SynBio团队 | 江南大学赵鑫锐研究员、堵国成教授

细胞农业作为新兴的革命性生物技术，依托细胞培养与组织工程技术，从供体动物中获取细胞，在生物反应器中生产蛋白质、脂质及组织，从而获得与传统畜牧产品分子等价的农产品。培养肉（Cultured Meat, CM）是细胞农业的核心方向之一，通过体外培养动物肌肉细胞生产可食用组织，无需直接屠宰牲畜。与传统肉类相比，培养肉可显著减少温室气体排放与环境负担，降低抗生素耐药性与人畜共患病风险，成为应对全球肉类消费增长与资源压力的潜在解决方案。然而，CM生产仍面临多重技术瓶颈，包括细胞系筛选、无血清培养体系构建、组织成熟度控制及风味与营养特性重建等。其生产过程一般包括细胞分离、增殖扩增、组织分化与后处理四个阶段，要求精准控制以确保食品安全与感官质量。

为解决关键问题，合成生物学（synthetic biology, synbio）正成为推动CM产业化的突破口。通过代谢与基因重编程，合成生物学可设计微生物底盘细胞，用于生产重组生长因子、风味增强物及可食用生物聚合物，并开发低成本无血清培养体系，实现规模化与模块化生产。其核心优势在于提升资源利用效率、降低成本并强化产品定制化与可持续性。尽管基于合成生物学的培养肉仍面临消费者接受度低与监管审查严格等挑战，但随着新加坡、美国、以色列等国的商业化进展与法规完善，CM的工业化进程正在加速。

【SynBioCon】获悉，10月3日，江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队在国际食品权威期刊《Trends in Food Science & Technology》（Q1，中科院1区Top，IF2024=15.4）发表题为“Application of Synthetic Biology in the Cultured Meat Production”的综述性论文。该文通讯作者为江南大学未来食品科学中心赵鑫锐研究员和堵国成教授。

本综述系统总结了培养肉生物制造的关键阶段、技术进展与合成生物学的创新应用，阐明其在产品定制化、规模化和可持续化方面的战略意义。

结论与展望

本综述系统总结了当前合成生物学（synbio）在培养肉（CM）生产中的最新应用。由于培养肉仍主要处于实验室阶段，成本控制与大规模过程强化是其商业化过程中最关键的挑战。未来需针对现有瓶颈，发展符合培养肉生产技术需求的创新性新一代方法。

目前，多种生物合成分子已被应用于无血清培养基、细胞系建立及下游加工（见图3）。通过单一宿主实现多分子合成的整合生物加工，辅以水解物添加或微生物共培养体系，是降低成本的可行策略。除构建工程化细胞工厂外，通过细胞工程建立内源性生物合成途径，被视为更具可持续性与成本效益的方向。将基因编码的“感应—释放”电路应用于细胞，可实现自主代谢调控。当检测到环境波动或特定诱导信号时，工程化细胞可分泌关键调节因子，从而在整个生物制造过程中实现阶段性代谢调控。此外，工程遗传电路也有助于解决细胞增殖与分化阶段转换的瓶颈。由批次培养向连续增殖—分化过程的转变，是培养肉商业化的关键。具备可触发响应的遗传编程细胞，有望实现自动化、无缝衔接的生物制造流程。

人工智能（AI）与合成生物学的融合正在快速推进。除传统细胞因子与添加物外，机器学习（ML）辅助的蛋白质设计可发现新型生物活性因子与生长因子。利用 AlphaFold、RoseTTAFold 等算法的计算筛选，有助于识别具有高产率、稳定性与生物活性的优化分子。AI驱动的代谢建模可在不同细胞系的增殖与分化阶段实现培养基的精准优化；AI设计的功能支架则可调控细胞行为、组织形成及感官与营养特性，并降低生产成本。基于合成生物学的自下而上设计思路可实现多功能分子的模块化整合，构建复合支架体系；加入食品级交联剂可在保持性能的同时显著降低成本。

总体而言，培养肉生产正处于快速发展阶段。如何整合多种优化模块以实现系统性效率最大化，是未来的核心目标，并需跨学科协作。OpenAI的生成式预训练模型（GPT）衍生出的 Gene-GPT 已能辅助基因组学问题求解，农业领域的 DeepG2P 模型亦可通过多模态输入优化作物产量。未来，GPT的推理能力有望促进培养肉全球化生产流程的智能协同。然而，AI决策在食品研发中的伦理、可靠性与监管问题仍需谨慎应对。

除技术与经济障碍外，培养肉商业化还面临生物安全、法规及公众接受度等挑战。大规模生物反应器中的病原污染风险尤为突出。下游环节可通过封闭系统与无菌操作控制污染，但上游细胞系输入难以完全灭菌，因此需严格监测细胞库，并在液氮气相中储存、隔离检疫后使用。抗生素若必需，应合理选择与控制剂量以符合法规要求。具抑菌活性的壳聚糖支架被认为有望实现无抗生产。此外，残留组分或重组蛋白可能进入终产品，需建立质量控制与废弃物管理体系，包括使用可降解材料、培养基循环利用及产后吸附或生物催化降解处理。严格执行GMP规范是确保安全的前提。

鉴于培养肉不符合传统肉类定义（哺乳动物与禽类骨骼肌及其附属组织），欧盟及部分美国州限制其在标签中使用“肉类”术语（如 sausage、burger），要求标注“仿制”等字样。作为转基因食品，其上市需提交详尽的生产技术文件及营养与安全数据，审批后方可公开。提升消费者认知与信任度仍是推广重点。

总体来看，合成生物学中“自上而下”的系统生物学与“自下而上”的工程设计理念，结合先进的机器学习与生成式AI，将推动培养肉生物制造体系的持续迭代。合成生物学既是培养肉产业化的核心基础，也是下一代创新的技术引擎。

图文赏析

原文来源：

https://doi.org/10.1016/j.tifs.2025.105363

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