Биотехнологии, столь активно внедряемые в процесс выращивания растений, не могли не затронуть и животноводство, которое обеспечивает людям основной источник белка – важного нутриента, необходимого нам для жизни. К модернизации процессов получения мяса подталкивают сразу несколько факторов. Это и необходимость оптимизировать производство так, чтобы оно меньше влияло на климат и не загрязняло природу, и стремление перейти от убийства животных к бережному, гуманному отношению к ним, и поиск здоровых мясных альтернатив в условиях нехватки пищевого белка. Проблема скрытого голода – это не шутка. Несмотря на то что объемы выпускаемой на рынок мясной продукции все время увеличиваются, во многих регионах ежедневный рацион обеднен белками, что сказывается на здоровье и детей, и взрослых. Пока это касается в основном стран с высокой плотностью населения, но и в Европе многим людям недостает белковой пищи из-за высоких цен на мясо и сложившихся привычек в питании. Так что придерживаетесь ли вы вегетарианства, веганства или предпочитаете традиционное мясо – в ближайшие годы ваши котлеты и стейки, скорее всего, изменятся.

Пока же человечество в целом потребляет очень много мяса. В 2022 г. Китай произвел более 90 млн т мясной продукции, США – свыше 50 млн, а Россия – чуть больше 12 млн[78]. И все равно мяса не хватает. Людям нужно еще больше свинины, говядины и курятины. Поэтому животноводческие предприятия стараются изо всех сил повышать эффективность, и почти ни один их шаг не обходится без биотеха. В крупных агрохолдингах животные содержатся в контролируемых условиях, где системы автоматизированного мониторинга следят за их состоянием, например выявляют больных особей в стаде. Ученые постоянно придумывают новые и улучшают старые способы диагностики зоонозных инфекций, чтобы исключить падеж скота, а для профилактики распространенных заболеваний создают вакцины. Вся жизнь коровы или свиньи там расписана. Человек управляет ею начиная с рождения и заканчивая отправкой животного на убой, который с каждым годом становится все более роботизированным.

Искусственное оплодотворение, пожалуй, выступает квинтэссенцией этих подчиненных взаимоотношений. Всем известно, что для осеменения самок на фермах используют не случайных, а специально отобранных самцов. Более того, многие страны, включая Россию, не разводят таких осеменителей, а лишь импортируют их продукт – сперму. То есть единичные быки из США или Европы осеменяют тысячи коров по всему миру. С одной стороны, этот подход дает отличный результат: распространение биоматериала американской голштинской породы внесло огромный вклад в глобальное улучшение молочного скота. С другой – минусы повсеместной голштинизации тоже не новость. Бездумное использование одного и того же биоматериала лишает нас разнообразия пород, снижает их устойчивость к заболеваниям и приспособленность к региональным климатическим условиям, а еще приводит к чрезмерной степени родства между животными[79]. Вывод напрашивается сам собой: интенсификация не является ответом на все вопросы. Иногда, чтобы обеспечить себе стабильное будущее, нужно отказаться от сиюминутной выгоды и сделать шаг назад. Например, в сторону чистопородной селекции.

Обращение людей с рыбой тоже изменилось. Раньше ее просто вылавливали, теперь разводят так же, как кур[80]. Когда моря перестали удовлетворять нашим запросам, на смену рыболовству пришли рыбные, креветочные и устричные фермы. Морских животных стали выращивать в замкнутых водных системах или на огороженных территориях, обеспечивая им условия для быстрого роста и размножения. Сегодня около половины всей морской продукции, которую мы едим, выращено, а не выловлено[81]. Россия тут не в лидерах, богатство отечественных природных ресурсов не способствует росту этого направления. Но и в нашей стране ежегодно выращивают около 400 000 т рыбы и морепродуктов: карпа, толстолобика, радужной форели, осетра, тилапии, мидий и гребешка[82].

