宇宙旅行中に何を食べればいいですか?将来的には人工食品が主流になるかもしれない

「一日三食は天下の命」ということわざにあるように、生きるためには栄養となる食べ物が必要です。かつて、私たちの食べ物は主に、穀物、ジャガイモ、野菜や果物、肉、卵、牛乳、菌類、藻類など、自然界で直接的または間接的に食べられる天然資源から得られていました。私たちは何千年もの間、この種の食生活に慣れてきました。将来、私たちの食べ物が創造される日が来るかもしれないと考えたことはありますか?

宇宙SF映画が好きな友人なら、このシーンに気づいたに違いありません。宇宙に住む人々は、生命を維持するために人工の主食や肉に頼っています。現実には、食糧が人類の宇宙征服を制限する重要な要因であると考える科学者もいる。幸いなことに、この問題は徐々に解決されつつあります。最近では細胞培養肉や合成生物ミルク、栄養強化された組み換え米なども徐々に登場しており、今後は人工食品がさらに増えていくかもしれません。

人工食品とは何ですか？

人工食品はバイオニックシミュレート食品とも呼ばれます。名前の通り、原材料から科学的な方法で作られ、自然食品に近い味わいを持つ新しいタイプの食品です。

人工食品は偽物でも劣悪な食品でもありません。人工製品というと、以前報道されたプラスチック製の米や海藻など、一部の無法者が技術的な手段を使って作った偽物や粗悪な食品を思い浮かべる人が多いだろう。人工食品は伝統的な食品と同様に食べることができ、栄養価も高いです。唯一の違いは、それがどのように取得されるかです。したがって、人工食品の安全性は完全に保証されます。

人工食品はどのように作られるのでしょうか?

人工食品の生産は、バイオニクスの原理と現代の技術を組み合わせたものです。まず、シミュレーションする食品の外観と構造を決定する必要があります。特に、食品の用途、味、色などの要素を考慮する必要があります。第二に、需要に応じて植物繊維、デンプン、砂糖などの対応する原材料を準備し、選別して加工します。第二に、適切な技術的手段を使用して食料を生産します。例えば、3Dプリント技術や微生物発酵など、食品の製造方法が異なれば製造方法も少しずつ異なります。

人工肉を例にとると、2つの種類に分けられます。人工肉の一種は植物性タンパク質肉とも呼ばれ、タンパク質が豊富で脂肪が少ないため、主に大豆タンパク質から作られています。もう一つは、動物の幹細胞から作られる細胞培養肉であり、この技術を使って得られる肉が注目を集めています。

2012年、オランダのマーストリヒト大学の科学者マーク・ポスト博士が、ついに世界で初めて細胞培養肉の培養に成功しました。まず、生きた動物から小さな肉片を抽出し、次に筋肉組織を濾過して筋肉細胞と脂肪細胞に分離します。次に、必要な筋肉細胞を培養皿に置き、培養用の血清を加えます。

血清は、筋肉細胞にアミノ酸、ビタミン、炭水化物などの必要な栄養素を提供し、細胞が生きた組織内にまだ存在しているような感覚を与えます。細胞は培養培地中のさまざまな栄養素を利用して自己複製し増殖します。細胞の数が増えると、生体組織内の天然の筋肉細胞が繊維を形成するのと同じように、細胞は帯状構造を形成します。最終的な組織は加工された骨なし肉のようなもので、最終的に私たちが望んでいる細胞培養肉が得られます。

人工肉とは異なり、人工ミルクは 3D プリント技術を使用します。まず、牛の DNA 配列が印刷され、酵母の DNA 配列に挿入されます。その後、酵母発酵によってカゼイン、ラクトプロテイン、ラクトグロブリンが得られます。これらのタンパク質は植物の栄養素や脂肪と混合され、牛乳に似た液体食品が作られます。合成乳の栄養価は普通の牛乳とそれほど変わりませんが、保存期間は明らかに普通の牛乳よりずっと長くなります。

伝統的な食品と比較して人工食品の利点は何ですか?

人工食品は、食品へのアクセスを向上させ、生産サイクルを短縮し、より幅広い応用の可能性を秘めています。地理的、季節的、気候的、その他の条件により、伝統的な食品の入手には一定の制限が課せられます。例えば、最も収穫量の多い米であっても、気象条件や害虫や病気の影響を受け、収穫量が安定することはありません。人工米は違います。粗粒穀物を食用菌で発酵させて作られます。季節や雨、雪、雹に関係なく生産可能です。人工米を得るのに3～4ヶ月しかかかりません。例えば、人工肉の生産は研究室や工場で完了することができ、プロセス全体で飼料は必要ありません。これにより、効率が向上するだけでなく、シーンによって制限されることもありません。宇宙旅行や過酷な自然条件の環境に非常に適しています。

人工食品は食品の栄養成分を改善し、食品の栄養価を高めることができます。人工ミルク、人工肉、人工米など、その出発点は伝統的な食品の栄養成分と味に基づいており、合成生物学などの方法を使用して複製および模倣されています。栄養素のほとんどは伝統的な食品と一致しているだけでなく、人間のニーズに合わせて適切に変更することもできます。例えば、人工乳の製造過程では、腸内細菌叢を整える作用のある母乳オリゴ糖が添加されます。人工肉の製造過程では、心臓保護作用のあるオメガ3脂肪酸を添加するなど、人体への健康にさらに有益なものとなるよう、人工肉に含まれる脂肪の種類を制御することもできる。そのため、栄養価の観点からは、人工食品の方が栄養価が高く、栄養強化や遺伝子組み換えよりも優れていることが期待されます。

将来、人工食品が伝統的な食品に取って代わるのでしょうか?

