Придет час, и в каком-нибудь ресторанчике вам предложат отведатьшницель по-венски, то есть панированный в сухарях и взбитом
яйце, с жареной картошечкой, лимоном, красным соусом и каперсами.Все чин-чином, только сделан шницель будет не из телятины,
как полагается, а из специально выращенной клеточной биомассы, тоесть из искусственного мяса. Отведаете? А ведь к тому идет...
По данным ООН, на Земле полтора миллиарда человек (то есть каждыйчетвертый) живут впроголодь. Возникает вопрос: можно ли
сполна обеспечить человечество продовольствием? На пороге XXI векаэта проблема вошла в десятку важнейших для современной
науки (см. "самый интересный журнал Наука и жизнь " № 11, 1999 г.). Как ее решать? Об этомразмышляют многие ученые, специалисты, предлагают свои
решения. Биолог Л. С. Попов с 1988 года работает над идеей производстваискусственного мяса. Реализовать ее, по мнению Леонида
Сергеевича, помогут методы трансгенеза - области генной инженерии,в которой он работает и о которой не раз уже рассказывал на
страницах журнала (№ 1, 1987 г.; № 7, 1994 г.; № 8, 1999 г.). Вочередной статье развивается идея использования выращенных
искусственным путем, "в пробирке", клеток животной ткани в качествесырья для пищевой промышленности. Есть основания предполагать, что в недалеком будущем биотехнология станетиспользовать культуры соматических (телесных) клеток в качестве сырья дляпроизводства искусственного
мяса.Напомним читателям, что такое культура (культивирование) клеток илитканей. Это выращивание клеток (в нашем случае - животных) вне
организма, в специальной культуральной среде, а проще говоря, в питательномбульоне, где клетки, взятые из живого организма, размножаются,
растут, развиваются и в конце концов образуют белковую биомассу, обладающуюнужными человеку свойствами. Она используется для
широкого круга научных и практических целей, главным образом в областимедицины и биологии. Это получение и ядерной ДНК, и различных
белков и вакцин, и лимфоцитов, и макрофагов для иммунной защиты организмови выращивание трансплантатов кожи и других тканей и т. п.
Идея же применения культуры клеток животных в качестве сырья для искусственногомяса пока нигде даже не сформулирована, не говоря уж о
разработке. Дело тут, думаю, в сложнейших проблемах, которые надо преодолетьдля ее реализации.Первая из них и, пожалуй, самая важная - необходимость наделить клеткуспособностью к безграничному размножению (или, как говорят
ученые, сделать клетку бессмертной). Это путь к выращиванию большихобъемов биомассы клеток, что и нужно для производства
искусственного мяса.Как долго продолжается жизнь отдельных клеток у высокоорганизованныхорганизмов? Однозначного ответа на этот вопрос нет, ибо все
зависит от типа клеток: лимфоциты человека вне организма живут 1-2суток, эритроциты - 3 месяца, нервные клетки могут жить до 100 лет, а
стволовые клетки относятся к бессмертным клеткам, они способны к неограниченномуделению.Стволовые клетки играют особую роль: они пополняют в организме запасклеток, обновляющих ся после их естественной возрастной,
физиологической или травматической гибели (клетки крови, кожи, мышци других тканей). В частности, миобласты - тоже стволовые клетки -
служат в организме как источник мышечных волокон. После деления миобластаодна из дочерних клеток остается стволовой, а другая участвует
в образовании скелетных мышц (то есть таких, которые прикреплены ккостям скелета).Среднее время удвоения клеток животных в культуре - от 20 до 40 часов.Мио-бласты делятся каждые 12-18 часов. Стало быть, клетки
мускулатуры от природы обладают способностью очень длительного размножения.Но ведь мясо состоит не только из мышечной ткани, в нем
есть также соединительная ткань, нервная и эпителий (покровная ткань).Клеток для них нужно тоже очень много - речь ведь идет о массовом
производстве. А эти клетки долго размножаться не могут.Но существует возможность искусственно сделать клетку бессмертной. Дляэтого нужно ввести в ее геном соответствующий участок ДНК, его
так и называют - ген бессмертия. Такие участки имеются в вирусных онкогенах,которые живут в каждом высшем организме. Из них можно
выделить необходимую последовательность ДНК, ввести в геном клеткиизбранного вида и заставить там работать - производить белок,
делающий деление клетки непрерывным. Интересно, что в гене бессмертиязакодирован термочувствительный белок, который синтезируется
при температуре культуральной среды 33оС и делает клетку бессмертной.При повышении температуры примерно до 40оС синтез быстро