Бизнес аквакультуры очень выгоден, а потому быстро развивается. Имеет он и недостатки. Например, загрязнение прибрежных вод. Из-за скученности рыба на фермах чаще болеет, и ее приходится лечить, внося в воду антибиотики, а также пестициды – для уничтожения паразитов, например лососевой вши. Борьба с этой самой лососевой вошью вообще одна из главных проблем всей отрасли. Крошечные ракообразные Lepeophtheirus salmonis и Caligus elongatus атакуют рыбу, объедая у нее кожу в самых уязвимых местах, обычно в районе головы. Большие хозяйства, где стада насчитывают по 150 000–200 000 особей, иногда теряют из-за вшей до трети своего «урожая». Работники находят рыбу уже погибшей на дне садков. Но в 2014 г. в Норвегии появилось элегантное решение: стрельба по паразитам лазерами. Это не шутка. Изобретатель Эсбен Бек, основавший в Осло компанию Stingray Marine Solutions, придумал и сделал подводного робота, оснащенного видеокамерами, диодными лазерами и системой движения. Теперь футуристичные помощники (их назвали Stingray) осматривают проплывающих мимо обитателей садков и прицельно стреляют по вшам смертоносными лучами, не нанося при этом рыбе никакого вреда. За сутки каждый робот может уничтожить несколько десятков тысяч вшей. А фермеры наконец вздохнули спокойно. Наблюдая по вечерам красивые зеленоватые вспышки из-под воды на территории собственных угодий, они могут быть уверены, что их лосось в безопасности.

Еще одной горячей темой для обсуждения устойчивости аквакультуры служит то обстоятельство, что из садков, погруженных в воду у берега, рыба иногда сбегает, отбирая тем самым площади у диких видов и вытесняя их (рис. 14).

Рис. 14. Лососевая ферма в Норвегии

В 1912 г. натуралист Ипполит Леопольдович Заливский привез с Дальнего Востока к себе домой, в окрестности Санкт-Петербурга, новых аквариумных рыбок. Среди них был и ротан, тогда его называли амурским бычком (рис. 15). Чуть позже эта невзрачная рыбка перекочевала из аквариума в приусадебный пруд семьи Заливского, а после распространилась по множеству водоемов, захватив не одну страну. Таким образом осуществилась одна из крупнейших в истории инвазий – вторжений в сложившиеся экосистемы несвойственных для них видов. Вышло так, что из-за одного необдуманного решения, на первый взгляд безобидного, водная экосистема европейской части России изменилась навсегда. Хищная рыба прекрасно чувствует себя в крупных реках, и выловить ее оттуда уже не представляется возможным. Ротана находят в Оби, Волге, Днепре, Дунае. Там он ест икру и мальков других рыб, из-за чего страдает речное биоразнообразие. И случай этот не единственный. Декоративная крылатка из Тихого океана в 1980-х гг. примерно таким же образом попала в Атлантику. Будучи ядовитой и не имея в новом для себя месте обитания природных врагов, она быстро размножилась (каждая из крылаток производит около 2 млн икринок в год) и начала охотиться за мальками рифовых рыб, что сильно отразилось на численности последних. Целые поколения морских окуней просто не выросли, так как были съедены. Сегодня во Флориде среди дайверов проводятся соревнования по охоте на крылаток, их можно убивать в любом количестве, но рыбы продолжают представлять экологическую угрозу. И это притом что все атлантические крылатки являются потомками буквально нескольких особей, когда-то выброшенных в океан любителями экзотических рыб[83]. Чего же тогда ожидать от целых плантаций рыбы, которую выращивают, сооружая на мелководье множество бассейнов, отделенных от диких вод всего лишь сеткой?

Рис. 15. Ротан

С этой точки зрения наиболее безопасными рыбоводческими предприятиями считаются изолированные заводы, где вода используется многократно, а выход одомашненной рыбы в водоемы исключен. Есть еще «пастбищная» аквакультура, когда местом выращивания рыб природные объекты, озера или реки становятся специально, а роль человека сводится к выпуску в воду подготовленного молодняка. В этом случае, если все рассчитать правильно и подобрать нужные породы рыб, есть шанс не нарушить природный баланс, а скорректировать его в лучшую сторону.

Наконец, одной из забот рыбных фермеров остается вопрос: чем кормить стадо? Компании по выращиванию рыбы любят щегольнуть тем, что их работа помогает уменьшить вылов. Однако они лукавят. Того же лосося, да и других водных хищников, кормят рыбной мукой – то есть той же самой рыбой. Для этого мелкую рыбешку приходится ловить траулерами. Одну рыбу мы выращиваем, другую все так же ловим.

