Живая еда: искусственно синтезированная пища может стать альтернативой привычному рациону

К 2050 году население земли, судя по всему, достигнет 10 млрд человек. Современное пищевое производство если и способно прокормить эту ораву, то только с огромным ущербом для окружающей среды. Но, вполне возможно, через 30 лет привычное сельское хозяйство перестанет существовать: большая часть еды будет производиться на экологичных заводах рядом с городами. Это результат быстрого прогресса в прецизионной биологии, добившейся огромных успехов в точной ферментации – процессе, который позволяет программировать микроорганизмы для синтеза практически любой сложной органической молекулы.
Живая еда: искусственно синтезированная пища может стать альтернативой привычному рациону

Растительное мясо состоит из чистых и экологичных ингредиентов, которые дает природа, – соевого белка, воды, растительных масел, специй, натуральных ароматизаторов и красителей. Главные особенности такого мяса – высокое содержание протеина, пищевых волокон, сбалансированный аминокислотный состав, отсутствие холестерина и глутамата натрия.

На полпути между Белгородом и Воронежем расположен инновационный центр «Бирюч», разрабатывающий новые технологии для российского производителя продуктов питания «ЭФКО». На сегодняшний день компания входит в число главных инвесторов в отечественный биотех, хотя началась эта история почти случайно.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как всё начиналось

Один из наиболее популярных брендов, по которым узнают компанию, – майонез «Слобода». Ключевой компонент в нем – растительное масло, при этом в продукте достаточно много воды. Если попытаться просто смешать воду с маслом, ничего не получится: сначала нужно добавить специальные вещества – эмульгаторы. В данном случае роль эмульгатора играет яичный желток. В натуральном виде он работает плоховато: если такой майонез оставить в покое, он расслоится на фракции. Чтобы эмульсия стала устойчивой, необходима ферментация яичного желтка фосфолипазой А2 – ферментом, который ранее полностью импортировался. Поэтому, когда в 2014 году впервые заговорили о санкциях и возник риск под них попасть, бизнес компании оказался под угрозой. К тому моменту новые ферменты не регистрировались в России уже 30 лет, и в «ЭФКО» задались вопросом, почему бы не разработать нужный компонент самим.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Так в компании появилась команда генетиков и биотехнологов, которая совместно с новосибирскими учеными создала штамм дрожжевых бактерий, производящих фосфолипазу А2. Сертифицировать новинку оказалось почти так же сложно, как и разработать: для этого не было действенных механизмов, но в «ЭФКО» справились и с этим – и построили первый ферментный завод. Сегодня компания не только использует собственную фосфолипазу А2 на своих производствах, но даже поставляет ее конкурентам.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Завод по производству фосфолипазы А2 компактный, чистый и полностью автоматизированный – за его работой следит всего один человек. Стерильность, как в операционной, полное отсутствие неприятных запахов и вредных выбросов. Подобные производства можно смело располагать в крупных городах.
Завод по производству фосфолипазы А2 компактный, чистый и полностью автоматизированный – за его работой следит всего один человек. Стерильность, как в операционной, полное отсутствие неприятных запахов и вредных выбросов. Подобные производства можно смело располагать в крупных городах.
Никита Пауков / ЭФКО
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Не стать Kodak

В 2018 году был создан корпоративный венчурный фонд, который начал активный поиск перспективных биотехнологий для пищевой отрасли. Компания купила базы всех биостартапов в мире и проанализировала их работу.

«Выяснилось, что 98% из того, что сегодня делается, просто шлак, – вспоминает директор по инновациям "ЭФКО" Ростислав Ковалевский. – А вот оставшиеся 2% – глубокая биотехнология, генная модификация микроорганизмов и прецизионная ферментация. Мы поняли, что сами не способны выбрать наиболее перспективные проекты, и основали в Москве и Новосибирске научно-технические советы».

И тут в компании испугались.

