На страницах этой книги мы не раз и не два сталкивались с тем, как ученые получают нужные им полезные вещества с участием микроорганизмов. Но не все знают, насколько тесным стало это сотрудничество в последние 30 лет. Между тем, чтобы вспомнить все продукты прецизионной ферментации, а именно так называется этот подход, не хватит и часа. Впрочем, нам будет достаточно простой оценки масштабов явления.

Термин «прецизионная ферментация» в последнее время приобрел в научной среде большую популярность. Это словосочетание звучит почти на каждой конференции биологов. Разберемся, что конкретно оно означает.

Первое слово, «ферментация», довольно понятно. Чтобы получить вещество, производимое микробом, этот микроб нужно культивировать – провести ферментацию в специальном биореакторе. Другой вопрос: в чем заключается прецизионность, точность этой ферментации? Ответ – в настройке этих самых микроорганизмов, то есть в подборе и при необходимости генетической модификации микробных штаммов, чтобы заставить их производить даже несвойственные им молекулы в нужном для человека объеме. Параметры выращивания микробов тоже нужно выверять, чтобы ферментация шла не абы как, а по строго запланированному сценарию.

Для того чтобы из обычных дрожжей или плесневых грибков сделать высокоэффективную фабрику, приходится проводить немалую работу. Как минимум – найти в существующих коллекциях природный микроорганизм с нужными характеристиками; как максимум – создать собственный, то есть рассчитать и смоделировать эксперимент на компьютере, выделить и клонировать нужные гены, а после встроить их в клетки выбранных организмов так, чтобы эти гены работали и продукт можно было легко извлекать из получаемой микробной биомассы. Для всего этого используются геномные подходы, включая и CRISPR/Cas (куда же без него).

Однако даже когда заветный штамм оказывается в руках биолога, задачу рано считать выполненной. Сначала нужно, чтобы микроб прошел официальную регистрацию – доказал свою безопасность и был включен в реестр организмов, допустимых для использования в пищевой промышленности. В каждой стране этот процесс отличается своеобразием. В России в настоящее время он регулируется Постановлением Правительства РФ № 35, принятым в январе 2023 г. За допуск генетически измененных микроорганизмов в массы у нас ответственны сразу три ведомства: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор), Федеральная служба по ветеринарному и фитосанитарному надзору (Россельхознадзор) и Министерство здравоохранения Российской Федерации. Штаммы, прошедшие контроль, – это те ГМО, которые готовят для нас еду или, по крайней мере, небольшой ее процент. При этом сами микробы, если это не запланировано специально, в еду не попадают: из них на заводах выделяют продукты метаболизма – нужные белки или другие молекулы (эти молекулы уже не считаются ГМО). Все природные, не измененные человеком штаммы также регистрируются, и генетически подправленные варианты обычно создаются уже на их основе.

Многие промышленные микроорганизмы – коммерческая тайна. Их берегут как зеницу ока – кто же будет показывать всем и каждому курицу, несущую золотые яйца? Нюансы процесса ферментации тоже часто скрывают. Среди наиболее ресурсозатратных стадий ферментационного процесса – выделение и очистка целевых продуктов[233]. Поэтому каждая компания старается оптимизировать свою технологию так, чтобы себестоимость ее продукции была ниже, чем у конкурентов.

Какие же именно ингредиенты получают с помощью микроорганизмов? Вы удивитесь, узнав, насколько их много (табл. 3).

Таблица 3. Пищевые ингредиенты, получаемые с помощью прецизионной ферментации

Да, многие вещества из этого списка можно получать и другими способами. Микробный синтез сегодня активно соперничает с химическим и не всегда выигрывает. Подключение микроорганизмов, как правило, обходится дороже, зато не сопряжено с использованием едких веществ и высоких температур.

А вот если сравнивать в этом плане прецизионную ферментацию и выделение пищевых ингредиентов из природных источников, например растений, то здесь биотех явно выигрывает. Когда швейцарская компания Evolva начала синтезировать ванилин в генетически измененных дрожжах, это стало настоящей сенсацией. Такой ванилин в разы дешевле натурального, а по качеству абсолютно такой же. Ароматизаторы, которые раньше нужно было извлекать из цитрусовых (валенсен, нооткатон), теперь тоже стало возможно нарабатывать в микроскопических грибах. Ученые с помощью генетических ножниц научили дрожжи синтезировать и лактоферрин, и омега–3 – жирные кислоты, и красители. Прецизионной ферментацией давно получают витамины и органические кислоты. Если вы думали, что порошок лимонной кислоты производят из лимонов, – вы ошибались. Его синтезируют для нас микроскопические помощники Aspergillus niger.

В будущем размах микробной ферментации будет только расти. Сегодня внимание китов пищевого бизнеса приковано к получению этим способом перспективных заменителей сахара – сладких белков и спиртов. Молочные белки тоже очень заманчиво синтезировать в дрожжах. На их основе можно будет изготавливать гораздо более дешевые альтернативы молочных продуктов, включая детские молочные смеси.