Генетически модифицированные коровы могли бы сделать производство мяса более экологичным. Но стали бы люди его есть?

С учетом проблем со здоровьем и бюрократических проволочек пройдет немало времени, прежде чем покупатели увидят модифицированную говядину в магазинах.

Когда в августе 1999 года Ральф Фишер, скотовод из Техаса, увидел одного из первых в мире клонированных телят, ему было все равно, что говорят ученые: он знал, что это его старый брахманский бык по кличке Ченс, возродившийся заново. Примерно за год до этого ветеринары из Техасского университета A&M извлекли ДНК из одного из кротов Ченса и использовали образец для создания генетического двойника. Ченс не дожил до встречи со своим вторым «я», но когда теленок родился, Фишер окрестил его «Второй Шанс», будучи убежденным, что это то же самое животное.

Ученые предупредили Фишера, что клоны больше похожи на близнецов, чем на точные копии: они могут вести себя или даже выглядеть по-разному. Но для Фишера Второй Шанс был Шансом. Они не только выглядели идентично из определенного расстояния, но и вели себя одинаково. Они ели с одинаковыми странными манерами; лежали в одном и том же месте во дворе. Но в 2003 году Второй Шанс напал на Фишера и попытался пронзить его рогами. Примерно через 18 месяцев бык подбросил Фишера в воздух, как ненужную помеху, и врезался в забор. Несмотря на 80 швов и разорванную мошонку, Фишер сопротивлялся мысли, что Второй Шанс не похож на своего ручного тезку, заявив в радиопрограмме «This American Life»: «Я прощаю его, понимаете?»

За два десятилетия, прошедшие с момента запуска проекта Second Chance, ознаменовавшего собой важную веху в генной инженерии, крупный рогатый скот занял ведущее место в биотехнологических исследованиях. Сегодня ученые по всему миру используют передовые технологии, от подкожных биосенсоров до специализированных пищевых добавок , стремясь повысить безопасность и эффективность в мировой индустрии производства говядины, объем которой составляет 385 миллиардов долларов . Помимо увеличения прибыли, их усилия обусловлены надвигающимся климатическим кризисом, в котором крупный рогатый скот играет значительную роль, и растущей обеспокоенностью потребителей благополучием скота.

Генная инженерия выделяется как наиболее революционная из этих технологий. Хотя генетически модифицированный крупный рогатый скот еще не получил разрешения на употребление в пищу человеком, исследователи говорят, что такие инструменты, как CRISPR-Cas9, могут позволить им улучшить традиционные методы разведения и создать коров, которые будут более здоровыми, мясистыми и менее вредными для окружающей среды. Коровам также вводят гены из человеческой иммунной системы для выработки антител в борьбе с COVID-19. (Между тем, гены некрупного рогатого скота, такого как свиньи и козы, были модифицированы для выращивания пригодных для трансплантации человеческих органов и производства противораковых препаратов в их молоке .)

Однако некоторые эксперты опасаются, что биотехнологический скот может так и не выйти за пределы фермы. Во-первых, существует проблема имиджа: редактирование генов часто привлекает внимание СМИ своей ролью в спорных исследованиях и биотехнологических ошибках. CRISPR-Cas9 часто восхваляют за его потенциал изменить план жизни, но этот огромный потенциал может стать обузой в руках недобросовестных и нечистоплотных исследователей, что побуждает регулирующие органы ужесточать ограничения на использование этой технологии. И неясно, насколько охотно общественность будет покупать говядину от генетически отредактированных животных. Поэтому вопрос не только в том, сработает ли технология для создания сверхсильного скота, но и в том, поддержат ли ее потребители и регулирующие органы.

Крупный рогатый скот является катализатором изменения климата . По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), на животноводство приходится около 14,5% выбросов парниковых газов, связанных с деятельностью человека, причем на крупный рогатый скот приходится примерно две трети этих выбросов. Один из простых способов решения этой проблемы — сократить потребление мяса. Однако ожидается, что потребление мяса будет расти вместе с ростом мирового населения и среднего дохода. В отчете ФАО за 2012 год прогнозировалось, что производство мяса увеличится на 76% к 2050 году, поскольку потребление говядины будет расти на 1,2% ежегодно. А по прогнозам Министерства сельского хозяйства США, в 2021 году будет установлен рекорд по производству говядины.

