groeimedium kweekvlees

Kalverfoetussen niet nodig en groeimedium kweekvlees kan goedkoper

Geplaatst door

Het idee dat er kalverfoetussen nodig zijn om kweekvlees te maken is achterhaald. Nog vaak denkt men dat serum uit de foetus van een kalf nodig is om vlees uit cellen op te kweken. Inmiddels hoeft dit allang niet meer.

Meatable met de primeur

Was het Meatable, een Nederlands kweekvleesbedrijf dat als eerste een oplossing had om kweekvlees te maken waarbij geen serum van een kalverfoetus meer nodig was, ondertussen bedienen steeds meer kweekvleesproducenten zich van een volledig diervriendelijk groeimedium.

De functie van het groeimedium

Een groeimedium bestaat uit een substantie van essentiële voedingsstoffen zoals eiwitten, koolhydraten, vetten, zouten en vitamines dat nodig is om dierlijke cellen te laten uitgroeien tot vlees.

Met een groeimedium is het mogelijk om met relatief weinig dierlijke stamcellen hele stukken vlees te maken. Als het groeimedium zich vermengt met de cel, kan de cel uitgroeien, opdelen en kan de celcultuur zich (blijven) vermenigvuldigen.

Een ideale omgeving

Naast het groeimedium en de stamcellen is een ideale omgeving nodig waarin de cellen zich optimaal differentiëren tot de cellen die nodig zijn bij het ontwikkelen van het kweekvlees. Deze ideale omgeving is in feite een nagebootste in vitro omgeving van de in vivo omgeving van zoogdieren.

In bioreactoren wordt deze omgeving optimaal nagebootst. En om alle benodigde voedingsstoffen te leveren, bestaat het groeimedium meestal uit een standaard mix met daarnaast een toevoeging van extra groeifactoren. Groeifactoren die bij levende organismen, in dit geval zoogdieren worden geleverd door eigen bloed. Dit is waarom er voor deze groeifactoren vooral serums van kalverfoetussen gebruikt werd.

En juist dit raakt de kern van wat kweekvlees nu juist aantrekkelijk zou moet maken, namelijk de productie van vlees zònder dierenleed.

De grote uitdaging bij het kweken van vlees

Hier ligt dan ook een van de grootste uitdagingen bij het maken van kweekvlees. Het is verdomde lastig om een groeimedium te maken dat al de juiste groeifactoren bevat. Een groeimedium dat een versnelde celgroei mogelijk maakt èn daarnaast:

  • betrekkelijk simpel te produceren;
  • makkelijk toegankelijk;
  • relatief goedkoop;
  • en vrij van bijproducten van dieren is.
Hoopgevend onderzoek

Lastig, maar zeker niet onhaalbaar blijkt al uit onderzoek uit 2020 van The Good Food Institute gepubliceerd in An analysis of culture medium costs and production volumes for cultivated meat. Het instituut heeft aan de hand van verschillende scenario’s berekend dat het mogelijk is dat kweekvlees voor dezelfde kostprijs geproduceerd kan worden als ‘conventioneel’ vlees, zònder gebruik te maken van serums van kalverfoetussen.

Het instituut laat in het onderzoek zelfs zien dat er niet slechts één weg is die naar Rome leidt. En de mooiste constatering is dat er niet eens fundamenteel nieuwe technologische ontwikkelingen voor nodig zijn. De kostprijs van het groeimedium kan nog veel lager. Met de productie op industriële schaal kan de opbrengst hoger en de efficiëntie beter. Dit heeft weer invloed op de kostprijs van het groeimedium.

Essential 8 groeimedium

Het diervrije groeimedium dat als voorbeeld wordt genomen om aan te tonen welke mogelijkheden er zijn om de kostprijs te drukken is een groeimedium dat wereldwijd wordt gebruikt voor het cultiveren van cellen van verschillende diersoorten en heet Essential 8. Dit groeimedium kost ongeveer $378,- per liter. Om een beeld te krijgen: voor het maken van bijvoorbeeld een kweekvleesburger is al meer dan een liter groeimedium nodig is. Dit maakt wel duidelijk dat kweekvlees op deze manier niet prijsconcurrerend is met ‘gewoon’ vlees.

