Для этих целей они предлагают применять бактерии, которые образуют органику из неорганических веществ путем электросинтеза, то есть используя электроэнергию. Внедрение таких технологий, по мнению специалистов, позволит в разы повысить эффективность пищевых производств. Эксперты отметили, что предложенный проект — неизбежная перспектива для человечества. Однако при внедрении микробиологических методов требуются масштабные исследования, чтобы подтвердить их безопасность.
Глобальная проблема
Исследователи из Института общей генетики им. Н. И. Вавилова совместно с коллегами из ряда других ведущих российских научно-исследовательских организаций разработали проект, который предполагает возможность кратного увеличения производства кормов для животных и еды для людей. Эти продукты специалисты намерены получить из неорганических веществ, которые содержатся в окружающей среде (земле, воде и воздухе), путем электросинтеза с помощью специальных микроорганизмов.
Как предполагают ученые, проект можно осуществить совместно со странами БРИКС. В частности, доклад, посвященный инициативе, был представлен на встрече глав академий наук этих государств, которая состоялась 30 мая в Москве на площадке Российской академии наук и научно-исследовательского центра «Курчатовский институт». Как считают авторы идеи, реализация предложений поможет человечеству избежать кризиса, связанного с недостаточным количеством свободных территорий и акваторий, необходимых для производства еды.
— Нехватка биоресурсов — одна из главных проблем человечества, а голод — это вторая после болезней причина смертности людей на Земле. При этом почти половина доступных посевных площадей уже используется. В прошлом их исчерпание неоднократно приводило к социальным катаклизмам и резкой убыли населения, — рассказал «Известиям» один из авторов проекта научный руководитель ИОГен РАН Николай Янковский.
Он объяснил, что примеры такого развития событий можно проследить в истории отдельных стран. Например, в Китае за последние 2 тыс. лет падение численности населения по причине нехватки пищевых ресурсов происходило несколько раз. И в каждом случае этот процесс сопровождался резкой убылью населения — иногда в два-три раза за 50 лет.
Микробиологические технологии
По мнению ученого, избежать такого сценария можно, добавив к сельскохозяйственным способам получения еды микробиологическое производство. Для этих целей стоит применять уже известные бактерии, которые образуют органику (то есть предшественников будущей «еды») из неорганических молекул. При этом в качестве «пищи» они используют вещества, которые можно добывать практически из воздуха. Это вода, азот, кислород, углекислый газ и другие соединения.
Кроме того, отметил Николай Янковский, специалисты могут задавать различные направления микробиологических процессов, производя селективный отбор нужных бактерий или конструируя их методами генной инженерии. При этом важно, что источником энергии для работы микроорганизмов могут быть не фотоны (как при фотосинтезе, который происходит в растениях), а, например, электроны с металлической пластины (катода), подключенной к сети электропитания.
Такой процесс называют электросинтез. Для него не обязательны ни свет, ни поверхность земли, ни почва. Нужна только вода с раствором солей и специальные контейнеры, внутри которых поддерживаются параметры, необходимые для успешного развития микроорганизмов. Коэффициент полезного действия таких реакторов может существенно превосходить традиционные способы получения кормов и предшественников «еды».
— К примеру, если урожай пшеницы в среднем превышает количество посаженных семян в 100 раз, то биомасса бактерий при благоприятных условиях за год может возрасти в миллиарды раз, — сообщил академик.
Он подчеркнул, что предложенные технологии имеют значимый мультипликативный эффект. В частности, широкое применение микроорганизмов, которые «питаются» углекислым газом, поможет снизить парниковый эффект, что благоприятно скажется на экологии планеты и позволит смягчить катастрофические сценарии, связанные с глобальным потеплением.
Вместе с тем благодаря бактериям можно нарабатывать продукты (например, ацетат с последующим преобразованием его в сахара), в которых, как в огромном природном аккумуляторе, человечество сможет на черный день накапливать энергию, преобразуя излишки в запасные вещества. Такую еду можно в течение долгого времени хранить в условиях вечной мерзлоты и использовать по мере необходимости.