В классическом животноводстве корма – почти такой же камень преткновения. Так как земельные ресурсы в современном мире крайне ограниченны, люди все чаще вынуждены выбирать: либо хлеб, либо люцерна для коров. В отношении качества кормовых смесей тоже часто возникают вопросы. В крупных агрохолдингах свободный выпас – редкость, и скот кормят комбинированными рационами. Помимо силоса и сена это концентраты из зерновых культур, белковых компонентов, витаминов и других добавок, включая в том числе и антибиотики, наличие которых в продуктах – явный минус, а не плюс.

Антимикробные препараты для увеличения прироста массы заодно с профилактикой инфекций в животноводстве сегодня используют почти везде: их свойство ускорять рост сельскохозяйственных животных американские ученые открыли в 1950-х гг., когда экспериментировали с добавкой в рацион витамина В₁₂, который, совершенно случайно, содержал примесь хлортетрациклина. С тех пор люди узнали об антибиотиках много нового, в частности то, что свиньи и куры быстрее растут на кормах с антибиотиком за счет угнетения кишечной микрофлоры, которая обычно «отбирает» из пищи животного часть питательных веществ[84], а еще – что злоупотребление антибиотиками может провоцировать появление опасных супербактерий, устойчивых к лекарствам (рис. 16). По этой причине и к тому же из-за опасений, что антибиотики могут попадать в еду (хотя их заблаговременно перестают вносить в рацион животных за некоторое время до забоя, а остатки антибактериальных веществ в мясе разрушаются при нагреве), в некоторых странах расход антибиотиков на фермах стали ограничивать[85]. В качестве пищевых ингредиентов, увеличивающих конверсию корма, ответственные хозяйства теперь все чаще используют ферменты, помогающие разрушать сложные углеводы, а также пре– и пробиотики (пробиотики широко применяют и в питании людей, мы вернемся к этому чуть позже, в главе про молоко).

Рис. 16. Откуда у бактерий берется устойчивость к антибиотикам и почему это опасно

Большое значение в животноводстве придается и селекции – получению новых пород. Сельскохозяйственные животные очень отличаются от своих диких предков, почти так же, как такса или пудель отличаются от волка. Все потому, что люди, одомашнив несколько наиболее подходящих для этого видов, веками отбирали тех их представителей, которые им больше нравились: давали больше молока, были толще, несли больше яиц. Так, лесной кабан, против которого не каждый охотник осмелится выйти с ружьем, превратился в огромную свиноматку, такую крупную, что она почти не может ходить, зато, если ее зарезать, можно получить 300 кг мяса.

Самые передовые технологии очень быстро внедряются в работу селекционеров-животноводов. Сегодня разведение домашнего скота выглядит совсем не так, как еще 50 лет назад. Если раньше фермерам, чтобы получить новую породу, нужно было годами оценивать животных, из множества показателей высчитывать индекс их перспективности и выбирать наиболее привлекательное, по мнению селекционеров, потомство, то теперь все изменилось. На современных животноводческих предприятиях внешние признаки и характеристики подопытных перестали быть единственным ориентиром, на их место пришел геномный подход.

Суть геномной селекции, или геномного отбора, в животноводстве – поиск нуклеотидных последовательностей, наличие которых предполагает те или иные полезные признаки: мягкое мраморное мясо, короткую или, наоборот, длинную шерсть, сопротивляемость болезням, отсутствие рогов и т. д. Ученые сперва выявляют, какие участки генома за что отвечают, а потом анализируют ДНК животных, ищут у них эти участки (ДНК-маркеры) и проводят отбор уже по ним, что сильно ускоряет дело. Выявить их, однако, бывает не так просто. Некоторые характеристики у животных контролируются не одним, а сразу многими генами, то есть за один признак – увеличенный удой или более жирное молоко – могут отвечать сразу несколько ДНК-маркеров. Здесь на помощь биологам приходит новое оборудование. Оно позволяет типировать геном животных по десяткам тысяч маркеров и делает это очень быстро[86].

Самое важное в геномной селекции – иметь большую базу генетических данных референтной популяции животных. Она нужна для оценки показателей молодых особей и предсказания их племенной ценности. Чем больше база – тем точнее результат. При этом референтная популяция должна быть генетически схожа с исследуемыми животными, иначе анализ будет нерелевантным: нельзя сравнивать двух коров с совершенно разными генотипами и выбирать, какая из них лучше. Поэтому в каждой стране селекционеры формируют собственные банки генетической информации, на которые могли бы опираться при выведении локальных пород. В России такие базы пока не очень обширны (около 50 000 генотипов), но они есть и будут расти. Значит, и качество предсказаний отечественных систем геномной селекции станет улучшаться. Конечно, при условии развития навыков конструирования селекционных индексов, то есть критериев, характеризующих животных в каждой конкретной популяции.

