Fantascienza o realtà?

L'agricoltura cellulare è il processo che consente di produrre alimenti di origine animale senza dover ricorrere all'allevamento e alla macellazione. La carne e i frutti di mare ora possono essere prodotti coltivando cellule animali mediante metodi biotecnologici.

"Nonostante i grandi sconvolgimenti che stanno per investire l'agricoltura convenzionale, questo settore ha finora attirato flussi di capitale relativamente modesti", afferma Anthony Chow, co-fondatore di Agronomics, un'azienda di venture capital con investimenti in più di 20 start-up che operano in questo campo. "Si tratta della leva più importante su cui possiamo agire nel contesto delle sfide ambientali che ci troviamo ad affrontare, dalle emissioni al consumo idrico, dall'uso di antibiotici al benessere degli animali."

L'agricoltura animale contribuisce al cambiamento climatico, alle emissioni di metano, allo sfruttamento eccessivo del terreno, alla distruzione delle foreste pluviali, alla perdita di biodiversità e all'inquinamento del suolo. Questi effetti negativi possono essere mitigati coltivando carne e frutti di mare in laboratorio, in modo da ridurre le emissioni derivanti dalla produzione agricola e arrestare il processo di trasformazione delle foreste in terreni agricoli.

L'agricoltura intensiva moderna produce calorie più che sufficienti per nutrire oltre otto miliardi di persone, ovvero una popolazione mondiale mai così numerosa nella storia dell'uomo. La figura 1 mostra come sia cresciuto il numero di umani rispetto agli animali.

Figura 1: Biomassa stimata degli esseri umani e dei vertebrati selvatici terrestri nel 10.000 A.C. rispetto a oggi

Fonte: The National Food Strategy, 2021³

L'agricoltura animale è responsabile di oltre il 60% delle emissioni provenienti dall'agricoltura, dalla silvicoltura e da altri usi del suolo (AFOLU)⁴, come illustrato qui di seguito nella figura 2. Affrontare la questione del modo in cui otteniamo le proteine e da quale fonte potrebbe contribuire sensibilmente a ridurre le emissioni.

Inoltre, c'è un enorme divario tra la quantità di cibo attualmente prodotto e quella che sarà necessaria per sfamare la popolazione mondiale nel 2050. Secondo il World Resources Institute, a fronte di una crescita della popolazione globale da 7 miliardi nel 2010 a 9,7 miliardi nel 2050 e con l'aumento del reddito in tutti i paesi del mondo, la domanda di cibo è destinata ad aumentare di oltre il 50%. La crescita della domanda di alimenti di origine animale è stimata nell'ordine del 70%.⁶

L'utilizzo di carne bovina coltivata potrebbe comportare notevoli benefici per l'ambiente rispetto all'uso di proteine di origine vegetale e prodotte con metodi convenzionali. La figura 3 mostra le variazioni dell'impronta ecologica di una serie di proteine di origine animale e vegetale in base al terreno, al clima e ai metodi di produzione e di allevamento.

La carne coltivata in laboratorio potrebbe risultare vantaggiosa anche per la salute. "Non solo potremmo replicare l'hamburger perfetto, con la giusta quantità di grasso, ma sarebbe anche privo di antibiotici", afferma Jonathan Toub, co-manager della strategia Natural Capital Transition Global Equity di Aviva Investors.

L'uso eccessivo di antibiotici ha un impatto significativo sulla salute e sull'ambiente. Secondo un rapporto della Global Research on Antimicrobial Resistance, la resistenza antimicrobica (AMR) è stata la causa diretta di almeno 1,27 milioni di decessi a livello globale nel 2019, diventando così la terza principale causa di morte. Si tratta di una sfida sanitaria paragonabile a quella contro l'HIV, la tubercolosi e la malaria.

Nonostante il crescente interesse degli investitori per la carne coltivata in laboratorio, la risposta delle autorità di regolamentazione è stata lenta e la tecnologia è comunque relativamente nuova. La situazione, tuttavia, potrebbe cambiare. Lo scorso novembre, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha approvato il primo prodotto a base di carne coltivata in laboratorio dichiarandolo sicuro per il consumo umano. Questa decisione ha rappresentato un vero e proprio punto di svolta, in quanto ha dato il via libera alla futura vendita di carne sintetica nei supermercati e nei ristoranti negli Stati Uniti.⁹

Singapore è il primo e unico paese ad aver approvato la vendita commerciale di crocchette e petti di pollo prodotti dall'azienda Good Meat con carne coltivata in laboratorio.¹⁰ Nel marzo 2023, Good Meat ha annunciato di aver ricevuto una lettera "no questions" dalla Food and Drug Administration statunitense, un chiaro passo avanti verso la distribuzione dei suoi prodotti nei ristoranti e nei negozi al dettaglio negli Stati Uniti a oltre due anni dalla storica autorizzazione e dal lancio a Singapore.¹¹

Nel momento in cui aumenterà la produzione, tre fattori saranno essenziali per incrementarne la diffusione tra i consumatori: il prezzo, il gusto e la convenienza.

