Журнал Наука и жизнь, 2000 № 04

Сыворотка — основной компонент питательной среды, обеспечивающий наилучшие условия для роста и развития клеток. Это чрезвычайно сложная смесь множества мелких и крупных молекул веществ, способных как стимулировать, так и тормозить рост клеток, а также обеспечивать другие их функции. В составе сыворотки различные факторы роста, гормоны, белки, а также минеральные вещества, липиды, аминокислоты, витамины и т. д. Но сыворотка — это дорогостоящий продукт, выделяемый из эмбрионов животных (чаще — теленка). Ее стоимость достигает 90 % стоимости среды. Для промышленного выращивания громадного количества биомассы клеток это неприемлемо. Поэтому и созданы бессывороточные среды.

Стадии формирования скелетных мышц: миобласты. делятся в культуре клеток и растут (А), выстраиваются в ряды (Б), сливаются, образуя многоядерные мышечные клетки-волокна (В). Микрофотография (Г) сделана при большем увеличении: на ней указана длинной стрелкой поперечная исчерченность, свойственная скелетным мышцам, и видны, скопления множества ядер в одной клетке (короткие стрелки).

Что дает их применение? Вот некоторые из преимуществ: стабильность состава сред (разные партии сывороток отличаются одна от другой, и это может привести к нестабильности сред); снижение риска заражения культуры клеток вирусами, грибами, микоплазмой; упрощение выбора среды для определенного типа клеток, а также выделения из культуры нужных белков; и, наконец, снижение стоимости. Но все равно необходимые для роста клеток вещества, которые присутствуют в сыворотке, приходится добавлять в бессывороточные среды. А стоимость этих веществ в настоящее время исчисляется тысячами и десятками тысяч долларов за миллилитр! Сейчас предложено много различных способов удешевления, однако мировое производство культуральных сред пока растет медленно, и стоимость его почти не снижается. Думается, что прогресс тут зависит от дальнейшего развития биотехнологии и фундаментальных наук. Поэтому оставим экономику и перейдем к самому производству искусственного мяса, каким оно представляется сегодня.

Промышленный рост культуры клеток животных производят (уже сегодня) в биореакторах. Это громадные баки, расположенные в стерильном помещении и опутанные изрядным количеством различных труб, по которым подается все необходимое для поддержания жизни и размножения клеток. Они растут в стерильной бессывороточной среде при постоянном перемешивании. Большая часть трубок отходит от биореактора к системам автоматизированного анализа процессов, протекающих в биореакторе. Результаты анализов выводятся на экраны пульта управления. В любой момент там можно увидеть данные о поступлении и расходе углекислого газа, кислорода, питательных веществ, о плотности биомассы клеток и т. д.

Автоматы же управляют и работой реакторов. Если, например, плотность биомассы в реакторе окажется ниже заданного уровня, то поступление среды в реактор автоматически приостанавливается, чтобы дать возможность увеличиться числу клеток. Как только снова установится необходимая плотность биомассы выросших клеток, автомат отведет часть среды с клетками в специальный резервуар, в котором клетки осаждаются. Одновременно в биореактор добавляется такое же количество свежей среды, и он продолжает работать.

Клетки скелетных мышц (мышечные волокна) могут иметь в длину до полуметра. В такой большой клетке «собирается» много ядер, и это мешает клетке делиться.

Выращивают мясо в виде клеток мускулатуры тела (или, иначе, скелетных мышц). Эти клетки могут иметь огромные размеры (до полуметра в длину и 100 микрометров в диаметре), поэтому их называют мышечными волокнами. Это то самое мясо, которое используется в нашем обычном рационе. Каждое такое волокно представляет собой слияние многих клеток-предшественников — эмбриональных миобластов и соответственно содержит много ядер в общей цитоплазме. Поэтому клетки скелетных мышц не способны делиться. Миобласт же имеет одно ядро и может делиться, то есть новые клетки могут образоваться только в результате возобновления процесса формирования скелетных мышц, каким он бывает в период эмбрионального развития. И процесс этот — деление миобластов. Таким образом, мышечное волокно можно вырастить в биореакторе при использовании одних только миобластов, которые размножаются, как все клетки. Разница лишь в том, что миобласты и вне организма делятся неограниченно, как это присуще всем стволовым клеткам. При определенных условиях в культуральной среде миобласты синхронно сливаются друг с другом и образуют зрелое мышечное волокно.

Схема универсального комплексного производства искусственного мяса.

Внешний вид современного биореактора объемом 200 литров, выпускаемого фирмой Applikon, Нидерланды (снимок слева). По заказу покупателя фирма изготовляет биореакторы и большего размера. В середине — пульт управления биореактором. На правом снимке — стерилизатор с отдельным пультом.

Искусственное мясо будет содержать не только клетки скелетных мышц, но, как и обычное мясо, еще и клетки эпителия, соединительной и нервной тканей. Эти клетки будут выращивать отдельно. Потом специалисты-технологи соединят все поставляемое сырье в таком соотношении, какое соблюдается в природе. Не исключено, что это соотношение будут менять, чтобы изготавливались, скажем, колбасы ароматнее и вкуснее, чем сейчас можно купить в магазинах.

Технология приготовления мясных продуктов из клеточных культур будет, скорее всего, такой же, как и из природного мяса. По-видимому, поначалу из них будут делать фарш как для колбас, так и для пельменей, различных паштетов и т. п. Со временем на прилавках магазинов можно будет увидеть мясные полуфабрикаты не только из говядины, но также из кур, индейки и т. д.

Поначалу, конечно, такие фантастические мясные продукты люди встретят настороженно (как, впрочем, и всякую новинку генетики), но, думаю, постепенно распробуют и станут покупать, не задумываясь.

Такова идея. Сейчас еще трудно сказать, когда и как она будет реализована. Но уже сегодня можно назвать некоторые очевидные преимущества использования культуры клеток в качестве пищевого сырья. Так, вместо большей части животноводческих ферм с пастбищами появятся стерильные автоматизированные предприятия, занимающие значительно меньшую площадь и требующие примерно втрое меньше кормов. Вытаптывание земли, повреждение лесов и лугов, необходимость утилизировать жизненные отходы скота — все это многократно уменьшится в масштабах и тем самым оздоровит экологическую обстановку на планете. А главное — откроется новый источник продовольствия для людей.