«Мы вдруг осознали, что пищевая промышленность перестала быть тихой гаванью. Прежде нам казалось, что все отлично: бизнес растет, мы зарабатываем немного, зато стабильно, ведь людям всегда будет нужна еда, – говорит исполнительный директор "ЭФКО" Сергей Иванов. – А тут стало ясно: если мы не начнем инвестировать в биотехнологии, эти маленькие стартапы нас съедят. Как-то не хотелось повторить судьбу Kodak, когда крупнейшая компания, мировой лидер в области аналоговой фотографии с оборотом в 13 млрд долл., первой разработавшая цифровой фотоаппарат, потеряла все и обанкротилась из-за недооценки новой технологии».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В «ЭФКО» решили заниматься биотехнологиями не по принципу «что там интересного», а «умри, но сделай». Построили новые лаборатории, увеличили вложения в науку в три раза. «Если ты занимаешься едой, но не занимаешься биотехом, то рано или поздно биотех начнет заниматься и тобой, и твоей едой», – смеется Сергей.

Специфика биотехнологического производства – обилие довольно дорогого металла: пищевой нержавеющей стали. Еще одно отличие биотеха – наличие множества стерильных комнат: любой посторонний микроорганизм может испортить весь процесс.

Сладкая жизнь

У компании есть три правила, которым она следует, как религиозным догмам: инвестировать можно и нужно только в такие продукты, которые качественно улучшают жизнь людей, не разрушают экологию и массово доступны. Следующий проект «ЭФКО» отвечал всем этим критериям и одновременно решал одну из главных проблем человечества – проблему сахарного диабета. Чистый сахар, главная причина этой болезни и избыточного веса, появился в нашем рационе только в XIX веке, и к такому количеству быстрых углеводов организм оказался не готов. Однако отказаться от сладкого даже ради здоровья многим очень сложно: это самый дешевый антидепрессант. Выпущенные в продажу химические сахарозаменители, такие как аспартам, ксилит и сорбит, сделали только хуже: исследования показали, что они токсичны.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Исследовательский центр совершенно не похож на классические научные институты. Если бы не масса научного оборудования, «Бирюч» напоминал бы скорее загородный дом отдыха.
Исследовательский центр совершенно не похож на классические научные институты. Если бы не масса научного оборудования, «Бирюч» напоминал бы скорее загородный дом отдыха.
Никита Пауков / ЭФКО

Нашлись и природные сахарозаменители, самым известным из которых стала стевия. Но эта трава растет только в Южной Америке на очень ограниченных площадях, в России ее культивация невозможна. Однако не стевией единой. Так, в Африке были обнаружены три фрукта, обладающие сверхнасыщенной сладостью, причем не углеводной, а белковой природы. Проблема в том, что фрукты лесные, на плантациях не приживаются, и растут они в странах, где непрерывно идет гражданская война. В 1960-х годах из этих плодов удалось выделить белки, которые дают ощущение сладости: браззеин, тауматин и монеллин – а затем и расшифровать их аминокислотную последовательность. Однако развивать тему ученые не стали: 20 лет назад килограмм рекомбинантного белка стоил миллион долларов. Сейчас цена опустилась до 10–20 долл., и такой проект стал весьма привлекательным.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Вот так выглядят конфеты, в которых нет ни грамма сахара, а только сладкие белки и растительные волокна. И если обычные сласти мне уже лет десять как есть нельзя, то вот эти можно поглощать почти без ограничений.
Вот так выглядят конфеты, в которых нет ни грамма сахара, а только сладкие белки и растительные волокна. И если обычные сласти мне уже лет десять как есть нельзя, то вот эти можно поглощать почти без ограничений.
Никита Пауков / ЭФКО
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В «ЭФКО» была создана рабочая группа, которая совместно с Институтом биоорганической химии РАН занялась созданием штамм продуцента браззеина, а совместно с МГУ – монеллина.

«Почему два белка? – смеется Ростислав Ковалевский. – Потому что попробовать их было невозможно. Все, что мы имели на старте, – научные статьи про сладкие белки. Мы даже пытались купить нужные фрукты в Африке, но присылали не то. Поэтому мы решили не рисковать, а синтезировать сразу два белка – вдруг какой-то из них окажется хорошим. И сейчас у нас есть микроорганизмы, которые вырабатывают нужные вещества. Два белка – ни у кого в мире такого нет».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Кстати, природная сладость браззеина и так в 2000 раз выше, чем у сахара, но путем модификации структуры белка ее можно увеличить до 10 000 раз. Сергей Иванов протягивает мне конфету – на вид обычное лакомство, с которым мои дети любят пить чай. Только эта конфета состоит из пищевых волокон и капли сладкого белка – чистое лекарство для микробиоты.

