Мясо милосердия

О печальной судьбе поросенка

Вряд ли кто-нибудь, побывав на свиноферме, точнее, в том ее отделении, где выращивают поросят, может забыть любопытные пятачки, которые тянутся из загончика к вошедшему человеку, и умные черные глазки над этими пятачками. Но лишь немногие осознают весь ужас вошедшей в нашу жизнь трагедии: миллионы умных, красивых, радостных существ должны отдавать свои жизни лишь потому, что их тела состоят из вкусного мяса. И конца этой трагедии нет: чтобы там ни говорили вегетарианцы, именно мясо — высшая ступень переработки солнечного света, воздуха и минералов земной коры и, значит, самая насыщенная энергией и питательными веществами еда. Оно необходимо для того, чтобы человек был человеком с его высоким уровнем развития интеллекта.

Некоторых эти печальные мысли побуждают к действию. Например, академик А.Н. Несмеянов всю жизнь мечтал об окончании эры поедания человеком живых существ и потратил многие годы на создание искусственной пищи. Увы, технологии середины ХХ века оказались недостаточно развитыми для успеха этого грандиозного проекта; даже в знаменитую несмеяновскую икру пришлось добавлять продукты животного происхождения: сначала желатин, а потом и отвар осетрины.

Однако идея оказалась живучей, и в начале ХХI века во всем мире стали появляться группы, которые занялись прямым решением основной проблемы искусственной пищи: получением искусственного мяса. В отличие от несмеяновского подхода — все составляющие пищи синтезировать химическим путем — на новом витке развития идеи решено все-таки использовать биосинтез, а именно: взять технику тканевой инженерии, когда какую-то ткань выращивают в реакторе из клеток-предшественников, нанесенных на носитель соответствующей формы, а потом пересаживают пациенту. Согласно расчету, сейчас стоимость такого мяса исчислялась бы миллионами долларов за килограмм, но надежда ученых связана с чрезвычайно быстрым развитием и фантастическим удешевлением продукции высокой технологии по мере расширения рынка. «Первые ЭВМ тоже стоили очень дорого, а теперь куда более мощные компьютеры имеются чуть ли не в каждом доме», — говорит один из энтузиастов метода доктор медицинских наук Дж. Матени из Мэрилендского университета, который вместе с коллегами из США, Голландии и России основал специальное общество для развития технологии выращивания мяса в пробирке. Итак, какие же имеются предпосылки для выращивания мяса в культуральной среде?

Мышцы из клеток

Мясо — это мышечные клетки. Для того чтобы оно было вкусным, их нужно организовать в определенные структуры — мышечные волокна, между которыми следует расположить прослойки жира и соединительной ткани. Мышечные клетки получаются двумя путями. У эмбриона они возникают из миобластов, у взрослого организма — из сателлитных клеток. И те, и другие делятся, сливаются, и возникают клетки скелетных мышц с большим числом ядер. Отсюда понятно, что размножать в культуральной среде сами мышцы бессмысленно — они не способны делиться. Эмбриональные стволовые клетки тоже оказываются не лучшим источником мяса — нужно затратить немалые усилия для того, чтобы заставить их превратиться именно в миобласты. Поэтому наиболее подходящим источником ученые считают сателлитные клетки.

Опыты по размножению мышц из сателлитных клеток ставили, и не один раз. Значительная часть интересных результатов принадлежит биологам из Университета Южной Дакоты во главе с доктором Д.С. Мак-Фарландом. Они выделили склонные к размножению сателлитные клетки из мускулов цыплят, индейки, поросят, ягнят и телят и подобрали такие культуральные среды, а также носители, которые позволили получать в большом количестве незрелые мышечные клетки — миотрубки. Потом их можно заставить дифференцироваться в полноценные мышечные волоконца. Ив результате действительно удается получить мясо! Впервые успеха добились О. Кэттс и И. Зурр в 2002 году, хотя патент на промышленное выращивание культурального мяса принадлежит голландским ученым с приоритетом от 1999 года.

Тренировка мяса

Если все сделать так, как было сказано, то получится смесь мышечных клеток, и не более. Такое лишенное структуры мясо годится только для переработки, например, на фарш для сосисок или гамбургеров. Гораздо сложнее создать мясо, которое обладало бы структурой. Здесь возможно несколько вариантов.

Первыми к решению такой задачи вплотную подошли М. Бенджаминсон, Дж. Гилхрист и М. Лоренц, которые, следуя героям рассказа «Тру-ру-ру-ру» Роберта Сильверберга, решили обеспечить астронавтов в длительном полете полученными на борту свежими продуктами, только не молочными, а мясными. Для своих опытов они взяли кусочки мускулов карася и поместили их в культуральную жидкость, где предварительно была размешана суспензия карасиных мышечных клеток. Спустя неделю поверхность кусочков увеличилась на 79%, а в контрольном опыте, без суспензии клеток, — всего на 10%.

Выращивание отдельных кусочков, несомненно, обеспечивает воспроизведение присущей мясу структуры, поскольку в них есть все типы необходимых клеток, но, вот беда, — кровеносные сосуды не растут. Поэтому толщина кусочков не превышает полмиллиметра: именно на такое расстояние в ткань проникает питательный раствор. Однако самый главный недостаток в том, что рыбок все равно приходится убивать, чтобы наделать из их мышц достаточное количество кусочков.

