Мясо из пробирки: когда и зачем?

В начале августа 2021 года А.Б. Чубайс, специальный представитель Президента РФ по связям с международными организациями для достижения целей устойчивого развития, предположил, что надо бы ввести налог на потребление мяса. Это необходимо не столько для борьбы с потеплением климата, сколько для ликвидации технологического отставания страны. Как связаны мясо и климат? Что может сделать налог?

Статья проиллюстрирована фотографиями с вечеринки Марка Поста, где публику впервые накормили клеточным мясом. Источник: ИТАР-ТАСС/PA Photos

Климат на столе

Происходящая на наших глазах трансформация человечества затрагивает не только энергетику (см. «Химия и жизнь», 2020, 12; 2021, 7) или сферу финансов (см. статью о криптовалюте в этом номере). Нет, она глубоко вторгается в каждодневную жизнь людей и может оказаться в прямом смысле слова на обеденном столе. Важнейшая часть такой, пищевой, трансформации — переход на выращивание мяса напрямую, то есть без участия животных. Развитию соответствующих технологий, обеспечению конкурентоспособности высокотехнологичного мяса в соревновании с мясом аграрным и может помочь предлагаемый налог.

Необходимость в такой трансформации очевидна специалистам, которые проектируют наше будущее. В самом деле, сейчас на Земле млекопитающие фактически представлены двумя группами — людьми и животными, которых человек разводит для еды; их численность измеряется миллиардами. А всех остальных млекопитающих обитателей планеты ничтожно мало по сравнению с обитателями пастбищ, по разным оценкам от 1 до 10% общей численности этого класса живых существ. Общая же численность животных и птиц, выращиваемых человеком для удовлетворения своего аппетита, чудовищна: 69 миллиардов особей, которые дают треть миллиарда тонн мяса в год. Рыб, креветок, лягушек и всяческих улиток разводят и вовсе без счета.

Такой объем производства не остается без следа, в частности углеродного: животноводство дает 14% выбросов парниковых газов, связанных с хозяйственной деятельностью человечества. При этом для выращивания кормов используется 30% всей суши планеты и более половины ее части, вовлеченной в хозяйственный оборот: с трети возделываемых земель человек собирает корма для скота и птицы, а на четверти пасет скотину.

На все нужна еще и вода. Ее львиная доля идет на полив растений: чтобы вырастить 1 кг говядины, нужно вылить на поле 15 тысяч литров воды (справедливости ради: изрядная часть этой воды и так упадет на землю в виде дождя), животные выпивают лишь сотую долю этого количества. И большая часть этих ресурсов тратится впустую. Так, убойный вес крупного рогатого скота составляет 50—65% живого, а съедобного мяса в нем не более 80%.

А вот если взять стволовые клетки — предшественники мышц, то тогда удастся обеспечить человечество мясом, используя лишь сотую долю этих ресурсов. Это преимущество столь очевидно, что невольно возникает вопрос: а почему мы до сих пор не едим мясо, выращенное в пробирке, или клеточное мясо?

Мясо в законе

Казалось бы, при современных знаниях о природе вещей вырастить мясо из клеток не представляет собой неразрешимой задачи. И действительно, о первых опытах такого рода, когда в чашке Петри были выращены вполне приятные на взгляд куски баранины, мы рассказывали шестнадцать лет назад (см. «Химию и жизнь», 2005, 11). В 2013 году об искусственно выращенном мясе стало известно и широкой публике. Марк Пост, исследователь из Маастрихтского университета, устроил в Лондоне вечеринку под лозунгом «Перестанем убивать животных!», на которой потчевал гостей бифштексом из выращенного им мяса. Мясо Поста вряд ли было таким уж вкусным: оно состояло только из мышечных волокон, то есть не содержало ни жилок, ни жира, однако начало было положено.

Проблему получения структуры настоящего мяса с его жилками, кровеносными сосудами и прослойками жира решать было трудно. Очевидный путь — выращивать сразу несколько типов тканей, пока к успеху не привел: мышцы и жир требуют несколько разный составов культуральных жидкостей и режимов выращивания. Однако в арсенале биотехнологов появился принтер объемной печати, способный создавать трехмерные структуры из элементов биологических тканей.

И вот в феврале 2021 года израильская компания «Алеф фармс», изготавливающая, в частности, сырье для выращивания мяса — клеточные сфероиды (из них мясо печатали на борту МКС, см. «Химию и жизнь», 2020, 1), сумела распечатать говяжье яблочко, или рибай, самую мягкую и деликатесную часть говяжьей туши. В нем мышечная ткань была оплетена сетью сосудов и прослойками жира; благодаря сосудам, по которым прокачивали питательные вещества, удалось вырастить толстый кусок мяса — почти совсем как настоящее яблочко.

