Котлета из пробирки

Потребление в пищу мяса неэтично по отношению к животным и приводит к значительному увеличению вредных выбросов в атмосферу, влияющих на глобальное изменение климата. Можно ли изменить эту ситуацию? Вряд ли все люди на Земле станут веганами, но мясо можно выращивать искусственным путем из стволовых клеток животных. Значит, выход найден? Да, говорят ученые. Не совсем, возражают экологи и технологи. Производство искусственного мяса пока что слишком дорого экономически — и, как ни странно, оставляет более обильный углеродный след, чем выращивание обычного. Тем не менее, сторонники нового продукта не теряют надежды вывести его на рынок в промышленных масштабах.

В сентябре российские производители объявили о том, что присоединяются к мировому тренду изготовления «культивируемого мяса». По мнению идеологов этого бизнеса, вместо того чтобы убивать животных ради мяса, мышечные волокна можно выращивать в биореакторе из стволовых клеток в специальной питательной среде.

Такой продукт известен также под названиями «мясо из пробирки» и «чистое мясо» (clean meat). Последний термин подразумевает, что ваши котлеты будут чисты как с этической, так и с экологической точки зрения.

Пост и его мясо

Идея производства мяса в пробирке (а точнее, в чашке Петри) пришла из биомедицины: успехи в области культивирования стволовых клеток, трехмерной печати органов вдохновили и технологов пищевой промышленности. В самом деле, если можно вырастить в лаборатории ткань для трансплантации, почему бы не вырастить ее для еды?

Принцип выращивания мяса в упрощенном виде повторяет принцип выращивания любой ткани: из образца мышцы животного выделяют стволовые клетки, которые затем размножают в специальной питательной среде, содержащей гормоны и факторы роста, и заставляют дифференцироваться в мышечные волокна.

Подобные эксперименты именно с целью получения съедобного продукта проводились в лабораториях с 1990-х годов, но популяризация идеи во многом является заслугой ученого Марка Поста (Mark Post) из университета Маастрихта (Нидерланды). В 2013 году он представил журналистам первый бургер с котлетой из выращенных в его лаборатории мышечных клеток коровы.

На презентации котлета была приготовлена шеф-поваром и торжественно съедена кулинарными критиками. Судя по отзывам, продукт по всем показателям напоминал «традиционное» мясо, разве что был не таким сочным. В 2015 году Пост основал компанию Mosa Meat, которая занимается оптимизацией изготовления мяса в лаборатории, чтобы к 2021 году выпустить продукт на рынок.

Первая котлета выращивалась в течение трех месяцев и обошлась создателям в триста тысяч долларов. Однако презентация подхлестнула интерес бизнесменов и инвесторов к «чистому мясу», что привело к появлению множества стартапов, нацеленных на оптимизацию процесса. Уже в 2017 году стоимость мышечных волокон из лаборатории составляла 5 тысяч долларов за килограмм, а к сегодняшнему дню она упала еще в несколько раз.

По данным Forbes, в настоящее время разработкой «чистого мяса» в мире занимается как минимум 26 компаний, цель которых — сделать продукт, доступный для массового потребителя.

Сколько стоит культивировать

Представим, что мы хотим «с нуля» вырастить кусок такого мяса. Для начала нам нужно оборудовать лабораторию: закупить центрифуги, микроскоп, ламинарный бокс для стерильной работы, автоклав, СО₂-инкубатор для поддержания нужной концентрации углекислого газа в стартовой культуре и несколько биореакторов разного объема для того, чтобы выращивать биомассу на разных стадиях «спелости».

Затем нужно раздобыть стволовые клетки, из которых будет выращена культура. Их лучше всего выделить из образца мышцы молодого животного (например, новорожденного теленка) по специальной технологии, которая включает в себя лизис ткани и селекцию клеток.

Ученые, занятые в оптимизации технологии, обсуждают создание биобанка стволовых клеток, из которого можно будет взять нужный для производства образец — это должно будет немного удешевить процесс.

Далее культуру клеток необходимо подрастить в культуральном флаконе, а затем последовательно выращивать в нескольких биореакторах с перемешиванием и аэрацией в питательной среде (если мы хотим вырастить действительно много клеток). После этого клетки нужно будет извлечь из биореактора и засеять на съедобный каркас (например, из коллагена), который придаст продукту вид куска мяса.

Весь процесс займет около 40 дней, в течение которых надо будет следить за стерильностью процесса.

Стоимость питательной среды составит львиную долю итоговой стоимости конечного продукта, на производстве она будет расходоваться сотнями литров. Аналитики подсчитали, что стоимость «чистого мяса» сравнится со стоимостью традиционного мяса, когда цена одного литра среды не будет сильно выше одного доллара.

Пока же она в самом дешевом варианте стоит более трехсот долларов за литр.

