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

Во многих странах выращиванию высококачественной продукции препятствуют недостаток сельхозплощадей, неподходящий климат или отсутствие инфраструктуры. В прошлом природные бедствия (и ужасная политика британского правительства) приводили к таким событиям, как картофельный голод, опустошивший Ирландию в 1840-х гг. Однако теперь ученые и фермеры в таких местностях могут заменить традиционные методы ведения сельского хозяйства выращиванием продовольственных культур в помещениях и под землей с помощью высокотехнологичной робототехники, систем орошения и освещения. Количественная оценка прогресса каждой отдельной культуры – вплоть до любого помидора черри на конкретном стебле – выполняется с использованием датчиков, алгоритмов и оптимизационной аналитики. Затраты на роботов, искусственное освещение и другое оборудование когда-то были препятствием для расширения масштабов земледельческих работ в помещениях. Но по мере развития экосистемы и совершенствования технологий ситуация меняется. В наши дни, благодаря более ярким и дешевым светодиодным лампам, облачным системам искусственного интеллекта и более доступным датчикам для автоматизации сельскохозяйственных работ, на вертикальных фермах выращивают салат-латук, шпинат, базилик, чеснок, стручковый горошек и другую пищевую продукцию. Урожайность на этих фермах, как правило, в 10–20 раз выше, чем в традиционных фермерских хозяйствах, а объем отходов гораздо меньше.

Вертикальным фермерством сегодня занимаются по всему миру, при этом основная часть проектов сосредоточена в городах, таких как Балтимор и Чикаго. Но лидирующее место в мире по фермерству в закрытых помещениях принадлежит Японии: в этой стране функционирует более 200 таких объектов. Многие из этих предприятий субсидируются японским правительством, однако процветают они благодаря потребительскому спросу на свежую местную продукцию без пестицидов{262}. На микроферме Кансайского научного городка, расположенной в пригороде Киото, для выращивания рассады, ее пересадки, полива, регулировки освещения и сбора урожая используются искусственный интеллект и коллективная работа роботов. С помощью сложных алгоритмов и датчиков, установленных на растениях, ученые отслеживают огромное количество данных – от содержания углекислого газа и температуры до уровня воды и состояния тканей растений, непрерывно анализируя оптимальные условия и системы для выращивания самых питательных и вкусных продуктов. Недалеко от того же Киото, в городе Камеока, компания Spread использует машины и роботов для производства от 20 000 до 30 000 кочанов салата-латука в день. Эти растения созревают в два раза быстрее, чем при выращивании в открытом грунте (примерно за 40 дней), после чего их доставляют в ближайшие супермаркеты.

Компания Microsoft на своей платформе Azure реализует проект FarmBeats – своего рода интернет вещей для фермерских хозяйств. Технологию тестируют на двух американских фермах в рамках многолетнего плана по модернизации сельского хозяйства с помощью аналитической обработки данных. Система использует не требующие лицензий телевизионные частоты дальней связи для подключения и сбора информации с датчиков, работающих на солнечных батареях, при этом воздушная съемка посевов ведется с дронов. Данные обрабатываются и уточняются с использованием алгоритмов машинного обучения, а затем результаты анализа отправляются фермерам с рекомендациями о том, какие переменные требуют корректировки.

Все это говорит о том, что к 2030 г. в продуктовых магазинах можно будет купить свежие, питательные, отредактированные с помощью CRISPR продукты. Все они будут выращены неподалеку: в подвале самого магазина или на соседней вертикальной ферме. И даже в мясной лаборатории вашего города.

Конец мясу

Вполне вероятно, что к 2040 г. во многих странах будет считаться аморальным употребление мясных и молочных продуктов, производимых традиционными способами. Некоторые выдающиеся личности уже давно пришли к мнению, что это неизбежно. В эссе «Лет через пятьдесят» (Fifty Years Hence), опубликованном в 1931 г., Уинстон Черчилль утверждал, что «мы избавимся от абсурдной необходимости выращивать целого цыпленка, чтобы есть только грудку или крылышки, а станем выращивать эти части по отдельности в подходящей среде»{263}.

