Kweekvlees is misschien wel de meest ambitieuze en kansrijke vleesopvolger van allemaal. Dierlijke cellen, gekweekt in een mal waarin de cellen zich ontwikkelen tot spierweefsel. Qua dierenleed, milieubelasting en voedselveiligheid zijn de voordelen ten opzichte van de bio-industrie in potentie enorm. Of de consument er ook trek in heeft, is nog een vraag.
- Van patent naar pan
- Stamcellen
- Delen en differentiëren
- Matrix nabootsen
- Naar het bord
- Vogelvlees kweken voor Singapore
Van patent naar pan
Op 5 augustus 2013 was het moment daar. Voor het eerst ging er een in het lab gekweekte hamburger de koekenpan in, live op de Britse televisie. Het vlees werd gemaakt door de Maastrichtse hoogleraar Mark Post en zijn team. Voedingswetenschapper Hanni Rützler proefde de burger. Ze vond ‘m wat droog, maar het smaakte prima. De kostprijs van het stukje vlees: €250.000.
Het idee van kweekvlees is al meer dan een eeuw oud, maar het was de Nederlandse arts en onderzoeker Willem van Eelen die in 1999 het octrooi verwierf op de productie van vlees uit stamcellen. In de jaren daarna liep Nederland voorop in de ontwikkeling van kweekvlees. Inmiddels zijn er veel bedrijven bij gekomen. In Singapore kun je sinds 2021 gekweekte kip eten van het Amerikaanse bedrijf Eat Just. In Nederland moeten we nog even geduld hebben. De regelgeving rondom novel foods zoals kweekvlees is namelijk nogal ingewikkeld en streng.
Potentiële impact
Pas als veel burgers regelmatig een stukje gekweekt vlees op hun bord hebben liggen, weten we hoe groot de impact van deze nieuwe biotechnologische manier van vlees maken kan zijn, maar de vooruitzichten zijn positief. Zo zijn er veel minder dieren nodig die je bovendien niet hoeft te slachten, wat de hoeveelheid dierenleed extreem vermindert. Verder wordt voorspeld dat kweekvlees ten opzichte van vlees uit de bio-industrie een veel lagere milieuimpact heeft. Er is minder land, water en diervoeding nodig en de uitstoot van broeikasgassen, zoals koolstofdioxide en met name het nog schadelijker methaan, vermindert flink. Bovendien worden de voedselveiligheid en gezondheid van kweekvlees juist beter. Er zijn geen antibiotica nodig tijdens de productie en minder vee betekent minder kans op overspringende, nieuwe infectieziekten bij mensen.
Stamcellen
Om te begrijpen hoe je kweekvlees produceert, moet je eerst weten wat je wilt namaken. Neem bijvoorbeeld rundvlees; dat bestaat uit spierweefsel van een koe. Een spier is een bundeling van spiervezels. Deze meerkernige cellen kunnen samentrekken omdat ze gevuld zijn met myofibrillen, lange eiwitketens die contractie mogelijk maken. Tussen de spierbundels lopen zenuwen voor aansturing vanuit de hersenen en bloedvaten voor voedingsstoffen en zuurstof. Om de gehele spier zit beschermend bindweefsel, via pezen is de spier verbonden aan het skelet en tussen het spierweefsel in zit vet.
Voor kweekvlees zijn de spier- en vetcellen het belangrijkst. Vet is cruciaal voor de smaak en textuur van vlees. Beide celsoorten komt voort uit stamcellen, dus die hebben we nodig om de kweek te starten. De standaardmethode om stamcellen te verkrijgen is via een spierpunctie onder plaatselijke verdoving bij een levende koe. Volgens het Nederlandse kweekvleesbedrijf Mosa Meat kun je met één monster koeienspier zo’n 80.000 hamburgers maken. Helemaal diervrij is kweekvlees dus niet, maar het verschil met traditioneel vlees is enorm. Eén geslachte koe levert zo’n 300 kilogram vlees, circa 3000 porties.