人工食品と伝統的な食品の両方が、私たちの食卓の主な栄養源となるでしょう。人工食品の栄養成分は伝統食品と同等であり、将来的には低コストで大量生産できるようになると期待されているものの、風味や人々の長年の食文化の面では、依然として伝統食品に取って代わることはできません。

食品の成分と機能を特定するには時間とプロセスを要します。現代の食品分析技術の継続的な発展により、食品中の主な栄養素の種類と含有量はより明確に理解されるようになりましたが、食品中の一部の成分とその機能については、まだ十分に深く研究されていません。例えば、食物繊維は人間が吸収したり利用したりできない「ゴミ」だと思われていました。しかし、腸内細菌の重要性が認識されるにつれ、食物繊維の重要性も徐々に明らかになり、第7番目の栄養素に分類されるようになりました。

人工乳を例にとると、多くの人は牛乳の87%が水で、残りはタンパク質、炭水化物、脂肪、ビタミンなどの物質であると信じています。実は、基本的な栄養素以外にも、生物学的に活性なβ-ラクトグロブリン、α-ラクトグロブリン、ラクトフェリン、免疫グロブリンなど、含有量は極めて少ないが生物学的効果を持つ活性物質が数多く存在します。現在、私たちの科学研究では、牛乳にどのくらい多くの種類の生物学的に活性な物質が含まれており、それらがどのような機能を果たしているかについて、まだ完全に解明されていません。この観点から見ると、人工乳は単に牛乳を模倣するだけであり、真に牛乳に取って代わったり、牛乳を上回ることはできません。

今後、人工食品はどのような分野で利用されるようになるのでしょうか？

人工食品技術は、人類の認識と世界の変革の過程において非常に重要なステップであり、人類の将来の生存と発展にとって大きな意義を持っています。

一方で、世界の人口は将来も依然として大きな食糧不足に直面することになるだろう。世界では毎年合計12億トンの食料が消費​​されています。世界の総食糧生産量は年々増加しているものの、人口の継続的な増加や地球規模の気候変動による自然災害の頻発は、世界の食糧安全保障に影響を与えます。これらの問題に直面して、世界中の人々は人口増加の抑制から新たな食糧源の積極的な探索まで、さまざまな手段で積極的に対応していますが、依然として食糧安全保障の問題に対処することができていません。したがって、伝統的な食品の人工的な模倣は、将来の食品の開発方向です。もしある日地球の資源が本当に枯渇したら、人工食品だけがすべての問題を本当に解決できると思われます。

一方、人工食品は人類の宇宙探査に有益です。映画「流転地球」のように、宇宙を旅するとき、物流供給の問題が最も深刻です。合成生物学技術に基づき、非常に限られた空間内で有機物と無機物を用いて人工食品を生産することができます。主食でも、肉でも、牛乳でも、解決できます。栄養要件を満たすだけでなく、適切な味も提供します。最も重要なのは、供給が容易であり、特定の条件下で生産できることです。想像してみてください。宇宙を飛びながら、一杯のホットミルクを飲み、サンドイッチを食べ、宇宙の星空を眺めるのは素晴らしいことではないでしょうか。

今後期待できる人工食品は他に何がありますか?

人工食品技術はさまざまな場面で活用でき、需要がある限り生産され続けるでしょう。例えば、ベジタリアンは植物由来の肉の出現を期待できます。伝統的な食品のベジタリアンミートとは異なり、植物ベースの肉は、大豆タンパク質、水、玄米、ココナッツオイル、ビートジュース、ジャガイモなどから作ることができます。肉と見た目や味が似ており、栄養価もほぼ同じ食品にすることができます。もちろん、同じ技術を使って植物由来の魚を作ることもできますし、細胞培養技術を使ってさらに多くの肉食品を作ることもできますし、3Dプリント技術を使ってさらに多くの食品、さらには肉食品を作ることもできます。

人工食品を食べられるようになるまでにはどれくらいかかるでしょうか？

人工食品の生産には依然として一定の障壁があり、短期間で大量に供給することはできない。細胞培養肉を例にとると、筋肉を無菌状態で試験管内で増殖させることは技術的に可能であることが実証されているが、規模はまだ小さい。一方で、細胞の成長に必要な環境を模倣し、十分な栄養素を供給することはできますが、体外で培養された細胞の安定性は依然として低いです。細胞の代謝、自己修復機能などが影響を受けるため、体外培養の過程ですべての細胞は多かれ少なかれ何らかの変化を経験します。一方、細胞を体外で15世代以上培養すると、細胞が変異して腫瘍に変化する可能性が非常に高くなります。しかし、筋肉細胞自体には価値を高める能力が限られているため、培養工程では後期段階の細胞を使用する必要があります。このような細胞を使用すると、2 つの結果しか得られません。1 つは老化した細胞が死ぬこと、もう 1 つは細胞が癌化することです。これらにより、in vitro 増殖の不確実性が高まります。

しかし、新しいテクノロジーの出現には2つの側面があり、使用中は適切に管理する必要もあります。

旧ソ連の作家ベリャーエフは、SF小説『不死の食物』の中で、将来、人々は菌類を使って「不死の食物」を作り出すだろうと描写した。空気中に置いて太陽光に当てれば酸素を合成して成長します。しかもジャムのような味がします。飢餓問題が解決した後、他の問題が起こりました。 「永久食品」の普及により、食品価格が急落し、農家が破産する事態が起きた。これは私たちにとっても警鐘を鳴らすものです。今後、人工食品技術が普及していくと、それが伝統的な食品産業にどのような影響を与えるのかも事前に考慮する必要があります。

今後人工食品がどのように発展しても、それは避けられない傾向です。私たちは楽観的ですが、依然として慎重さを保つ必要があります。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: 張宇

査読者: Tan Yuqing、中国農業大学食品科学・栄養工学部准教授

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司