Ауылшаруашылығындағы метан шығарындыларын төмендетудің басқа да тың жолдары

Етті өсімдік және жасуша негізіндегі тәсілдер арқылы өндіру
Парникті газдар шығарындыларының, әсіресе метанның басым бөлігі жан-жануарларды ет үшін немесе сүт өнімдерін алу үшін өсіру барысында қоршаған ортаға бөлінеді. Соңғы зерттеулердің бірінде қоршаған ортаға жылына 17,318 ± 1,675 TgCO2 экв шығарындылар шығарылатыны белгілі болды және оның 57%-ы ет пен сүт өнімдеріне тиесілі, ал 29%-ы өсімдік тектес тамақ өнімдеріне тиесілі (Xu et al., 2021). Мысалы, 1кг сиыр етін алу кезінде орташа есеппен 99.48 kg парникті газдар бөлінеді, ал 1 кг банан бар жоғы 0.86 кг бөледі (Ritchie & Roser, 2020). Сондай-ақ, әлемде адам санының өсуіне байланысты жеткілікті ет немесе сүт өнімдерін өңдіру мәселесі де маңызды.

Әлемде жоғарыда айтылған мәселелерді жеңілдету жолдарының бірі ретінде өсімдік негізіндегі етті және жасуша негізіндегі етті алу тәсілдері қарастырылып жатыр. Дәстүрлі өсімдік негізінде алынған ет (мысалы, тофу) ғасырлар бойы бар болғанымен, жақсартылған сипаттамалары бар жануардан алынған етке айрықша ұқсайтын жаңа өсімдіктен алынған еттің баламалары жақын уақытта ғана коммерцияланды (Cурет 1). Қазір көптеген стартап компаниялар мен ғалымдар жасушадан ет алу жолдарына кеңінен көңіл бөліп, бұл саланы қарқынды дымытуда.

Жасушалық ауылшаруашылығы тұтас организмдерден немесе жануарлардан емес, жасушалардан тауарлар өндіру тактикасын сипаттайды; сиыр, шошқа немесе тауық емес, бұлшықет немесе май жасушаларынан өсірілген ет. Жануарларға негізделген етпен салыстырғанда бұл тәсілдердің белгілі бір артықшылықтарын растайтын дәлелдер бар болса да, өндіріс жүйелері дамыған сайын адам денсаулығы мен қоршаған ортаға әсерін жан-жақты бағалау маңызды. Сонымен қатар, бұл өнімдерді кеңінен қолдану тұтынушыға көбірек дәмі, құны және ыңғайлылығы сияқты тікелей пайданың болуын қажет етеді.

Адамзат үшін ет негізгі ақуыз көзі болып табылады, осы тұрғыдан жануардан алынатын етті алмастыратын альтернатива ретінде де ақуызға бай өсімдіктен, жасушадан және жәндіктерден алынатын еттер қарастырылады (Сурет 2).

Жасуша негізіндегі ет
Жасуша негізіндегі ет, сондай-ақ «таза», зертханалық, синтетикалық немесе in vitro ет деп те аталады (Warner, 2019). Жасушалық ет өндірісінің драйверіне тек ет өндірісінен бөлінетін метан газын азайту емес, сондай-ақ азық-түлік қауіпсіздігі, қоршаған орта мен тұрақтылық, тұтынушылар мен қоғамдық денсаулық және ет өндірісімен байланысты жануарлардың әл-ауқаты мәселелері кіреді.
Жасуша негізіндегі еттің пайда болғанына көп уақыт болмағандықтан, дүниежүзінде оның атауының көптеген түрлері бар. Төменде көрсетілген кестеден қоғамда адамдар жасуша негізіндегі етті әртүрлі атайтынын көре аламыз. Жасуша негізіндегі еттің жақтаушылары да, даттаушылары да бар, соған байланысты әртүрлі атаулар да қолданылады.

Жасуша негізіндегі ет жануардың дің жасушаларын бөліп алып, оларды көбейтіп өсіру арқылы өндіріледі. Көп жағдайда өзін-өзі жаңартатын және дифференциалданатын дің жасушалары жануарлар биопсиясынан бөлініп алынады. Бөлініп алынғаннан кейін биореакторда олардың дамуы мен бұлшықет жасушаларына дифференциациялануы үшін қажетті қоректік заттар, энергия көздері, өсу гормондары және басқа да керек заттары бар ортаға орналастырылады. Нәтижесінде бұлшықет талшықтары, май және бұлшықет тінін құрайтын басқа жасуша түрлері пайда болады. Жасушаны (немесе ұлпаны) өсіру арқылы үлкен мөлшерде тінді алуға болады, ал бұны ет деп аталатын жеуге жарамды жануар бұлшықеттерін өндіру үшін пайдалануға болады. Бұл жасушалар соңғы жеуге жарамды ет өнімдерін өндіру үшін пішіндеу, бояу және дәмдеу сияқты процестерден өтеді.