«Выглядит как чудо, – говорит Ростислав. – Берем ведро воды, бросаем туда щепотку сладкого белка и получаем ведро сиропа».

Правда, использовать эти белки можно только без нагрева: в производстве напитков, мороженого, конфет. Тортики пока, увы, с сахаром. Уже полгода в компании ведутся масштабные исследования на лабораторных мышах, крысах и морских свинках. Никакого негативного воздействия на здоровье не выявлено. Некоторым группам давали до 100 суточных норм – и ни ожирения, ни диабета. Из окна Ковалевского виден новый производственный корпус, в котором в ближайшее время будет налажен промышленный выпуск сладких белков.

Сергей Иванов, Исполнительный Директор Группы Компаний «Эфко»:
widget-interest

«Желудок коровы на самом деле природный биореактор. Мы просто заменяем его биореактором промышленным и воспроизводим все то, что дает животное».

Самое дорогое масло

«Но это только первый проект», – продолжает Ростислав. Второй повод для гордости – биосинтез жиров. Жиры – один из основных компонентов питания человека, а главный их источник – растения и животные. Но существуют удивительные олиогенные микроорганизмы, которые способны накапливать жиры. Причем разные микроорганизмы запасают жиры разного состава. Если же такие бактерии правильно модифицировать, они смогут воспроизвести любой продукт: хоть сливочное масло, хоть сало, хоть рыбий жир. Это очень сложная технология, передний край биотеха. Производство белка – естественный процесс для микроорганизмов, есть методы получения бактерий, которые синтезируют нужный белок. Но для изменения метаболизма жиров требуются десятки подобных модификаций. Проблемой занимаются ведущие институты мира, и пока она до конца не решена. Исследовательское подразделение «ЭФКО» совместно с учеными из МГУ и Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта (ИМБ РАН) тоже работает над созданием линейки микроорганизмов, которые будут продуцировать жиры определенных составов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«Но наша заветная мечта – получить самое высокотехнологичное, самое дорогое, самое крутое масло, которое тает не в руках, а во рту и имеет вкус шоколада, – какао-масло, – говорит Ростислав Ковалевский. – И определенные успехи в этом направлении уже есть. Мы научились синтезировать нужные жиры и теперь боремся за экономическую эффективность».

Производство ферментов – один из самых высокотехнологичных, высокоприбыльных и жизненно необходимых бизнесов. Без ферментов встанет не только современная пищевая промышленность, но и химическая. Поэтому собственное производство ферментов – вопрос национальной безопасности.
Производство ферментов – один из самых высокотехнологичных, высокоприбыльных и жизненно необходимых бизнесов. Без ферментов встанет не только современная пищевая промышленность, но и химическая. Поэтому собственное производство ферментов – вопрос национальной безопасности.
Никита Пауков / ЭФКО
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Растительная альтернатива

  1. Животноводство наносит огромный ущерб экологии планеты, на него приходится почти 20% выбросов парниковых газов.
  2. Более 75% производимых в мире антибиотиков тратится на промышленное животноводство. Остатки этих препаратов содержатся в конечных продуктах – мясе и молоке.
  3. Для производства 1 кг растительных альтернатив требуется в 9 раз меньше воды и в 10 раз меньше земельных угодий, чем при производстве традиционного мяса и молока.

Растительное мясо

В Москве работают сотни ресторанов, где можно заказать блюда из растительного мяса. И с большой долей вероятности это будет продукция «ЭФКО». Главный компонент мяса – белок. У животного белка есть важная особенность: он имеет фибриллярную структуру, разделяется на волокна. А у растительного структура глобулярная, такой вот комок. Существует специальная технология, текстурирование растительного белка, когда волокна создаются при помощи нагревания и выдавливания – без всякой химии. В «ЭФКО» уже научились извлекать нужные белки из сои и подсолнечника и создавать в них волокнистую структуру.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Есть и другая проблема: любой растительный продукт очень сильно отличается по вкусу от мяса. В мире есть не более пяти компаний, выпускающих ароматизаторы из натуральных компонентов, которые придают растительному мясу нужный вкус. Ароматизаторов существует несколько десятков, причем некоторые совсем неожиданные: если не знать, что это компоненты мясного вкуса, поверить невозможно.