Постепенное внедрение
Николай Янковский считает, что внедрять микробиологические технологии можно постепенно, используя локальный избыток произведенной электроэнергии. Например, если основное потребление энергии в мире приходится на дневное время, то ночью ее лишние мощности можно направлять на «питание» бактерий в реакторах. Таким образом, производство пищевых продуктов будет стремиться к нулевой себестоимости.
Вместе с тем, по мнению ученого, на первых этапах целесообразно использовать микробиологические технологии для производства кормов для животных. Например, всеядных лососей или свиней, разведение которых практикуется в фермерских хозяйствах. Это, во-первых, позволит сохранить привычные виды продуктов и, во-вторых, обогатит еду необходимыми веществами (витаминами, аминокислотами и другими), которые невозможно получить с помощью микробов.
В целом широкое внедрение микробиологических технологий позволит сделать продукты питания более доступными, полагает специалист. Именно поэтому проект был предложен на рассмотрение главам академий наук стран БРИКС — объединения государств, одна из главных целей которого — построение справедливого и устойчивого мирового порядка.
— И наука, и практика показывают, что без природоподобных микробиологических технологий невозможно дальнейшее развитие сельского и лесного хозяйства, пищевой и перерабатывающей промышленности, медицины. Они применяются даже в информационных технологиях, нефте- и газодобыче, строительстве. Очевидно, что «мудрая природа» не зря создала огромный, самый многочисленный мир микробов. Так, в 1 г почвы содержится генетической информации микроорганизмов больше, чем во всей человеческой популяции. Биомасса микроорганизмов в 1 га почвы составляет около 10 т. И только в результате их деятельности почва из безжизненного грунта становится плодородной почвой, прокомментировал академик РАН, декан биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета Игорь Тихонович.
При этом он отметил: в настоящее время специалисты способны определить и культивировать только 10−15% всех природных микроорганизмов, а функции и назначение остальных 85−90% нам пока неизвестны. Так что впереди нас ждут волнующие открытия.
Пищевая продукция, полученная с помощью бактерий, будет наполнена веществами неестественного происхождения, которые будут сложны для восприятия человеческим организмом, и без того перегруженным ксенобиотиками — чужеродными соединениями, которые оказывают на него отрицательное воздействие, считает врач-диетолог Маргарита Королева.
По ее словам, в результате конфликта иммунной системы с новыми продуктами человеческие организмы могут дать сбой и, как следствие, появятся новые заболевания. Чтобы адаптироваться к свежей пищевой среде, нужно, чтобы сменилось не менее десяти поколений. Поэтому каждый шаг по внедрению микробиологических технологий для создания еды должен сопровождаться масштабными исследованиями, которые обеспечат их безопасность для людей.
При этом она обратила внимание, что Россия имеет значительные ресурсы и перспективы для развития традиционного сельского хозяйства и животноводства, чтобы выращивать привычные продукты. Это преимущество необходимо использовать.
— Микроорганизмы применяют для получения различных продуктов с древнейших времен. И сегодня промышленность производит с их помощью многочисленные пищевые добавки, а также аминокислоты, ферменты, витамины, антибиотики. Причем ряд стартапов работает над созданием фотобиореакторных установок, которые можно устанавливать на производствах для утилизации углекислого газа и получения биомассы микроводорослей, которую затем можно перерабатывать в корма, биодизель/биоэтанол и другие продукты, — сказал директор физтех-школы биологической и медицинской физики Московского физико-технического института Денис Кузьмин.
Однако у этих подходов есть ряд недостатков. Во-первых, микробиологическая биомасса зачастую не обладает полным набором незаменимых аминокислот, необходимых человеку. Во-вторых, производство такой биомассы зачастую дороже других альтернативных источников белка, например сои. Поэтому необходимо искать методы, которые помогут преодолеть барьеры, резюмировал эксперт.