Delen en differentiëren
Om van een paar stamcellen duizenden hamburgers te maken, moeten ze eerst heel vaak delen. Deze proliferatiefase gebeurt in een bioreactor. In zo’n vat heb je goede controle over alle omstandigheden, denk aan temperatuur, zuurstofgehalte, voeding en afvoer van afvalstoffen. Bovendien is het er steriel, er zijn dus geen antibiotica nodig. Op dit moment worden spier- en vetcellen nog apart gekweekt, maar bedrijven werken aan een technologie waarmee ze samen in één bioreactor kunnen groeien.
De reactor is gevuld met groeimedium met daarin alle groeifactoren, signaalmoleculen, andere eiwitten en voedingsstoffen die de cellen nodig hebben. Naast proliferatie moet het medium in staat zijn om op het juiste moment de differentiatiefase te triggeren, waarin de stamcellen zich gaan ontwikkelen tot spier- of vetcellen.
Kalfsserum
In eerste instantie gebruikten kweekvleesontwikkelaars foetaal kalfsserum (FBS, fetal bovine serum) in hun medium. FBS wordt veel gebruikt in wetenschappelijk onderzoek, omdat veel soorten cellen er goed in ontwikkelen en groeien. Maar FBS heeft veel nadelen. Het wordt gewonnen uit het bloed van bijna voldragen kalfjes; een dieronvriendelijke methode die in tegenspraak is met de doelen en voordelen van kweekvlees. Bovendien is het serum duur, heeft elke batch een variabele, onbekende samenstelling en is de handel in FBS fraudegevoelig (zie ook het artikel ‘Diervrije vervanger voor kalfsserum’).
Diervrij alternatief
Daarom zoeken kweekvleesbedrijven naar geschikte diervrije alternatieven, bij voorkeur met goedkopere ingrediënten die ze eventueel zelf kunnen produceren. Mosa Meat deed er onderzoek naar en besloot de resultaten in 2021 openbaar te maken, om de verdere ontwikkeling van kweekvlees aan te moedigen. Het bedrijf identificeerde de effecten van kalfsserum op de stamcellen en voegde nieuwe ingrediënten toe aan hun medium om vergelijkbare resultaten te bereiken.
Met name het triggeren van de differentiatiefase was een uitdaging. Dat vraagt om de juiste genexpressie en daar heb je weer specifieke groeifactoren voor nodig. De onderzoekers wisten ook de receptoren te identficeren, waarvan de activiteit toenoeemt tijdens de vroege differentiatie, en voegden vervolgens liganden voor deze receptoren toe aan het medium om dit effect na te bootsen. Het resultaat was een groeimedium afgestemd op de spierstamcellen van het specifieke koeienras waar Mosa Meat mee werkt. Ieder type kweekvlees, maar ook variaties in ras binnen een diersoort, vragen om een ‘eigen’ medium. Voor vetstamcellen vond een vergelijkbare zoektocht plaats. Groeimedium voor adipogenese, de vorming van vetcellen, bestaat al, maar is niet geschikt voor consumptie. Mosa Meat ontdekte dat je een heel eind komt met een versimpelde versie, waarin slechts twee van de vier cruciale ingrediënten zitten, namelijk insuline en rosiglitazon. Rosiglitazon is een agonist voor specifieke receptoren in vetcellen die de cellen gevoeliger maken voor insuline. Insuline triggert vervolgens bepaalde transcriptiefactoren die de differentiatie regelen van pre-adipocyten naar volwassen vetcellen. Rosiglitazon is echter niet geschikt voor consumptie; daarvoor is nog een vervanger nodig.
Het Nationaal Groeifonds kende in april 2022 €60 miljoen toe aan Cellulaire Agricultuur Nederland, dat zich richt op kweekvleesproductie
Matrix nabootsen
Het proces in de bioreactor levert een heleboel cellen, maar nog geen stukje vlees. In het lichaam is de extracellulaire matrix (ECM) cruciaal voor de vorming van weefsels. De matrix geeft weefsels structuur en stevigheid en biedt biochemische ondersteuning. Dankzij de ECM kan een cel de omgeving waarnemen, signalen uitsturen en ontvangen, migreren en differentiëren. Stamcellen ‘luisteren’ als het ware naar aanwijzingen uit de matrix.