По мнению Элисон Ван Эененнаам, генетика животных из Калифорнийского университета в Дэвисе, часть решения заключается в создании более эффективного крупного рогатого скота, который потребляет меньше ресурсов. По словам Ван Эененнаам, количество молочных коров в Соединенных Штатах сократилось с примерно 25 миллионов в 1940-х годах до примерно 9 миллионов в 2007 году, в то время как производство молока увеличилось почти на 60 процентов. Ван Эененнаам объясняет этот рост продуктивности традиционной селекцией.

«Не нужно быть гением или даже математиком, чтобы понять, что экологический след или выбросы парниковых газов, связанные со стаканом молока сегодня, составляют примерно треть от того, что было в 1940-х годах», — говорит она. «Все, что можно сделать для ускорения темпов традиционного разведения, уменьшит экологический след стакана молока или килограмма мяса».

Современные инструменты редактирования генов могут ускорить этот процесс. Делая точные разрезы в ДНК, генетики вставляют или удаляют встречающиеся в природе гены, связанные с определенными признаками. Некоторые эксперты утверждают, что редактирование генов может положить начало новой продовольственной революции.

Джон Оутли, специалист по репродуктивной биологии из Вашингтонского государственного университета, хочет использовать CRISPR-Cas9 для точной настройки генетического кода выносливых, устойчивых к болезням и жаре быков, выведенных для жизни на открытых пастбищах. По его словам, отключив ген NANOS2, он стремится «исключить способность быка производить собственную сперму», превратив реципиента в суррогатную мать для стволовых клеток, производящих сперму, от более продуктивных и ценных пород. Эти суррогатные быки, снабженные спермой от лучших быков, будут затем выпущены в пастбищные стада, которые часто генетически изолированы и труднодоступны, а гены премиум-класса будут переданы их потомству.

Кроме того, по словам Оутли, использование суррогатных быков позволит фермерам внедрять желаемые признаки, не собирая стадо в одном месте для искусственного осеменения. Он предполагает, что генетически модифицированные быки будут использоваться для осеменения стад в тропических регионах, таких как Бразилия, крупнейший в мире экспортер говядины и страна, где обитает около 200 миллионов из примерно 1,5 миллиарда голов крупного рогатого скота на Земле.

В бразильском животноводстве преобладает порода Нелоре, выносливая порода, которая уступает по качеству туши и мяса таким породам, как Ангус, но способна выдерживать высокую температуру и влажность. По словам Оутли, если поместить быка Ангуса на тропическое пастбище, «он, вероятно, продержится около месяца, прежде чем не выдержит воздействия окружающей среды», в то время как бык Нелоре, несущий сперму Ангуса, не будет испытывать проблем с климатом.

По словам Оутли, цель состоит в том, чтобы внедрить гены более крупных быков в эти менее эффективные стада, повысив их продуктивность и уменьшив общее воздействие на окружающую среду. «У нас сокращаются ресурсы, — говорит он, — и нам нужны новые, инновационные стратегии, чтобы эти ограниченные ресурсы сохранились надолго».

Оутли продемонстрировал свою методику на мышах, но сталкивается с трудностями при работе с сельскохозяйственными животными. Во-первых, отключение NANOS2 не гарантирует однозначного отсутствия у суррогатного быка собственной спермы. И хотя Оутли показал, что может пересаживать клетки, продуцирующие сперму, суррогатным животным, исследователи пока не опубликовали доказательств того, что суррогатные матери производят достаточно качественной спермы для естественного оплодотворения. «Сколько клеток потребуется, чтобы этот бык действительно стал фертильным?» — спрашивает Ина Добрински, биолог-репродуктолог из Университета Калгари, которая помогла внедрить трансплантацию половых клеток крупным животным.

