Bioreactoren zorgen voor een revolutie in de mogelijkheden voor onderzoek en agricultuur
Sinds 15 november 2022 bewonen voor het eerst acht miljard mensen de aarde.[1] Deze groei is te danken aan medische en sociale vooruitgang. Maar de voortdurend groeiende wereldbevolking heeft ook gevolgen voor de klimaatverandering. Duurzaamheid is niet de enige prioriteit in levensstijl. Onderzoek moet ook zijn bijdrage leveren met innovatieve benaderingen. Daarom wordt er nu onderzoek gedaan naar oplossingen voor de productie van dierlijke producten vanuit het laboratorium. In de Applikon bioreactoren van Getinge worden cellen gekweekt om dergelijke producten te produceren, eerst in het laboratorium en vervolgens door naar serieproductie. Zo leveren zij een efficiënte bijdrage aan innovatief en duurzaam onderzoek.
Innovatie en efficiëntie: hoe de bioreactoren van Getinge een revolutie teweegbrengen in het onderzoek
Klimaatverandering, met alle negatieve gevolgen voor mens en milieu, is een motor voor innovatie en motivatie voor onderzoekers.Voor het kweken van celculturen worden bioreactoren gebruikt. Met behulp van een bioreactor kunnen cellen worden vermenigvuldigd en onder verschillende beïnvloedende factoren worden waargenomen en uiteindelijk worden geoogst. Omdat het veld rond cellulaire agricultuur nog grotendeels onontgonnen is, is interdisciplinaire samenwerking essentieel. Voor haar celonderzoek heeft de Universiteit Delft de expertise van Getinge ingeroepen op het gebied van het beheersen van kweekomstandigheden en het opschalen van processen in bioreactoren: “Theoretisch wisten we precies wat we wilden. We hadden alleen iemand nodig die onze visie daadwerkelijk kon implementeren”, aldus dr. ir. Robert Mans, universitair docent bij de afdeling Biotechnologie. In de zoektocht naar een robuuste, flexibele en geautomatiseerde bioreactor die kan meegroeien met de specifieke uitdagingen van cellulaire agricultuur, werd Getinge als partner geselecteerd. Een productieve samenwerking volgde. Getinge voorzag de TU Delft van een bioreactor die precies was aangepast aan hun behoeften. Deze regelde automatisch twee soorten langdurige bioreactorprocessen die normaal gesproken veel handmatige tussenkomst vereisen. Het risico op besmetting van de celculturen zou aanzienlijk kunnen worden verminderd. “De uitdaging is dat cellen extreem complex zijn en dat het onmogelijk is om altijd volledig te begrijpen wat er binnenin gebeurt. Wij controleren de cellen zodat ze gezonder worden en sneller groeien. Dit vereist uiterst betrouwbare en steriele apparatuur”, legt dr. Mans uit.
Om de activiteiten maandenlang vol te kunnen houden, moesten de processen worden geautomatiseerd. Na enige tijd werd een systeem ontwikkeld dat de werkprocessen van de bioreactor vooral digitaal optimaliseerde. “Veel van wat er in de bioreactor gebeurt, kun je online zien. Nu hoef je niet meer voortdurend naar de reactor te kijken om er zeker van te zijn dat alles goed gaat. Nu heb je slechts een paar klikken op de computer nodig”, zegt Sophie de Valk, promovenda van dr. Mans. Minder complexe gegevens, betere beheersing van externe invloeden, directe evaluatie - dit zijn slechts enkele van de kenmerken die digitale procesoptimalisatie mogelijk heeft gemaakt door het gebruik van bioreactoren. “Ik denk dat dit soort samenwerking – met frequente en constructieve feedback – de sleutel tot succes is”, vat Rowin Timmermann, Senior Application Specialist bij Getinge in Delft samen.
Cellulaire agricultuur: bioreactoren om natuurlijke hulpbronnen te beschermen
Het vooruitstrevende bedrijf Bluu Seafood zet zich in voor een duurzamere toekomst. In 2022 ontwikkelde Bluu Seafood een aanpak voor het kweken van viscellen in een bioreactor. Het doel: marktklare visproducten ontwikkelen uit celculturen die qua smaak, textuur en kookgedrag niet meer verschillen van ‘echte’ vis.
Welke mogelijkheiden moet een optimale bioreactor bieden, die nodig zijn voor het kweken van viscellen? Dr. Duong Nguyen, Associate Director of Research and Process Innovation bij Bluu Seafood, legt uit wat er nodig is om uit één enkele viscel een afgewerkt visproduct te produceren: “Vissencellen worden gebruikt om een cellijn te vormen, die we vervolgens in een bioreactor uitbreiden tot biomassa. In de reactor vermenigvuldigen de cellen zich onder optimale omstandigheden totdat ze worden geoogst en ingevroren. Zo bewaren we ze voor het voedseltechnologieteam dat ze gebruikt om onze producten te maken.” De productie van visproducten uit cellen brengt ook andere voordelen met zich mee. Het kweken van de cellen in een gecontroleerde omgeving in een bioreactor kan ervoor zorgen dat er geen gifstoffen, medicijnen of potentiële indringers zoals bacteriën in de omgeving aanwezig zijn.
Celonderzoek, cellulaire agricultuur en beyond: meer innovatie en duurzaamheid in de voedselproductie
De toepassingsgebieden van bioreactoren zijn divers en variëren van farmaceutische en cosmetische productie tot brouwerijen en biogasinstallaties.
Bioreactoren kunnen in de toekomst een succesvolle bijdrage leveren aan meer innovatie en duurzaamheid in de vlees- en viscelproductie. “Ik denk dat dergelijke kweekvlees- of visproductie over twintig jaar het nieuwe normaal zal zijn”, zegt Sebastian Rakers, medeoprichter van Bluu Seafood.[2] De huidige situatie bewijst dat hij gelijk heeft: de overbevissing neemt toe, dus steeds meer mensen consumeren visvervangende producten. In 2020 is de verkoop van plantaardige visvervangers in Duitsland met 180% gestegen ten opzichte van het voorgaande jaar; er zijn geen tekenen van een daling in de toekomst.[3]
De wetenschap ziet ook toekomstige uitdagingen: “Vandaag de dag lijdt wereldwijd één op de negen mensen honger. Om de groeiende wereldbevolking te voeden, hebben we duurzamere benaderingen nodig van de manier waarop we voedsel produceren”, zegt dr. Petra Hanga, docent biochemische technologie en cellulaire agricultuur aan het University College London. Ze vervolgt: “De mondiale vraag naar vlees neemt niet af en we hebben een langetermijnoplossing nodig waarbij de voedselproductie geen schade toebrengt aan dieren of het milieu.”
Het kweken van cellen in een gecontroleerde omgeving zoals een bioreactor draagt bij aan deze langetermijnoplossing en toont de rol die innovaties zoals Getinge's Applikon biorectoren kunnen spelen in samenwerking met wetenschappers voor een duurzame benadering van de voedselproductie.
1 https://unric.org/de/8milliarden15112022/
3 https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1266849/umfrage/verkaufsvolumen-pflanzlicher-fischersatzprodukte-in-deutschland/