Казалось бы, при таких успехах клеточное мясо в виде пусть не монолитных стейков, но хотя бы котлет, фрикаделек и прочих сосисок, сделанных из суспензии мышечных клеток, должно уже продаваться если не повсеместно, то хотя бы в дорогих магазинах. Однако этого нет. И похоже, в ближайшем будущем не предвидится. Дело не столько в технологии или цене. Как видно, технология в целом создана, а цена стабильно падает. Так, если бургер Поста в 2013 году стоил 325 тысяч долларов, то уже в 2021-м его цена упала до девяти долларов. Конечно, это пока что в девять раз дороже обычного гамбургера в «Макдональдсе», однако тенденция понятна. А дело в том, что регулирующие органы ведущих стран не дают разрешение на использование клеточного мяса и, более того, с трудом могут ввести юридически точное определение, что это такое — мясо из пробирки.

Вот, к примеру, какова ситуация в США. У них есть два органа, регулирующих рынок еды, — Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) и Министерство сельского хозяйства. Первое определяет мясо как «часть скелетных мышц коровы, свиньи, овцы или козы». Втрое — как «продукт, изготовленный полностью или частично из мышц или любых других частей туши». Казалось бы, мясо, выращенное в пробирке из клеток скелетных мышц, вполне подпадает под это определение. Однако американские бюрократы предпочитают не использовать термин «мясо», а обходятся эвфемизмами вроде «продукт, изготовленный из клеток». Более того, есть подозрение, что этот продукт могут отнести к пищевым добавкам.

Для такой осторожности есть серьезные основания. История промышленной революции учит: производительность промышленного труда всегда выше, чем  труда кустарного, сельского. Поэтому если на рынке появится клеточное мясо, то оно по мере расширения производства, как это всегда было, неизбежно станет дешевле мяса, полученного традиционным способом на ферме. Тогда возникнет очень серьезный аграрный кризис: фермеры, которые разводят животных и птиц, а также выращивают корм для них, станут попросту не нужны. С этим совершенно не согласны те штаты, где экономика базируется на выращивании скота. Поэтому в 2019 году Миссури, а вслед за ним и еще 19 штатов в своем законодательстве запретили применение термина «мясо» к различным суррогатам вроде «мяса» из сои, грибов или сверчков, равно и к выращенному в пробирке. Более того, соответствующий законопроект был направлен в Сенат США. Сейчас по его поводу идут судебные процессы, поскольку, по мнению оппонентов, это есть насилие, попирающее Первую поправку к Конституции США, гарантирующую, среди прочего, свободу слова и свободу совести.

Впрочем, кое-какие договоренности между регулирующими органами американцам удалось достичь в 2019 году. Так, FDA взяло на себя контроль за получением исходных клеток и за процедурой их выращивания, а Минсельхоз станет определять, как следует маркировать полученные из клеток продукты, и контролировать технологию их производства. В итоге FDA должно начать предварительные консультации для оценки производственных материалов, процессов и способов контроля, а также надзора за сбором тканей, клеточными линиями и их банками, другими используемыми компонентами.

В ЕС, похоже, не добрались и до этого этапа. Сейчас единственная страна, одобрившая использование выращенного из клеток мяса, — это Сингапур, соответствующее решение ее власти приняли в декабре 2020 года. Это решение неудивительно: в городе-государстве выращивать мясо для личного потребления в компактном биореакторе гораздо перспективнее, чем выгуливать коров на пастбище, которого нет.

Общество и мясо

Прохладное отношение регулирующих органов к перспективной научной идее получать мясо без использования животных накладывается на неприятие общественности. В целом общественное мнение на всех континентах демонстрирует некоторую степень шизофрении. С одной стороны, половина людей, участвовавших в различных опросах, согласна, что выращивать мясо без животных — это очень хорошая идея. В самом деле, животные от забора клеток почти не страдают, их не приходится убивать, резко снижаются выбросы парниковых газов, а поля становятся исходными степями, лугами и лесами.  В общем, наступает полная идиллия в согласии с идеями Жан Жака Руссо о возвращении к природе.