Однако главная проблема, с которой сталкивается Оутли, может быть общей для всех участников индустрии генной инженерии крупного рогатого скота: преодоление нормативных ограничений и общественного недоверия. Суррогатные производители будут классифицированы Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов как генетически модифицированные животные, а это значит, что перед продажей их потомства для потребления человеком им потребуется пройти строгий процесс утверждения. Но Оутли утверждает, что если его метод окажется успешным, то сама сперма не будет генетически модифицирована, как и потомство. Единственными генетически модифицированными экземплярами будут суррогатные производители, которые выступают в роли сосудов, в которых перемещается элитная сперма.

Тем не менее, говорит Добрински, «это очень специфическое различие, и я не уверен, как это будет воспринято регулирующими органами и потребителями».

На самом деле, отношение американцев к редактированию генов в целом положительное, если модификация проводится в интересах благополучия животных. Многие молочные фермеры предпочитают коров без рогов — рога могут нанести вред животным весом до 700 кг, — поэтому они часто удаляют их путем выжигания в болезненной процедуре с использованием едких химикатов и раскаленных утюгов. В исследовании, опубликованном в прошлом году в журнале PLOS One , исследователи обнаружили, что «большинство американцев готовы потреблять продукты питания от коров, генетически модифицированных для того, чтобы быть безрогими».

Тем не менее, эксперты говорят, что ряд громких случаев неудачного редактирования генов в животноводстве и медицине в последние годы может привести к тому, что потребители начнут считать новые биотехнологии опасными и неудобными в использовании.

В 2014 году стартап из Миннесоты под названием Recombinetics, с которым сотрудничает лаборатория Ван Эненнаама, создал пару помесных быков голштинской породы, используя инструмент генного редактирования TALENs, предшественника CRISPR-Cas9. В ДНК быков были внесены изменения, направленные на предотвращение роста рогов. Голштинские коровы, почти всегда несущие гены рога, являются высокопродуктивными молочными животными, поэтому использование традиционных методов разведения для внедрения генов безрогости от менее продуктивных пород может снизить продуктивность голштинской породы. Генное редактирование предоставило возможность внедрить только те гены, которые были нужны Recombinetics. Они надеялись использовать этот эксперимент, чтобы доказать, что молоко от самок, полученных от этих быков, по питательной ценности эквивалентно молоку от необработанных животных. Такие результаты могут послужить основой для будущих усилий по созданию голштинских коров без рогов, но не менее продуктивных.

Эксперимент, казалось, удался. В 2015 году появились Бури и Спотиги. В течение следующих нескольких лет этот прорыв получил широкое освещение в СМИ, и когда безрогий потомок Бури украсил обложку журнала Wired в апреле 2019 года, он предстал, по всей видимости, как лицо будущего животноводческой отрасли.

Но в начале прошлого года биоинформатик из FDA провел анализ генома Бури и обнаружил неожиданный фрагмент генетического кода, который там не должен был находиться. Следы бактериальной ДНК, называемой плазмидой, которую компания Recombinetics использовала для редактирования генома быка, остались в процессе редактирования, неся гены, связанные с устойчивостью бактерий к антибиотикам. После публикации агентством результатов реакции СМИ последовала быстрая и резкая: «FDA обнаружило сюрприз в генно-модифицированном скоте: устойчивую к антибиотикам ДНК не крупного рогатого скота», — гласил один заголовок. «Частично коровья, частично… бактериальная?» — гласил другой.

Впоследствии компания Recombinetics заявила, что оставшаяся плазмидная ДНК, скорее всего, была безвредна, и подчеркнула, что подобные генетические ошибки не являются редкостью.

«Есть ли какой-либо риск, связанный с плазмидой? Я бы сказал, что никакого», — говорит Тад Сонстегард, президент и генеральный директор Acceligen, дочерней компании Recombinetics. «Мы постоянно употребляем плазмиды в пищу, и в нашем организме множество микроорганизмов, содержащих плазмиды». Оглядываясь назад, Сонстегард говорит, что единственной ошибкой его команды было то, что они изначально не провели надлежащую проверку на наличие плазмиды.

