Исправляя геном. Челябинцам рассказали, как вырастить органы и мясо «в пробирке»

Об этом рассказал «ЮП» один из разработчиков клеточных биотехнологий, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» УрФУ Илья Зубарев.

Скрестить слона с мамонтом

— Что вас, ученого из Екатеринбурга, привело в Челябинск?

— Я приехал в рамках проекта «Энергия науки», направленного на популяризацию научных знаний. Рассказал молодежи об исследованиях в биологии, последних открытиях ученых.

— Недавно в Якутии нашли хорошо сохранившегося в вечной мерзлоте мамонтенка. Японцы попытаются клонировать его…

— Сегодня это вряд ли возможно. Правда, геном вымерших животных сохраняется, но нестабильные эпигенетические метки, химические модификации, отвечающие за «включение» генов, со временем стираются. Поэтому клонировать, например, мамонта, не говоря о динозаврах, думаю, при современном уровне науки едва ли получится.

— А если скрестить геномы мамонта и слона?

— Такой вариант, на мой взгляд, вполне реален. Генная инженерия творит настоящие чудеса! Но сомнительно, что удастся восстановить даже небольшую популяцию арктических гигантов. Виновато глобальное потепление. Из-за отступления ледников, планетарных климатических изменений многие растения исчезли, и мамонты вымерли из-за нехватки пищи. Сегодня вечная мерзлота тает, огромные участки тундры превратились в гигантское болото, и колоссам каменного века просто не выжить!

Накормить мир

— Население планеты множится, а пищевые ресурсы небезграничны. Как «вырастить» искусственное мясо?

— Многие годы фантасты мечтали о создании синтетических продуктов, и эти предсказания начинают сбываться. Вырастить мясо «в пробирке» возможно, и в перспективе это позволит накормить население планеты.

Первые попытки такого производства были предприняты около 20 лет назад для освоения космоса. Уже в проекте полеты на Марс, создание внеземной колонии. На Красную планету из дома столько продуктов не привезешь, и вся надежда на биотехнологии их «выращивания» из клеток живых организмов. Американское космическое агентство НАСА запустило проект «Золотая рыбка» по выращиванию «биомассы», названный по сырью для будущего искусственного мяса. В перспективе планировалось перейти и на говяжьи, свиные продукты.

— Но как перейти от лабораторных экспериментов к массовому производству?

— В 2009-м была построена первая лаборатория, где в промышленных масштабах начали производить искусственное мясо, выращенное из клеток животных. В 2012-м уже 30 компаний стали продвигать клеточную технологию, а через год презентовали первый «искусственный» бургер. Эта разработка обошлась в 325 тысяч долларов!

По данным статистики, ежегодно один человек в Поднебесной съедает 3,9 кг мяса, в США — 25, в России — 11 кг. Меньше всего мяса потребляют на родине вегетарианцев, в Индии — в среднем 0,5 кг на человека.

По данным Всемирной организации здравоохранения, мировое животноводство растет беспрецедентными темпами. По прогнозам ВОЗ, ежегодное производство мяса к 2030-му вырастет до 376 млн тонн (в 1997-1999 годах — по 218 млн). Но возможности традиционных агротехнологий имеют предел…

«Клеточный» фастфуд

— Пока искусственный продукт во многом уступает натуральному?

— Это так. А главное, такое мясо сегодня очень дорого. На себестоимости сказываются технорасходы: нужно обеспечить идеальную стерильность, отказаться от антибиотиков. Но удешевление уже идет: в 2018 году бургер из «биоговядины» стоит 11 долларов, а в 2020-м, по прогнозам, будет всего 2,5! И все же это мясо не чета природному — обезжиренное, не содержит миоглобина, гемоглобина, железа, других нужных для организма веществ. Приходится вносить ароматизаторы, всевозможные добавки, такие, как глутамат натрия. Рукотворный продукт не заменит натуральный, но вполне подходит для непритязательных вкусов покупателей фастфуда.

— Можно ли из стволовых клеток вырастить отдельные органы?

