carne cultivada em laboratório

Se por um lado o consumo de alimentos plant-based está em ascensão no mercado, por outro, a demanda por carne também cresce. Como a intensificação da produção animal não combina com sustentabilidade, por aspectos ambientais, segurança dos alimentos e bem-estar animal, a tecnologia de carne cultivada em laboratório, ou mais tecnicamente falando, o cultivo de células, é a forma de ter acesso a proteínas com as mesmas características sem precisar de criação e abate em larga escala. Outros nomes para a tecnologia: carne artificial, in vitro ou sintética.

Em 1932, Winston Churchill afirmou: “Vamos escapar do absurdo de cultivar uma galinha inteira para comer o peito ou asa, cultivando essas partes separadamente em um meio adequado”. Após décadas de pesquisa e desenvolvimento, a tecnologia amadureceu e essa ideia tornou-se realidade. A produção pode ser feita por meio de cultivo in vitro de células animais, que depois são transformadas em alimentos cuja composição pode ser equivalente à de produtos animais convencionais sem a necessidade do animal inteiro.

Desde os estudos iniciais no início dos anos 2000, as metodologias de produção de alimentos baseadas em células foram bem caracterizadas, o que significa que agora estão prontas para passar de laboratórios para escala de produção. Em 2013, o primeiro hambúrguer bovino produzido por essa tecnologia foi apresentado ao mundo. Em dezembro de 2020, os primeiros nuggets de frango à base de células foram aprovados por uma autoridade competente em Singapura (veja a página da agência regulatória de lá sobre o assunto, a SFA). Em novembro de 2021, havia pelo menos 76 empresas desenvolvendo produtos similares em todo o mundo. Muitos tipos de produtos e commodities, como vários tipos de carnes, aves, peixes, produtos aquáticos, laticínios e ovos estão em fase de comercialização futura.

Aqui no Food Safety Brazil está imperdível a entrevista: Gestão de segurança de alimentos em carne cultivada: entrevista com a pesquisadora Aline Silva.

Você sabe como é o processo?

1. Seleção de células do animal de origem
2. Produção: As células selecionadas na etapa 1 podem se multiplicar em biorreatores; as células podem ser ancoradas a microportadores ou a um suporte para organizar os tecidos em uma estrutura 3D.
3. Preparação celular
4. Proliferação celular
5. Diferenciação celular
6. Colheita do produto
7. Processamento de alimentos: Os produtos colhidos podem ser processados posteriormente para moldá-los nas formas desejadas e/ou ser combinados com outros ingredientes para comercialização.

Se você quer ver a explicação em vídeo, assista este.

Quais podem ser os perigos/preocupações potenciais de segurança de alimentos da carne cultivada?

Linhas celulares de origem

As linhas celulares iniciais desejadas são muitas vezes provenientes de um animal vivo ou abatido selecionado, seguido de isolamento celular. Uma alternativa comum é usar células-tronco pluripotentes induzidas (IPS), células adultas reprogramadas que podem se diferenciar em qualquer tipo de célula. Embora as IPS tenham sido bem estudadas em camundongos desde sua descoberta, os protocolos de diferenciação para várias células animais, como as de bovinos e frango, permanecem indefinidos.

A chance de ocorrência de zoonoses infecciosas e doenças transmitidas por alimentos é consideravelmente reduzida quando comparada à produção pecuária convencional, mas maiores considerações devem ser dadas ao uso de soro animal nos meios de cultura, que podem introduzir patógenos incluindo vírus, bactérias, parasitas, bem como príons. No entanto, a detecção precoce de infecções celulares por meio de monitoramento cuidadoso pode limitar bastante esses riscos. Além disso, como para qualquer processo de produção de alimentos, é fundamental seguir as boas práticas de higiene (BPH) ao longo de todo o processo de produção.

