Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.

---

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Пища XXI века

Важнейшими задачами пищевой промышленности ХХ века были обеспечение выживания и трудоспособности населения. В середине века оформилась задача научно сбалансировать питание, повысить качество еды за счет регулирования калорийности, белково-углеводного состава, содержания микроэлементов и витаминов. В Японии зародилась теория функционального питания, а в СССР появились первые научные разработки по наделению продуктов заданными качествами. Оказалось, что малейшие изменения в технологии переработки пищевого сырья изменяют молекулярный состав продукта и его биологический эффект, и мы не можем дешево и надежно идентифицировать все молекулы, входящие в состав новых продуктов. Это обусловливает необходимость тестирования не только биоактивности, но и безопасности новых продуктов. В обоих случаях используют экспериментальных животных.

В то же время генетика и селекция стали активными помощницами пищевой промышленности. Обмен генами между растениями, внедрение синтезированных генов, искусственный отбор — все это позволяет увеличить урожайность земли и модифицировать свойства пищи.

Первые успехи в области селекции человек совершал безо всякой теоретической основы. Так, 6000 лет назад мы просто брали для воспроизведения лучшие плоды, выбирали колосья с наибольшим размером зерен, наиболее приспособленные к сезонным переменам ростки. Так появлялись многие сорта злаков, овощей и декоративных растений, по сей день присутствующих на мировом рынке. Подобные истории селекционного успеха описаны и в художественной литературе. Например, в романе Александра Дюма-отца «Черный тюльпан» и в рассказе Евгения Пермяка «Славка» про мальчика, подарившего стране новый сорт пшеницы с одноименным названием. С открытием генов человек стал более уверенно и прицельно вмешиваться в порядок наследственности и изменчивости растений, а успехи в этой области привели его и к генетическим экспериментам с животными.

Тесты на животных

Использование животных в целях познания и прочих прагматических целях, таких как расширение продуктового ассортимента, всегда связано с этическим напряжением. Об этом писал академик Иван Павлов (рис. 1), создатель учения о высшей нервной деятельности и автор экспериментов, связанных с вивисекцией [1]:

Когда я приступаю к опыту, связанному в конце с гибелью животного, я испытываю тяжелое чувство сожаления, что прерываю ликующую жизнь, что являюсь палачом живого существа. Когда я режу, разрушаю живое животное, я глушу в себе едкий упрек, что грубой, невежественной рукой ломаю невыразимо художественный механизм. Но переношу это в интересах истины, для пользы людям. А меня, мою вивисекционную деятельность предлагают поставить под чей-то постоянный контроль. Вместе с тем истребление и, конечно, мучение животных только ради удовольствия и удовлетворения множества пустых прихотей остаются без должного внимания.

Этика предлагает утилитарный подход к оценке таких экспериментов. Он заключается в рассмотрении соотношения пользы и вреда, счастья или несчастья, возникающих в ходе и в результате эксперимента. Но как сравнить ценность живого существа с ценностью прогресса науки и пищевой промышленности? Сегодня целый ряд организаций, в том числе со стороны промышленности и научного сообщества, участвует в споре об этичности экспериментов над животными. Некоторые из них выступают за полное прекращение любых исследований с участием животных [2].

Тем не менее, по сей день свыше 115 миллионов животных ежегодно умирает в ходе и по окончании лабораторных исследований [3]. Животных, выживших по итогам эксперимента, зачастую умерщвляют «за компанию» после последней инъекции или дозы исследуемого вещества.

Движение в защиту животных инициировали в США в 1866 году, веком позже оно пришло в Евросоюз и привело к действующей директиве 2010 года по охране животных, используемых в научных целях (рис. 2) [4]. Запрет тестирования на животных пока не касается продуктов питания. Евросоюз допускает, что в некоторых жизненно важных случаях полная замена экспериментов над животными альтернативными методиками может оказаться невозможной. И все же директива действительно позволила пресечь безотчетное использование и расходование животных в исследовательских и потребительских целях. Страны, вступившие в Евросоюз, были поставлены перед необходимостью замещения, сокращения и усовершенствования опытов с использованием животных.

Однако не весь просвещенный мир готов отказаться от экспериментов над животными. Так, в 2000 году правительство Российской Федерации не без помощи научных учреждений отвергло первые попытки защитить животных от жестоких исследовательских процедур. В 2015 году оно не поддержало законопроект о запрете тестирования косметических средств на животных.