прекращается, и клетка возвращается в нормальное состояние. Стало быть,регулируя температуру, можно управлять процессом и сроками
размножения. Это один путь к бессмертию клеток, проверенный на практикеи вполне надежный.Другой путь лежит через трансгенез. Напомним читателям, что трансгенез- это область генной инженерии, имеющая целью наделять животных
признаками и свойствами, которых у них нет от природы. Для этого геныодних животных пересаживают другим, и если это, например, ген
роста, то получившее его животное начинает быстрее расти. Коровам вклетки молочной железы вводят гены лекарственных белков, и они
вместе с молоком вырабатывают лекарства. Таким же способом можно ввестив геном нужных нам клеток той же коровы ген бессмертия, и эти
клетки получат способность безграничного деления.Таким образом, в арсенале ученых есть две надежные стратегии вызыватьнепрерывное размножение клеток. По первой из них гены бессмертия
вводят в клетки, взятые из какой-либо ткани
Схемы получения бессмертных клеток. Сначала конструируют молекулу,содержащую ген бессмертия, под контролем подходящего
промотора (регулятора деятельности гена), который позволил бы ему работатьв большинстве животных клеток. Рядом с этим геном
может быть пристроен чужеродный ген - для получения необходимого человекубелка из этих же клеток.Такие конструкции вводятся в оплодотворен ные яйцеклетки - зиготыили в соматические клетки животного, обладающие
диплоидным набором хромосом, например в фибробласты, а затем сливаютих с яйцеклеткой, у которой удалено ядро с
гаплоидным набором хромосом. Подготовленные таким образом зиготы ияйцеклетки с ядром фибробластов вводят в матку приемной
матери, в которой развивается трансгенное потомство. Затем из определенныхорганов родившегося трансгенного животного берут
клетки и выращивают в культуральной среде организма, и запускают процессих бесконечного размножения. К сожалению, эта стратегия не относится клегкому пути, хотя на первый взгляд
прельщает простотой.Вторая стратегия создания бессмертных клеток - получение трансгенныхживотных. Тут тоже можно использовать два метода. Первый из них
традиционный - микроинъекция чужеродного гена (гена бессмертия) в зиготу(оплодотворенную клетку). Хотя он широко используется, но
оказался малопродуктивным, потому что обычно чужеродный ген наследуетсятолько у 5-10 процентов родившихся трансгенных животных.По-видимому, более перспективным будет иной метод. В нем для получениятрансгенных животных используют яйцеклетки, у которых ядра с
гаплоидным (одинарным) набором хромосом заменяют ядрами из соматическихклеток с диплоидным (двойным) набором хромосом и с
предварительно введенным в них геном бессмертия. Или сначала культивируютклетки из молочной железы беременного животного (в этот
период в железе активируется много стволовых клеток), потом в них встраиваютконструкцию из необходимого гена и яйце-
клетки с диплоидным набором и вводят в матку приемной самки.В настоящее время интенсивно развивается еще один метод трансгенеза,при этом заметен вклад российских исследователей. Суть проста: берут
у самца сперматозоиды, вводят в них ДНК с необходимым геном и осеменяютсамку. Во всех трех случаях рождаются трансгенные животные,
способные наследовать чужеродные гены бессмертия.Итак, клетки с приобретенным свойством бессмертия способны размножатьсянеограниченно долго. Это обеспечивает более дешевый и
простой способ получения большого количества биомассы клеток. К томуже такие клетки обладают преимуществами перед нормальными. Это,
например, и более высокая скорость роста, и меньшая зависимость отпитательной сыворотки, и даже возможность развития в более простых -
бессывороточных средах.Сыворотка - основной компонент питательной среды, обеспечивающий наилучшиеусловия для роста и развития клеток. Это чрезвычайно
сложная смесь множества мелких и крупных молекул веществ, способныхкак стимулировать, так и тормозить рост клеток, а также обеспечивать
другие их функции. В составе сыворотки различные факторы роста, гормоны,белки, а также минеральные вещества, липиды, аминокислоты,
витамины и т. д. Но сыворотка - это дорогостоящий продукт, выделяемыйиз эмбрионов животных (чаще - теленка). Ее стоимость достигает
90% стоимости среды. Для промышленного выращивания громадного количествабиомассы клеток это неприемлемо. Поэтому и созданы
бессывороточные среды.Что дает их применение? Вот некоторые из преимуществ: стабильность составасред (разные партии сывороток отличаются одна от другой, и
