Блог компании Газпромбанк. Автор: Василиса Белокопытова. Еды на планете нужно больше. В белковой пище идёт борьба за коэффициент получения белка с единицы корма. Текущая оптимальная технология преобразования называется «курица», уже где-то близко — насекомые, а прямо за углом — вторая революция одомашнивания, когда еду будут делать бактерии, как сейчас они делают нам инсулин и много других компонентов для фармы в своих биореакторах.

Это неожиданно открывает возможность не просто генерировать еду, но заодно и вмешаться в процесс её создания и пофиксить всё то, что давно надо было пропатчить и обновить. ДНК-модификации — уже давно не новость, там проблемы только с экономической стороной. И они постепенно решаются.

В общем, давайте пройдёмся по тому, как еду видели фантасты, и тому, как их прогнозы исполняются. Ну или почти исполняются.

Что думали фантасты про будущее еды

В романе Герберта Уэллса «Пища богов» изобрели вещество, в десятки раз ускоряющее рост животных. Огромные подопытные цыплята разбежались и начали терроризировать людей. За ними последовали громадные крысы и осы. А затем у людей, попробовавших «пищу богов», появились гигантские дети-мутанты, которые быстро выросли и начали воевать с маленькими глупыми человечками.

Примерно такими были цыплята: страшными и злыми

В 1920 году Евгений Замятин в романе «Мы» написал о том, что крестьяне долгое время держались за свой несовершенный хлеб, но после двухсотлетней войны между деревней и городом всё-таки сдались, и теперь всем и везде питания вполне хватает. Правда, делают его из нефти. И людей на Земле осталось примерно 0,2 % от их числа на начало романа. Упс!

В 1928-м накормить голодных решил профессор Бройер в романе Александра Беляева «Вечный хлеб». Он создал тот самый сказочный горшочек, который непрестанно «варит» питательную субстанцию, внешне похожую на лягушачью икру, а по вкусу — на печёное яблоко. Но, не дождавшись окончания испытаний, люди этот хлеб у него забрали, начали размножать и продавать. А горшочек варил-варил да и заполонил бесконтрольно всю планету, начав уничтожать людей. Всемирной катастрофы удалось избежать только потому, что профессор быстро сумел изобрести грибок, умеющий уничтожать «вечный хлеб» в оптовых количествах.

В 1830-е годы в неоконченном романе «Петербургские письма» Владимир Одоевский предлагает всем выбирать еду по отдельным прейскурантам для каждой профессии, куда пища попадает в соответствии с той степенью пользы, которую может принести человечеству, например, крахмальный экстракт на спаржевой эссенции, сгущённый азот и углекислый газ с водородом. Немного похоже на современную молекулярную кухню, но — «не торт».

Синтетическую пищу подают в «Молекулярном кафе», рассказе Ильи Варшавского, написанном в 1964 году. В нём можно создавать блюда силой мысли: заказывать готовые или придумывать свои из совершенно любых ингредиентов, например, псевдостейк или солёные огурцы со взбитыми сливками. Эксперименты форева!

Ближе всего то, что придумали современные учёные, описали, пожалуй, Роберт Силверберг и Артур Кларк. Первый в рассказе «Тру-ру-ру-ру» (1959) описывает, как астронавты, сидя на Третьей Лунной Базе, страдают от необходимости есть сублимированные продукты и конструируют механическую корову. А второй в 1964 году предложил идею: в будущем люди создадут синтетическую пищу со вкусами самых разных продуктов, аналогичных натуральным, на любой вкус и цвет… Но больше всего по вкусу им придётся искусственное мясо, аналогичное человеческому (простите за спойлер).

Что из этого ещё актуально

В середине прошлого века учёные заявили, что на 98 % поверхности нашей планеты неуклонно повышается средняя годовая температура. Сегодня она уже на 1,2 градуса выше уровня доиндустриальной эпохи, и это ещё не предел. Глобальное потепление постепенно приводит к деградации почв, засухам и снижению урожайности, а значит, — к дефициту продовольствия.

Численность населения тоже неуклонно растёт. Учёные подсчитали: чтобы прокормить всех землян, к 2050 году нужно будет увеличить объёмы пищевой промышленности на 70 %. И при этом как-то решить проблему с парниковыми газами, 26 % которых приходится на производство еды.

