Сельскохозяйственное производство клеточно-генетического направления является ключевым элементом быстро развивающегося сектора «Новых продуктов питания», который также включает альтернативные продукты на основе растений, микроорганизмов и насекомых. В следующем десятилетии сельскохозяйственное производство клеточно-генетического направления будет стремительно развиваться и играть важную роль в удовлетворении будущих потребностей в питании, одновременно снимая нагрузку с существующих систем производства продуктов питания и окружающей среды.

Как это работает?

В сельскохозяйственном производстве клеточно-генетического направления используются отдельные клетки растений и животных или одноклеточные организмы. К ним относятся: мясо, морепродукты, молочные продукты и другие богатые белком продукты питания, а также функциональные ингредиенты, которые производятся с помощью технологии выращивания тканей организма прецизионной ферментации без необходимости выращивания целых животных или растений.

Технологии выращивания тканей организма используется для производства клеточного или искусственного мяса, морепродуктов и молока. Для производства мяса и морепродуктов на основе клеток натуральные или генетически модифицированные стволовые клетки берутся у живого животного и выращиваются в богатых питательными веществами условиях в биореакторе, используя собственные природные механизмы роста и восстановления. Клетки дифференцируются по типам — мышечные или жировые — затем выращиваются на клеточном каркасе или перерабатываются в мясной фарш.

Аналогичный метод используется для производства клеточного молока. В этом случае клетки молочной железы млекопитающих иммобилизуются в половолоконном биореакторе. В результате клетки выделяют цельное молоко, которое имеет тот же профиль макроэлементов, что и коровье или человеческое грудное молоко, в зависимости от источника клеток.

Прецизионная ферментация расширяет хорошо зарекомендовавшие себя методы, которые уже широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности. Этот процесс включает в себя забор гена, кодирующего, например, целевой белок, из организма-донора, например, коровы, и внедрение его в ДНК хозяина. Хозяин, часто одноклеточный организм, например, бактерии или дрожжи, культивируется в бродильной емкости, заставляя его производить целевой продукт в больших количествах. Полученный белок отделяется от клеток-хозяев, очищается и обычно высушивается для получения порошка, который может быть использован в качестве сахарозаменителя, ингредиента мороженого на молочной основе или, например, коллагена.

Аналогичным образом, прецизионная ферментация используется для производства растительных компонентов, например, гема сои. Здесь ДНК берется из соевого растения и вводится в дрожжи с помощью генной инженерии. После ферментации гем сои, который аналогичен гему животного, может быть использован в аналогах мяса для придания красного или розоватого цвета, мясоподобной текстуры и вкуса.

В чем заключаются сложности?

Выход на мощности промышленного масштаба и достижение ценового паритета на продукцию сельскохозяйственного производства клеточно-генетического направления требует преодоления определенных препятствий.

Для технологии выращивания тканей организма это включает:

• снижение материальных издержек за счет: использования прецизионной ферментации для производства компонентов культуральных сред (например, пептидов), повторного использования среды и использования менее требовательных клеточных линий 
• повышение эффективности производства за счет: разработки подходящих по назначению биореакторов, которые являются крупными и масштабируемыми, но при этом позволяют минимизировать повреждение клеток

Для прецизионной ферментации это включает:

• повышение производительности и эффективности хозяев
• снижение требований к стерильности для уменьшения производственных затрат
• утилизация метаболического тепла и улавливание CO2 для повторного использования с целью повышения энергоэффективности и сведения к минимуму выбросов парниковых газов

Как мы можем максимизировать это?

Для реализации полного потенциала сельскохозяйственного производства клеточно-генетического направления потребуются десятилетия. Тем не менее, мы уже сейчас можем предпринять определенные действия, чтобы набрать темп. Например, начать с самого очевидного, т.е. использовать предварительно одобренные штаммы дрожжей в процессах прецизионной ферментации. Или использовать гибридные продукты, которые сочетают в себе компоненты на основе клеток с продуктами питания растительного происхождения, улучшая их вкус, текстуру и питательность. Кроме того, клеточные каркасы грибкового и растительного происхождения можно использовать в качестве основ для выращивания мышечных клеток в целях снижения производственных затрат.

На макроуровне регулирующие органы должны уже сейчас начать обсуждать, что необходимо для вывода новых продуктов питания на рынок. Это будет выгодно для всех заинтересованных сторон и позволит повысить эффективность и скорость выхода продукции на рынок. Другим очевидным и важным фактором является увеличение инвестиций в стартапы и компании, ориентированные на сельскохозяйственное производство клеточно-генетического направления, для ускорения НИОКР и увеличения масштабов производства и, конечно же, обеспечение использования возобновляемых источников энергии во всем мире.

Наконец, для того чтобы эти продукты получили широкое распространение, необходимо завоевать доверие потребителей. Это требует прозрачного и регулярного информирования о том, как производятся эти продукты и как они связаны с продуктами питания и лекарствами, которыми люди уже пользуются и от которых зависят ежедневно, будь то сыр или инсулин.

По прогнозам McKinsey & Co, искусственное мясо, например, достигнет паритета стоимости с традиционным мясом к 2030 году. Это означает, что время для таких обсуждений уже настало.