В то же время наука не гарантирует безопасность переноса результатов исследований с животных на человека: известны случаи смертельной и мутагенной токсичности препаратов, для которых была доказана безопасность в исследованиях на животных. Подавляющее большинство подопытных животных можно заменить тканями и культурами клеток. При этом также выявляется клеточный и субклеточный эффект используемых продуктов.

Принимая решение об использовании животных в различных целях, необходимо, с точки зрения биоэтики, ответить на три вопроса [5]:

1. Является ли цель достаточно стóящей?
2. Связано ли использование животных в данном процессе с их страданием?
3. Доступны ли альтернативные способы достижения этой цели?

При достаточной информированности об этих факторах, моральный анализ выбираемых ученым действий будет более полноценным в каждом индивидуальном случае [2].

Генно-модифицированная пища

Первые ГМ-продукты поступили в продажу в начале 90-х годов [6]. Сейчас их несколько десятков, и они производятся в 28 странах мира. Как правило, генные модификации применяют для защиты растений от насекомых, бактерий и грибов. Генные модификации также используют для синтеза организмами полезных веществ — витаминов и их предшественников, гормонов и белков. Наиболее известными примерами являются создание риса с повышенным содержанием бета-каротина [7] и трансгенных линий рапса (коричневой горчицы), синтезирующих жирные кислоты [8].

Для выращивания и коммерциализации ГМ-продуктов необходимы соответствующие разрешения, выдаваемые контролирующими органами в случае научно доказанной безопасности продукта (рис. 3).

Сегодня более чем на 12% мировых посевных территорий выращивается ГМ-пища. Рекордсменом среди пищевых растений является кукуруза, для которой этот показатель равен 29%, а рекордсменом среди стран — США (70 млн. гектаров).

Помимо уже упомянутых ГМ-растений, известными и распространенными являются сахарная свекла, папайя, тыква и картофель.

Европейская комиссия 25 лет изучала безопасность ГМ-продуктов с участием более 500 научно-исследовательских групп, и вот ее вывод: «опасность не больше, чем в случае обычной селекции» [9]. Однако при оценке этой опасности учитывают только продукты, прошедшие тесты на животных. При этом известно, что при тестировании трансгенной пищи многие животные пострадали, и разработку некоторых сортов пришлось прекратить. На сегодня отсутствуют подтвержденные доказательства опасности ГМ-продукции для человека, тем не менее производится постоянный контроль ее возможной токсичности и внезапных аллергических реакций. К тому же не было зафиксировано ни одного случая встраивания модифицированных генов из пищи в ДНК потребителя. Даже несмотря на участие микробов, обменивающихся генами в нашей пищеварительной системе [10].

Результаты исследования безопасности ГМ-пищи часто зависят от коммерческих интересов стороны, производящей исследование: производители и аффилированные с ними ученые выдают заключение об опасностях, рисках и неблагоприятных эффектах в 10 раз реже, чем при отсутствии конфликта интересов [11]. Известные биологические риски использования ГМ-пищи перечислены в статье «Игры в демиургов» [12].

Более 120 нобелевских лауреатов выступают за прекращение борьбы с генетически модифицированными организмами, католическая церковь официально признает их безвредными, иудаисты — кошерными, а исламский совет юриспруденции — халяльными [13].

Генетические эксперименты с животными

Геномы многих организмов уже полностью секвенированы: последовательности их ДНК известны нам с точностью до нуклеотида. К тому же человек основательно продвинулся в расшифровке генома: для многих участков ДНК известно, за какой признак они отвечают (рис. 4). Это стало возможным, в частности, благодаря экспериментам с выключением генов, когда определенные участки ДНК блокировали и смотрели, какого признака лишится при этом организм.

Эти открытия позволяют формировать фенотип животных, напрямую изменяя состав нужных участков ДНК. Таким образом, эволюция видов и кропотливая работа природы для человека стала задачей, доступной в пределах одного поколения экспериментальных животных (рис. 5). Важным этическим аспектом генетической модификации является вмешательство человека в естественный природный процесс. Относить ли ГМ-организмы к природе, можно ли считать ГМ-кукурузу натуральным продуктом? Если считать все созданное человеком «ненатуральным и неестественным», то следует ли нам отказаться и от других современных открытий типа космических путешествий и искусственного интеллекта? С точки зрения современной биоэтики, при модификации организмов важным фактором является сохранение способности последних к нормальной жизнедеятельности [14].

