Клеточное сельское хозяйство: производство мяса без традиционного животноводства

Мировой спрос на мясо растет, что обусловлено ростом населения и доходов, особенно в развивающихся странах. Однако традиционное животноводство сталкивается с серьезными проблемами, включая воздействие на окружающую среду, вопросы благополучия животных и ограниченность ресурсов. Клеточное сельское хозяйство, в частности культивируемое (или «выращенное в лаборатории») мясо, предлагает потенциальное решение, производя мясо непосредственно из клеток животных, без необходимости выращивать и забивать их.

Что такое клеточное сельское хозяйство и культивируемое мясо?

Клеточное сельское хозяйство охватывает производство сельскохозяйственной продукции, такой как мясо, молочные продукты и морепродукты, непосредственно из клеточных культур, а не с помощью традиционных методов ведения сельского хозяйства. Культивируемое мясо, также известное как выращенное в лаборатории, культивированное или клеточное мясо, подпадает под эту категорию. Процесс включает в себя взятие небольшого образца клеток животного и их выращивание в контролируемой среде, воспроизводя естественный процесс роста.

Процесс производства культивируемого мяса

Производство культивируемого мяса обычно включает следующие ключевые этапы:

• Получение клеток: Взятие небольшого образца клеток (например, мышечных) у живого животного с помощью безболезненной биопсии. Эти клетки можно криоконсервировать для долгосрочного хранения и размножения. Некоторые компании также изучают использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), которые могут дифференцироваться в различные типы клеток.
• Пролиферация клеток: Помещение клеток в биореактор — контролируемую среду, которая обеспечивает необходимые питательные вещества, факторы роста и каркас для стимуляции роста и размножения клеток. Этот процесс имитирует условия в организме животного.
• Дифференциация: Стимулирование клеток к дифференциации в определенные типы мышечных и жировых клеток, что придает мясу характерную текстуру и вкус.
• Сбор и обработка: Сбор зрелых клеток и их переработка в различные мясные продукты, такие как фарш, колбасы или стейки. Этот этап может включать добавление других ингредиентов, таких как растительные белки и жиры, для улучшения вкуса и питательного профиля продукта.

Ключевые компоненты и технологии

Несколько ключевых компонентов и технологий имеют решающее значение для успешного производства культивируемого мяса:

• Клеточные линии: Выявление и разработка клеточных линий, которые являются эффективными, стабильными и способными к быстрому росту. Источник этих клеток и их генетические характеристики значительно влияют на качество и масштабируемость процесса.
• Питательная среда: Разработка богатой питательными веществами среды, которая обеспечивает клетки необходимыми аминокислотами, витаминами, минералами и факторами роста для их процветания. Снижение стоимости и зависимости от компонентов животного происхождения в питательной среде является основной проблемой.
• Биореакторы: Проектирование и оптимизация биореакторов, которые могут эффективно поддерживать рост и дифференциацию клеток в больших масштабах. Биореакторы должны обеспечивать точный контроль над факторами окружающей среды, такими как температура, pH, уровень кислорода и доставка питательных веществ.
• Каркас (скаффолд): Разработка съедобных каркасных материалов, которые обеспечивают структуру для роста клеток и их организации в трехмерные ткани. Каркас может быть изготовлен из различных растительных или микробных источников.

Потенциальные преимущества культивируемого мяса

Культивируемое мясо предлагает ряд потенциальных преимуществ по сравнению с традиционным животноводством:

• Экологическая устойчивость: Культивируемое мясо может значительно сократить выбросы парниковых газов, использование земли и потребление воды, связанные с традиционным животноводством. Исследования показывают, что производство культивируемого мяса может сократить выбросы парниковых газов до 92%, использование земли до 95% и потребление воды до 78%.
• Благополучие животных: Культивируемое мясо устраняет необходимость выращивать и забивать животных для получения пищи, решая этические проблемы, связанные с благополучием животных.
• Продовольственная безопасность: Культивируемое мясо может повысить продовольственную безопасность, предоставляя более устойчивый и надежный источник белка, снижая зависимость от традиционных сельскохозяйственных систем, уязвимых к изменению климата, вспышкам заболеваний и другим сбоям.
• Общественное здравоохранение: Культивируемое мясо можно производить в стерильной среде, что снижает риск заболеваний пищевого происхождения и устойчивости к антибиотикам, связанных с традиционным производством мяса. Это также позволяет лучше контролировать питательный состав мяса, потенциально снижая уровень насыщенных жиров и холестерина и добавляя полезные питательные вещества.
• Экономические возможности: Индустрия культивируемого мяса имеет потенциал для создания новых рабочих мест и экономических возможностей в области биотехнологий, пищевой науки и инженерии.

Примеры экологических преимуществ

Например, разведение крупного рогатого скота для производства говядины является основной причиной вырубки лесов, особенно в тропических лесах Амазонки. Культивируемое мясо может значительно снизить спрос на землю, используемую для выпаса скота и производства кормов, помогая защитить леса и биоразнообразие. Аналогичным образом, интенсивное использование воды, связанное с животноводством, может создавать нагрузку на водные ресурсы в засушливых и полузасушливых регионах. Производство культивируемого мяса предлагает более водоэффективную альтернативу.