Однако когда дело доходит до собственного обеденного стола, все эти прекрасные мысли улетучиваются. Сразу возникают сомнения в полноценности такого мяса. А точно ли у него вкус, как у настоящего мяса? Точно ли оно безопасно или ученые опять чего-то нахимичили, как с трансгенами? Вдруг окажется, что от этого мяса можно заболеть? И еще: от такого мяса пострадает сельское хозяйство, а оно — значимая часть нашей культуры. В общем, попробовать мясо согласен только каждый пятый из опрошенных, а покупать его постоянно — каждый десятый. При этом прагматичные китайцы считают, что, будучи очевидным суррогатом, такое мясо должно стоить заметно меньше настоящего, полученного при разделке туши животного.

Казалось бы, вегетарианцы, как правило оправдывающие свой отказ от мяса нежеланием потреблять убитых животных, должны схватиться за эту идею. И точно, они всячески приветствуют выращивание мяса в пробирке, но только для других. Сами же, наоборот, крепнут в своем желании ограничиваться растительной пищей, в крайнем случае растительными мясозаменителями.

Интереснейший опыт поставили исследователи из Бельгии. Поначалу они опрашивали предположительно — что вы будете делать, если вам предложат мясо, выращенное из клеток. Участники опроса отвечали примерно так, как рассказано выше. А потом им дали попробовать это самое легендарное мясо в виде бургера и сравнить с настоящим бургером. Удивительно, но, несмотря на предубеждение, клеточное мясо показалось участникам вкуснее, и после проведения опыта они уже не столь рьяно отказывались его покупать. Удивление этот опыт вызывает потому, что никакого клеточного мяса они не пробовали, да это и невозможно при отсутствии разрешений от регулирующих органов: оба бургера были сделаны из одного и того же натурального фарша. Как Посту при такой юридической ситуации удалось провести свою вечеринку, не очень понятно.

Мясная экономика

Как видно, клеточное мясо будет пробиваться на рынок долго и тяжело, причем это движение будет сопровождаться мощным мифотворчеством обеих сторон, вовлеченных в диспут: изготовителей мяса по традиционной технологии и адептов пищевой трансформации, которые озабочены проблемами мучения животных и изменения климата планеты. В общем, выращенное из клеток мясо, фактически очередное чудо человеческого гения, скорее всего, постигнет судьба другого биотехнологического шедевра — генно-модифицированных растений: всем они хороши, позволяют отказаться от ядохимикатов, повысить производительность труда, вовлечь в оборот засушливые и засоленные земли, но, когда дело доходит до полки магазина, публика предпочитает товар с пометкой «Не содержит ГМО». А законодатели, естественно, уважают капризы публики.

А есть ли действительно вред здоровью от такого мяса? Увы, несмотря на то что каждый год появляется несколько научных обзоров проблемы, практически ни в одном рассуждений на эту тему нет. Наоборот, мясо, выращенное из клеток, считается гораздо менее опасным, чем традиционное. В самом деле, процесс идет в биореакторах. Здесь нет скученности животных, нет инфекционных болезней и паразитов. Значит, нет надобности и в лечении. То есть клеточное мясо свободно не только от вирусов и бактерий, но и от средств борьбы с ними, например антибиотиков. Нет в нем и тех загрязнителей, которые могут попасть с неочищенной водой или вследствие выпаса на поле рядом с автострадой. Кроме того, при получении мяса из клеток его можно насытить микроэлементами, витаминами и даже изменить состав, например вырастив жир с преобладанием омега-кислот.

Однако для роста клеток нужны гормоны и факторы, которые обеспечивают такой рост. И вот эта особенность не выглядит такой уж безопасной. Во всяком случае, в США бытует мнение, что эпидемия ожирения связана с тем, что скотине перед забоем вводят гормоны: так быстро восстанавливают вес после транспортировки на бойню. Если эти гормоны сохраняются в продукте, то не исключена вероятность, что из-за них человек станет набирать вес. Достоверных данных, так ли это, нет, но обеспеченные люди предпочитают покупать дорогое мясо, выращенное по органической технологии, либо вовсе от него отказываются, переходя на рыбу.

Другая особенность клеточного мяса — огромное число делений, которые должна претерпеть извлеченная из животного клетка, чтобы стать куском мяса. Мышечные клетки в организме не делятся с такой частотой, поэтому не очень понятно, что получается в результате. Самая неприятная возможность — сбои в генетической программе и превращение таких клеток в злокачественные. В норме человек не поедает раковые опухоли, поэтому нет никаких данных, как такое возможное перерождение продукта повлияет на здоровье. Очевидно, что эти и подобные вопросы будут решены прежде, чем разрешат допуск клеточного мяса на широкий рынок.