Хотя наличие генов плазмид, обеспечивающих устойчивость к антибиотикам, в говядине, вероятно, не представляет прямой угрозы для потребителей, по словам Дженнифер Кузмы, профессора политики в области науки и технологий и содиректора Центра генной инженерии и общества в Университете штата Северная Каролина, это повышает возможный риск внедрения генов устойчивости к антибиотикам в микрофлору пищеварительной системы человека. Хотя это маловероятно, микроорганизмы в кишечнике могут интегрировать эти гены в свою собственную ДНК и, как следствие, распространять устойчивость к антибиотикам, что затруднит борьбу с бактериальными заболеваниями.

«Я думаю, что из этого следует урок: наука никогда не бывает на 100 процентов уверена, и при оценке рисков важно проявлять некоторую скромность в отношении разрабатываемого технологического продукта, потому что никогда не знаешь, что обнаружишь в будущем», — говорит она. В случае с рекомбинетикой: «Я не думаю, что у исследователей был какой-либо злой умысел, но иногда чрезмерный оптимизм и энтузиазм по отношению к своей технологии приводят к тому, что при оценке рисков человек оказывается в неведении».

В итоге FDA уточнило результаты, настаивая на том, что исследование было направлено лишь на то, чтобы обнародовать информацию о наличии плазмиды, а не на то, чтобы утверждать, что бактериальная ДНК обязательно опасна. Тем не менее, ущерб уже был нанесен. В результате этой ошибки был сорван план компании Recombinetics по созданию экспериментального стада в Бразилии.

Негативная реакция на исследование FDA выявила фундаментальное разногласие между агентством и специалистами по биотехнологиям в животноводстве. Такие ученые, как Ван Эненнаам, получивший в 2017 году грант в размере 500 000 долларов от Министерства сельского хозяйства на изучение потомства Бури, не согласны со строгим регуляторным подходом FDA к генетически модифицированным животным. Типичные ГМО являются трансгенными , то есть содержат гены нескольких разных видов, но современные методы редактирования генов позволяют ученым оставаться в рамках традиционной селекции, добавляя и удаляя признаки, которые естественным образом присущи данному виду. Тем не менее, редактирование генов еще не лишено ошибок, и иногда запланированные изменения приводят к непреднамеренным изменениям, отмечает Хизер Ломбарди, директор отдела биоинженерии животных и клеточной терапии в Центре ветеринарной медицины FDA. По этой причине FDA сохраняет осторожность.

«Многое еще остается неизвестным с точки зрения непредвиденных последствий, связанных с использованием технологии редактирования генома», — говорит Ломбарди. «Мы просто пытаемся понять, какое потенциальное влияние, если таковое имеется, это окажет на безопасность».

Бхану Телугу, специалист по животноводству из Университета Мэриленда и президент и главный научный сотрудник сельскохозяйственного технологического стартапа RenOVAte Biosciences, опасается, что биотехнологические компании перенесут свои эксперименты в страны с более мягким регулированием. Возможно, более насущной проблемой является то, что, по его словам, жесткое регулирование, требующее длительных и дорогостоящих процессов утверждения, может побудить эти компании работать только над наиболее прибыльными характеристиками, а не над теми, которые могут принести наибольшую пользу животноводству и обществу, такими как благополучие животных и окружающая среда.

«Какая компания захочет потратить 20 миллионов долларов на потенциальное смягчение последствий теплового удара на данном этапе?» — спрашивает он.

В ветреный зимний день Ралука Матееску прислонилась к столбу забора на территории учебного центра по разведению крупного рогатого скота при Университете Флориды, в то время как телка породы брахман с любопытством обнюхивала воздух и высовывала язык в поисках невидимой пищи. С 2017 года Матееску, генетик животных из этого университета, входит в состав группы, изучающей устойчивость к жаре и влажности у таких пород, как брахман и брангус (помесь брахмана и ангуса). Ее цель — выявить генетические маркеры, которые способствуют климатической устойчивости породы, маркеры, которые могут привести к более точным методам селекции и редактирования генов.