A totalidade da produção de alimentos à base de células pode ser feita em um ambiente bem controlado sem o risco de contaminação por fezes ou fontes externas. No entanto, a aplicação de antibióticos durante algumas das etapas de produção ainda pode ser realizada. Consequentemente, os resíduos podem permanecer no produto final como resíduo antimicrobiano

Componentes do meio de crescimento

Meios de cultura à base de soro animal, especialmente aqueles com soro fetal bovino (SFB), são atualmente a opção mais comum; e podem apresentar maior risco de contaminação microbiológica. Esses perigos podem ser gerenciados e controlados pelo monitoramento adequado dos principais patógenos.

Além disso, tem havido um esforço substancial no desenvolvimento de meios isentos de soro animal para superar as preocupações em torno do SFB, e atualmente existem pelo menos 100 formulações de meios diferentes disponíveis.

Superfícies de contatos

Para que as células aumentem de tamanho e gerem fibras musculares, elas são presas a suportes 3D, que exercitam fisicamente as células. Os suportes podem ser sintéticos ou compostos de materiais comestíveis, estes últimos podem ser preferíveis, pois não precisam ser removidos do produto final

A maioria dos biomateriais usados como suportes na produção de alimentos à base de células não são conhecidos por causar reações alérgicas no consumo. Atenção especial deve ser dada para garantir que materiais derivados de fontes conhecidas de alergênicos não sejam introduzidos inadvertidamente. Como exemplo, quitina ou quitosana podem desencadear reações alérgicas em indivíduos que também são alérgicos a crustáceos.

Mudanças nas propriedades físico-químicas

Para obter crescimento celular exponencial e densidade celular ótima, as linhagens celulares iniciais são constantemente subcultivadas. Como em todas as linhagens celulares que podem se propagar ao longo de muitas gerações, pode haver o risco de que a deriva genética ou epigenética possa ocorrer e isso precisa ser monitorado adequadamente.

Crioprotetores

Crioprotetores como inulina e sorbitol podem ser usados para armazenamento celular. Deve-se tomar cuidado para que não ocorra transferência para o produto final em concentrações que possam causar risco aos consumidores.

Contaminação microbiológica em todo o processo

Como em todas as técnicas de processamento e fermentação de alimentos, a limpeza das operações, o monitoramento contínuo e a estrita adesão às BPF são fundamentais para evitar a contaminação microbiológica, que pode ocorrer em qualquer etapa do processo de produção da carne cultivada. A aplicação do sistema de análise de perigos e pontos críticos de controle (APPCC) também é considerada eficaz.

Legislação para comercialização de carne cultivada

Se os produtos alimentares à base de células se enquadrarem numa categoria que exija avaliações de segurança de acordo com os cenários regulatórios atuais, é responsabilidade das autoridades competentes estabelecer os procedimentos para essas avaliações. Além disso, se os consumidores exigirem rotulagem especial para a carne cultivada, é responsabilidade das autoridades competentes estabelecer uma política clara. A rotulagem geralmente não é uma questão simples de gerenciar, pois quase sempre exige a quantificação dos ingredientes/produtos.

Assim, neste caso, a política precisará definir um limite de quanto do alimento foi produzido por meio de técnicas baseadas em células para fins de rotulagem.

Qual é o caminho a seguir?

A maioria dos perigos potenciais nesta tecnologia não é nova. Assim, é importante aprender com várias experiências passadas e considerar a aplicação efetiva do paradigma de análise de risco.  Ao adotar várias metodologias de avaliação de segurança estabelecidas em uma variedade de campos disciplinares, como farmacêutica e biotecnologia de alimentos, incluindo tecnologias convencionais e modernas, vários perigos podem ser sistematicamente identificados e avaliações de segurança relevantes podem ser conduzidas adequadamente. Existem também muitas ferramentas de mitigação de risco disponíveis na área de segurança, como boas práticas (GHP, BPF, GCCP e HACCP) e princípios e metodologias gerais para a avaliação da segurança  de todo o alimento final. Embora existam muitas ferramentas existentes que podem ser úteis para a avaliação de segurança, etapas adicionais podem ser necessárias para alguns processos ou produtos particularmente novos. Portanto, com produtos alimentares à base de células, é importante focar as diferenças significativas dos alimentos existentes para que possam ser estabelecidas metodologias eficazes para avaliar a segurança de todos os elementos.