В том же 2050-м семь из десяти человек будут жить в городах, и каждый шестой землянин будет старше 65 лет. Чем дальше, тем популярнее будут персонализированное питание, а также всевозможные биохакинги и прочие инструменты, которые обеспечивают высокое качество жизни и замедляют старение. Плюс учёные ищут возможность сделать упаковку суперэкологичной, в идеале — вообще съедобной.

И ещё один тренд — отказ от молока и мяса из-за непереносимости, аллергии, этических соображений или моды. В данный момент около 22 % населения планеты — вегетарианцы, а значит, нужно искать альтернативный источник белка, например, искусственное мясо: человеки, как ни крути, — существа белковые.

Основных технологий, позволяющих делать искусственное мясо, — две

• Либо вегетарианский вариант из растительных компонентов: гороха, бурого риса, кокосового масла и т. д. (даже микрогрибок из гейзеров Йеллоустонского парка замечен в этом процессе).
• Либо — прецизионная ферментация, с помощью которой можно сделать мясо, идентичное натуральному, без участия животных. Всё по Артуру Кларку.

Первое растительное мясо в США запустила в производство в 2012 году компания Beyond Meat (и всего через полгода после выхода на биржу их акции выросли на 500 %). По сути, это абсолютно вегетарианский продукт, который только имитирует мясо. Безрыбная альтернатива тунцу тоже не замедлила себя ждать: в 2018-м такой продукт начала делать компания Atlantic Natural Foods. Альтернативное мясо от Beyond Meat и его конкурента Impossible Foods сегодня можно купить по всем США, в том числе в ресторанах быстрого питания (KFC, например). В России подобные продукты появились в начале 2019 года благодаря холдингу White Rabbit Family, и этот рынок у нас в стране тоже устойчиво растёт.

Прецизионная ферментация против коровы

Ещё в 1931 году Уинстон Черчилль сказал абсурдную для своего времени фразу: «Зачем выращивать целого цыплёнка, чтобы съесть грудку или крылышко, вместо того, чтобы выращивать эти части в отдельной среде?» Ну так вот, она перестала быть абсурдной благодаря прецизионной ферментации. Современная цивилизация вряд ли была бы мыслима без процессов брожения, которые дали нам пиво, вино и сыр.

Много пишет о прелестях этого процесса предприниматель из Кремниевой долины Тони Себа. Он вообще считает, что к 2035 году молочная промышленность окончательно обанкротится. Потому что корова — зверь ужасно неэффективный, и вместо того, чтобы держать тысячные стада, лучше построить ферментационные заводы, минуя всех коров разом.

Этим, кстати, сейчас занимается в Дании израильская компания Remilk, которая уже получила разрешение на продажу своей продукции в Израиле, Сингапуре и Канаде. Производство, эквивалентное ферме на 50 тысяч коров, предлагается построить всего на семи гектарах земли. И, кстати, Remilk уже пообещали, что в нынешнем, 2024 году стоить такое молоко будет приблизительно столько же, сколько и то, что традиционно добывается из коровы.

В той же Канаде, где Remilk уже договорились продавать свою продукцию, живёт около одного миллиона коров. То есть всю молочную промышленность этой страны можно заменить всего 20 такими Remilk-объектами. 100 гектаров земли — и никаких пастбищ и коровников.

Мясо-молочная ферма будущего

Чтобы приготовить пиво, нужно взять пивные дрожжи, «накормить» их хорошенько пшеницей, солодом и сахаром, а после брожения получить искомый пенный напиток. Молоко можно сделать похожим способом, только сначала нужно генетически модифицировать дрожжи, чтобы они могли производить не пиво, а молочный белок. Или мясной. Или рыбный. Дальше в это сырьё можно досыпать витамины и минералы и убрать из него холестерин и лактозу.

Микроорганизмы как источник пищи

Ума Валети, основатель и генеральный директор компании Upside Foods, ещё в 2016 году сказал, что человечество стоит на грани «второго одомашнивания».