Essential 8 heet zo omdat het de acht essentiële componenten bevat die voor een (diervrij) groeimedium nodig zijn. Deze acht componenten zijn:

  • DMEM: Het basismedium en hoofdbestanddeel van het groeimedium dat de meeste voedingsstoffen bevat.
  • AA2P: Een vitamine C-derivaat
  • NaHCO3 en natriumseleniet: De zouten
  • Insuline + transferrine (transporteiwit voor ijzer) + FGF-2 + TGF-Beta: De groeifactoren
kosten Essential 8 componenten Good Food Institute

Uit deze tabel blijkt dat vooral dat de kosten van het groeimedium zo hoog liggen door de kosten van de groeifactoren (99%), en dan vooral van FGF-2 + TGF-Beta die samen al verantwoordelijk zijn voor 96% van de kosten van het medium uit deze casus.

Van de overige kosten zit de grootste kostenpost in een ingrediënt uit het basismedium DMEM. Het basismedium beslaat 97% van de overige kosten, en dan vooral omdat het sulfonzuur buffermiddel HEPES relatief duur is.

De scenario’s die door het Good Food Institute zijn uitgetekend richten zich vooral op het terugbrengen van de kosten van de meest kostbare bestanddelen van het Essential 8 groeimedium. Ook laat het dus zien wat er met de kosten gebeurt bij gebruik op grotere schaal. Het terugbrengen van de kosten ziet met name op vervanging, bezuiniging of het goedkoper aankopen van deze kostbare bestanddelen.

Kortom, aan welke knoppen kan het beste gedraaid worden om significante kostenverlagingen van het groeimedium te bewerkstelligen.

De scenario’s van The Good Food Institute in het kort

Scenario A: Breng de concentratie aan groeifactoren in tienvoud terug

In essentie is dit mogelijk door een celcultuur langzaam in een aantal generaties aan te passen waardoor het lagere concentraties aan groeifactoren nodig heeft. De groeifactoren kunnen zo ontwikkeld worden dat ze stabieler worden en daardoor langer meegaan. Er hoeft dan minder van gebruikt worden. De groeifactoren kunnen krachtiger gemaakt worden, waardoor ze makkelijker aan de cellen binden. De groeifactoren (of een deel van) kunnen vervangen worden door moleculaire replica’s.

Met een gecombineerde aanpak van deze opties is het op z’n minst mogelijk om het groeimedium in kosten terug te brengen van ongeveer $378,- per liter naar ongeveer $41,- per liter. In het gunstigste geval zijn de kostbare groeifactoren zelfs helemaal niet meer nodig.

Scenario B: Produceer de twee duurste groeifactoren (FGF-2 + TGF-Beta) op grote schaal

Wetenschappelijk is het goed mogelijk om de productie FGF-2 + TGF-Beta op te schalen. FGF-2 + TGF-Beta zitten moleculair gezien minder complex in elkaar dan bijvoorbeeld insuline en transferrine dat al op grotere schaal geproduceerd wordt. Het is dus aannemelijk dat de kosten van de twee duurste groeifactoren op eenzelfde schaal vergelijkbaar zijn.

Wel moet aanzienlijk geïnvesteerd worden in materialen en faciliteiten om productie van FGF-2 + TGF-Beta op grote schaal mogelijk te maken. Omgerekend zou bij deze redelijke aannames de kosten van het groeimedium teruggebracht kunnen worden tot ongeveer $15,- per liter.

Scenario C: Scenario A + B tegelijk toegepast

Beide scenario’s stippelen een andere route uit bij het terugbrengen van de kosten. Aangezien aan totaal verschillende knoppen wordt gedraaid in deze scenario’s, kunnen ze ook gelijktijdig worden toegepast. De aanpakken bijten elkaar namelijk niet. Beide aanpakken kunnen zelfs versterkend werken. Stabielere groeifactoren kunnen er bijvoorbeeld voor zorgen dat er minder van nodig is voor een grotere opbrengst. Dit kan de kostenverhouding ook omlaag brengen.

De versterkende factor buiten beschouwing gelaten zou dit betekenen dat de totale kosten met deze combinatie teruggebracht kan worden tot nog geen $5,- per liter groeimedium.