«Один по запаху напоминает половую тряпку, второй по вкусу как лимон, третий – чистый помидор, а смешаешь – получилось мясо, – удивляется Ростислав. – Есть какое-то ощущение магии во всем этом, если честно».

Но и здесь находится место биотехнологиям. Один из ключевых компонентов ароматических добавок – дрожжевые экстракты. Сейчас в лабораториях «ЭФКО» научились выращивать определенный вид дрожжей – их разрушают и обрабатывают таким образом, что вкус преобразуется в мясной или бульонный. Если прочитать состав бульонного кубика, то можно убедиться: один из ключевых компонентов там как раз дрожжевой экстракт.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Стакан крови

Однако натуральное мясо отличается не только вкусом и структурой белка, но и наличием гемоглобина – сложного железосодержащего белка, необходимого для переноса кислорода в организме. В растительных продуктах железо другое; к тому же, чтобы набрать то же количество микроэлемента из растений, придется съесть раза в четыре больше.

Поиски аналогов животного гемоглобина увенчались успехом: выяснилось, что нужное вещество есть в корнях некоторых растений, например сои. Можно взять такой корень, надрезать и увидеть, что он внутри розовый.

«Совместно с новосибирским Институтом цитологии и генетики мы создали дрожжевые штаммы-продуценты, которые, ферментируя, дают такой гемоглобин – леггемоглобин, – продолжает Ростислав Ковалевский. – Абсолютно идентичный природному. И выглядит он точно так же – как стакан крови».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Клеточное питание

Есть интересный механизм – аутофагия, процесс избавления тела от ненужных клеток. Когда человек находится в стрессовом состоянии, голодает, его организм начинает питаться собственными клетками, в первую очередь слабыми и дефектными. На идее такого самоочищения основан метод лечебного голодания, но следовать ему могут немногие: для запуска процесса нужно воздерживаться от еды более суток. У человека, регулярно принимающего пищу, аутофагия не запускается почти никогда. В итоге в организме накапливается критическое количество клеток с нарушенным метаболизмом и возникают возрастные заболевания, в том числе болезнь Паркинсона. Но как запустить процесс исцеления, если отказ от еды часто вызывает слабость и плохо влияет на работоспособность? Оказывается, есть вещества, которые стимулируют даже не аутофагию, а митофагию – разрушение митохондрий дефектных клеток. А для повышения качества жизни и лечения многих болезней, как возрастных, так и хронических, этого вполне достаточно.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Вот так графическая нейросеть Midjourney представляет экологически чистую, полезную еду будущего, приготовленную при помощи прогрессивных биотехнологий.
Вот так графическая нейросеть Midjourney представляет экологически чистую, полезную еду будущего, приготовленную при помощи прогрессивных биотехнологий.
Midjourney

Первыми такие вещества обнаружили швейцарцы. Прочитав статью с описанием открытия в журнале Nature Reviews Molecular Cell Biology, биотехнологи «ЭФКО» совместно с МГУ запустили собственные поиски сразу по четырем направлениям.

«Почему мы не воспользовались их результатами? Во-первых, швейцарцы свою методику запатентовали, – поясняет Ростислав. – А во-вторых, их вещество оказалось не особенно доступным. В микроколичествах его можно выделить, но промышленно, в больших объемах произвести очень сложно».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Еще одно модное и быстро развивающееся направление в этой области – клеточное питание. Тело человека построено из миллиардов разных клеток, и если наша еда состоит из жиров, белков, углеводов и минеральных веществ, то клетки питаются нутриентами – аминокислотами, жирными кислотами, простыми сахарами, микро- и макроэлементами и витаминами. Если освоить эту технологию, то еду можно будет печатать на специальном фуд-принтере по персональному рецепту, подобранному по результатам разных тестов. Что-то подобное сейчас делают в области кормов для домашних животных, увеличивая продолжительность жизни питомцев на десятки процентов. И я уже несколько лет жду, когда эти эксперименты коснутся не только моего немецкого дога, но и меня.