Este é um resumo do capítulo New food sources and food production systems – Cell Based, do  relatório Thinking About the Future of Food Safety – a foresight report, da FAO, que pode ser lido na íntegra aqui.

Leia também o resumo de outras partes deste relatório aqui no blog.

Quais são os perigos de uma alimentação à base de plantas?

Algas marinhas – implicações de segurança dos alimentos segundo a FAO

Fonte da imagem: Lab-Grown Meat

O processo de produção de carne cultivada é multidisciplinar e inclui conhecimentos em engenharia de alimentos, engenharia de tecidos e de bioprocessos, bem como biologia celular, bioquímica e genética. Recentemente, a produção de carne cultivada, utilizando as técnicas de engenharia de tecido muscular, vem despontando como importante método para a produção de carne em laboratório.

A engenharia de tecidos envolve engenharia de materiais, biologia e medicina para criar tecidos e órgãos funcionais em laboratório.  As técnicas de engenharia de tecidos têm sido utilizadas há muito tempo para desenvolver soluções biomédicas, principalmente para aplicações em medicina regenerativa. Um dos maiores objetivos da área é a produção de tecidos e órgãos em laboratório, eliminando a fila de transplantes e ajudando na cura de doenças. Como é uma área muito explorada, muitos avanços científicos já foram alcançados e há um número gigantesco de publicações sobre esse tema na literatura científica, com soluções diversas para aplicações biomédicas.  Na área de Engenharia de Tecidos, pode-se destacar a engenharia de tecido muscular esquelético, que consiste no cultivo de células musculares lisas, estriadas esqueléticas e estriadas cardíacas.

Para reproduzir em laboratório a estrutura complexa do tecido muscular e produzir carne, a engenharia de tecidos busca, em primeiro lugar, compreender a estrutura natural do tecido muscular. Para a produção de carne cultivada, ainda é necessário compreender como a estrutura muscular se relaciona às características da carne (que são diferenciais na suculência da carne), como propriedades nutricionais, sabor, textura, quantidade e distribuição de células de gordura, células de músculo e fibras. Nessa perspectiva, o engenheiro de tecidos enxerga um bife como um composto de fibras musculares organizadas dentro do tecido conjuntivo, sendo sua composição aproximada de 90% de fibras musculares, 10% tecidos conjuntivos e gordurosos e 0,3% de sangue. As fibras individuais são resultado da fusão dos miotubos, que são os blocos de construção da carne cultivada e podem ser obtidos a partir de células-tronco musculares isoladas de um animal vivo, por um processo de biópsia. A produção de carne cultivada envolve a expansão do número dessas células em biorreator, a subsequente proliferação e diferenciação das células (transformação de células-troncos em miotubos) em um scaffold no interior de um biorreator contendo meio de cultura de células e fatores de crescimento, seguido pela colheita da carne, conforme resumido no esquema da figura abaixo.

Figura 1: Processo de produção de carne cultivada versus processo de produção de carne convencional

Todos os dias, novas soluções tecnológicas são adicionadas ao processo de produção de carne cultivada, seja para melhorar aspectos como sabor, textura ou maciez, para viabilizar a produção de carne estruturada ou para reduzir o custo e aumentar a escala de produção.

Em síntese, a Figura 2 descreve a produção de carne cultivada de forma resumida, dividida em 4 etapas principais:

(1) a aquisição de células-tronco por biopsias de animais;

(2) expansão em grande escala (proliferação) das células-tronco em biorreatores;

(3) diferenciação induzida de células tronco em miofibrilas, adipócitos ou outros tipos de células maduras e estruturação em scaffolds;

(4) coleta da carne cultivada para posterior processamento em um produto cárneo.

Figura 2: Etapas da produção de carne por cultura de células.
Imagem: Estudo Regulatorio sobre Proteinas Alternativas no Brasil – Carne Cultivada • The Good Food Institute Brasil

A composição do meio de cultivo será determinante para garantir a eficiência do processo, principalmente relacionada à proliferação e diferenciação celular. O produto de carne cultivada pode ser apresentado ao consumidor em forma de hamburguer, nuggets, almôndegas, ou mesmo intactas, como bifes ou pedaços de frango. Ainda, dependendo do produto desejado, pode ser considerada a adição de outras substâncias, como aromatizantes, aglutinantes, aditivos produzidos por fermentação ou compostos a base de planta

Para entender melhor o processo produtivo e a segurança deste tipo de alimento, entrevistamos a pesquisadora Aline Bruna da Silva.

Aline é professora no Departamento de Engenharia de Materiais do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET MG) e possui doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais, pela UFSCar. Atualmente lidera um projeto de pesquisas para desenvolvimento de tecnologias de carne cultivada com financiamento internacional do The Good Food Institute (GFI).

Food Safety Brazil: Quais são os maiores desafios e facilidades em termos de gestão de segurança de alimentos em carne cultivada?

Aline: O maior desafio é que se trata de uma tecnologia nova em plena evolução e que envolve conhecimentos de diversas áreas. Uma boa parte dos insumos que estão sendo utilizados na obtenção de carne cultivada foi desenvolvida para aplicações na indústria farmacêutica e em pesquisa cientifica. Cada ingrediente vai precisar ser avaliado criteriosamente, a começar pelas células, depois o meio de cultura (alimento para as células) que ainda está sendo desenvolvido, além de outros insumos como os scaffolds (material usado como suporte para crescimento e diferenciação das células em cultivo), nutrientes para enriquecer o seu valor nutricional etc. Além dos consumíveis, boa parte dos bioprocessos ou etapas desses bioprocessos são novidade para a indústria alimentícia. O processo de obtenção da carne cultivada é bastante complexo e composto de diversas etapas. O processo tem início com a seleção do animal doador das células, passando pela extração e seleção das células, expansão (aumento do número de células) em um biorreator, contendo meio de cultura adequado, depois armazenamento dessas células para gerar um banco de células e garantir os insumos para preparação da carne sem a necessidade de usar mais animais, e,  por último, o cultivo dessas células juntamente com os scaffolds em condições adequadas (temperatura, oxigenação, etc) simulando o que ocorre dentro do organismo de um animal. Após essa etapa ainda temos a coleta da carne, a embalagem e o armazenamento para o consumidor final. Cada uma dessas etapas deverá ser monitorada durante o processo produtivo de carne cultivada, e os pontos críticos de controle deverão ser apontados de maneira específica para cada tipo de produto e processo. Devido à sua complexidade, uma análise de segurança adequada vai precisar de equipes bastante multidisciplinares, para destacar os perigos e pontos de atenção. Por outro lado, uma vez realizado esse trabalho, o processo de obtenção da carne cultivada será muito mais controlado do que o da produção de carne convencional, e os riscos de contaminação serão minimizados em comparação com os métodos tradicionais, tornando o processo extremamente seguro.  Além disso, o processo de produção de carne cultivada deve gerar menor impacto ambiental, o que justifica o investimento nessa área.

Food Safety Brazil: Quais os marcos regulatórios necessários?

Aline: No Brasil, o Departamento de Inspeção de Produtos de Origem Animal do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (DIPOA/MAPA) e a Gerência Geral de Alimentos da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (GGALI/Anvisa) serão responsáveis por analisar os pedidos de aprovação de produtos de carne cultivada. Nesse sentido, o Good Food Institute Brasil vem atuando para apoiar o trabalho desses órgãos e fomentar as discussões sobre a segurança e qualidade na produção de carne cultivada. As discussões sobre o tema tiveram início em junho de 2021, através de um workshop organizado pelo GFI para as equipes técnicas do DIPOA/MAPA e da GGALI/Anvisa. Ainda em 2021, o GFI contratou o ITAL para o desenvolvimento de um estudo regulatório sobre carne cultivada que levasse em consideração o atual marco regulatório para alimentos no Brasil. As conclusões do estudo regulatório sugerem que o regulador se concentre mais no protocolo de submissão de novos produtos que em parâmetros mínimos e máximos relacionados ao produto acabado. Esse protocolo de submissão ao agente regulador deve conter informações detalhadas sobre o processo produtivo, sistema de controle da produção e dos riscos identificados, ingredientes, insumos e coadjuvantes utilizados, características do produto, análise de risco do seu uso como alimento, bem como a denominação do produto, finalidade de uso e recomendação de consumo indicada. O relatório deve também apontar as metodologias analíticas para avaliação do produto e dos insumos utilizados, se pertinente.