Если практика клонирования и генетической модификации человека сталкивается на сегодняшний день с серьезным этическим напряжением, то животные практически лишены этой защиты. В 2015 году в США поступил в продажу ГМ-лосось. Это был первый одобренный для массового потребления генетически модифицированный животный организм. Также известен пример изменения пяти нуклеотидных остатков в геноме свиней, что привело к их устойчивости к африканской свиной чуме.

С точки зрения утилитарной биоэтики создание свиней, устойчивых к африканской чуме, и вообще любые достижения синтетической биологии выглядят оправданными при отсутствии очевидных зарегистрированных негативных последствий [15]. Однако речь идет о молодой, сравнительно неисследованной области знаний. Модификация генов может привести к непредвиденному эффекту, который проявится в будущем. Так, плотина, которую строят бобры, относится к их фенотипу не меньше, чем строение резцов [16]. Даже «мусорная» некодирующая ДНК называется так лишь ввиду отсутствия известной значимой биологической функции. Мы действительно не знаем, к чему приведет синтетическая биология; что еще кодирует ген, который мы сегодня модифицируем.

Наука и вегетарианство

Пищевые привычки человека зависят от многих факторов, в числе которых климат, экономика региона, религиозные воззрения и индивидуальный образ жизни. Зачастую при отказе от животной пищи вегетарианцами также руководит ощущение собственной причастности к миру живой природы и стремление к непричинению вреда. Возможно, именно поэтому вегетарианство зародилось в буддистской Индии и по сей день практикуется 40% индийского населения.

Является ли необходимость мяса в рационе человека таким же архаичным мифом, как неизбежность использования лабораторных животных? Что известно науке о негативных эффектах вегетарианства?

Действительно, растительная пища содержит недостаточное количество необходимых человеку веществ, таких как витамин D, витамины группы B и некоторые микроэлементы. Если вегетарианец не употребляет в пищу молоко, сыр и морепродукты, можно намеренно восполнять нехватку этих веществ с помощью растительной пищи, в которой их содержание повышено. К примеру, шпинат, морская капуста и соя содержат витамин B12 в большом количестве.

Организм человека имеет и другие механизмы адаптации к вегетарианской диете. Так, витамин D синтезируется под кожей человека под действием ультрафиолета, и употребление этого витамина в пищу можно заменить обычными солнечными ваннами. Интересно, что популяции, традиционно не употребляющие в пищу продукты животного происхождения, отличаются от всеядных на генетическом уровне. Эффективность синтеза полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) из компонентов растительной пищи зависит от активности гена FADS2. К тому же известен полиморфизм этого гена: в нем может присутствовать вставка из 22 нуклеотидов, от которой зависит синтез длинноцепочечных ПНЖК. У всеядных популяций, получающих ПНЖК с пищей, такая вставка чаще всего отсутствует [17]. Возможно, данный полиморфизм является очередным примером диетической эволюции человека наряду с мутацией, которая несколько тысячелетий назад привела к распространению гена толерантности к лактозе и позволила взрослому населению планеты употреблять в пищу молоко [18].

В целом, с точки зрения современной науки вегетарианство является скорее обузой для человека, особенно живущего в холодном климате, где суточное потребление калорий должно быть в 1,5–2 раза выше, чем в теплых странах, а солнечные ванны — большая редкость. Вегетарианство выглядит иррациональным с позиций дуального, логического ума, так как связано с дополнительными мерами по обеспечению практикующего сбалансированным питанием. К тому же при переходе на вегетарианство в стране, где оно непопулярно, человек проявляет смелость первопроходца и совершает морально-этическое упражнение, мотивацией к которому служит братское отношение к живым существам.

Буддисты полагают, что подобные усилия повышают уровень сознания человека и расширяют горизонты его мысли, подобно тому, как подъем на высокую гору дает более широкий обзор мира (рис. 6). Таким образом, утверждается, что научный, рациональный метод познания и принятия решений не является единственным возможным, а в некоторых вопросах не является достаточным.