Как оптимизировать среду

Среда обладает сложным составом и должна содержать нужные белки, липиды, соли, аминокислоты, витамины и гормоны. Разработчики ставят перед собой задачу, во-первых, избавиться от источников животного происхождения (например, эмбриональной телячьей сыворотки, которую часто добавляют в среду для обеспечения нужного состава), во-вторых, сделать среду максимально дешевой.

Для этого ученые пытаются минимизировать количество компонентов, собирают среды из рекомбинантных белков (то есть произведенных в микроорганизмах, таких как кишечная палочка и дрожжи) и ищут подходящие компоненты растительного происхождения.

Согласно расчетам экспертов из The Good Food Institute, культуральную среду можно удешевить еще в 10-1000 раз, если оптимизировать производство рекомбинантных ростовых факторов — самых дорогих компонентов среды, без которых стволовые клетки просто не будут расти и дифференцироваться.

Очаковский комбинат пищевых ингредиентов, о котором речь шла в начале статьи, сообщил, что первый 40-граммовый кусочек «мяса» обошелся им в 900 тысяч рублей. В эту сумму не вошло оборудование лаборатории, на которое было потрачено еще 9 миллионов рублей.

Директор предприятия Александр Савков подтвердил, что основные затраты, связанные с выращиванием клеток, пришлись на ростовую среду. Правда, в его лаборатории использовали импортную среду швейцарского производства, используемую в биомедицине. Основные усилия технологи предприятия, как и их зарубежные коллеги, направят на создание дешевого аналога.

Перед технологами стоят действительно сложные задачи, потому что «чистое мясо» должно будет выращиваться в огромных масштабах — гораздо больших, чем сейчас в промышленности выращиваются клетки млекопитающих, которые, например, используются для производства антител.

Что не так с коровами

Помимо очевидного этического аспекта (убийство животных), вынуждающего многих людей становиться вегетарианцами, животноводство наносит заметный ущерб окружающей среде. Выращивание скота поставляет в атмосферу 14,5 процента от общего объема выбрасываемых парниковых газов, а пастбища и поля, засеянные кормовыми культурами, занимают 80 процентов сельскохозяйственных земель.

При этом животноводство поставляет всего 37 процентов пищевого белка. Среди парниковых газов, источником которых являются сельскохозяйственные животные, преобладает метан, выделяемый крупным рогатым скотом. С точки зрения ускорения глобального потепления он в 28 раз опаснее углекислого газа.

Впрочем, наибольший вклад в выбросы вносит не сама скотина, а операции по ее содержанию — утилизация навоза, производство удобрений, распашка земель, производство кормов. По прогнозам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, к 2050 году потребность в продуктах животноводства увеличится на 70 процентов. Похоже, эта отрасль действительно требует оптимизации.

Этими фактами оперируют разработчики «чистого мяса», когда обращаются к инвесторам за финансированием. Они обещают, что в случае успеха доля «традиционного» мяса на рынке в ближайшие 20 лет упадет до 40 процентов, а поголовье крупного рогатого скота сократится с полутора миллиардов до нескольких десятков тысяч.

Mosa Meat, в частности, утверждает, что производство ее продукта потребует на 99 процентов меньше земель и на 96 процентов меньше воды, чем в условиях обычного животноводства, а выбросы парниковых газов сократятся на 96 процентов.

Чей след хуже

Впрочем, ученые уже подвергают сомнению безусловную экологичность мяса из пробирки. Исследователи из Оксфорда подсчитали, какой углеродный след будет оставлять производство «чистого мяса» в биореакторе на питательной среде, содержащей экстракт цианобактерий и ростовые факторы, произведенные в клетках кишечной палочки.

В расчеты были включены не только факторы типа производства удобрений для выращивания цианобактерий, но даже электроэнергия, затраченная на стерилизацию компонентов среды. Модель была составлена для трех локаций с разной «углеродной стоимостью» производства электричества — Таиланда, Испании и Калифорнии.

В зависимости от технологии производства разброс результатов составил от 1,7 до 25 килограмм эквивалентов углекислого газа на килограмм продукта. При этом разброс значений углеродного следа для производства килограмма говядины ученые оценили в 28-43 килограмма эквивалентов CO₂.

Хотя на первый взгляд культивируемое мясо действительно имеет экологическое преимущество перед говядиной, авторы работы напоминают, что основной вклад в углеродную стоимость говядины вносит метан. Время его жизни в атмосфере составляет 12 лет, в то время как углекислый газ оттуда никуда не девается. Таким образом, в долгосрочной перспективе для глобального потепления культивируемое мясо может быть даже опаснее за счет «чистого» углеродного вклада.

