Ученые во всем мире ведут поиск альтернативных источников белка. Наряду с традиционными – животного и растительного происхождения, все больше внимания уделяется таким направлениям, как биотехнологии.

Научные сотрудники двух лабораторий ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»: лаборатории оценки безопасности биотехнологий и новых источников пищи и лаборатории пищевой токсикологии и оценки безопасности нанотехнологий по итогам комплексных исследований «Разработка методологии оценки безопасности инновационной пищевой продукции, полученной на основе белкового синтеза», сформировали подходы к оценке безопасности микробных протеинов. Эти подходы  обобщены в  методических указаниях, устанавливающих порядок проведения оценки безопасности продовольственного сырья нового вида. Исследования проводились по гранту Российского научного фонда (проект №20-76-10014).

Проект документа «Медико-биологическая оценка инновационного  продовольственного сырья, полученного с использованием микробного синтеза», будет представлен в Комиссию по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Как проводились исследования

Работа по этому направлению включала проведение научных исследований in vivo и in vitro для определения оптимального набора наиболее информативных методов и показателей, которые будут использованы для оценки безопасности продукта. Поскольку продовольственное сырье, полученное с использованием микробного синтеза, претендует на роль источника полноценного белка, разработка подходов к оценке его биологической ценности, наряду с оценкой безопасности для потребителя и будущих поколений, также являлась весьма значимой задачей.

Проект был реализован в 2 этапа: на 1-м этапе проведены исследования химического состава, пищевой и биологической ценности белкового концентрата (БК), полученного из денуклеинизированной и очищенной от клеточных стенок биомассы метанотрофных бактерий Methylococcus capsulatus, сформирован предварительный перечень показателей безопасности, рекомендуемых для пищевой продукции, полученной с помощью микробного синтеза. Проведены токсикологические, репротоксикологические и аллергологические исследования БК в экспериментах на трех поколениях крыс. Результаты исследований не выявили какого-либо выраженного токсического и аллергенного  действия БК. Изучение биологической ценности белка БК в эксперименте in vivo продемонстрировало его низкую биологическую ценность, связанную, по всей вероятности, с одной из стадий технологической обработки БК кислотным гидролизом, вызывающим разрушение незаменимой аминокислоты – триптофана. На основании анализа результатов исследований была скорректирована технология производства БК, в которой кислотный гидролиз был заменен на ферментативный. Новый продукт, получивший название "Дримфуд®",  был использован на 2-м этапе исследований.

Именно этот продукт стал материалом для аналогичных исследований на втором этапе. Эксперимент проводился на двух поколениях животных, чтобы исключить возможность воздействия продукта на репродуктивную функцию и здоровье будущих поколений. Результаты 2-го этапа  подтвердили отсутствие  токсического и аллергенного  действия белкового концентрата из биомассы Methylococcus capsulatus.

На основании анализа всех полученных данных были определены требования к   характеристике   продовольственного сырья, полученного с использованием микробного синтеза; сформирован перечень показателей качества и безопасности в рамках гигиенической характеристики этого сырья; разработан протокол медико-биологической оценки безопасности, включающий комплексные токсикологические и аллергологические исследования, а также оценку биологической ценности в экспериментах in vivo. Подготовлен проект методических указаний "Медико-биологическая оценка продовольственного сырья, полученного на основе микробного синтеза", устанавливающих порядок проведения оценки безопасности продовольственного сырья нового вида.

Суть вопроса

Причина возросшего во всем мире в последние годы интереса к биотехнологиям лежит не только в экономической сфере. Такие нанотехнологии могут стать гарантами обеспечения продовольственной безопасности в экстремальных условиях, т.к. позволяют быстро и малозатратно, практически, в любых условиях – без пастбищ и больших животноводческих помещений, создать нужное количества белка, сравнимого по составу и основным свойствам с традиционным.

Вдумайтесь: для удвоения белковой массы крупнорогатому скоту требуется несколько лет, свинье – 4 месяца, птице – 1 месяц, а бактериям и дрожжам – от одного до 6 часов!  Для этого требуется всего лишь минеральная среда: источники углерод, азота, фосфора, ряда микроэлементов.

При этом микроорганизмы отличаются высоким (от 40 до 80% сухой массы) содержанием белка, сбалансированного по аминокислотному составу, а также содержат углеводы, липиды, витамины, макро- и микроэлементы. Для сравнения, содержание белка в говядине составляет  19-26%, тилапии – 16-19%, креветках – 13-27%. Кроме того, по сравнению с традиционными сельскохозяйственными животными микроорганизмы потребляют намного меньше ресурсов.