Il prezzo è un elemento particolarmente importante. "Fatta eccezione per una piccola nicchia di persone sensibili ai temi ambientali e al benessere degli animali, la stragrande maggioranza dei consumatori non è disposta a pagare di più per un prodotto quando esistono alternative più economiche", afferma Chow.

La domanda di carne sintetica potrebbe aumentare se crescesse il prezzo della carne vera o se venisse introdotta una tassa sulla carne, rendendola un bene di lusso.

Tuttavia, Eugenie Mathieu, Senior Impact Analyst ed Earth Pillar Lead di Aviva Investors, sottolinea che, mentre la National Food Strategy britannica del 2021 ha raccomandato di ridurre il consumo di carne come la soluzione migliore ai tanti problemi ambientali e di salute, non si è espressa a favore dell'ipotesi di introdurre una tassa sulla carne rossa.

"Secondo l'attuale tendenza di pensiero, è meglio usare un approccio basato sulla persuasione per diminuire il consumo di carne, sottolineando il lato "cool" di essere vegani o vegetariani, anziché ricorrere all'imposizione di tasse", afferma Eugenie Mathieu.

Il prezzo della carne coltivata a partire da cellule staminali è già calato in modo significativo poiché l'efficienza produttiva sta migliorando e il costo dei materiali è diminuito. Nel 2013, il primo hamburger al mondo coltivato in laboratorio costava 330.000 dollari; oggi, l'azienda olandese Mosa Meat è in grado di realizzare 80.000 hamburger da un singolo campione cellulare, con la conseguente riduzione del suo prezzo a soli 9 dollari.¹²

"Affinché l'industria riesca a produrre una quantità di carne sintetica sufficiente da riempire gli scaffali dei supermercati, deve crescere enormemente anche la disponibilità di siero di coltura, attualmente molto costoso, e di grandi bioreattori. Questi strumenti, finora, sono stati utilizzati solo per la produzione su piccola scala nell'industria farmaceutica. "La sfida sta nel superare questo ostacolo e ridurre i costi", spiega Toub.

Tuttavia, secondo quanto sostiene l'autore del libro Moo’s Law, probabilmente occorrerà attendere ancora un decennio prima che la carne sintetica diventi disponibile in negozi del genere di Whole Foods, dove i consumatori sono disposti a pagare prezzi più alti per acquistare prodotti naturali.¹³

"È così che inizierà la sua diffusione, come accade per tutte le innovazioni in campo alimentare. "Si farà strada a poco a poco, trasformandosi da un prodotto di nicchia a un bene di lusso costoso per arrivare infine sugli scaffali dei supermercati", afferma Chow, che prosegue: "Sono molte le sfide da affrontare, ma i capitali privati iniziano ad affluire in questo settore e alcune aziende, che godono di buoni finanziamenti, sono ormai a un passo dalla commercializzazione".

Il gusto ha un peso importante nella scelta del cibo: è quindi fondamentale che la carne coltivata in laboratorio abbia un sapore altrettanto buono di quella "vera". Ma mentre il gusto è più facile da replicare, non lo è altrettanto la consistenza. Ecco perché la carne macinata, definita "non strutturata", è più facile da replicare.

"È già abbastanza complicato produrre sufficienti cellule e differenziarle in tipi di cellule specifiche per realizzare hamburger e hot dog. L'ulteriore complessità di allineare le cellule in modo che vadano a formare fibre muscolari multinucleate renderà il processo economicamente insostenibile ancora per molto tempo," sostiene Chow. 

Inoltre, si prevede che il valore di mercato dell'industria della carne aumenterà a oltre 1,3 trilioni di dollari nel 2027 (vedere la figura 4).¹⁴ "Poiché la carne macinata rappresenta circa il 50% del mercato globale della carne, si tratta di una fetta di mercato decisamente grande da conquistare", aggiunge Chow.

Mentre Singapore è il primo paese ad aver approvato la vendita commerciale di carne coltivata, i prodotti ibridi potrebbero rappresentare una soluzione transitoria. 

Oltre a offrire risparmi sui costi rispetto alla carne prodotta interamente in laboratorio, la combinazione di sostituti vegetali della carne con proteine derivate da colture cellulari potrebbe migliorare il gusto.

"I prodotti a base vegetale non hanno soddisfatto le aspettative dei consumatori né sotto il profilo organolettico né dal punto di vista del prezzo. Un prodotto composto per il 30% da carne creata da cellule coltivate e per il 70% da proteine di origine vegetale è quasi indistinguibile dalla carne convenzionale", sostiene Chow.

I sostituti vegani della carne non hanno convinto molti consumatori di carne. La carne coltivata in laboratorio potrebbe incontrare maggiormente il loro gusto? La combinazione di carne coltivata in laboratorio con sostituti a base vegetale potrebbe risolvere il problema della scarsa qualità delle alternative vegane che hanno invaso il mercato.

Lo scorso anno si è registrato il numero più basso di ricerche in Internet sul veganismo in cinque anni.¹⁶  "Tornerà a crescere l’interesse? Penso che si sia trattato di una battuta d'arresto dovuta al fatto che i consumatori si sono scoraggiati per la scarsa qualità delle alternative alla carne, ma l'interesse è destinato a riaccendersi via via che verranno offerti prodotti di qualità migliore. "La carne coltivata in laboratorio farà parte di questo processo", afferma Eugenie Mathieu.

Mentre ci si continua a chiedere quando la produzione di carne coltivata in laboratorio diventerà economicamente sostenibile su larga scala, un'altra tecnica di coltivazione del cibo in laboratorio potrebbe diventare fruibile a breve. Si tratta della fermentazione di precisione che utilizza singoli microrganismi programmati per produrre molecole più grandi tramite l'aggiunta di zucchero. Le proteine delle uova e del siero di latte ne sono due esempi.

Diversamente dalla coltivazione della carne in laboratorio, la produzione su larga scala di proteine delle uova e di origine lattiera è già una realtà. La fermentazione è una tecnologia ben nota, utilizzata in campo terapeutico sin dai primi anni '80.

"Novo Nordisk è il principale produttore mondiale di insulina per diabetici di tipo 2 e utilizza la fermentazione di precisione per la produzione di insulina umana", spiega Chow. "Prima di allora, l'insulina per i diabetici di tipo 2 veniva estratta dal pancreas del maiale."

La riduzione di diversi ordini di grandezza dei costi associati alla modificazione genetica di questi organismi è stata il motivo che ha reso possibile applicare la tecnica della fermentazione di precisione alla produzione di alimenti. Tuttavia, la capacità resta ancora una sfida.

"Anche se le aziende leader hanno reso i loro organismi sufficientemente efficienti, vi sono soltanto 61 milioni di litri di capacità installata in tutto il mondo. Ne servirebbero miliardi entro il 2030 per dare un effettivo impulso alla produzione di proteine a livello globale", sostiene Chow. 

A breve termine, tuttavia, i consumatori potrebbero essere più favorevoli all'idea di acquistare prodotti alimentari a cui sono stati aggiunti degli ingredienti creati mediante la fermentazione di precisione piuttosto che consumare prodotti totalmente artificiali.

"La carne e i frutti di mare coltivati costituiscono spesso l'elemento di base di un piatto, mentre i latticini e le uova possono essere impiegati nei formaggi, nello yogurt e nei prodotti da forno", spiega Chow.

Man mano che la tecnologia migliora e aumenta la consapevolezza dei consumatori sui costi etici e climatici del consumo di carne, un maggior numero di clienti potrebbe lasciarsi convincere dalle proteine alternative. Secondo Barclays, due terzi dei consumatori mondiali sarebbero disposti ad acquistare carne coltivata e, tra questi, gli asiatici si dimostrano i più ricettivi.¹⁷

Come già accennato, data l'incertezza sulla scalabilità della produzione e sull'interesse dei consumatori, l'agricoltura cellulare non è la panacea per i problemi de pianeta. L'impatto dell'agricoltura tradizionale sull'ambiente è un tema urgente e gli investimenti nelle proteine coltivate in laboratorio devono essere accompagnati da sforzi volti a decarbonizzare l'agricoltura e a convincere un maggior numero di persone in tutto il mondo a optare per un'alimentazione più "verde" e basata sui vegetali (vedere Change diets, not the planet).¹⁹

Gli investitori potrebbero prendere in considerazione tre aree per accedere a questo tema: proteine della carne, fermentazione di precisione e tecnologie abilitanti.

Sia Mosa Meat che Aleph Farms si stanno concentrando su prodotti bovini ottenuti da cellule in coltura, poiché è risaputo che la carne bovina convenzionale ha un impatto sul pianeta molto superiore rispetto a tutti gli altri prodotti a base di carne. Tuttavia, replicare la carne convenzionale in un laboratorio presenta delle barriere tecniche.

"Mosa Meat sta affrontando l'ardua sfida di coltivare fibre muscolari e grasso fino a piena maturazione per creare un hamburger che anche i carnivori più convinti sarebbero felici di mangiare", afferma Toub.

Alcune aziende affermate sembrano ben posizionate per riconfigurare le funzioni esistenti in modo da cogliere questa opportunità. Le aziende che si occupano di fermentazione, ad esempio, possono sviluppare terreni di coltura specifici e l'industria degli enzimi industriali è in grado di produrre composti di segnalazione (come l'insulina e i fattori di crescita) su vasta scala.

Come fa notare Toub, il gigante del caffè Starbucks sta testando in alcune sue sedi l'utilizzo di un latte, identico a quello vaccino, prodotto da Perfect Day mediante la fermentazione di funghi. Nel frattempo, The Every Company produce proteine non animali estraendo la sequenza di DNA delle proteine delle uova di gallina per inserirla nel lievito. Il lievito, nutrito dagli zuccheri, viene quindi trasformato in proteine attraverso la fermentazione.

Le tecnologie abilitanti offrono agli investitori un'altra opportunità per acquisire esposizione alla crescita del settore dell'agricoltura sintetica, in quanto i bioreattori, i mezzi di coltura e le infrastrutture apposite sono elementi essenziali. Uno dei più grandi produttori di bioreattori, Sartorius, lavora principalmente con aziende del settore farmaceutico ma, se la domanda dovesse aumentare sensibilmente, potrebbe diventare un fornitore leader di apparecchiature per l'agricoltura cellulare.

Genentech produce invece molecole di segnalazione che forniscono alle cellule specifiche istruzioni per la loro crescita; Novo Nordisk utilizza il lievito per produrre insulina a 4 dollari al grammo e potrebbe essere in grado di produrre mezzi simili a un prezzo comparabile. Le aziende produttrici di birra potrebbero avere una storia simile a quella dei parchi solari, che hanno inizialmente beneficiato di consistenti sovvenzioni governative.

Attualmente, tuttavia, molte aziende che sviluppano carne in laboratorio non sono idonee a beneficiare di investimenti in quanto si tratta di piccole start-up o di società tecnologiche pioneristiche.

"Prevediamo un’enorme crescita della tecnologia basata su colture cellulari nel lungo periodo, ma ci vorrà ancora un bel po' prima che questa innovazione possa essere compresa e assimilata dalla gente. L'etichettatura di questi prodotti sarà fondamentale e determinerà livelli di accettazione più ampi", afferma Toub.

Figura 6: Processo di produzione della carne coltivata

La carne coltivata viene prodotta prelevando un piccolo campione di cellule animali che viene successivamente coltivato in un ambiente controllato.

1. Acquisto/sviluppo

Le linee di cellule animali acquistate o sviluppate vengono conservate in banche cellulari; per produrre un lotto, le cellule vengono scongelate in piccoli agitatori (shake flask) e trasferite in bioreattori tipo seed train.

2. Crescita

Le cellule vengono coltivate in mezzi ricchi di nutrienti nei bioreattori tipo seed train. Man mano che crescono in volume e densità, vengono spostate lungo il seed train in bioreattori progressivamente più grandi.

3. Densità raggiunta

Le cellule raggiungono la densità desiderata nei bioreattori principali. Si ottiene la densità ottimale quando viene raggiunto un punto di equilibrio tra il volume delle cellule e il tempo di lavorazione del lotto (batch time) (ovvero, la densità delle cellule è tanto più elevata quando più lungo è il batch time). Una volta raggiunta la densità desiderata, il contenuto dei bioreattori viene trasferito nelle centrifughe per la raccolta.

4. Raccolta

Le cellule vengono quindi sottoposte a centrifugazione continua per separarle dai mezzi di coltura e raggiungere una bassa concentrazione di mezzi nelle cellule raccolte.

5. Distribuzione

Le cellule di carne sono preparate per la distribuzione mediante dei processi che variano in base al prodotto finale; le cellule possono essere miscelate con altri additivi per ottenere la consistenza desiderata prima di dar loro una forma e di confezionarle per la conservazione e distribuzione.

Fonte: Aviva Investors, maggio 2023