Учёные из Университета ИТМО проанализировали большой массив научных работ, чтобы понять, как в мире изучают личинок мухи чёрная львинка (Hermetia illucens) и почему эти насекомые становятся всё более важными для экономики будущего. Повод более чем серьёзный: население Земли растёт, к 2080 году оно может достигнуть 10,4 миллиарда человек, а вместе с этим растёт и количество органических отходов — ежегодно в мире выбрасывается около 1,3 миллиарда тонн продуктов питания. В России, например, образуется порядка 82 миллионов тонн органических отходов в год, и до 90% из них отправляется на свалки. При этом спрос на животный белок, по прогнозам ФАО, к 2050 году вырастет на 50–70%, а традиционные корма — рыбная мука и соя — становятся всё дороже и экологически проблемнее.
Личинка чёрной львинки оказалась почти идеальным решением сразу нескольких задач. Она способна превращать малоценную органику в богатую питательными веществами биомассу: в сухом веществе личинок содержится от 32 до 63% белка и от 15 до 49% жира. За 10–15 дней они сокращают объём отходов на 50–70% и при этом снижают выбросы парниковых газов, которые обычно образуются при гниении органики на свалках. Из личинок можно получать корм для животных и рыб, биодизель, хитин и хитозан для биопластиков и медицины, а также уникальные антимикробные пептиды — вещества, способные бороться с бактериями, устойчивыми к традиционным антибиотикам. У чёрной львинки найдено одно из крупнейших среди насекомых семейств генов таких пептидов, включая дефензины и цекропины, которые физически разрушают мембраны патогенов, таких как кишечная палочка и золотистый стафилококк.
Анализ показал, что мировое исследовательское поле чётко делится на четыре больших направления. Самое крупное и динамичное связано с глубокой переработкой отходов и получением продуктов с высокой добавленной стоимостью: белка, жиров, биодизеля, хитина и антимикробных пептидов. Второе направление изучает внутреннюю «кухню» личинки — её симбиоз с кишечным микробиомом. Выяснилось, что бактерии в кишечнике личинки помогают разлагать целлюлозу и лигнин, а при нехватке аминокислот в субстрате способны синтезировать до 35% необходимых личинке незаменимых аминокислот. Третье направление — прикладное: учёные оптимизируют параметры выращивания, влажность, плотность посадки и состав субстрата, чтобы ускорить переработку отходов. Четвёртое, самое небольшое, выполняет роль связующего звена между биологией насекомого и промышленными технологиями.
Особый интерес представляет то, какие именно продукты получаются из личинок. Белок чёрной львинки по аминокислотному профилю сопоставим с качественной рыбной мукой и может заменять соевый шрот в кормах для птиц, свиней и рыбы без потери темпов роста. Жир личинок уникален высокой долей лауриновой кислоты — до 55–65% от общего состава жирных кислот. Эта кислота обладает противомикробными, противовирусными и противогрибковыми свойствами, поэтому масло можно использовать не только как источник энергии, но и как функциональный ингредиент в ветеринарии и косметике. Из хитина личинок делают биопластики и материалы для медицины, а меланин, который они производят, применяется в косметологии и при создании биополимеров.
Учёные также проследили, как менялись интересы исследователей с годами. Если в ранний период, примерно до 2022 года, работы были сосредоточены на базовых понятиях — отходах, белке, корме и биодизеле, — то затем фокус сместился на понимание биологических механизмов: как личинка взаимодействует с микробиомом, как её метаболизм подстраивается под состав субстрата, как получить зоогумус — ценное органическое удобрение. А последний годы на первый план вышло технологическое нормирование: учёные стремятся установить жёсткие зависимости между параметрами среды и эффективностью переработки, чтобы перейти от ручного труда к автоматизированным системам. Именно нестабильность биохимического состава личинок и дороговизна ручного выращивания остаются главными барьерами для широкого внедрения технологии. Решение авторы видят в интеграции автоматизированных систем культивирования, которые позволят управлять метаболической пластичностью личинок и обеспечивать стабильный выход bioactive-веществ при переработке разных типов органических субстратов. Проще говоря, чёрная львинка уже доказала, что может превращать мусор в ценные продукты, и теперь задача — сделать этот процесс управляемым, предсказуемым и промышленно масштабируемым.
Исследование опубликовано в журнале «Пищевые системы»
Изображение на обложке: разработано Magnific