Зачем нам нужен белок из альтернативных источников?

Хронический дефицит полноценного белка – важнейшая из проблем современного человечества. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций и Всемирной организации здравоохранения (FAO/WHO), на рубеже XX-XXI веков дефицит пищевого белка в мире составлял не менее 20 млн. т/год, кормового – около 40-45 млн. т/год; к 2050 году производство белка в глобальном масштабе должно быть увеличено на 200 млн. тонн.

Решение проблемы увеличения производства пищевых продуктов старыми методами уже невозможно ввиду ряда экологических, экономических и социальных проблем. Несмотря на то, что за последние 40 лет производство сельскохозяйственной продукции выросло более чем в 2 раза (за счет селекции и усовершенствования агрономических подходов), дальнейший его рост представляется маловероятным. Таким образом, в свете новых глобальных вызовов, создающих непропорциональное бремя для экосферы Земли, назрела необходимость последовательной переориентации традиционного сельского хозяйства в соответствии с принципами устойчивого развития, позволяющими свести к минимуму воздействие на окружающую среду.

В последние годы во всем мире возрос интерес к использованию альтернативных источников белка, в частности, белка микроорганизмов. Основными продуцентами такого белка служат дрожжи, бактерии, одноклеточные водоросли, низшие и высшие грибы.

Несмотря на то, что микроорганизмы (бактерии, дрожжи, грибы и водоросли) имеют продолжительную историю пищевого использования (по данным археологов, древнее население приморских территорий использовало в пищу микроводоросли;  дрожжи использовались в качестве источника белка во время мировых войн; съедобные грибы являются частью рациона человека уже более 30 тысяч  лет),  микробные протеины в большинстве юрисдикций относятся к пищевой продукции нового вида. Так, в Европейском Союзе до принятия нового закона о пищевых продуктах статус регулирования продовольственного сырья, полученного на основе микробного синтеза, оставался весьма спорным. В старом пищевом регламенте микроорганизмы не упоминались как новая пища, что привело к возникновению дифференцированных  подходов европейских стран-участниц. С принятием в 2015 году закона EU 2015/2283 "О новой пище", вступившего в действие 01.01.2018, был уточнен правовой статус пищи, состоящей из микроорганизмов, подпадающих под определение «новых пищевых продуктов», и они должны быть разрешены к продаже до их появления на рынке.

В Евразийском экономическом союзе  пищевая продукция, полученная на основе микробного синтеза, также относится к пищевой продукции нового вида; обеспечение безопасности такой продукции регулируется на государственном уровне и является важнейшим условием ее использования. В соответствии с Техническим регламентом ТС 021/2011 "О безопасности пищевой продукции", безопасность пищевой продукции определяется как "...состояние пищевой продукции, свидетельствующее об отсутствии недопустимого риска, связанного с вредным воздействием на человека и будущие поколения...", поэтому методология оценки безопасности продукции нового вида должна включать целый комплекс подходов, позволяющих, в том числе, исследовать влияние на будущие поколения. В  настоящее время проблема пищевого использования микробного протеина в Российской Федерации и ЕАЭС обусловлена, помимо прочего, отсутствием системы государственной регистрации такой продукции.

Важнейшим этапом процедуры государственной регистрации являются  комплексные исследования безопасности, включающие токсикологические и аллергологические исследования, оценку мутагенного и канцерогенного потенциала, изучение влияния на репродуктивную функцию и развитие потомства.  Принимая во внимание, что отечественный опыт в области медико-биологических исследований новых источников пищи насчитывает более 50 лет (концепция оценки безопасности продуктов микробиологического синтеза была разработана в середине 60-х годов ХХ века советскими учеными, в частности, сотрудниками Института питания АМН СССР под руководством академика А.А. Покровского; в конце 90-х годов  под руководством академика В.А. Тутельяна была сформирована действующая в настоящее время система оценки безопасности генно-инженерно-модифицированных организмов растительного происхождения), при  разработке системы оценки безопасности микробного протеина будет использован весь аккумулированный массив знаний.  Интеграция имеющегося научного задела и новейших подходов в области токсикологии, биологии, медицины, геномных и протеомных технологий  позволит создать комплексную систему, гарантирующую безопасность  нового  продукта с учетом всех современных требований к безопасности пищевой продукции.