Биология

Биологи разработали новый метод выращивания мышечной ткани, которая по структуре и функциям значительно ближе к натуральному мясу. Подход позволил получить более толстые, зрелые и способные к сокращению мышечные волокна, что решит одну из проблем в создании культивируемой говядины.

Культивируемое мясо — технология, которая позволяет производить мясные продукты без убоя животных. Его создают в лабораторных условиях из клеток животных, обычно из мышечных клеток-предшественников. Это потенциально может сократить негативное влияние животноводства на окружающую среду, уменьшить земельные потребности и решить этические вопросы, связанные с содержанием и забоем скота. Во всем мире десятки стартапов работают над тем, чтобы сделать такое мясо доступным и вкусным.

Пока технология сталкивается с рядом трудностей. Одна из ключевых проблем, особенно в производстве говядины, — это качество получаемой мышечной ткани. Стандартные методы позволяют выращивать лишь тонкие и незрелые мышечные волокна. Они слабо напоминают сложную структуру настоящего стейка и не обладают его функциональными свойствами, например способностью к сокращению. В то время как культивируемую курятину уже продают в Сингапуре, создание реалистичной говядины оставалось сложной задачей.

Отсутствие полноценной структуры и функциональности ограничивало потенциал культивируемого мяса. Чтобы продукт мог конкурировать с обычным, он должен не только повторять его вкус и аромат, но и обладать схожей текстурой. Предыдущие разработки не могли воспроизвести плотную, упругую структуру мышечной ткани, которая формируется в организме животного. Авторы новой работы предложили решение, которое позволяет улучшить качество искусственно выращенных мышц.

Группа ученых из Цюриха представила усовершенствованный метод выращивания бычьих мышечных волокон. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science. Исследователи сосредоточились на процессе дифференциации — превращении незрелых клеток-предшественников, или миобластов, в полноценные мышечные волокна. Миобласты для эксперимента получили из образцов говядины разных частей туши: филе, вырезки, щеки и боковой части.

Ключевым нововведением стало использование специальной питательной среды. К стандартному составу добавили коктейль из трех малых молекул: форсколина, RepSox и CHIR99021. Эти вещества влияют на ключевые сигнальные пути в клетках, которые отвечают за их развитие и специализацию. Этот же коктейль ранее использовали для работы с мышечными клетками мышей в рамках исследований мышечной дистрофии. Ученые обнаружили, что он оказался эффективен и для бычьих клеток.

Команда вырастила трехмерную мышечную ткань из толстых и плотных волокон. Специалисты сравнили ее с тканью, полученной традиционным лабораторным методом, а также с настоящей говяжьей мышцей. Комплексный молекулярный анализ, который включал секвенирование РНК и протеомику, показал, что ткань, полученная новым методом, гораздо ближе к натуральному аналогу. В ней активны те же гены и белки, что и в природной мышце. Более того, выращенные волокна впервые продемонстрировали способность сокращаться, что указывает на их функциональную зрелость.

Мышечные клетки, выращенные в улучшенной среде, экспрессировали широкий спектр белков, характерных для зрелой мышцы, включая миозины разных типов, отвечающие за медленные и быстрые мышечные сокращения. Степень сходства с настоящей мышцей подтвердили количественно: корреляция на молекулярном уровне для нового метода достигла 0,8, в то время как для старого она составляла 0,74.

Эффективность подхода подтвердили и в трехмерных моделях: ученые создали мышечные кольца, которые при выращивании в новой среде становились более плотными и начинали спонтанно сокращаться уже на пятый день. При этом сами молекулы из коктейля нужны только на ранних этапах и полностью удаляются из конечного продукта.

Работа предоставила своего рода «дорожную карту» для создания более реалистичного культивируемого мяса. Она демонстрирует, что целенаправленное воздействие на клеточные процессы с помощью малых молекул позволяет преодолеть одно из главных ограничений технологии.

Хотя для выхода на рынок потребуются дальнейшие исследования по оптимизации стоимости, масштабированию производства и прохождению процедур сертификации, открытие закладывает некоторую научную основу. Когда-нибудь этически произведенные и питательные бургеры из лаборатории, неотличимые от настоящих, смогут появиться на полках магазинов.