это может привести к нестабильности сред); снижение риска заражениякультуры клеток вирусами, грибами, микоплазмой; упрощение выбора
среды для определенного типа клеток, а также выделения из культурынужных белков; и, наконец, снижение стоимости. Но все равно
необходимые для роста клеток вещества, которые присутствуют в сыворотке,приходится добавлять в бессывороточные среды. А стоимость
этих веществ в настоящее время исчисляется тысячами и десятками тысячдолларов за миллилитр!Сейчас предложено много различных способов удешевления, однако мировоепроизводство культуральных сред пока растет медленно, и
стоимость его почти не снижается. Думается, что прогресс тут зависитот дальнейшего развития биотехнологии и фундаментальных наук.
Поэтому оставим экономику и перейдем к самому производству искусственногомяса, каким оно представляется сегодня.Промышленный рост культуры клеток животных производят (уже сегодня)в биореакторах. Это громадные баки, расположенные в стерильном
помещении и опутанные изрядным количеством различных труб, по которымподается все необходимое для поддержания жизни и
размножения клеток. Они растут в стерильной бессывороточной среде припостоянном перемешивании. Большая часть трубок отходит от
биореактора к системам автоматизированного анализа процессов, протекающихв биореакторе. Результаты анализов выводятся на экраны
пульта управления. В любой момент там можно увидеть данные о поступлениии расходе углекислого газа, кислорода, питательных веществ, о
плотности биомассы клеток и т. д.Автоматы же управляют и работой реакторов. Если, например, плотностьбиомассы в реакторе окажется ниже заданного уровня, то
поступление среды в реактор автоматически приостанавли вается, чтобыдать возможность увеличиться числу клеток. Как только снова
установится необходимая плотность биомассы выросших клеток, автоматотведет часть среды с клетками в специальный резервуар, в котором
клетки осаждаются. Одновременно в биореактор добавляется такое же количествосвежей среды, и он продолжает работать.Выращивают мясо в виде клеток мускулатуры тела (или, иначе, скелетныхмышц). Эти клетки могут иметь огромные размеры (до полуметра в
длину и 100 микрометров в диаметре), поэтому их называют мышечнымиволокнами. Это то самое мясо, которое используется в нашем
обычном рационе. Каждое такое волокно представляет собой слияние многихклеток-предшественников - эмбриональных миобластов и
соответственно содержит много ядер в общей цитоплазме. Поэтому клеткискелетных мышц не способны делиться. Миобласт же имеет одно
ядро и может делиться, то есть новые клетки могут образоваться тольков результате возобновления процесса формирова ния скелетных мышц,
каким он бывает в период эмбрионального развития. И процесс этот -деление миобластов.Таким образом, мышечное волокно можно вырастить в биореакторе при использованииодних только миобластов, которые размножаются, как
все клетки. Разница лишь в том, что миобласты и вне организма делятсянеограниченно, как это присуще всем стволовым клеткам. При
определенных условиях в культуральной среде миобласты синхронно сливаютсядруг с другом и образуют зрелое мышечное волокно.Искусственное мясо будет содержать не только клетки скелетных мышц,но, как и обычное мясо, еще и клетки эпителия, соединительной и
нервной тканей. Эти клетки будут выращивать отдельно. Потом специалисты-технологисоединят все поставляемое сырье в таком
соотношении, какое соблюдается в природе. Не исключено, что это соотношениебудут менять, чтобы изготавливались, скажем, колбасы
ароматнее и вкуснее, чем сейчас можно купить в магазинах.Технология приготовления мясных продуктов из клеточных культур будет,скорее всего, такой же, как и из природного мяса. По-видимому,
поначалу из них будут делать фарш как для колбас, так и для пельменей,различных паштетов и т. п. Со временем на прилавках магазинов можно
будет увидеть мясные полуфабрикаты не только из говядины, но такжеиз кур, индейки и т. д.Поначалу, конечно, такие фантастические мясные продукты люди встретятнасторожен но (как, впрочем, и всякую новинку генетики), но,
думаю, постепенно распробуют и станут покупать, не задумываясь.Внешний вид современного биореактора объемом 200 литров, выпускаемогофирмой Applikon, Нидерланды (снимок слева). По заказу
покупателя фирма изготовляет биореакторы и большего размера. В середине- пульт управления биореактором. На правом снимке -
стерилизатор с отдельным пультом.
