Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры - Эми Уэбб

из-за того, что мы продолжаем испытывать физические ограничения в существующих системах поставок, например полагаясь на огромные грузовые суда, которые способны пройти через Суэцкий канал, но лишь при точном соблюдении определенных технических условий.

Примерно треть продовольствия, производимого каждый год для потребления человеком, – 1,3 млрд тонн – используется нерационально или пропадает{248}. В США на свалках оказывается пищевых отходов больше, чем любых других материалов{249}. Тому есть множество причин. Чтобы обеспечить безупречную свежесть блюд, сетевые рестораны по прошествии определенного количества часов выбрасывают продукты, даже если они еще безопасны для употребления. Иногда к порче пищи ведут задержки при доставке. Свежесть плодоовощной продукции, молока и мяса играет роль не только в питании, но и в маркетинге. Мы хотим, чтобы яблоки были равномерной окраски, морковь – идеально прямой, удлиненной формы, а яйца с фабрики – белоснежными, с ярким желтком, поэтому неказистые с виду продукты обычно портятся еще до того, как их продадут. Огромные порции и широкий выбор блюд в меню приводят к тому, что в ресторанах остается недоеденная пища. Закрываясь на ночь, некоторые сетевые рестораны выбрасывают остатки приготовленных блюд, поскольку сотрудникам не разрешается забирать их домой. Из-за опасения правовой ответственности продуктовые магазины и сети неохотно отдают остатки еды организациям, занимающимся обеспечением нуждающихся. В целом в промышленно развитых странах более 40 % пищевых отходов образуется на уровне розничной торговли и потребителей{250}. В развивающихся странах потери происходят во время сбора, хранения и переработки: ломаются машины, неквалифицированные рабочие допускают ошибки, а крайне малая маржа не позволяет спланировать действия на случай возникновения реальных проблем. Именно отсюда возникают вспышки заболеваний, например заражение листериозом, что приводит к массовым возвратам продукции.

В аграрном секторе уже несколько десятилетий занимаются генными манипуляциями с продуктами питания. Первая генетически модифицированная бактерия появилась в 1973 г., затем в 1974 г. была создана мышь, а в 1983 г.{251} – табачное растение, содержащее гены другого живого организма. Это послужило толчком к тому, что в 1993 г. FDA разрешило компаниям продавать генетически модифицированные семена, а год спустя в США одобрили продажу томатов сорта Flavr Savr[14]{252}, которые дольше остаются крепкими и спелыми. Результатом той первой волны генной инженерии стало появление генетически модифицированных организмов, или ГМО, которые включали запатентованные модификации, предназначенные для использования в сочетании с определенными гербицидами и пестицидами. Сегодня генетически модифицированы около 14 % всего выращиваемого в мире хлопка, как и почти половина всех соевых бобов{253}.

Но у будущего генетической модификации совершенно иной облик. Возьмем, например, созданный в Гарварде искусственный лист растения. Это произведенное в лаборатории устройство, использующее солнечную энергию. Если его объединяют со штаммом бактерий, оно начинает превращать содержащиеся в атмосфере углекислый газ и азот в органические формы, полезные для живых организмов. Эти голодные, питающиеся от солнечной энергии бактерии, по сути, объедаются до такой степени, что 30 % массы их тела составляют запасенный СО2 и азот. Затем микроорганизмы смешивают с почвой, и у корней растений они выделяют весь этот азот, который действует как органическое удобрение. Там же высвобождается и CO2, который остается в подземной ловушке. Результат: колоссальная урожайность сельскохозяйственных культур без вредного воздействия на окружающую среду, обычно связанного с использованием химических удобрений{254}.

Превращение бактерий в растительную пищу, использование технологии CRISPR для повышения урожайности семян, улучшение качества растительных белков и синтез мяса в лабораторных условиях изменят сельское хозяйство и приведут к тому, что все большая доля продовольствия будет выращиваться в закрытых помещениях. На крупных фабриках начнут выращивать культуры, генетически сконструированные таким образом, чтобы обеспечить экономию ресурсов, уменьшить ущерб местной экосистеме и собрать больше урожая. Кроме того, будут разрабатываться плодоовощная продукция и мясо с улучшенным вкусом и повышенной концентрацией питательных веществ. Это защитит нас от опасностей неопределенного будущего, в котором мировому производству продовольствия все больше угрожают климатические изменения.

Новые подходы кардинально повлияют на технологии выращивания и производства продуктов питания, но у нас просто может не остаться выбора. Сегодня от продовольственной нестабильности страдает каждый четвертый житель Земли{255}. К 2050 г. население планеты, согласно прогнозам, увеличится еще на 2 млрд человек{256}. Нам предстоит либо обуздать рост населения – а это задача весьма сложная и чреватая опасностями, – либо увеличить мировое производство продовольствия. Простое решение – выращивать больше риса или разводить больше коров – здесь не поможет: на долю животных, которых разводят для производства мяса, яиц и молока, приходится 14,5 % всех парниковых газов{257}. Увеличение текущего производства продовольствия для удовлетворения будущего спроса создаст дополнительные проблемы с климатом на планете.

Редактирование в животноводстве (и сельском хозяйстве)

В 2018 г. вспышки африканской чумы свиней привели к резкому сокращению поголовья свиней во всем мире. Известных методов лечения или вакцины против высококонтагиозного и смертельного вируса, вызывающего эту болезнь, не существует. Кроме того, распространение ее очень трудно остановить, поскольку, как и у Sars-CoV-2, у этого заболевания длительный инкубационный период, а его симптомы проявляются у зараженных животных не всегда. Особенно плохо обстоят дела в Китае, отчасти потому, что, как это ни парадоксально, китайское правительство приняло ряд правил по борьбе с загрязнениями, рассчитанных на положительный эффект. После вступления в силу этих правил свиноводы не смогли достаточно быстро модернизировать свои предприятия, что привело к закрытию ферм и к изменению цепочки поставок свинины в Китае. Зараженных животных развозили по всей стране, а это способствовало распространению инфекции. Сначала правительство отказывалось признать факт эпидемии, а потом недооценило ее серьезность. (Знакомо, правда?) По оценкам отраслевых аналитиков, эта эпидемия сократила на четверть мировое поголовье свиней и привела к убою половины свиней в Китае. Наибольший вред вирус нанес территориям, где занимаются свиноводством и местная экономика зависит от здоровья стад. Сегодня китайские ученые работают над выведением «суперсвиней»{258}, среди особенностей которых не только повышенная сопротивляемость вирусу, но и выносливость, а также ускоренные темпы развития. По некоторым данным, у них также есть ген, ответственный за терморегуляцию, что позволяет содержать их вне помещений в экстремальных зимних условиях Северного Китая{259}.

В XIX в. у бельгийских фермеров обнаружилось необычное стадо коров. Животные были более крупные по размеру, с массой мускулов, выступающих, как у Шварценеггера, на спине, шее, пояснице и бедрах. Порода получила название «бельгийская голубая». Со временем ученые выяснили, чем обусловлен столь необычный внешний вид этих животных: коровы родились с дополнительным геном, подавляющим синтез миостатина – белка, который препятствует росту мышц по достижении особью зрелости. Некоторые коровы родились с двумя копиями этого гена, в результате их корпус приобрел еще большую мускулистость{260}. Бельгийские голубые были выведены путем избирательного скрещивания с намерением получить больше мяса для потребления, однако полученный опыт побудил исследователей заняться редактированием миостатина с целью улучшения генотипов других млекопитающих, в том числе свиней, лошадей, коз, кроликов и собак. В Китае миостатин использовали с целью выведения породы полицейских собак с удвоенным объемом мышц{261}.

В других звеньях продовольственной цепочки исследователи используют синтетическую биологию для усовершенствования кормов для животных. Стартап KnipBio работает над кормами для рыб из микроорганизмов, обитающих на поверхности листьев. Компания редактирует геном бактерий, чтобы увеличить количество каротиноидов – антиоксидантов, играющих важную роль в обеспечении здоровья рыбы, – и стимулирует рост микроорганизмов путем ферментирования. Затем микробы подвергаются пастеризации, высушиваются и перемалываются в корм.

Среди других сельскохозяйственных проектов, находящихся на стадии реализации, синтетические организмы, генерирующие огромное количество растительного масла, и ореховые деревья, которые выращивают в помещении, причем для их полива используется лишь часть того объема воды, который обычно требуется этим влаголюбивым растениям, а урожайность повышена вдвое. Технология CRISPR помогла повысить содержание омега-3 в растениях, создать яблоки, не покрывающиеся коричневым налетом на срезе, засухоустойчивый рис и грибы, не мнущиеся при транспортировке. (В знак уважения к чувствам некоторых потребителей в большинстве стран на этикетках указывают, что такие продукты являются