Между тем передний край науки уже не сконцентрирован на одной ДНК. Биологам ее уже недостаточно: они оценивают, какие мРНК образуются в клетках животных (то есть какие гены считываются и насколько интенсивно это происходит), какие затем синтезируются белки и накапливаются метаболиты[87]. Вероятно, в скором будущем в самых технологичных хозяйствах корова или свинья, чтобы продолжить свой род и стать эталоном породы, должна будет не просто иметь в ДНК какую-то определенную последовательность нуклеотидов, а соответствовать установленному в лаборатории молекулярному профилю. Этакий мультипаспорт для вашего стейка.

А что же с редактированием генов? В животноводстве оно используется пока крайне редко, скорее как исключение из правил. Все потому, что у общества слишком много вопросов к генетически измененным животным, касающихся и их безопасности, и этической подоплеки процесса.

В 2020 г. много разговоров вызвало выданное FDA одобрение на употребление в пищу генетически измененной свиньи. Свинья эта, однако, изначально создавалась вообще не для того, чтобы ее ели. Дело было так.

У американской компании Revivicor (сейчас принадлежит United Therapeutics), преемницы команды, которая в 1997 г. клонировала овечку Долли, после удачных экспериментов со свиньями возникла идея разработать свинью, которая могла бы использоваться для ксенотрансплантации – пересадки органов от животного к человеку. Решение смелое, но важное: сейчас из-за недостатка пересадочных материалов люди иногда вынуждены годами стоять в очереди на операцию. Геном такой свиньи, разумеется, нужно было редактировать: у людей из-за иммунного ответа плохо приживаются органы даже от обычных доноров, а тут органы, взятые у другого вида. Чтобы свиные почки или сердце приживались и работали, в ДНК свиньи требовалось внести ряд изменений: заставить замолчать несколько свиных генов, на которые ответ иммунитета особенно силен, а еще – добавить гены человека, отвечающие за торможение иммунных реакций. Так была получена «десятигенная свинья». Всего у животного было отключено четыре свиных гена и привнесено шесть человеческих.

Имея в своих клетках гены человека, свинья у Revivicor вышла в какой-то степени гуманизированная – очеловеченная. Подобное животное даже как-то странно предлагать зарезать на обед. И тем не менее такое разрешение от FDA было очень нужно компании. Если управление одобрит свинью как безопасную для использования в питании, шансы на проведение экспериментальных трансплантаций с живыми пациентами, нуждающимися в пересадке, сильно возрастут. До этого в Revivicor вынуждены были ходить кругами. Свинья у них имелась, они даже пересаживали ее сердце павиану, но одобрения для работы с живыми людьми у компании не было.

Ситуация переломилась случайно, когда сотрудники Revivicor наткнулись на сообщения в СМИ о случаях так называемой аллергии на мясо. А распространились они после того, как женщина по имени Эми Перл рассказала в студии подкаста Radiolab, что у нее, ярой поклонницы стейков, неожиданно развилась аллергическая реакция на мясные продукты. Через некоторое время после приема пищи у женщины появлялись одышка и сыпь, она могла потерять сознание и в конце концов однажды попала в больницу. Там Эми узнала, что в ее крови обнаружены антитела к галактоза-альфа–1,3-галактозе (α-Gal) – молекуле, которая присутствует на поверхности клеток почти всех млекопитающих, кроме обезьян и человека[88]. Врачи объяснили ей, что обычно α-Gal расщепляется в процессе переваривания и не вызывает никаких проблем, а виновник ее аллергии – укусивший ее клещ «одинокая звезда» (The Lone Star Tick, вид Amblyomma americanum), в слюне которого есть этот антиген[89]. Попадая из слюны членистоногого прямо в кровь, α-Gal вызывает немедленную реакцию иммунитета. Организм запоминает молекулу как врага и потом находит ее даже в желудке. Так крошечные клещи заражают людей вегетарианством. Укушенные просто не могут больше есть мясо и переходят на растительную диету. Раньше случаи укусов были редки, и об этом феномене практически никто не знал. Но с потеплением климата клещи начали лучше переносить зиму, аллергия на стейки стала встречаться чаще, и о ней заговорили.