Жасуша негізіндегі етті өндіру жануарларды сою секілді процесті қажет етпейді, энергияны 50%-ға дейін үнемдеуге, парниктік газдар шығарындыларын 75-95%-ға, жерді пайдалануды 99%-ға және су тұтынуды 80-95%-ға дейін азайтуға мүмкіндік береді (Tuomisto & Teixeira de Mattos, 2011). Жануар етімен салыстырғанда, жасуша негізіндегі еттің көміртегі ізі әлдеқайда төмен. Жануар тұтынатын жем-шөптің 75-95% зат алмасуға және сыртқы қаңқа (жүн, мүйіз және тұяқ) мен басқа да дене мүшелерінің (неврологиялық жүйелер) қажеттіліктеріне жұмсалады (Bhat & Fayaz, 2011). Сондай-ақ, ет немесе басқа өнім үшін өсірілетін жануарларда әртүрлі ауруларға шалдығу немесе ауруларды тарату ықтималдығы бар, ал жасуша негізіндегі етте бұндай қауіп-қатерлер жоқ. Дегенмен, жасуша негізіндегі еттің келесідей кемшіліктері бар: өндіріс технологиялары толық жетілмеген және өндіріс шығындарының жоғары болуы. Қазір зерттеушілер жасуша негізіндегі етті индустрияландыру және коммерцияландыруды тездету мақсатында жоғарыда айтылған мәселелерді шешу үшін қызу жұмыс істеуде.

Жасуша негізіндегі етті өндіру механизмі
Жасуша негізіндегі ет өндірісі тіндік және тағамдық инженерия технологияларынан тұратын 4 негізгі бөліктен тұрады (сурет 3): 1- дің жасушаларын алу, 2- жасуша пролиферациясы, 3- жасушаның дифференциациялануы, 4- ет өнімдерін дайындау.

Дің жасушаларын алу. Дің жасушалары арнайы функциялары бар жасушалардың әртүрлі түрлеріне көбейіп, дифференциацияланатын прогенитор жасушалардың бір түрі болып табылады. Бұлшықет дің жасушалары немесе миосателлиттік дің жасушалары, плюрипотентті дің жасушалары және эмбриондық дің жасушалары ет өндіруге қолданылатын жасушалардың көздері болып табылады. Бұлшықет жасушалары эмбрионалды дің жасушаларынан, миосателлиттерден немесе арнайы бұлшықет тінінің жасушаларынан түзіледі. Бұл жасушаларды тірі жануарлар тінінің биопсиясынан оңай алуға болады. Эмбрионалды дің жасушаларының регенерациясының шексіз әлеуеті бар, бірақ мутациялар ұрпақтар бойы жинақталуы мүмкін. Миосателлит жасушаларының регенеративті потенциалы шектеулі, дегенмен олар миогенезді дәлірек қайталай алады.

Жасуша пролиферациясы. Дің жасушалары алынғаннан кейін, жасушалардың көп мөлшерін алу үшін оларды көбейту керек. Зертханадағы колбалардың немесе ыдыстардың ауқымы нарық сұранысын қанағаттандыруға жеткіліксіз, сол себепті арнайы биореакторлар пайдаланылады. Кең ауқымды жасуша негізіндегі ет өндірісінің тиімділігі жасушаның көбеюіне және тіректегі даму кезінде жеткілікті оттегі перфузиясына байланысты болады.

Биореакторлардың басты мақсаты - қоректік орта мен жасушалар арасында жақсырақ зат алмасуды қамтамасыз ету, яғни оттегінің оңтайлы перфузиясын қамтамасыз ету. Айналмалы биореактор - орталықтан тепкіш, фронтальды және гравитациялық күштерді теңестіретін жылдамдықпен айналатын биореактордың түрі. Үш өлшемді теңестіру арқылы реактордың ішінде біріңғай ортаны қалыптастыруға көмектеседі. Ал бұл құрылымы ұқсас тіндерді алуға септігін тигізеді. Биореактордың бұл конструкциясы ығысу кернеуімен төмендетіп максималды зат алмасуды қамтамасыз етеді. Биореактордың тағы бір түрі - тікелей перфузиялық биореактор, мұнда жасушалар жақтауларда өсіріледі. Кеуекті жақтау арқылы биореактордағы орта циркуляцияланады, ал газ алмасу сыртқы сұйықтық контурында жүреді. Бұл биореактор жоғары масса алмасу жылдамдығына, сондай-ақ жоғары ығысу кернеуіне ие. Дің жасушаларының дамуы және олардың бұлшықет жасушаларына дифференциациялануы үшін қоректік орта қолданылады.