Такова идея. Сейчас еще трудно сказать, когда и как она будет реализована.Но уже сегодня можно назвать некоторые очевидные преимущества
использования культуры клеток в качестве пищевого сырья. Так, вместобольшей части животноводческих ферм с пастбищами появятся
стерильные автоматизированные предприятия, занимающие значительно меньшуюплощадь и требующие примерно втрое меньше кормов.
Вытаптывание земли, повреждение лесов и лугов, необходимость утилизироватьжизненные отходы скота - все это многократно уменьшится в
масштабах и тем самым оздоровит экологическую обстановку на планете.А главное - откроется новый источник продовольствия для людей.Конечно, чтобы воплотить эту идею в жизнь, потребуется немало трудаученых, экономистов, инженеров... Пока мы к этому не готовы. Но все
необходимые заделы уже есть, и это позволяет взяться за работу. Правда,одному государству одолеть эту проблему, видимо, не под силу. Но
вполне возможно объединение специалистов разных стран, создание международногоцентра по разработке проблемы искусственного мяса
наподобие Европейского центра ядерных исследований. Важно не медлить.Эта "овчинка" стоит выделки. Кандидат биологических наук Л. ПОПОВ. ЛИТЕРАТУРА Альбертс Б., Брей Д., Льюинс Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярнаябиология клетки. - М.: Мир, 1987.
Культура животных клеток. - М.: Мир, 1989.
Попов Л. С., Эшкинд Л. Г. Трансгенные животные. - "самый интересный журнал Наука и жизнь "№ 1, 1987.
Попов Л. С. Аптечное вымя. - "самый интересный журнал Наука и жизнь " № 7, 1994.
Попов Л. С. Стадо для чеддера . - "самый интересный журнал Наука и жизнь " № 8, 1999.
Parmjit Jat. Transgenic rodents as a source of conditionally immortalisedcell lines. - Presented by Heury Stewart conference studies RusselYouse. 29
november 199 Cafe Royal, London W1.




Стадии формирования скелетных мышц: миобласты делятся в культуреклеток и растут (А), выстраиваются в ряды (Б), сливаются, образуя многоядерныемышечные клетки-волокна (В). Микрофотография (Г) сделана при большем увеличении:на ней указана длинной стрелкой поперечная исчерченность, свойственнаяскелетным мышцам, и видны скопления множества ядер в одной клетке (короткиестрелки).
20 мкмЯДРА

Клетки скелетных мышц (мышечные волокна) могут иметь в длину до полуметра.В такой большой клетке "собирается" много ядер, и это мешает клетке делиться.
Внешний вид современного биореактора объемом 200 литров, выпускаемогофирмой Applikon, Нидерланды (снимок слева). По заказу покупателя фирмаизготовляет биореакторы и большего размера. В середине - пульт управлениябиореактором. На правом снимке - стерилизатор с отдельным пультом.