Впрочем, на современном этапе развития технологии выращивания этого мяса проблема безопасности стоит отнюдь не на первом месте. Главное затруднение — питательная среда для роста клеток. Се  час в ее качестве используют фетальную бычью сыворотку, фактически кровь нерожденных телят: в ней имеются все вещества, побуждающие клетки мышц энергично размножаться. Однако очевидно, что это решение годится лишь для экспериментальных работ: чтобы делать клеточное мясо в промышленных масштабах, никакой бычьей крови не хватит. Поэтому выбор правильной питательной среды, которая не содержит компоненты животного происхождения и которую можно делать миллиардами тонн, чрезвычайно важен для всей идеи.

В принципе, такие среды имеются. Технологи обратили внимание на жидкость Essential 8, которую давным-давно используют для выращивания человеческих стволовых клеток. На ее примере доктор философии Лиза Шпехт, вице-президент вашингтонского Института доброй еды (gfi.org), в феврале 2020 года опубликовала расчет, который позволяет оценить технические и экономические трудности выращивания мяса из клеток и на который теперь все ссылаются. Вот ее рассуждения.

На первой технологической стадии происходит размножение стволовых клеток мышц. Для этого потребуются три реактора, каждый из которых обеспечивает 200-кратное увеличение числа клеток. Первый — самый маленький, его размер пол-литра. В него загружают 2,5 мл замороженных клеток и получают плотность 200 тысяч клеток на мл. За десять дней пребывания в культуральной жидкости, которую обновляют каждые два дня, их плотность достигает критического значения, при котором клетки перестают расти (40 млн на миллилитр). Поэтому клетки пересаживают в следующий реактор объемом сто литров. Еще через десять дней размножившаяся биомасса оказывается в стандартном биореакторе, объемом 20 тысяч литров. Всю получившуюся биомассу отправляют на вторую стадию, где стволовые клетки дифференцируются, то есть превращаются в клетки мышц, жира или какие-то еще, в общем, становясь мясным продуктом. На это потребуется еще 8 восемь дней. Как видно, процесс от посева клеток занимает 38 дней. На выходе получится 3,5 тонны мяса или 92 кг в расчете на день процесса.

Однако можно пойти и более сложным путем: лишь часть выращенных клеток из третьего реактора отправить на дифференцировку, а остальное оставить на доращивание. Такое деление клеточной культуры можно повторять уже не через десять дней, а через день — три, и тогда процесс получения мяса пойдет эффективнее. Например, если на дифференцировку отправлять лишь половину выращенных клеток, то выйдет 19 тонн мяса за 51 день, то есть 373 кг в расчете на день, а если оставлять 10%, то 32 тонны за 74 дня, 432 кг в расчете на день. Главная трудность состоит в том, сколько циклов деления выдержит стволовая клетка, сохранив все свои свойства; для простейшего одностадийного варианта хватит и 24-х циклов, а для самого производительного, с возвратом в процесс 10% выращенных клеток — 53. Это довольно много. Есть мнение, что не всякий тип клеток этот темп может выдержать, не переродившись.

Для этих технологических схем, соответственно, потребуется и разное количество культуральной жидкости: от 20 до 140 тысяч литров. При этом использованная при выращивании клеток жидкость не полностью отправляется в отходы. Если ее пропустить через качественную систему фильтрации, то минеральные добавки, дорогие гормоны и факторы роста можно частично вернуть в производство и тем самым сократить расходы. А считать приходится каждую копейку.

Сейчас один литр жидкости Essential 8 стоит 377 долларов, если ее компоненты покупать в Интернете. При этом львиную долю цены, 96%, составляют два фактора роста: FGF-2 и TGF-β. Еще два дорогих компонента — гормоны инсулин и трансферрин. За ними следует дифосфат аскорбиновой кислоты сама питательная или, как ее называют специалисты, базальная среда — источник питательных веществ, минералов и аминокислот: она содержит 52 компонента. Объем такой жидкости, необходимой для выращивания мяса, измеряется десятками тысяч литров, а у более дорогих компонентов — от долей грамма до килограммов. Самый дорогой компонент базальной среды — буфер, обеспечивающий постоянство кислотности среды. Так вот, при нынешней цене на такую, не содержащую животных компонентов, культуральную жидкость мясо, в зависимости от выбранной технологической схемы, должно обходиться в 2—15 тысяч долларов за килограмм.