По словам Матееску, на юге жара и влажность являются серьезной проблемой. «Это создает стресс для животных, потому что их отбирают для интенсивного производства — для получения молока или быстрого роста и образования большого количества мышечной и жировой ткани».

Подобно породе Нелоре в Южной Америке, брахманы хорошо приспособлены к тропическому и субтропическому климату, но их высокая устойчивость к жаре и влажности достигается за счет более низкого качества мяса по сравнению с другими породами. Матееску и ее команда изучили биопсию кожи и обнаружили, что относительно крупные потовые железы позволяют брахманам лучше регулировать внутреннюю температуру тела. При финансовой поддержке Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США исследователи теперь планируют выявить специфические генетические маркеры, коррелирующие с устойчивостью к тропическим условиям.

«Если мы будем отбирать животных, которые производят больше молока, не имея возможности его охладить, у нас возникнут проблемы», — говорит она.

Помимо редактирования генов, в биотехнологии существуют и другие направления, которые могут помочь уменьшить воздействие животноводства на окружающую среду. Хотя они находятся еще на ранней стадии развития, выращенное в лаборатории мясо в будущем может подорвать позиции современных производителей говядины, предложив потребителям доступную альтернативу традиционно выращенной продукции, без проблем, связанных с благополучием животных и состоянием окружающей среды, которые возникают при употреблении говядины, полученной из туши животного.

Другие биотехнологические методы призваны улучшить мясную промышленность, не вытесняя её. В Швейцарии учёные из стартапа Mootral экспериментируют с пищевой добавкой на основе чеснока, предназначенной для изменения состава пищеварительной системы крупного рогатого скота с целью снижения количества выделяемого им метана. Исследования показали, что этот продукт снижает выбросы метана примерно на 20 процентов у мясного скота, сообщает The New York Times .

Чтобы соблюсти Парижское климатическое соглашение, владелец Mootral, Томас Хафнер, считает, что спрос будет расти по мере того, как правительства будут требовать от животноводов сокращения выбросов метана. «Мы исходим из предположения, что в будущем каждая корова будет обязана получать препараты, снижающие выбросы метана», — сказал он в интервью The New York Times.

Тем временем новозеландский научно-исследовательский институт сельскохозяйственных наук AgResearch надеется устранить источник образования метана, уничтожив метаногены — микроорганизмы, которые, как считается, ответственны за производство этого парникового газа у жвачных животных. По данным BBC, команда AgResearch пытается разработать вакцину для изменения микробного состава кишечника крупного рогатого скота.

По словам Матееску, геномное тестирование также может позволить производителям крупного рогатого скота увидеть, какие гены несут телята еще до их рождения, что даст возможность принимать более взвешенные решения в области селекции и отбирать животных с наиболее желательными характеристиками, будь то устойчивость к жаре, устойчивость к болезням или масса туши.

Несмотря на все эти усилия, остаются вопросы о том, сможет ли биотехнология когда-либо существенно сократить выбросы отрасли или обеспечить гуманное обращение с животными, содержащимися в неволе на ресурсоемких предприятиях. Многие критики отрасли, включая защитников окружающей среды и прав животных, считают, что сама природа практики разведения скота для потребления человеком подрывает благородную цель устойчивого производства продуктов питания. Вместо того чтобы реформировать отрасль, эти критики предлагают альтернативы, такие как безмясные диеты, чтобы удовлетворить нашу потребность в белке. Действительно, данные показывают, что многие молодые потребители уже включают растительное мясо в свой рацион.

В конечном итоге, по мнению Телугу из Университета Мэриленда, получившего грант от Фонда Билла и Мелинды Гейтс на повышение продуктивности и адаптивности африканского скота, изменение климата может оказаться наиболее насущной проблемой для животноводческой отрасли. «Мы не сможем решить эту проблему с помощью одних только селекционных работ», — говорит он.

Dyllan Furness/Undark “Gene-edited cows could make meat more sustainable. But would people eat it?”

Перевод статьи «Gene-edited cows could make meat more sustainable. But would people eat it?» автора Dyllan Furness/Undark, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык