引言：

近年来，随着对可持续食品解决方案的需求日益增长，人造肉作为一项前沿技术受到了广泛关注。基因组尺度代谢模型（Genome-Scale Metabolic Models, GEMs）为优化细胞培养条件提供了强有力的工具，不仅能够加速更有效和可持续培养基的发展，同时还能最小化资源使用。尽管在人造肉行业中，代谢模型的应用已经取得了显著进展，但仍然存在诸多挑战亟待解决。

关键发现：

1、GEMs的基本原理及其应用前景

基因组尺度代谢模型是一种系统生物学方法，它利用计算机模拟生物体内的所有已知代谢反应，从而提供一个全面的视角来理解细胞代谢网络。这些模型可以用来预测代谢通量、识别关键酶活性位点，并设计出最优的培养策略。对于人造肉行业而言，GEMs不仅可以帮助确定最佳培养基配方，还可以指导细胞增殖、分化以及风味化合物生产的调控。

图1 基因组规模模型输入和应用

2、当前面临的挑战

图2无血清培养基

图3 GEM揭露基因工程的靶标

尽管GEMs具有巨大的潜力，但在实际应用中也遇到了一些障碍：

1.缺乏实验验证：当前很多针对农业相关物种的GEMs尚未经过充分的实验验证，这限制了其在实际生产中的可靠性。

2.品种和细胞系特异性差异：不同品种或细胞系之间的代谢差异较大，因此需要开发针对具体品种和细胞系的专用模型，以准确反映其代谢特点。

3.多组学数据整合不足：为了提高模型的预测能力和适用性，必须将转录组学、蛋白质组学等多组学数据整合到GEMs中，以便更好地捕捉复杂的生物过程。

3、未来研究方向

为了应对上述挑战，未来的科研工作应集中在以下几个方面：

• 增强实验验证：加强GEMs的实验验证工作，确保模型预测结果的准确性。

• 开发个性化模型：根据不同的品种和细胞系特性，开发专门的GEMs，以适应各自的代谢特征。

• 整合多组学数据：利用转录组学和蛋白质组学数据改进GEMs的预测精度，确保人造肉产品既能满足生物学要求，又能达到商业目标。

结论

通过将GEMs与AI驱动的优化技术和数据驱动的代谢工程技术相结合，人造肉行业可以克服关键瓶颈，实现大规模商业化。持续的技术进步将推动这一领域的效率提升、可持续性和成本效益，最终塑造人造肉作为一种可扩展、伦理且环保的传统动物农业替代品的未来。随着更多研究成果的积累和技术的不断成熟，我们有理由相信，基因组尺度代谢模型将在人造肉生产中发挥越来越重要的作用，为人类提供更加健康、安全和可持续的食物选择。

综上所述，虽然基因组尺度代谢模型在人造肉领域展现了巨大潜力，但其实现广泛而有效的应用还需克服一系列挑战。未来的研究不仅要关注技术上的突破，还要注重跨学科合作，共同推动人造肉行业向着更高水平迈进。

参考来源：

Gomez Romero, S., Spielmann, I., & Boyle, N. (2025). Genome-scale metabolic models in cultivated meat: advances, challenges, and future directions. Current opinion in biotechnology, 94, 103313. Advance online publication. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2025.103313