Стейк из биореактора: совершат ли «бессмертные» клетки революцию в животноводстве

Биологи получили иммортализованные («обессмерченные») стволовые клетки коровы, способные бурно размножаться и превращаться в мышечные клетки. С их помощью можно отладить и масштабировать технологию производства мяса в биореакторах. И тогда традиционное животноводство, потребляющее огромные ресурсы, останется в прошлом.

Цена стейка

Подавляющее большинство сельскохозяйственных земель занимают пастбища. Почти треть всех выращиваемых культур уходит на корм животным. Для производства 1 кг говядины требуется более 15 т воды, около 40 м² земли и около 6 кг кормов. Кроме того, производство этого килограмма мяса ведет к выделению парниковых газов, эквивалентных 300 кг CO₂. На животноводство приходится 15% всех антропогенных выбросов этих газов.

У животноводства есть и менее очевидные издержки. Многие инфекции изначально передались людям от животных. По некоторым оценкам, среди млекопитающих и птиц циркулирует 1,6 млн неизвестных науке вирусов, из которых 650 000–840 000 потенциально опасны для человека. С дикими животными люди контактируют сравнительно редко, хотя порой очень метко, как показывают примеры ковида и ВИЧ. А вот с сельскохозяйственными — постоянно. При этом почти безобидный человеческий вирус может мутировать в организме животного и вернуться очень опасным. Ученые предупреждают, что из-за таких случаев уже в ближайшие годы возможны новые пандемии.

Наконец, не стоит забывать и о моральной стороне дела. Не все готовы отказаться от мяса из этических соображений, да и влияние вегетарианства на здоровье — далеко не однозначный вопрос. Но что, если найдется способ производства мяса, не требующий убийства животных? 

И такой способ уже есть — по крайней мере, потенциально. Он называется культивированием мяса и сводится к выращиванию клеток в биореакторах.

Через тернии к блюдам

По некоторым оценкам, современные технологии культивирования мяса могут сократить поголовье крупного рогатого скота в 400 раз, если их удастся масштабировать. Переход с натурального мяса на культивируемое уменьшит потребление воды на килограмм говядины в десятки раз, площадь задействованных земель — почти в сто раз, потребление энергии — практически вдвое. Но на пути к «биореакторной революции» есть серьезные трудности.

Идея выглядит просто. Клетки способны размножаться делением. Нужно только взять у животного образцы клеток и вырастить из них кусок мяса. Однако на практике все гораздо сложнее.

Никакая клетка не начнет делиться ни с того ни с сего. Иначе все наши ткани постоянно разрастались бы. Клетка делится, когда получает от своего окружения биохимический сигнал «пора делиться». Воспроизвести этот сигнал в искусственной среде — задача не из легких. Еще сложнее создать продукт, похожий на натуральный по органолептическим свойствам: консистенции, цвету, вкусу и запаху. Каждая живая ткань имеет сложную структуру, в которую входят не только клетки, но и внеклеточный матрикс. А мясо вдобавок состоит из нескольких тканей: мышечной, жировой и соединительной. Производителям мяса из пробирки зачастую приходится выбирать: довольствоваться напоминающей фарш аморфной массой или формировать стейк с помощью 3D-принтера. Неудивительно, что первый в мире гамбургер из культивированного мяса, созданный еще в 2013 году, обошелся более чем в $300 000. Сегодняшние расценки куда скромнее, но культивируемое мясо все еще несопоставимо дороже натурального.

Регулирующие органы тоже не спешат выпускать новый продукт на рынок. Пока единственной страной, где продаются продукты питания из культивируемого мяса, является Сингапур. В 2020 году там разрешили употреблять в пищу курятину из пробирки. В 2022 году Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США (FDA) выдало предварительное разрешение на культивирование курятины, что еще не означает выхода ее на рынок.

Есть опасность, что культивируемое мясо постигнет судьба генно-модифицированных продуктов. Несмотря на тысячи исследований, не выявивших никакого вреда от употребления ГМО в пищу, они все еще с трудом пробиваются через сеть надуманных запретов и ограничений.

Все эти проблемы невозможно решить одномоментно. Однако новая научная работа существенно облегчит культивирование мяса (а именно говядины) как в исследовательских, так и, в будущем, в коммерческих целях.

Заявка на бессмертие 

Обычная клетка, как правило, может разделиться не более 50 раз (предел Хейфлика). Чтобы сделать из одной клетки две, нужно скопировать ее ДНК. Фермент, копирующий ДНК для новой клетки, прикрепляется к концам хромосом — теломерам.   Фермент не может скопировать тот участок теломеры, на который он крепится, как маляр не может красить стул, на котором сидит. В результате у каждой новой клетки теломеры чуть-чуть короче, чем в оригинале. Когда они заканчиваются, копирующий фермент не может прикрепиться к хромосоме, и деление прекращается.

Это означает, что для выращивания мяса нужно регулярно брать у животных новые клетки. Более того, обычные мышечные клетки для этого не годятся — большинство из них уже утратило способность делиться. Из проб, взятых у животного, нужно выделить особую разновидность стволовых клеток — клетки-предшественницы мышечных. Они могут разделиться все 50 раз (но не больше), причем их «потомки» превращаются в мышечные клетки.

Выделение стволовых клеток — сложный и трудоемкий процесс, который вносит существенный вклад в стоимость культивируемого мяса. Правда, существуют и стволовые клетки, способные восстанавливать теломеры и делиться сколько угодно раз. Однажды посадив их «в пробирку», можно пользоваться многими поколениями потомков. Беда в том, что эти потомки могут превратиться не только в мышечные, но и практически в любые другие клетки, поэтому такие стволовые клетки называют плюрипотентными. Чтобы заставить плюрипотентные клетки производить именно мышечную ткань, нужны сложные биохимические сигналы, что опять-таки не удешевляет процедуру.

Исследователи нашли третий путь. Они взяли стволовые клетки-предшественницы мышечных и генетически модифицировали их, «научив» не только восстанавливать теломеры, но и делиться каждые 15 часов. На момент публикации клетки поделились уже 120 раз. Потомки этих клеток очень похожи на обычные мышечные, хотя и не полностью идентичны им.

Исследователи еще не проверяли органолептические свойства своего детища. Возможно, они окажутся не слишком хороши, и технологию придется скорректировать. Авторы подчеркивают, что их продукт предназначен не для пищевых фабрик, а для научных лабораторий. «Бессмертные» коровьи клетки должны стать удобным и дешевым объектом исследований. Конечным итогом этих изысканий станет биоинженерная говядина на полках магазинов. Часто приходится слышать, что до этого момента остались считанные годы, но такие же оценки высказывались и почти десятилетие назад. Если научно-технический прогресс чему-то и учит, так это тому, что предугадать его скорость почти невозможно.