Эта теория была проверена в 2013 г., когда появился первый созданный в лаборатории гамбургер. Его вырастили из стволовых клеток быка в лаборатории голландского исследователя стволовых клеток, профессора Марка Поста в Маастрихтском университете при финансовой поддержке соучредителя Google Сергея Брина. Финансирование проекта миллиардером оказалось настоящей удачей, поскольку стоимость производства единственной котлеты составила 375 000 долларов{264}. Однако к 2015 г. цена искусственного гамбургера упала до 11 долларов{265}. В конце 2020 г. власти Сингапура выдали разрешение местному конкуренту убойного цеха – биореактору, высокотехнологичному резервуару для выращивания организмов, принадлежащему американской компании Eat Just, занимающейся производством культивированных куриных наггетсов. В биореакторах Eat Just клетки, взятые у живых цыплят, смешиваются с сывороткой на растительной основе и культивируются в пригодный для пищи продукт{266}. Куриные наггетсы, произведенные таким способом, уже продают в Сингапуре – стране со строгим правовым регулированием, которая также является одним из важнейших инновационных мировых центров. Растущая популярность продукта может ускорить его выход на рынки других стран.

В Израиле компания SuperMeat разработала продукт, который назвала «хрустящей культивированной курочкой», а Finless Foods занимается созданием культивированного мяса синепёрого тунца. Этот вид, популяции которого грозит исчезновение из-за длительного чрезмерного вылова, пользуется большим спросом. Компании Mosa Meat, Upside Foods (ранее известная как Memphis Meats) и Aleph Farms разрабатывают текстурированное мясо, например стейки, выращиваемые в фабричных лабораториях. В отличие от существующих альтернативных вариантов мяса из растительного белка, созданных компаниями Beyond Meat и Impossible Foods, культивирование мяса на клеточной основе дает мышечную ткань, которая на молекулярном уровне представляет собой говядину или свинину.

Компания Clara Foods производит выращенные из клеточной культуры яйца, рыбу, которая никогда не плавала в воде, и коровье молоко на основе дрожжей. Perfect Day создает искусственные «молочные» продукты: йогурт, сыр и мороженое. Проект Real Vegan Cheese, стартовавший в рамках конкурса iGEM в 2014 г., – это общедоступная технология самостоятельного изготовления сыра не из молока животных, а из казеинов (белков, образующихся в молоке). Гены казеина добавляют к дрожжам и другой микрофлоре для получения белков, которые очищаются и трансформируются с использованием растительных жиров и сахаров. В числе инвесторов производства культивированного мяса и молочных продуктов – Билл Гейтс и Ричард Брэнсон, а также компании Cargill и Tyson, два крупнейших в мире производителя обычного мяса.

Сегодня мясо, выращенное из клеточной культуры, все еще дорого, однако по мере совершенствования технологии его стоимость будет снижаться. Пока этого не произошло, некоторые компании создают гибридные растительно-животные белки. Стартапы в Великобритании разрабатывают составные продукты из свинины, в том числе бекон, состоящие на 70 % из культивированных свиных клеток, смешанных с растительными белками. А Kentucky Fried Chicken изучает возможность реализации гибридных куриных наггетсов, которые на 20 % будут из культивированных куриных клеток и на 80 % из растений.

Отказ от традиционных сельскохозяйственных практик окажет огромное позитивное влияние на экологию. Ученые из Оксфордского и Амстердамского университетов подсчитали, что по сравнению с традиционным животноводством на производство культивированного мяса требуется на 35‒60 % меньше энергии и на 98 % меньше земли, при этом объем выбросов парниковых газов снижается на 80‒90 %{267}. Сельскохозяйственное производство, основанное на синтетической биологии, также позволяет надеяться на сокращение расстояний между основными операторами в цепочке поставок. В будущем крупные биореакторы будут располагаться вблизи крупных городов и производить культивированное мясо для школ, государственных учреждений и больниц, а возможно, даже для местных ресторанов и продуктовых магазинов. В США отпадет необходимость доставки тунца с океанского побережья на Средний Запад с использованием сложной и энергоемкой холодильной системы – рыбу можно будет культивировать в любом штате, не имеющем выхода к морю. Представьте, что синепёрый тунец для самых нежных и вкусных в мире суши поставляется не из японской акватории, а из биореактора в небрасском городе Хейстингсе.

Синтетическая биология, кроме того, повысит безопасность глобальных поставок продовольствия. По оценкам ВОЗ, ежегодно около 600 млн человек заболевают в результате употребления зараженных продуктов, из них 400 000 умирают{268}. В январе 2020 г. 167 человек в 27 штатах Америки были инфицированы кишечной палочкой после употребления в пищу зараженного ромен-салата, из них 85 человек были госпитализированы{269}. В 2018 г. из-за циклоспоры, кишечного паразита, вызывающего так называемую «взрывную» диарею, компании McDonald's, Trader Joe's, Krogers и Walgreens изъяли продукты из своих магазинов. Выявить источник зараженных продуктов зачастую бывает сложно, на это могут уйти недели. Но одному исследователю из Гарвардского университета пришла в голову мысль наносить генетические штрихкоды на продукты питания до того, как они попадут в цепочку поставок. Группа ученых под его руководством