Scenario D: Produceer alle groeifactoren tegen een prijs van $4 per gram

Hiervoor is nodig dat alle groeifactoren op industriële schaal geproduceerd worden zoals dat nu ook gebeurt met enzymen. Enzymen zoals lipase, amylase en cellulase die grootschalig geproduceerd worden voor de voedselindustrie. Ook hier geldt dat de groeifactoren moleculair gezien minder complex in elkaar zitten dan enzymen.

Maar ook hiervoor zijn grote investeringen nodig. Voorzichtig geschat kunnen de kosten van het groeimedium in dit scenario gereduceerd worden tot nog geen $4,- per liter.

Scenario E: In aanvulling op scenario D in grote hoeveelheid kopen van DMEM bestanddelen op zuiverheidsgraad van de voedingsindustrie.

DMEM wordt nu nog op een farmaceutische zuierheidsgraad aangeschaft. Juist deze overdreven zuiverheidsgraad maakt het zo duur, terwijl dit voor het maken van kweekvlees niet per se nodig is. De zuiverheidsgraad nodig in de voedselindustrie volstaat, is in principe zuiver genoeg.

De kostenverlaging van het hoofdbestanddeel DMEM in combinatie met de kostenverlaging uit scenario D kan een totale verlaging in kosten betekenen naar ongeveer $0,85 per liter groeimedium.

Scenario F: In aanvulling op scenario E AA2P vervangen door een vitamine C-derivaat met een toereikende, maar lagere zuiverheidsgraad uit de voedselindustrie

AA2P is een hoogwaardig vitamine C-derivaat dat wordt gebruikt in groeimediums voor cellen door zijn langere werking. Een vitamine C-derivaat uit de voedingsindustrie verslechtert sneller. Toch wegen de lage kosten op tegen de mindere werking. Voor dezelfde werking is weliswaar veel meer van het derivaat nodig, maar zelfs dan blijven de kosten ver achter bij het gebruik van AA2P. Als bijvoorbeeld 10x zoveel alternatief vitamine C-derivaat nodig is voor dezelfde werking als AA2P, dan nog is geraamd dat het 99,6% goedkoper is.

Deze vervanging in combinatie met de kostenverlaging uit scenario E kan ervoor zorgen dat er nog maar $0,35 voor een liter groeimedium betaald hoeft te worden.

Scenario G: In aanvulling op scenario F HEPES vervangen door TES

TES is net als HEPES een pH buffer met een vergelijkbare pH range, oplosbaarheid en pKa als HEPES. Het kost alleen de helft. Daarnaast is ook de vraag in hoeverre HEPES überhaupt nodig is bij het kweekproces van vlees. HEPES is vooral effectief bij celculturen waarbij de cellen regelmatig uit hun met CO-2 aangevulde omgeving gehaald worden of wanneer metabolieten accumuleren. Dit is bij het kweken van vlees niet nodig.

De kostenverlaging uit scenario F aangevuld met een goedkoper DMEM basismedium doordat HEPES kan worden vervangen door TES zorgt nog eens voor extra kostenverlaging die uiteindelijk zomaar kan uitkomen op $0,24 per liter groeimedium. Dit is net even wat anders dan de $378,- per liter van het Essential 8 groeimedium.

componentkosten per scenario uitgerekend door Good Food Institute
Kostprijs groeimedium kan zelfs diervrij stevig omlaag

Ook zonder het gebruik van een dierlijk serum kan de kostprijs van het groeimedium stevig omlaag. Een zeer hoopvol rapport over de slagingskansen van kweekvlees. We weten dus dat geen dierlijk serum meer nodig is om kweekvlees te maken. Ook weten we dat het groeimedium goedkoper gemaakt kan worden. Gebruik op grote schaal en de vervanging van dure grondstoffen door goedkopere stoffen met dezelfde werking kan de kostprijs van het groeimedium flink doen dalen.

Als het groeimedium goedkoper kan, is het logisch dat kweekvlees goedkoper geproduceerd kan worden. Maar hoeveel goedkoper hangt af van nog meer factoren. Dat bespreken we in het volgende deel: Hoe duur wordt kweekvlees dan wel niet?