Положения биоэтики схожи с буддийскими воззрениями в том, что моральным статусом животных нельзя пренебрегать. Различают три основных подхода к оценке морального статуса животных [2]:

1. Все животные одинаково менее важны, чем человек.
2. Человек находится на вершине иерархической лестницы, поднимающейся от простейших к дрозофилам, мышам и приматам.
3. Все животные, по крайней мере, чувствующие и разумные, равны человеку.

Суммируя вышесказанное об экспериментах над животными и употреблении их в пищу, полный отказ от этих явлений при определенных условиях вполне вероятен: их масштаб уже сегодня идет на убыль (рис. 7). Можем ли мы вообще оставить животных в покое и позволить им жить, питаться и развиваться согласно их природе? Возможна ли трансформация взглядов человека о служении животного мира прихотям и нуждам «хозяина природы» в осознание необходимости поддержания животных, их естественных экосистем, хрупкой обитаемости нашей планеты?

Отходы пищевой промышленности

Пищевая промышленность производит много отходов, не имеющих рыночной ценности. Так, в рыбопроизводстве используется только 50% массы организма, а из оставшихся отходов бóльшая часть отправляется на свалку и становится вкладом в загрязнение окружающей среды [19]. При переработке мяса, птицы и молока процент отходов несколько ниже, однако ежегодный их объем все равно колоссален и измеряется сотнями миллионов тонн.

В развитых странах применяют технологии переработки, позволяющие превращать 15–20% отходов в товары, такие как корм для животных.

Необходимо отметить, что из отходов пищевой промышленности пока не было получено продуктов, полезные или питательные свойства которых были бы сопоставимы с действием известных лекарств и продуктов питания. Таким образом, переработка отходов в первую очередь относится к экономическим интересам самой промышленности, а также к интересам экологии. Тем не менее продукты вторичной переработки пищевого сырья (например гидролизаты молочной сыворотки и морепродуктов) уже входят в состав пищевых и лекарственных продуктов [20], [21], порой замещая натуральные компоненты.

Жестокое животноводство

Еще одним этическим аспектом употребления животных в пищу является негуманное содержание животных, предназначенных на убой. Пищевая промышленность ежегодно тратит $11 млрд на рекламу, в которой животные выглядят вольными и счастливыми, однако современная ферма — это тесная автоматизированная клетка, в которой животные проводят всю жизнь [22].

Культивируемые особи рыб не выдерживают никакого сравнения с дикими особями того же вида, уступая и по размерам, и по вкусовым и питательным качествам. Дикая особь больше двигается, сама ищет и выбирает себе еду из природного многообразия. Несмотря на это, мировой объем продукции акваферм неуклонно растет, и для многих видов общая популяция культивируемых рыб уже превышает дикие популяции во много раз. Так, дикие популяции средиземноморского окуня и золотистого леща насчитывают около 10 000 тонн и ежегодно сокращаются, а их производство в аквафермах достигает 150 000 тонн и ежегодно растет [23], [24]. Культивировать рыбу в управляемых условиях проще, чем сокращать потребление или создавать благоприятные условия для сохранения естественной среды обитания диких популяций.

Широко практикуется скармливание отходов производства следующему поколению животных, выросших на той же ферме. Такой подход применяют в культивировании рыбы и птицы. Птицам достаются в качестве добавки к рациону лишь некоторые участки организма предков, а пищевая цепочка культивируемых рыб больше напоминает замкнутый круг.

Кормление крупного рогатого скота коровьей мясокостной мукой в нашей стране запрещено с 1990 года, после эпидемии коровьего бешенства в Великобритании. Предполагается, что эпидемия началась из-за использования зараженной говядины в составе коровьего корма. Для кормления коров теперь используют продукты переработки рыб и свиней.

Заключение

Пищевые привычки современного человека, в особенности жителя мегаполиса, в последние годы сильно изменяются под влиянием рыночного предложения, которое в свою очередь определяется развитием пищевых производств. Неуклонно растет количество технологически переработанных продуктов, произведенных из генно-модифицированных растений, культивируемых в неволе животных и отходов производства. Сколько реальных даров дикой природы осталось в нашем рационе? Сколько дикого, истинно природного осталось в нас самих? В какой степени сохранился наш свободный выбор здоровой еды, и насколько мы стали похожи на культивируемую популяцию с управляемым режимом питания? Едва ли государственная пищевая промышленность изменит вектор своего развития и начнет заботиться о сохранении естественности питания: природе свойственна мимолетность, неудобная для крупной индустрии (рис. 8). Натуральное питание становится редкостью, а производство натуральной еды может перейти в руки малого бизнеса и частного предпринимательства.

