Ученые научили салат и табак производить мышечный белок: новый шаг к мясу будущего

Современные технологии производства продуктов питания стремительно меняют представления о том, откуда может появляться привычная еда. Если еще несколько лет назад искусственное мясо ассоциировалось исключительно с лабораториями и биореакторами, то теперь ученые предлагают совершенно иной подход. В роли своеобразных биофабрик могут выступать самые обычные растения. Новое исследование показывает, что листья салата и табака способны производить один из важнейших животных белков, отвечающих за вкус, цвет и пищевую ценность настоящего мяса.

Интерес к подобным технологиям растет во всем мире. Производство традиционного мяса требует огромных площадей сельскохозяйственных земель, большого количества воды и кормов, а также сопровождается значительными выбросами парниковых газов. Кроме того, многие потребители все чаще обращают внимание на вопросы благополучия животных и экологической устойчивости. Именно поэтому поиск новых способов получения мясных компонентов становится одним из самых быстроразвивающихся направлений современной биотехнологии.

Большинство существующих технологий производства альтернативного мяса основано на использовании микроорганизмов. Генетически модифицированные бактерии или дрожжи получают необходимые гены животных и затем вырабатывают нужные белки в специальных ферментерах. Такой метод уже применяется в промышленности, однако требует дорогостоящего оборудования, постоянного контроля условий выращивания и значительных энергетических затрат.

Новая технология предлагает использовать для этой задачи сами растения. Исследователи смогли заставить клетки салата и табака производить миоглобин — белок, который в организме позвоночных содержится в мышцах и отвечает за запасание кислорода. Именно миоглобин придает мясу характерный красный цвет, насыщенный вкус умами и тот самый слегка металлический оттенок, который невозможно полностью воспроизвести обычными растительными ингредиентами.

Для реализации проекта ученые использовали гены миоглобина свиньи и крупного рогатого скота. Однако вместо того чтобы внедрять их в ядро клетки, как это обычно делают при создании генетически модифицированных растений, исследователи направили их в хлоропласты — небольшие структуры, отвечающие за фотосинтез.

Хлоропласты известны прежде всего тем, что превращают солнечный свет в химическую энергию. Именно благодаря им растения способны самостоятельно производить органические вещества из воды и углекислого газа. Однако у этих органелл есть еще одна важная особенность. В каждой клетке содержится множество хлоропластов, а внутри каждого из них располагается несколько копий собственной ДНК. Это делает их чрезвычайно удобными площадками для синтеза большого количества белков.

Чтобы доставить генетический материал внутрь хлоропластов, ученые использовали специальную технологию, которую иногда называют генной пушкой. Мельчайшие частицы с нанесенной ДНК буквально выстреливаются в клетки растений, после чего часть генов успешно встраивается в геном хлоропластов. Затем исследователи вырастили полноценные растения, получили от них семена и убедились, что новое свойство передается следующему поколению.

Полученные результаты оказались весьма впечатляющими. Количество миоглобина, произведенного растениями, оказалось более чем в три раза выше по сравнению с аналогичными экспериментами, где тот же ген помещали в ядерную ДНК клетки. Это подтверждает, что именно хлоропласты способны значительно эффективнее работать как естественные фабрики по синтезу сложных белков.

Конечно, концентрация миоглобина пока еще уступает его содержанию в настоящем мясе. Тем не менее ученые считают полученные показатели весьма перспективными. Высокая урожайность растений, возможность выращивания на больших площадях и значительно меньшие затраты ресурсов позволяют рассчитывать, что подобная технология окажется экономически выгодной даже при относительно более низкой концентрации белка.

Особенно интересным объектом исследования стал салат. В отличие от табака, который используется исключительно как модельное растение, салат является полноценной пищевой культурой. Это открывает возможность создания продуктов, которые одновременно содержат привычные растительные компоненты и дополнительные полезные белки животного происхождения, синтезированные непосредственно внутри самого растения.

По мнению исследователей, в будущем миоглобин можно будет выделять из листьев и использовать как пищевой ингредиент при производстве растительных котлет, бургеров, фарша и других альтернативных мясных продуктов. Благодаря этому они смогут получить более естественный цвет, насыщенный вкус и дополнительное количество легкоусвояемого гемового железа, которое сегодня считается одним из наиболее ценных компонентов красного мяса.

Не исключается и другой сценарий развития технологии. Если регуляторы признают такие культуры безопасными, возможно появление специальных сортов овощей, уже содержащих дополнительные питательные вещества. Подобный подход называют биофортификацией — искусственным повышением пищевой ценности продуктов за счет современных методов селекции и биотехнологии.

Подобные исследования являются частью гораздо более широкой тенденции развития сельского хозяйства будущего. Сегодня ученые работают над созданием растений, способных производить вакцины, лекарственные препараты, ферменты, антитела, витамины и различные пищевые добавки. По сути, растения постепенно превращаются в универсальные биологические производственные комплексы, использующие солнечную энергию для синтеза сложнейших молекул.

Несмотря на впечатляющие результаты, технология пока остается на стадии лабораторных исследований. Перед коммерческим использованием предстоит решить множество вопросов, связанных с масштабированием производства, очисткой белков, экономической эффективностью и нормативным регулированием. Кроме того, потребуется оценить безопасность подобных продуктов и их восприятие потребителями.

Тем не менее уже сейчас ясно, что возможности растительной биотехнологии значительно шире, чем предполагалось еще несколько лет назад. Если раньше растения рассматривались лишь как источник собственного белка, то теперь они начинают выполнять роль высокотехнологичных фабрик, способных производить вещества животного происхождения без содержания животных.

Подобные разработки могут сыграть важную роль в обеспечении растущего населения планеты продовольствием. Более эффективное использование земель, сокращение потребления воды, уменьшение выбросов парниковых газов и снижение нагрузки на животноводство делают такие технологии одним из наиболее перспективных направлений современной пищевой науки. Возможно, уже в ближайшие десятилетия привычные овощные культуры станут не только источником витаминов и клетчатки, но и производителями сложных белков, которые сегодня ассоциируются исключительно с традиционным мясом.