Первая огромная пищевая революция произошла, когда наши очень далёкие предки приручили животных, научились культивировать растения и вовсю начали заниматься фермерством вместо охоты и собирательства. Но животные, как бы кощунственно это сейчас ни прозвучало, — это своеобразный механизм, внутри которого из исходного сырья с помощью микроорганизмов вырабатываются белок и аминокислоты. Так люди, приручив условную корову, начали манипулировать эволюцией не только макро-, но и микроорганизмов. Затем они изобрели ферментацию и научились квасить капусту, делать закваску для хлеба, варить сыр и гнать самогон. Ну а теперь, по мнению Себа, Валети и их единомышленников, пришло время окончательно приручить микроорганизмы и начать получать полезные и питательные вещества напрямую, минуя животных. Ну и заодно регулировать количество питательных веществ в пище, которую мы едим. И разнообразить рацион.

Примерно 75 % белков, которые мы сейчас едим всем миром, произошло от двенадцати растений и пяти-шести животных. Ну, ещё рыба. В общем, разнообразия маловато будет, а животных и растений на Земле — миллионы (и всех хочется попробовать)! Гем-ингредиент, который придаёт мясу вкус, собственно, мяса, занимает всего 2 % от его объёма. Так что прецизионная ферментация позволяет получить совершенно любой его сорт, причём быстро и в большом объёме. В общем-то, прецизионной ферментации всё равно, кого моделировать — курицу или омаров с крабами. Или коллаген, шёлк, инсулин, гормон роста и т. д.

Вот корова, она делает молоко, и производство белка — работа множества микробов, которые населяют её рубец

На фабрике производство белка — это тоже задача микробов, но только не в рубце, а в железном чане.

Что-то подобное произошло, к примеру, с инсулином. Впервые этот необходимый для диабетиков гормон начали выделять из поджелудочной железы коров в 1920-е годы. И коров, чтобы получить стакан инсулина, нужно было извести целое стадо. Но, тем не менее, коровы и свиньи на протяжении полувека успешно спасали людей. А в 1978 году после расшифровки первичной структуры инсулина с помощью прецизионной ферментации на основе пекарских дрожжей и кишечной палочки сделали генно-инженерный инсулин, который за 15 лет окончательно «подвинул» инсулин из коровы.

Обычного молочка тоже можно будет выпить, конечно, но это будет очень дорого. Примерно как сейчас дешевле ездить на автомобиле, чем содержать живую лошадь.

Миллиарды на искусственное мясо

Идея «второго одомашнивания» оказалась настолько привлекательной, что с 2016 по 2022 год в новую пищевую отрасль промышленности инвестировали почти три миллиарда долларов. Среди инвесторов были замечены крупные холдинги, производители мяса и некоторые знаменитости, например, Леонардо Ди Каприо, Опра Уинфри и Билл Гейтс. Eat Just и Upside Foods — два больших стартапа, занимающихся производством этой новой еды будущего — быстро достигли оценки в миллиард долларов каждый.

Пока технологии производства синтетического мяса стоят, мягко говоря, недёшево. Первая котлета для гамбургера из искусственного мяса, приготовленная Майклом Постом в 2013 году, стоила 300 тысяч долларов. Первые российские 40 граммов искусственного мяса в 2019-м обошлись Очаковскому мясокомбинату в 900 тысяч рублей.

А так профессор Пост выращивал мясной фарш для этой дорогой котлетки

Но стоимость производства постоянно уменьшается. Сравнивать с человеком, конечно, не совсем корректно, но, тем не менее, полное секвенирование первого человеческого генома в начале 2000-х заняло тринадцать лет и стоило около миллиарда долларов. Сегодня тот же процесс занимает несколько дней и стоит гораздо дешевле.

В настоящее время биотехнологии находятся на таком уровне, что мы можем проектировать отдельные клетки и целые организмы. Этим занимаются генная и метаболическая инженерии, синтетическая, системная и вычислительная биологии. Биологи сегодня, подобно разработчикам ПО, могут создавать продукты, улучшая их вкус, структуру и стоимость, создавать конкретные организмы, которые можно запрограммировать на производство молекул с точными требуемыми свойствами, а потом масштабировать свои наработки. Машинное обучение с помощью глубоких нейронных сетей позволяет очень быстро и точно анализировать биологические процессы.

Белки, полученные современными методами производства, уже используются в медицине, производстве витаминов и косметики.

Стоимость технологий падает

Себа и Валети предрекают, что уже к 2030 году искусственное мясо будет гораздо доступнее, а к 2035-му и вовсе станет в пять раз дешевле мяса традиционного: большая часть продуктов будет произведена именно на ферментационных заводах, и это позволит победить глобальный продовольственный кризис. А дальше прогресс будет не остановить, и мир почти полностью перейдёт на синтетическое мясо. Ну а сельское хозяйство обанкротится, как только искусственные молоко и мясо сравняются в цене с натуральными.

Люди мира от этого только выиграют, уверяют сторонники синтезированной пищи. Во-первых, здоровье должно улучшиться у всех поголовно (смелое заявление!). Во-вторых, доступ к дешёвому белку поможет победить голод в развивающихся странах. В-третьих, можно будет больше не бояться заболеть каким-нибудь условным бруцеллёзом, да и количество отравлений, и резистентность бактерий к антибиотикам тоже снизятся.

Улучшится состояние окружающей среды, например, за счёт уменьшения на 60 % выбросов парниковых газов от крупного рогатого скота. А ещё — за счёт укорачивания транспортных цепочек, т. к. продовольственная система будет намного более локализованной.

На 50–75 % упадёт потребление воды в животноводстве и орошении связанных с ним пахотных земель. Сократится потребление энергии, а значит, и спрос на нефть.

Появятся молекулярные кулинарные книги: учёные будут конструировать молекулы и загружать их в базы данных, чтобы инженеры пищевой промышленности на их основе могли разрабатывать продукты, как программисты — приложения. В идеале продукты начнут быстро улучшаться, и каждая следующая версия будет круче и дешевле предыдущей. Производственная же система станет более стабильной и устойчивой и перестанет зависеть от урожаев или эпидемий среди животных.

Правда, при этом увеличится безработица. Но это уже мелочи.

Биопрограммирование — будущее пищепрома

Футуролог и изобретатель Реймонд Курцвейл предсказывает, что к 2049 году всё, что мы едим, будет создано микромашинами на молекулярном уровне, а содержание витаминов и аминокислот в рационе будет регулироваться компьютером.

Благодаря биопрограммированию можно будет придавать любые качества любому блюду. Так что можно пофантазировать, что нас ожидают стейки, бодрящие не хуже, чем кофе, и наполняющие организм всеми необходимыми витаминами и минералами.

Для тех, кто не хочет заморачиваться, футурологи обещают «пищевые капсулы», которые можно будет просто заварить, как пакетик с чаем, и получить полноценное блюдо в соответствии с палео-, кето- или любой другой диетой. Возможно, появится и вовсе любая еда, от мяса до овощей, в таблетках для перекуса на бегу.

Еду можно будет напечатать на 3D-принтере. NASA разрабатывает такую технологию с 2013 года для того, чтобы космонавты во время длительных экспедиций (например, на Марс) могли питаться не только консервами. Для печати используются пищевые чернила — гидроколлоиды, которые умеют создавать гели и удерживать внутри себя воду, например, крахмал, пектин, камедь или агар-агар.

Помимо всего прочего, на принтерах можно будет выставить показания плотности и размера кусочков перед началом печати в зависимости от предпочтений и потребностей каждого человека.

Вот это блюдо, например, полностью напечатано на 3D-принтере и подстроено под потребности пожилых людей, которым тяжело разжевать жёсткие волокна

Параллельно с биотехнологиями в рацион войдут насекомые, хотя в Африке и Юго-Восточной Азии их и так едят уже много столетий: в лучшие времена — в качестве снеков, в худшие — как единственный источник ценного протеина. Выращивать их выгоднее, чем тех же коров: менее бюджетно и ресурсозатратно. Правда, далеко не факт, что это полезнее для здоровья: ряд российских учёных считает такой продукт противоестественным, и есть предупреждения о рисках, но мука из насекомых уже проникает и на наш рынок.

В общем, сельское хозяйство, чтобы хоть как-то конкурировать, вынуждено будет трансформироваться, например, в фермы-небоскрёбы, где можно круглый год выращивать растения типа тех, что предлагает компания Bird’s eye, или в проекты по сращиванию города и деревни наподобие Plant Chicago, где на территории бывшего мясокомбината выросло новаторское хозяйство с биореактором для водорослей, грибной и аквапонической фермами.

Пока такие куриные шашлычки из искусственного мяса стоят около 10 тысяч долларов, но прогресс не стоит на месте

Производители не теряют оптимизма, движимые возможным взрывным ростом прибылей, отрасль продолжает расти, фабрики — открываться, а инвестиции — набирать обороты.