По счастливому для Revivicor совпадению в их ГМ-свинках ген α-Gal был отключен[90], а значит, десятигенную свинью можно есть всем – она не будет вызывать аллергических реакций. Одобрение на свиней GalSafe было получено в 2020 г.[91], и компания смогла сделать еще один большой шаг вперед. В январе 2022 г. провели операцию по пересадке свиных почек байкеру, мозг которого погиб в результате дорожной аварии (этот опыт вошел в историю как модель Джима Парсонса – по имени пациента)[92], чуть позже в Мэриленде живому человеку пересадили от свиньи GalSafe сердце, а в 2023 г. – тимус (вилочковая железа, в которой созревают иммунные Т-клетки). В пищу мясо ГМ-свиней от Revivicor все еще не употребляют, хотя бы потому, что их очень мало: компания держит животных только для экспериментов. Но если ее технология ксенотрансплантации выстрелит, десятигенных свиней начнут разводить тысячами, а после изъятия органов их мясо нужно будет куда-то девать. Так почему бы не реализовывать его через магазины?[93]

Вообще, свиньи не единственные и не первые ГМ-животные, одобренные FDA. В 2015 г. в США разрешили продавать генетически измененного лосося AquAdvantage компании AquaBounty Technologies. Эта рыба доступна также в Канаде. Разработали ее, чтобы выращивать в неволе. Подправленная ДНК (в ней заменен ген, регулирующий синтез гормона роста) позволяет рыбе расти быстрее собратьев, причем не только летом и весной, что типично для лососевых, а круглый год[94]. Чтобы вырастить AquAdvantage до рыночного размера, фермерам требуется на 25% меньше корма, а ускоренный рост рыбы делает цикл производства в два раза короче.

Когда ГМ-лосось появился на полках супермаркетов, его, конечно, критиковали. В качестве основных доводов сторонники запрета биоинженерной рыбы использовали ее потенциальную опасность для здоровья и возможную инвазию синтетического вида в окружающую среду. Противники ГМО в дебатах упирали на то, что любой ГМ-продукт может содержать несвойственные ему белки и аллергены; однако это не так. Каждый пример ГМ-организма нужно рассматривать индивидуально, в зависимости от изменений, которым он подвергался. Лосось был проверен и признан безопасным точно так же, как в свое время соя. А чтобы свести к минимуму риск побега рыбы в океан и ее скрещивания с дикими сородичами, компания-производитель обязалась разводить исключительно стерильных самок, а бассейны для рыбы строить на суше, в отдалении от берега.

Что касается млекопитающих – не прошло и двух лет с одобрения GalSafe-свиней, как компания Recombinetics зарегистрировала новых, устойчивых к жаре модифицированных коров с короткой шерстью[95]. Процесс одобрения для них уже был упрощен. Вероятно, со временем количество ГМ-животных, выращиваемых для употребления в пищу, будет становиться все больше, как и стран, где их станут продавать. Как только первая ГМ-свинья превратится в бекон, биотех-стартапы выстроятся в очередь, чтобы удивить рынок своим высокотехнологичным зверинцем.

И все же пока отредактированные коровы и свиньи – это капля в море. Вероятность съесть ГМ-котлету в России, да и в Европе, сегодня близка к нулю. Даже те доступные нам породы, которые выглядят как типичные синтетические мутанты из комиксов, выводятся вполне традиционными методами, то есть классическим отбором лучших особей. Так, у голубых бельгийских коров, отличающихся очень (очень!) крупной мускулатурой, мутация гена миостатина произошла без вмешательства человека, то есть спонтанно (рис. 17).

Рис. 17. Корова породы бельгийская голубая

У буренок этой породы белок, останавливающий рост мышечной ткани, плохо функционирует, из-за чего мускулатура получается гипертрофированно развитой, а жировых отложений почти нет. Выглядит весьма угрожающе, зато натурально.

При этом есть мнение, что через 50 или 100 лет вообще не будет никаких коров – ни классических, ни редактированных. В последнее время в индустрии питания все заметнее укрепляется мысль, что для животноводческих предприятий в их сегодняшнем понимании в будущем не останется места. Вопрос только в том, какие альтернативные продукты предложит нам наука взамен свиных ребрышек и говяжьей вырезки.