Впрочем, Алексей Кокорин, директор программы «Климат и энергетика» Всемирного фонда дикой природы (WWF России*), считает, что в краткосрочной перспективе метан, производимый преимущественно коровами молочных пород, отнюдь не стоит сбрасывать со счетов. «Энергия от разложения метана в конечном счете все равно аккумулируется в верхних слоях океана. Результатом этого, в том числе, становится учащение экстремальных природных явлений, например ураганных ветров — то, что мы видим прямо сейчас» — комментирует климатолог.

Стоит также учесть, что производство говядины — самое затратное по сравнению с остальными видами мяса. Производство килограмма курицы обходится нам примерно в пять килограмм эквивалентов CO₂, что уже вполне сопоставимо с производством «чистого мяса», углеродный след которого не зависит от того, чье именно мясо растет в биореакторе.

Что такое мясо

«Чистое мясо» еще не появилось на рынке, однако производители традиционного мяса уже принимают меры для защиты своей продукции от конкурентов. В прошлом году Американская ассоциация скотоводов (US Cattleman’s Association) подала петицию в государственную сельскохозяйственную инспекцию (FSIS) с просьбой запретить называть мясом все продукты иного происхождения, кроме как полученные непосредственно из животных.

Животноводов волнуют не только мышцы, выращенные в лаборатории, но и разнообразные веганские продукты из растительного белка, которые позиционируются как заменители мяса. В отличие от культивируемого мяса, их продукция уже представлена в магазинах и ресторанах.

Компания Impossible Foods, основанная профессором биохимии из Стэнфорда Патриком Брауном (Patrick Brown), провела немало исследований, чтобы сделать продукт, по всем параметрам похожий на мясо. Исследователи поняли, что многие свойства мясу придает гемоглобин (гем-содержащий белок крови), и заменили его легоглобином, выделенным из клубеньков на корнях растений сои.

Для массового производства «растительного мяса» компания наладила производство рекомбинантного легоглобина в клетках дрожжей. Американская администрация по контролю за лекарствами и продуктами питания уже признала приготовленный легоглобин безопасным продуктом, и в настоящее время Impossible Burger с веганской котлетой, по вкусу якобы неотличимой от говяжьей, можно попробовать в нескольких сетях ресторанов в США, в том числе популярной сети Burger King.

Основанная в 2009 году компания Beyond Meatпродает по всему миру растительную имитацию куриных наггетсов, говяжьих бургеров и свиных сосисок. Разработку их продуктов в том числе спонсировали Билл Гейтс и корпорация Tyson Foods. Основу котлеты для бургера составляет экстракт белка гороха, а также рисовый белок, кокосовое масло, крахмал, лецитин и другие компоненты неживотного происхождения.

Если подобная продукция пока все же ориентирована на веганов, «чистое мясо» позиционируется как полноценная замена обычному мясу. Тем не менее, судя по опросам, потенциальные потребители примерно поровну делятся на два лагеря: одни относятся к идее с энтузиазмом и даже готовы переплатить, а другие заявляют, что не будут есть ничего, что выращено в лаборатории.

Технологи, конечно, немного лукавят: в отличие от традиционного куска мяса, которое содержит жир и другие компоненты, за которые многие любят вкус шашлыка, культивируемое мясо представляет собой «сухую» мышцу.

Регуляторные органы тоже пока относятся к новому продукту с подозрением: по мнению экспертов, «чистое мясо» из-за технологии производства может содержать избыточное количество гормонов или ростовых факторов, а питательная среда на растительной основе может вызвать у потребителя аллергию.

Надо меньше есть

Учитывая описанные выше технологические сложности и необходимость прохождения процедур сертификации продукта, вряд ли мы попробуем «чистое мясо» в ближайшее время. Пока «мясоимитаторы» на растительной основе выходят на растущий азиатский рынок, ученые подтверждают, что растительная диета действительно самая экологичная.

«В последнем докладе IPCC приводятся данные, что выбросы парниковых газов от производства всей еды на планете составляют около 30 процентов от общей суммы выбросов. При этом если человечество полностью перейдет на веганскую диету, долю пищевых выбросов можно будет сократить на 15-20 процентов. Даже если перейти на средиземноморскую диету, которая содержит достаточно мяса и рыбы, выбросы заметно сократятся», — говорит Алексей Кокорин.

Согласно свежему исследованию, опубликованному в Science, отказ от традиционного мяса и молочной продукции позволит сократить объем сельскохозяйственных площадей на 75 процентов, при том что еды будет всем хватать.

Для тех, кто не готов совсем отказаться от продуктов животного происхождения и перейти на соевый белок, журнал Nature рекомендует все еще очень экологичную флекситарианскую диету, содержащую немного курицы, рыбы и яиц.

Впрочем, как показывает статистика, в развитых странах не менее трети еды выбрасывается, а население стремительно набирает вес, так что первым шагом в борьбе с изменением климата может быть простое правило «меньше есть» — неважно чего.

*Всемирный фонд дикой природы (WWF России) включен в список иноагентов