Взлом человеков через еду

Историк и футуролог Юваль Харари предупреждает: новые технологии уже позволяют эффективно манипулировать эмоциями. С помощью еды можно управлять состояниями.

Фантаст Фрэнк Герберт в романе «Барьер Сантароги» описывает долину, где еда сдабривалась неким веществом джасперсом, действующим на психику человека. С одной стороны, он действовал как расширитель сознания, который позволяет понимать намерения и состояние окружающих, практически читать мысли. А с другой — как наркотик, без которого накрывает абстиненция. Под его влиянием в обществе возникали единство целей, а также коллективный настрой, который был направлен против приезжих, и «обезвреживал» враждебных чужаков с помощью «несчастных случаев».

В реальном мире всё, конечно, не так однозначно, но термин «пищевая психиатрия» намекает на то, что определённая связь между психическим состоянием и качеством питания всё же есть.

Еда, которую мы употребляем, влияет на работу мозга, развитие нервной системы. Биологические механизмы, посредством которых это происходит, пока до конца не изучены, но по тем данным, которые у учёных сейчас есть, видно, что здоровое питание может снизить риск развития депрессии и улучшить состояние людей с шизофренией и биполярным расстройством.

На способности к обучению, настроение и память влияют процессы, которые происходят в гиппокампе. Неправильное питание уменьшает его объём.

Микрофлора кишечника вообще управляет многими процессами, в том числе — настроением. А ещё она участвует в развитии хронических болезней. В обратную сторону это тоже работает: стресс моделирует свою особенную микрофлору.

Есть такая наука — нутригеномика, и в её основе лежит идея о том, что пища может определённым образом «разговаривать» с геномом, то есть влиять на программу, определяющую функционирование организма вплоть до клеточного уровня.

Стоит оговориться, что на данный момент большинство исследований нутригеномики проводилось на организмах не сложнее пчёл, но с ними всё получается очень интересно. Рабочие пчёлы и пчелиные матки генетически одинаковы, но каждый из них становится самим собой благодаря рациону. Пчелиная матка питается маточным молочком, а рабочие пчёлы — нектаром и пыльцой. Оба продукта дают энергию, но у маточного молочка есть особая функция: его питательные вещества включают в себя генетические инструкции для создания анатомии и физиологии пчелиной матки.

Если пчелиная матка погибает, то улей начинает в срочном порядке «выращивать» новую. Но т. к. личинка, которую спешно переключают на маточное молочко, в начале своей жизни питалась совсем другой пищей, из неё вырастает пчелиная королева с низким уровнем фертильности, т. н. «свищевая матка».

Трутни — это самцы, которые нужны только для размножения, рабочие пчёлы — бесплодные самки, ну а матка — глава семейства

В зависимости от типа пищевой информации, активированных генетических регуляторов и клеток, воспринимающих сигналы, послания, заложенные в еде, могут влиять на самочувствие, вероятность болезней и даже продолжительность жизни. Способность питательных веществ изменять поток генетической информации может передаваться из поколения в поколение, а пищевой рацион предков влияет на активность генетических переключателей, заболеваемость и смертность у потомков.

Побочные продукты аминокислоты метионина, которых много в мясе и рыбе, влияют на генетические коды, важные для роста и деления клеток мышей. И человека — тоже. К примеру, витамин С поддерживает наше здоровье, защищая геном от окислительного стресса и способствуя функционированию клеточных путей, которые могут восстанавливать его после повреждения. Грубо говоря, молоко коров, питающихся травой, и тех, которых кормят зерном, будет различаться по количеству и типу жирных кислот, по содержанию витаминов С и А. Когда люди пьют эти разные виды молока, их клетки получают разные пищевые сообщения. От молока, синтезированного на заводе, придёт «письмо», отличающееся от них обоих. Будут ли в нём неочевидные и незамеченные биотехнологами косяки — неизвестно.

Менять поток генетической информации внутри клеток могут и дополнительные ингредиенты, и даже упаковка. Например, для предотвращения врождённых пороков развития, вызванных нехваткой фолиевой кислоты, хлеб и крупы специально ею обогащают. Но есть мнение, что высокий уровень фолиевой кислоты в отсутствие других важных микронутриентов может увеличивать риск развития рака толстой кишки.

В общем, будущее будет интересным!