Жасушаның дифференциациялануы. Дифференциалданған бұлшықет жасушаларын құрылымдауға келетін болсақ, пролиферацияланатын жасушаларды арнайы гетерогенді жақтауларға орналастыру керек. Бұл жақтаулар жасушалардың құрылымына, яғни текстурасына әсер етеді. Коллаген торы мен микротасымалдаушы моншақтар көбінесе биологиялық үйлесімді және биологиялық ыдырайтын болғандықтан жақтаулар ретінде пайдаланылады. Жақтауларда өсірілген жасушалар қоректік заттармен толтырылған биореакторға орналастырылады. Жасушалар дифференциация ортасының көмегімен қосылып, бұлшықет талшықтарына айналғанда миотрубкалар түзіледі. Бұл процестің нәтижесінде гамбургерлер мен шұжықтар жасау үшін қолдануға болатын жұмсақ және сүйексіз ет пайда болады. Бұл процедураның негізгі кемшілігі оның құрылымына байланысты, яғни шынайы еттердің құрылымына ұқсас, мысалы, стейктерді шығара алмайды.

Ет өнімдерін дайындау. Жасуша негізіндегі ет өндірісінің соңғы кезеңінде жасушалар жиналып өңделеді, соның ішінде формасын қалыптастыру, бояу және дәмдеуіштерді қосу процестері болуы мүмкін. Дайын жасуша негізіндегі етті гамбургерлерді, шұжықтарды және басқа да тамақ өнімдерін дайындау үшін қолдануға болады.

Жасуша негізіндегі етке қатысты мәселелер
Жасуша негізіндегі еттің жаппай тарауына кедергі болатын көптеген мәселелер бар. Қазір көптеген зерттеу жұмыстары және стартап компаниялар осы мәселелерді шешу бойынша ауқымды жұмыстар жүргізіп жатыр. Солардың ішінде:

Тұтынушының қабылдауы. Тұтынушылардың жаңа технологиялар мен тауарларды қабылдауы әрқашан қиындық тудырады, ал жасуша негізіндегі етті қабылдауда қазір сондай мәселе бар. Көптеген тұтынушылар жасуша негізіндегі еттің дәстүрлі етке қарағанда дәмі, құрылымы немесе түсі нашарлау деп санайды. Сондай-ақ, жасуша негізіндегі еттің қауіпсіз болуы және бағасы қолжетімді болуы тұтынушыларды жиі толғандыратын мәселелердің бірі болып отыр.

Өнімнің жоғары өзіндік құны. Жасуша негізіндегі еттің негізгі қиындықтарының бірі оның өндіріс құны болып табылады. Жақында кейбір зерттеу топтары пилоттық және үлкенірек масштабта жасуша негізіндегі тауық, сиыр еті және теңіз өнімдерін шығарды, олардың құны $66-2200/кг арасында болды, бұл әрине жануарлар етінен әлдеқайда қымбатырақ (Benny et al., 2022).

Денсаулыққа әсері. Жасуша негізіндегі етті өсіру барысында қоректік заттармен, гормондармен және өсу факторларымен қамтамасыз етілген орта пайдаланылады. Дегенмен, бұл қосылыстардың адам денсаулығына қысқамерзімді немесе ұзақмерзімді зиянды әсері толық зерттелмеген.

Қоршаған ортаға әсері. Зерттеушілер зертханада өсірілген еттің кәдімгі сиыр еті мен шошқа етіне қарағанда қоршаған ортаға әсері төмен екенін, бірақ тауық еті мен өсімдік ақуызын өндіруге қарағанда көбірек әсер ететінін анықтады, өйткені көп энергияны қажет етеді.

Этикалық мәселелер. Адамдар жасанды материалдармен салыстырғанда табиғи кез келген нәрсені пайдалы және қауіпсіз деп санайды. Кейбір этикалық қоғам зертханада жануарлардың бөліктерін өсіру тәжірибесіне қарсы болды, өйткені бұл Құдайдың жаратуына араласып, жаратылыстарды қорлау сияқты көрінді. Кейбір адамдар жасуша негізіндегі ет ақырында мал шаруашылығын басып озуы мүмкін деп алаңдайды, нәтижесінде шынайы таза ет азаяды деп ойлайды. Қазір кейбір адамдар жануарлардың азап шегуі мен өлімі қазіргі заманғы жасуша негізіндегі етті өңдеу әдістеріне қатысты ең маңызды этикалық мәселелердің бірі деп есептейді.