In vitro bootsen we de ECM na met een mal; de juiste omgeving voor de cellen om te blijven ‘plakken’ en zich verder ontwikkelen tot een 3D-structuur die lijkt op spierweefsel. In deze structuur moet het groeimedium alle cellen kunnen bereiken om voedingsstoffen en zuurstof te leveren, zoals in het lichaam via bloedvaten gebeurt. Ook moet het materiaal afbreekbaar zijn, want zodra het weefsel ver genoeg is ontwikkeld is, breken de cellen mal weer gedeeltelijk af en vervangen die (bijna helemaal) door de ECM die zelf aanmaken. Met name het ‘plakken’ van de cellen aan de tijdelijke mal blijkt een uitdaging. Dit lukt goed met collageen, het eiwit dat dit proces in vivo grotendeels regelt. Maar ook collageen heeft een dierlijke oorsprong en is daarmee ongewenst in kweekvlees. Nieuwe technologieën om op basis van synthetische of plantaardige polymeren een geschikte mal te maken die geschikt is voor consumptie, zijn volop in ontwikkeling.
Naar het bord
Er zijn nog een technische en biologische hindernissen te overwinnen, maar de ontwikkeling van kweekvlees gaat de goede kant op. Uiteindelijk moeten de juiste stamcellen, een geschikt groeimedium en plakkerig steigermateriaal zorgen voor goed ontwikkeld vlees met een stevige structuur en goede smaak. Daarna kun je verder denken richting vleessoorten van verschillende dieren; orgaanvlees; vis en specifieke producten zoals biefstuk en speklapjes. Ondertussen zijn er ook bedrijven bezig met de ontwikkeling van andere gekweekte diervrije producten, zoals kaas en leer.
De hamvraag is nu: zitten consumenten wel op deze producten te wachten? De cijfers verschillen nogal van elkaar, maar in diverse onderzoeken komt naar voren dat veel mensen nieuwsgierig zijn naar kweekvlees en het willen proberen. De prijs zal hierbij een grote rol spelen. Om kweekvlees concurrerend te maken met vlees uit de bio-industrie, is opschaling van de productie essentieel. En daarvoor is voldoende vraag naar kweekvlees weer cruciaal. Mogelijk kan de overheid ook een rol spelen. Voorstanders van kweekvlees wijzen erop dat de bio-industrie profiteert van subsidies die de kostprijs van vlees drukken, terwijl overheidssteun voor kweekvlees flink achterloopt.
Vogelvlees kweken voor Singapore
Wie kweekvlees wil verkopen, moet naar Singapore. De Vlaamse start-up Peace of Meat kweekt kippen- en eendenvlees en werkt aan hun indiening op de Singaporese markt, waar ze een product hopen te lanceren. Ze gebruiken biotechnologie om vlees op een duurzame en ethisch verantwoorde manier te produceren, met als uiteindelijke doel om een alternatief te bieden voor traditionele veeteelt.
Que Thi Doan is celbioloog en ontwikkelde de celkweeklijnen voor Peace of Meat. ‘Eerst extraheren we een minuscuul druppeltje stamcellen uit een zorgvuldig geselecteerd ei’, legt Doan uit. ‘Dat plaatsen we in een cultivator, waarin we de omstandigheden van een warm dierenlichaam nabootsen. Vervolgens geven we de cellen de juiste hoeveelheid voedingsstoffen, zuurstof en suiker om uit te groeien tot spier-, vet- of leverweefsel.’ Na een paar weken oogsten Doan en haar collega’s de cellen en verwerken ze tot voedselproduct.
Momenteel werkt Peace of Meat aan de ontwikkeling van het product in hun Belgische faciliteit. Voor productie zullen ze samenwerken met een derde partij. Hun product moet voldoen aan de Singaporese regelgeving, zodat ze het straks daar kunnen verkopen. ‘De Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) heeft nog geen reguleringstraject ontwikkeld voor kweekvlees’, vertelt Doan. ‘De Singapore Food Agency (SFA) heeft dat wel gedaan.’ In de Verenigde Staten heeft alleen Upside Foods goedkeuring gekregen van de Food and Drug Administration (FDA) om hun kweekvlees te proeven. ‘We ronden nu onze indiening bij het Singapore Food Agency (SFA) af en bereiden daarnaast onze indiening in de VS voor.’
3 Opmerkingen van lezers