Проблемы и соображения

Несмотря на свой потенциал, культивируемое мясо сталкивается с рядом проблем и соображений:

• Стоимость: Снижение стоимости производства является серьезным препятствием. Первоначальные затраты на производство культивируемого мяса были чрезвычайно высоки, но технологические достижения и экономия на масштабе снижают издержки. Тем не менее, культивируемое мясо все еще должно стать конкурентоспособным по цене с традиционно производимым мясом.
• Масштабируемость: Увеличение объемов производства для удовлетворения мирового спроса — еще одна серьезная проблема. Это требует разработки крупномасштабных биореакторов и оптимизации производственных процессов для обеспечения постоянного качества и эффективности.
• Одобрение регулирующих органов: Культивируемое мясо требует одобрения от органов по безопасности пищевых продуктов в разных странах. Регуляторы должны оценить безопасность и питательный состав продуктов из культивируемого мяса, прежде чем они смогут поступить в продажу. Несколько стран, включая Сингапур и США, уже одобрили продажу продуктов из культивируемого мяса.
• Принятие потребителями: Принятие потребителями имеет решающее значение для успеха культивируемого мяса. Некоторые потребители могут с опаской относиться к мясу, произведенному в лаборатории, в то время как другие могут беспокоиться о его безопасности или питательной ценности. Общественное просвещение и прозрачность необходимы для укрепления доверия и решения проблем потребителей.
• Этические соображения: Хотя культивируемое мясо решает многие проблемы благополучия животных, некоторые этические вопросы остаются, такие как источник клеток и потенциальное воздействие на традиционные фермерские сообщества.
• Энергопотребление: Энергетические потребности производства культивируемого мяса необходимо тщательно учитывать, чтобы убедиться, что оно действительно более устойчиво, чем традиционное производство мяса. Использование возобновляемых источников энергии может помочь минимизировать углеродный след культивируемого мяса.

Примеры регуляторной среды

Сингапур стал первой страной, одобрившей продажу культивируемого мяса в 2020 году, разрешив продажу куриных наггетсов от Eat Just в ресторанах. Этот шаг стал значительным прорывом для отрасли и открыл путь для других стран.

В Соединенных Штатах FDA выпустило письмо «без вопросов» для компаний Upside Foods и GOOD Meat, что означает, что у агентства нет дальнейших вопросов относительно их оценок безопасности их продуктов из культивированной курицы. Это открывает путь для USDA к инспекции производственных мощностей и выдаче необходимых разрешений на коммерческую продажу.

Регламенты Европейского Союза все еще находятся в стадии разработки, и компании ожидают строгий процесс утверждения в рамках Регламента о новых продуктах питания (Novel Foods Regulation).

Будущее клеточного сельского хозяйства

Будущее клеточного сельского хозяйства многообещающе, и текущие исследования и разработки направлены на решение проблем и раскрытие полного потенциала этой технологии. Ключевые направления включают:

• Снижение стоимости питательной среды: Разработка более дешевых и устойчивых питательных сред необходима для того, чтобы сделать культивируемое мясо более доступным. Исследователи изучают использование растительных и микробных источников питательных веществ и факторов роста.
• Улучшение клеточных линий: Разработка более эффективных и стабильных клеточных линий, которые требуют меньше питательной среды и могут расти при более высоких плотностях.
• Масштабирование производства: Проектирование и оптимизация крупномасштабных биореакторов, которые могут эффективно поддерживать рост и дифференциацию клеток.
• Разработка новых продуктов: Расширение ассортимента продуктов из культивируемого мяса за пределы фарша и колбас, включая более сложные куски мяса, такие как стейки и цельномышечные продукты.
• Улучшение текстуры и вкуса: Улучшение текстуры и вкуса культивируемого мяса, чтобы сделать его более привлекательным для потребителей.
• Исследование других применений: Изучение других применений клеточного сельского хозяйства, таких как производство культивируемых морепродуктов, молочных и других сельскохозяйственных продуктов.

Мировые перспективы и примеры

Развитие клеточного сельского хозяйства — это глобальное усилие, в котором компании и исследовательские институты по всему миру работают над продвижением технологии. Например:

• В Израиле компания Aleph Farms разрабатывает культивируемые стейки с использованием запатентованной технологии 3D-биопечати.
• В Нидерландах компания Mosa Meat, соучредителем которой является Марк Пост, ученый, создавший первый культивируемый гамбургер, сосредоточена на масштабировании производства культивируемой говядины.
• В Японии компания IntegriCulture Inc. работает над системой «CulNet System» для производства культивируемого мяса с использованием подхода совместного культивирования.

Заключение

Клеточное сельское хозяйство и культивируемое мясо могут революционизировать способ производства продуктов питания, предлагая более устойчивую, этичную и безопасную альтернативу традиционному животноводству. Хотя проблемы остаются, текущие исследования и разработки прокладывают путь к будущему, в котором культивируемое мясо будет играть значительную роль в обеспечении продовольствием растущего населения мира. По мере развития технологий и эволюции нормативно-правовой базы культивируемое мясо готово трансформировать пищевую промышленность и способствовать созданию более устойчивой и жизнеспособной продовольственной системы для всех.

В конечном счете, успех культивируемого мяса будет зависеть от сочетания факторов, включая технологические достижения, одобрения регулирующих органов, принятие потребителями и постоянные усилия по решению этических и экологических проблем. Применяя инновации и сотрудничество, мы можем раскрыть весь потенциал клеточного сельского хозяйства и создать более устойчивое и справедливое продовольственное будущее.