Діни шектеулер мен қоғамдық тыйымдар. Діни жетекшілер әлі күнге дейін жасуша негізіндегі етті тұтыну қаншалықты дұрыс екенін талқылауда. Мысалы, еврейлердің диеталық талаптары үшін кошер, ислам нормаларын ұстанатын мұсылман тұтынушылар үшін халал секілді талаптар.

Нормативтік мәселелер. Азық-түлікті реттеуші құзырлы органдар немесе ұйымдар жасуша негізіндегі еттің қолайлылығын ілгерілету үшін нормативтерді жасауға және жылдам коммерцияландыруға арналған зерттеулерге басымдылық беру керек, себебі қазір жасуша негізіндегі етке арналған нақты нормативтік құжаттар жоқ. Анықтамалық критерийлер немесе нормативтер бар болса, тұтынушылар өздерін еркін сезінер еді, бұған қоса жасуша негізіндегі етті коммерцияландыруды көздейтін кәсіпкерлерде сенімсіздік аз болады.

Технологиялық мәселелер. Жоғарыда көрсетілген көптеген мәселелер және басқа да жоғарыда қарастырылмаған мәселелерді шешу технологияның дамуына келіп тіреледі. Негізгі технологиялық мәселелерді қарастыратын болсақ, келесілерін атап өтуге болады:

• Тиімді қоректік ортаны дамыту – жасушаның өсуіне әсер ететін негізгі факторлардың бірі. Қоректік орта, атап айтқанда, жасушаның тиімді пролиферациясын және дифференциациясын қамтамасыз етуі керек, сонымен қатар құны, қолжетімділігі және азық-түлік қауіпсіздігі мәселелерін ескерген жөн.
• Жасуша желілерін және/немесе қоректік ортаны қолданатын өңдеу әдістерімен байланысты тағы бір негізгі мәселе ластану болып табылады. Жануарлардан айырмашылығы, жасушалардың толық жұмыс істейтін иммундық жүйесі жоқ, сондықтан жасушалармен бірге бактериялардың немесе саңырауқұлақтардың, басқа да патогенді организмдердің көбею ықтималдылығы жоғары.
• Жасуша негізіндегі етке арналған интеллектуалды биореакторларды жобалау және дамыту.
• Шынайы етке ұқсайтын жасуша негізіндегі етті өндіру қиын. Мысалы, қоршаған ортадағы оттегі жағдайында жасуша негізіндегі жасушаларда миоглобин экспрессиясының төмендеуіне байланысты, бүгінде зертханаларда өндірілген жасуша негізіндегі еттің түстері қызыл немесе қызғылт түске қарағанда сарғышырақ болады. Осы секілді мәселелер өте көп (дәмі, түрі, т.б.).

Әдебиеттер тізімі
Benny, A., Pandi, K., & Upadhyay, R. (2022). Techniques, challenges and future prospects for cell-based meat. Food Science and Biotechnology, 1-18.
Bhat, Z. F., & Fayaz, H. (2011). Prospectus of cultured meat—advancing meat alternatives. Journal of food science and technology, 48(2), 125-140.
Ong, S., Choudhury, D., & Naing, M. W. (2020). Cell-based meat: Current ambiguities with nomenclature. Trends in food science & technology, 102, 223-231.
Ritchie, H., & Roser, M. (2020). Environmental impacts of food production. Our world in data.
Rubio, N. R., Xiang, N., & Kaplan, D. L. (2020). Plant-based and cell-based approaches to meat production. Nature Communications, 11(1), 1-11.
Stephens, N., Di Silvio, L., Dunsford, I., Ellis, M., Glencross, A., & Sexton, A. (2018). Bringing cultured meat to market: Technical, socio-political, and regulatory challenges in cellular agriculture. Trends in food science & technology, 78, 155-166.
Tuomisto, H. L., & Teixeira de Mattos, M. J. (2011). Environmental impacts of cultured meat production. Environmental science & technology, 45(14), 6117-6123.
Warner, R. (2019). Analysis of the process and drivers for cellular meat production. Animal, 13(12), 3041-3058.
Xu, X., Sharma, P., Shu, S., Lin, T.-S., Ciais, P., Tubiello, F. N., . . . Jain, A. K. (2021). Global greenhouse gas emissions from animal-based foods are twice those of plant-based foods. Nature Food, 2(9), 724-732.