Живая еда: искусственно синтезированная пища может стать альтернативой привычному рациону11.10.2022 13:47

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.

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.

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.

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».

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.

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.

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.

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». 

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. 

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.

«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. 

«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».

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.

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.

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».

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.

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». 

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.