, tüm hayvanı veya bitkiyi "yetiştirmeden" üretilen etler, deniz ürünleri, süt ürünleri ve diğer protein-zengini gıdalar ve fonksiyonel içerikler yer almaktadır.
Doku mühendisliği, hücre-bazlı veya kültür eti, deniz ürünü ve süt yapımında kullanılmaktadır. Hücre-bazlı et ve deniz ürünleri üretmek için canlı hayvandan doğal veya genetiği değiştirilmiş kök hücreler alınarak, biyoreaktör içinde doğanın kendi büyüme ve tamir mekanizmaları kullanılarak besin zengini koşullarda yetiştirilmektedir. Hücreler, türlerine göre ayrılır - kas ya da yağ hücreleri - daha sonra bir yapı iskelesi üzerinde yetiştirilir veya kıyma olarak işlenir.
Hücre bazlı süt üretiminde de benzer bir metot kullanılmaktadır. Burada memeli süt bezi hücreleri, içi boş bir fiber biyoreaktör içinde devinimsizleştirilir. Sonuç olarak hücreler, hücre kaynağına bağlı olarak inek veya insan memesi sütü ile aynı makro-besin profiline sahip bir tam yağlı süt salgılar.
Hassas fermantasyon, hali hazırda gıda ve farmasötik endüstrilerinde yaygın kullanılmakta olan oturmuş metotları genişletmektedir. Proses, örneğin inek gibi bir donör organizmadan alınan hedef proteini kodlayan genin alınıp, konak DNA'sına yerleştirilmesini içermektedir. Genellikle bakteri veya maya gibi tek-hücreli bir organizma olan konak, fermantasyon tankında işlenerek, hedefi büyük miktarlarda üretmesi sağlanır. Ortaya çıkan protein, konağın hücrelerinden ayrılır, arıtılır ve tipik olarak toz haline getirilmek üzere kurutulur, bu da örneğin tatlandırıcı, süt ürünleri bazlı dondurma içeriği veya kolajen olarak kullanılır.
Benzer şekilde, hassas fermantasyon da soya hemesi gibi bitkisel bileşenlerin üretiminde kullanılmaktadır. Burada DNA, soya bitkisinden alınarak, gen mühendisliği ile mayaya yerleştirilir. Fermantasyon sonrasında hayvan hemesine benzeyen soya hemesi, kırmızı veya pembemsi bir renk, et gibi bir doku ve tat vermesi için et benzeri ürünlerde kullanılabilir.
Aynı metot, tine protein-bazlı enzim, ipek ve deri yapmak veya yağ veya insan sütü yerine geçen ürünler için insan sütü oligosakaritleri gibi protein harici içerikleri oluşturmak için kullanılır.
Fermantasyon, endüstriyel gıda üretiminde giderek daha fazla kullanılan soya hemesinin (leghemoglobin) verimli şekilde üretimini mümkün kılmaktadır. Bu çığır açan süreç, soya yumrularının hasadını mümkün kılmakta, toprakta depolanan karbonun salınımına ve toprak erozyonuna karşı koymaktadır. Görsel: İmkansız Gıdalar
Avantajları nelerdir?
Hücresel tarımın, artan nüfusumuzun ihtiyaç duyduğu besinleri ve diğer gıda harici ürünleri, ek araziler gasp etmeden veya doğal kaynaklarımızı daha fazla zorlamadan temin etme potansiyeli bulunmaktadır.
Üretim prosesleri kontrollü bir ortamda gerçekleştiği ve büyük oranda oturmuş teknolojiler üzerine kurulu olduğu için faydaları da çok geniştir. Hücresel tarım gıdaları:
- yüksek gıda dönüşüm oranı vardır ve benzer ya da aynı besin profillerine sahiptir
- yüksek istikrar, güvenlik ve hijyen standartlarını karşılar
- mevsimsel ve iklimsel değişikliklerden bağımsızlığı nedeniyle daha fazla gıda güvenliği sağlar
- hayvan antibiyotikleri içermez, böylece mikrop karşıtı direnci (AMR) minimuma indirir
- en iyi genlere sahip hayvanlardan veya kültürü zor ya da tükenmekte olan türlerden hücre dizisi seçimine imkan sağlar
- sağlıksız veya alerjik reaksiyonlara neden olan bileşenlerin (örn. doymuş yağ, laktoz) alınmamasına imkan sağlar
Zorlukları nelerdir?