А есть ли возможности снижать цены? Да. Самую большую надежду исследователи возлагают на развитие рынка: с ростом потребности в веществах их цена всегда падает. И самое главное — удешевить факторы роста, ведь сейчас грамм FGF-2 стоит 2 млн долларов, а TGF-β и вовсе 81; хорошо, что его нужно 40 мг на 20 тысяч литров среды. Исходя из общих соображений, такие цены ничем не оправданны, кроме больших накладных расходов, раскладываемых на малый объем производства. С точки зрения технолога, оба дорогих фактора роста — не самые сложные белки; промышленность синтезирует вещества и посложнее.

Кроме того, сейчас в жидкость добавляют и факторы роста, и гормоны в таком виде, какого требует фармацевтика, где очень высокая степень очистки. Для производства мяса такая чистота необязательна. Тогда есть все шансы, что цена упадет до разумных нескольких долларов, а если повезет, то и центов за грамм. С базальной средой ситуация аналогична. Если заменить дорогой буфер на дешевый, а сахара и аминокислоты вводить не чистыми веществами, а как продукт переработки зерна, дрожжей или цианобактерий, добавляя более дорогие чистые вещества для обеспечения нужного состава, то можно добиться дальнейшего снижения цены. Оставшийся дорогой компонент, дифосфат аскорбиновой кислоты, в принципе, можно заменить на гораздо более дешевый витамин С: он менее стабилен, отчего не используется фармацевтами в питательных составах для выращивания клеток, но для мяса и он может подойти.

Эти хитрости, если их удастся реализовать, позволяют, согласно расчету Шпехт, довести цену культуральной жидкости до 86—24 центов за литр или, в пересчете на мясо, до 34—1,37 долларов за килограмм в зависимости от технологической схемы. Такая сумма, конечно, не учитывает затрат на электричество, заработную плату рабочих и очистку сточных вод, которых, как видно, на этом производстве получается совсем не мало. В общем-то ведущие фармацевтические и биотехнологические компании, вроде компании «Merk», уже работают в этом направлении, поэтому рано или поздно самое узкое место технологии выращивания мяса из клеток будет расшито.

Экономической состоятельности перспективного мясного производства может дополнительно поспособствовать и углеродный налог, как это уже случилось с зеленой энергетикой. А вот примет ли общество клеточное мясо как полноценный продукт питания — неизвестно.

Технологи прекрасно представляют себе, как и из чего растить клеточное мясо. Дело за разрешением контролирующих органов и мнением публики Balamuralikrishnan Balasubramanian е.а., The Epic of In Vitro Meat Production—A Fiction into Reality, Foods 2021, 10, 1395

Клеточное мясо как бизнес

В 2020 году в мире было уже 32 компании, занимающиеся выращиванием мяса из клеток животных: 40% в Северной Америке, 31% в Азии, 25% в Европе. Основное их внимание сосредоточено на выращивании говядины (25%). Далее следуют мясо птицы, (22%), свинина и морепродукты (по 19%) и экзотические мышатина, конина и кенгурятина (15%). Общий объем инвестиций в зарождающуюся отрасль превысил треть миллиарда долларов.

Первой такой компанией стала созданная Марком Постом нидерландская «Mosa Meat»: именно ее бургерами он кормил публику на знаменитой лондонской вечеринке 2013 года. Она продолжает специализироваться на получении говяжьих бургеров, а также разрабатывает оптимальную культуральную среду для выращивания говядины. Ее говядина считается наиболее дешевой.

Американская компания «Memphis Meat» в 2016 году начала с говяжьих фрикаделек, через год представила филе куриной грудки, а в 2019-м — наггетсы из утки. В 2019 году «New Age Meats», тоже из США, продемонстрировала сосиски из свинины, а израильская «Future Meat Technologies» — шаурму из курятины. В 2020-м году британская «Higher Steaks» разработала свиной бекон и пашину, а французская компания «Gourmey» решила спасти гусей и уток от жестокого обращения — научилась делать из клеток утиного яйца почти настоящее фуа-гра. Специалисты из американской компании «JUST» выращивают не только куриные наггетсы, но и паштет из утки с острой свиной колбасой, чоризо.

Дальше всех, видимо, на формирующемся рынке сумела продвинуться американская компания «Eat»: она начала продавать выращенную курятину в рестораны Сингапура, первой страны, разрешившей оборот клеточного мяса на своей территории.

Что касается отечественного пионера выращивания клеточного мяса, компании «3D Bioprinting Solutions», то летом 2020 года она сообщила о сотрудничестве с компанией «KFC» по разработке технологии печати куриных наггетсов для ресторанов быстрого питания.