Что касается экспериментов с животными и их морально-этической оценки, автор убежден в уместности, справедливости и необходимости всех произведенных экспериментов как неотъемлемой части всего происходящего. Такова цена плодов познания. Эксперименты с животными сыграли важную роль в развитии пищевой промышленности, генетики и синтетической биологии. Возможно, открытия, сделанные в ходе таких исследований, станут необходимы нам в будущем для целей, неочевидных современному человеку.

Литература

1. Поповский А.Д. Павлов // Законы жизни. М.: «Советский писатель», 1971. — 881 с.;
2. The ethics of research involving animals. (2005). Nuffield Council on Bioethics. 37–57;
3. Taylor K., Gordon N., Langley G., Higgins W. (2008). Estimates for worldwide laboratory animal use in 2005. Altern. Lab. Anim. 36, 327–342;
4. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council on the protection of animals used for scientific purposes. (2010). Official Journal of the European Union. 276, 33–79;
5. Guide for the care and use of laboratory animals. Washington (DC): National Academies Press, 2011. — 220 p.;
6. Redenbaugh K., Hiatt B., Martineau B., Kramer M., Sheehy R., Sanders R., Houck C., Emlay D. (1992). Safety assessment of genetically engineered fruits and vegetables: a case study of the FLAVR SAVR^TM tomato. CRC Press. — 288 p.;
7. ГМО: бояться нельзя питаться. Биологи знают, где поставить запятую!;
8. Martin Truksa, Guohai Wu, Patricia Vrinten, Xiao Qiu. (2006). Metabolic Engineering of Plants to Produce Very Long-chain Polyunsaturated Fatty Acids. Transgenic Res. 15, 131-137;
9. European Commission directorate-general for research and innovation; Directorate E — Biotechnologies, Agriculture, Food; Unit E2 — Biotechnologies (2010);
10. Чего от нас хотят микробы?;
11. Sheldon Krimsky. (2015). An Illusory Consensus behind GMO Health Assessment. Science, Technology, & Human Values. 40, 883-914;
12. Игры в демиургов;
13. Peck J.E. (2006). Critical faith-based perspectives on biotech and genetically modified organisms GMOs. Familyfarmers.org;
14. Smajdor A. (2015). Naturalness and unnaturalness in contemporary bioethics. Nuffield Council on Bioethics;
15. Kevin Smith. (2013). Synthetic Biology: A Utilitarian Perspective. Bioethics. 27, 453-463;
16. Dawkins R. and Dennett D.C. The extended phenotype: the long reach of the gene. Oxford University Press, 1999. — 336 p.;
17. Kumar S. D. Kothapalli, , Kaixiong Ye, Maithili S. Gadgil, Susan E. Carlson, Kimberly O. O’Brien, et. al.. (2016). Positive Selection on a Regulatory Insertion–Deletion Polymorphism inFADS2Influences Apparent Endogenous Synthesis of Arachidonic Acid. Mol Biol Evol. 33, 1726-1739;
18. Robert D. McCracken. (1971). Lactase Deficiency: An Example of Dietary Evolution. Current Anthropology. 12, 479-517;
19. M. Chalamaiah, B. Dinesh kumar, R. Hemalatha, T. Jyothirmayi. (2012). Fish protein hydrolysates: Proximate composition, amino acid composition, antioxidant activities and applications: A review. Food Chemistry. 135, 3020-3038;
20. Anne Pihlanto, Hannu Korhonen. (2003). Bioactive peptides and proteins. Advances in Food and Nutrition Research. 175-276;
21. Pádraigín A. Harnedy, Richard J. FitzGerald. (2012). Bioactive peptides from marine processing waste and shellfish: A review. Journal of Functional Foods. 4, 6-24;
22. Singer P. and Mason J. The ethics of what we eat: why our food choices matter. Rodale Books, 2006. — 336 p.;
23. Dicentrarchus labrax. Food and Agriculture Organization of the United Nations;
24. Sparus aurata. Food and Agriculture Organization of the United Nations.