Food Safety Brazil: Se comparasse os perigos num APPCC de carne “tradicional” e carne cultivada, quais seriam os aspectos mais importantes?

Aline: As informações científicas a respeito de segurança de alimentos para carne cultivada ainda estão em desenvolvimento. No entanto, o que podemos antecipar é que provavelmente haverá menos perigos no processo de produção da carne cultivada do que temos na carne. A chance de infecções zoonóticas transmitidas por alimentos, por exemplo, é muito reduzida em comparação à carne convencional, já que o processo de produção da carne cultivada é todo controlado em um sistema fechado. É claro que a avaliação da segurança deverá ser realizada. Um dos pontos de atenção, por exemplo, seria o momento de coleta das células. Coletar células de um animal saudável e de maneira adequada é muito importante para evitar contaminações no cultivo das células em etapas posteriores do processo. Essas e outras questões são mencionadas, por exemplo, no trabalho desenvolvido recentemente pela FAO.

Food Safety Brazil: A forma de preparo pelo consumidor, deverá ser diferente? Vai ser possível comer hambúrguer cultivado mal passado com tranquilidade?

Aline: A carne cultivada é uma carne para consumo humano, com as mesmas características da carne convencional, produzida por meio da tecnologia de cultivo celular, sem a necessidade de criar ou abater animais, conforme já descrevi na primeira questão. A produção da carne é realizada a partir da cultura das células em ambiente cuidadosamente controlado, que fornece temperatura favorável, oxigênio suficiente e nutrientes para que as células cresçam e se dividam e, eventualmente, se diferenciem em um tecido idêntico ao da carne obtida a partir da agropecuária tradicional. Portanto, o produto resultante é uma carne real, ou apenas carne, como deve ser mencionada daqui a algum tempo quando a tecnologia for difundida e aceita pelo consumidor. Assim, espera-se que o preparo pelo consumidor seja também parecido ao que se faz com a carne obtida a partir da agropecuária tradicional. No entanto, é importante mencionar que poderá haver condições microbiológicas diferentes resultantes do processo de produção de carne cultivada, portanto, esse ponto deverá ser avaliado antes de termos uma resposta final.

Food Safety Brazil: Carne cultivada é mais interessante para consumidor final ou para o mercado entre empresas (B2B)?

Aline: Com o avanço da tecnologia e escalonamento dos bioprocessos para produção de carne cultivada, a disponibilidade e variedade de carne para o consumidor final será maior. O custo de produção de frango, boi ou salmão deve ser o mesmo, o que vai facilitar o acesso do consumidor a carnes mais nobres e selecionadas, sem pagar mais por isso. Além disso, o consumidor saberá a procedência do produto, que será produzido em ambiente controlado. Por último, o consumidor final saberá que não foi preciso sacrificar um animal para consumir a carne e a produção reduziu o impacto ambiental. Tudo isso deve tornar a carne cultivada muito interessante para o consumidor final.

Você já conhecia a tecnologia de produção de carne cultivada? Deixe nos comentários o que você achou sobre o tema!

Para saber mais, leia também:

GFI Brasil apresenta panorama sobre a indústria de carne cultivada em publicação inédita

Carne cultivada – perspectivas e oportunidades para o Brasil

Referências

1 Stephens, N. In vitro meat: zombies on the menu? Scripted: A Journal of Law, Technology and Society. 7, 394–401, 2010.
2 GaluskY, W. Technology as responsibility: failure, food animals, and lab-grown meat. Journal of Agricultural and Environmental Ethics. 27, 931–948, 2014.
3 Post, M.J. Cultured meat from stem cells: challenges and prospects. Meat Science 92, 297–301, 2012.                            4 Handral, H. K. et. al. 3D Printing of cultured meat products. Critical reviews in food science and nutrition, 2020.

Imagem em destaque: UNEMAT (Universidade do Estado de Mato Grosso)