Hücresel tarım ürünlerinde endüstriyel ölçekli kapasiteye ve fiyat paritesine ulaşmak, belirli zorlukların üstesinden gelinmesini gerektirir.
Doku mühendisliği için:
- malzeme maliyetlerinin azaltılması: kültür medyası bileşenlerinin (örn. peptidler) üretilmesi için hassas fermantasyon kullanımı, medyanın geri dönüştürülmesi ve daha az zahmet gerektiren hücre dizilerinin kullanılması
- üretim verimliliğinin arttırılması: büyük ve ölçeklendirilebilir, ancak hücre hasarını minimuma indiren amaca uygun biyoreaktörlerin tasarlanması
Hassas fermantasyon için:
- konak üretkenliğinin ve verimliliğinin arttırılması
- üretim maliyetlerini düşürmek için sterilite gerekliliklerinin azaltılması
- enerji verimliliğini arttırmak ve Sera Gazı emisyonlarını minimuma indirmek için metabolik ısının geri dönüştürülmesi ve CO2'nin yeniden kullanım için muhafaza edilmesi
Nasıl maksimuma çıkartabiliriz?
Hücresel tarımın tam potansiyeline ulaşmak on yıllar alacak, ancak hız kazanmak için atabileceğimiz adımlar var. Bir tanesi, hassas fermantasyon proseslerinde ön-onaylı maya türleriyle başlamak gibi öncelikle alçak dallardaki meyveleri hedef almak. Bir diğeri ise hücre-bazlı bileşenleri bitkisel bazlı gıdalarla birleştirerek tadın, dokunun ve besin değerinin iyileştirildiği hibrit ürünler. Ayrıca kas hücrelerinin yetiştirilmesini desteklemek için mantar ve bitki-bazlı yapı iskeleleri kullanılarak üretim maliyetleri azaltılabilir.
Makro seviyede, düzenleyici kuruluşların da uygulamalar gelmeden önce Yeni Gıdaların piyasaya sunulması için ne gerektiği konusunda görüşmeler yapmalıdır. Bu, bütün paydaşların faydasına olacak ve piyasaya hangi ürünlerin gireceği konusundaki verimliliği ve hızı arttıracaktır. Bir diğer önemli faktör ise ARGE çalışmalarının hızlandırılması ve üretim ölçeğinin büyütülmesi için hücresel tarım alanındaki yeni ve mevcut firmalara yapılan yatırımın arttırılması- ve tabi tüm bunlarda yenilenebilir enerjinin kullanılmasıdır.
Son olarak, bu ürünlerin ivme kazanması için müşteri güveninin kazanılması zorunludur. Bunun için, bu ürünlerin nasıl yapıldıkları ve insanların hali hazırda kullanmakta oldukları ve ihtiyaç duydukları - gerek peynir, gerek insülin gibi gıdalar ve ilaçlarla nasıl bağlantılı olduklarına dair şeffaf ve düzenli iletişim gereklidir.
McKinsey & Co'nun tahminlerine göre örneğin yetiştirilmiş et, 2030 yılına kadar konvansiyonel olarak üretilen etin fiyat paritesine ulaşacak. Yani bu tartışmaların yapılmasına hemen başlanması gereklidir.
Bu makale, GEA Sıvı ve Toz Teknolojileri, Yönetim Kurulu Başkanı Ilija Aprcovic'in orijinal yazısından alınmıştır: Hücresel tarım, artan gıda talebine iklim-dostu bir yanıt mı? | Dünya Ekonomik Forumu (weforum.org)