Применение же чисто клеточных методов позволяет обойтись практически без убийства животных. Вообще-то никто не считал, сколько раз может делиться мышечная клетка. Но если взять среднее значение предела Хейфлика, то есть около 75 делений, то нынешнее годовое потребление мяса человечеством способна обеспечить одна-единственная клетка. Вдобавок тот же Мак-Фарланд заметил, что сателлитные клетки, клонированные из мышц грудки индейки, вырабатывают теломеразу. Это намек на возможное бессмертие линий таких клеток.

Альтернативой кусочкам служит выращивание групп разных клеток на съедобном носителе. Важно, чтобы этот носитель мог легко и обратимо менять свой размер. Тогда, сжимая и растягивая мышечные клетки, можно попытаться моделировать природные нагрузки в надежде, что мясо обретет желаемую структуру. Такие материалы есть: это пористые микросферы из целлюлозы, алгината, хитозана или коллагена. Все они способны значительно, минимум на 10%, изменять площадь поверхности при небольшом изменении температуры или кислотности среды. Правда, до сих пор никто не проверил, действительно ли циклические колебания размера носителя скажутся на росте прикрепленных к ним клеток мышц, жира и фибробластов.

Еще один подход — применение огромных пористых и упругих мембран. Если их периодически растягивать и сжимать, мышцы тоже будут тренироваться. Конечный продукт в этом случае будет представлять собой тонкие слои структурированного мяса, которые затем можно свернуть в трубки требуемого размера и использовать для приготовления пищи.

Ну а чтобы сделать объемный кусок мяса, неотличимый от настоящего, придется много поработать мозгами и руками. Главное здесь — создать сосудистую систему и нанести на нее клетки мышц для последующего обрастания. Добиться этого можно, применяя известный в металлургии метод изготовления отливок по выплавляемым моделям. На первом этапе из легкоплавкого материала формируют каркас. Затем на его поверхность наносят коллаген или какой-нибудь другой биосовместимый полимер. Потом исходный материал выплавляют, и получается сетка полых полимерных сосудов. Это и будет носитель. Пока еще такой метод не получил широкого развития в тканевой инженерии, но причина, видимо, в отсутствии среди биологов грамотных материаловедов. Вряд ли для строителей космических кораблей создание системы полых сосудов — неразрешимая задача.

Среда

Кроме носителей и подбора клеток, собственно формирующих мясо, огромное значение играет культуральная среда. Ведь в ней, помимо питательных веществ, должны быть еще и всевозможные гормоны, управляющие ростом клеток, а также система утилизации отходов. В живом организме этим занимаются железы внутренней секреции. Очевидно, что, раз уж мы решили максимально упростить систему, придется обойтись без этих желез.

Оказывается, для нормального роста клеток мышц нужен всего-навсего один фактор роста, вырабатываемый внешним источником. Это инсулиноподобный фактор I. Его синтезируют клетки печени — гепатоциты. Вот их-то и надо добавить в культуру мышечных клеток, в придачу к фибробластам и жировым клеткам. Однако с факторами не все так просто, как кажется. Фактор I, способствующий митогенезу, нужен лишь на второй фазе получения культурального мяса. А на первой, когда исходные клетки дифференцируются и превращаются в многоядерные миотрубки, требуется инсулиноподобный фактор II. Его вырабатывают сами мышечные клетки. Поэтому система должна уметь менять содержание обоих факторов роста.

Что же касается культуральной среды, то обычно в ее состав входит сыворотка крови. Это вещество для проекта не годится, ведь кровь ниоткуда, кроме как из животных, не возьмешь. Эксперименты, поставленные и МакФарландом, и Бенджаминсоном, показали, что в этом деле сыворотка — не главное. Оказывается, ее вполне можно заменить, например, на экстракт из грибов миитаке, причем он обеспечивает даже большую скорость роста мышечных клеток. Еще может подойти суспензия липидов, таких, как сфингозин 1-фосфат.

Машинка для производства мяса

Теперь носители с закрепленными клетками и питательную среду следует поместить в биореактор. Подобные реакторы уже существуют, причем отнюдь не лабораторных, а промышленных размеров. Так, для изготовления биопленок на носителях в виде гранул есть реакторы с мощностью 30 кг биомассы на кубометр.

Примостившись где-нибудь в углу стола, такой реактор, возможно, уже в этом веке станет непременным атрибутом кухни. Конечно, культуральное мясо требует множества исследований, необходимо отработать технологии и радикально сократить стоимость. Однако принципиальных трудностей на пути к его получению, кажется, нет. Не меньшие усилия придется затратить для того, чтобы убедиться в безопасности такого мяса. Одно упоминание о теломеразной активности культуры клеток грудок индейки чего стоит — это же свойство, присущее раковым клеткам! В то же время такой метод получения куриных ножек или свиной вырезки сулит очередную революцию в сельском хозяйстве с качественным ростом производства мясных продуктов. Кроме того, это мясо, будучи выращенным в стерильных условиях, не способно угрожать здоровью: мы забудем о глистах, сальмонелле, ящуре и коровьем бешенстве. А еще гурманы смогут отведать какого-нибудь экзотического мяса, причем нисколько не угрожая жизни того или иного редкого животного: для того чтобы взять ту единственную сателлитную клетку, которая нужна для изготовления огромного количества мяса, не нужно никого убивать.