— Еще Уинстон Черчилль говорил, что когда‑нибудь фермеры будут выращивать не целых цыплят, а крылышки. Но это оказалось сложнейшей задачей. Ученые годами работают над тем, чтобы сформировать волокна тканей, кровеносные сосуды — все то, что придает мясу вкус и аромат. Уже в специальных трубках начинают выращивать мышцы, отвечающие за двигательную функцию. А мышечная ткань содержит около 40 разных белков! Причем приходится создавать условия для их «созревания» — влажность, температура… Нельзя исключить и вероятность появления опухолевых клеток — их нужно выбраковывать.

— Как решить эту проблему?

— Мы предлагаем включать механизм последовательной активации кирпичиков живого — мезенхимальных стволовых клеток. Взяв их из костного мозга животного, запустить деление, сформировать сократительную структуру мышц. В ходе активации «информативных генов» рождаются белки. Запас таких клеток можно годами хранить в жидком азоте, а после разморозки — помещать в биореактор, где они растут в виде сфер.

— Какую реальную пользу может принести эта технология?

— На мой взгляд, ее трудно переоценить. Появится возможность уйти от забоя животных, получать мясо на любой вкус и кошелек. Например, заказал в ресторане гуляш из дикобраза — и его «вырастят» из крохотной клетки! И отрегулируют содержание солей, холестерина… В промышленных масштабах от одной коровы так можно за год производить несколько тонн говядины, а за период ее жизни — 65 тонн! Причем искусственное мясо, не содержащее болезнетворных микробов, будет полностью безопасным. И оно не является ГМО, поскольку выращено из «природного» клеточного материала.

— А будет ли в плюсе и экология?

— Конечно! Каждая буренка выделяет 80-120 кг метана в год, что соответствует выхлопам 1 тыс. литров бензина. На домашних животных приходится до 18 % парниковых газов, что серьезно осложняет экоситуацию. К тому же отпадет необходимость вырубать леса под пастбища, отводить под них гигантские площади сельхозземель, расходовать огромное количество воды. Но есть и свои минусы — могут разориться фермеры. Думаю, что в будущем выращивание мясных животных все же сохранится, но натуральное мясо будет «для гурманов», очень дорогим.

Добавлю, что схожая технология микроклонального размножения уже оправдала себя для «тиражирования» растений: из кусочка меристемы выращивают саженцы. Запущен и проект по выращиванию «клонированных» водорослей.

Органы на заказ?

— А что в этом плане удалось сделать уральским ученым? К примеру, можно ли вырастить руку, ногу?

— В Екатеринбурге уже работают три автоматизированные станции по выращиванию искусственного биоматериала. Для нашей лаборатории тоже закуплен японский биопринтер. Мы пытались выращивать искусственные органы для трансплантации пациентам, но пока не получается — это очень сложный процесс. Но в будущем есть надежда и на регенерацию. Пока выращивают не части тела, а фибробласты — искусственную кожу для ожоговых больных. Здесь применим и другой подход: если из донорского органа химически вымываются чужеродные белки, отторжения не происходит.

— Можно ли превратить эпителиальную кожную ткань в мышечную, а ее в нервную?

— Мы работаем над этим. Современные технологии позволяют перепрограммировать клеточный материал, получать так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из микрочастиц любого органа и использовать для регенерации поврежденных частей тела. Но эффективность клеточного метаморфоза пока низкая (2-3 %), поэтому нужен большой объем «сырья».

— Но прорывные новации ученых уже приходят в медицину?

— Недавно создана технология CRISPR/Cas9, способная редактировать геном высших организмов, что, по мнению экспертов, в будущем послужит излечению рака. Так, эта система, которая вполне безопасна, поскольку не вызывает мутаций, применяется для редактирования генома. Она открывает немыслимые ранее возможности. Используя модифицированный белок dCas9, потерявший способность разрезать ДНК, можно включать и выключать нужные гены. Близится время, когда мы сможем выбирать внешность своих детей — рост, цвет глаз, волос и кожи!