lovesouthernsocial.com

Дізнайтеся більше про синтетичну біологію, науку, здатну синтезувати організми, щоб виробляти те, що ми хочемо, і як це може бути пов’язане з навколишнім середовищем

Зображення Білла Оксфорда в Unsplash

Павуки та комахи створюють одяг, який ви носите? Звучить дивно, але вже є компанії, які цим займаються. Дослідники вивчили ДНК павуків і проаналізували, як вони виробляють шовкові волокна. Таким чином, їм вдалося відтворити в лабораторії волокно, виготовлене з води, цукру, солі та дріжджів, яке під мікроскопом має такі ж хімічні характеристики, як і натуральне. Також вже є «коров’яче молоко», яке вийшло не від корови, і навіть нитка, міцніша за сталь, вироблену з в’язкої речовини риби. Це все приклади застосування синтетичної біології.

синтетична біологія

Наприкінці 20 століття почалася біотехнологічна революція, в ході якої з’явилися нові напрямки біології. Синтетична біологія – це галузь, яка набула популярності з моменту її офіційної появи в 2003 році і має основні можливості застосування в промисловості, навколишньому середовищі та здоров’ї людини.

Визначення синтетичної біології дається шляхом інтеграції різних галузей досліджень (хімії, біології, інженерії, фізики чи інформатики) з конструюванням нових біологічних компонентів, також передбачаючи перепроектування природних біологічних систем, які вже існують. Використання технології рекомбінантної ДНК (послідовність ДНК з різних джерел) не є проблемою для синтетичної біології, як це вже відбувається; ставка полягає в тому, щоб створити організми, які відповідають поточним потребам людства.

Союзником синтетичної біології є біомімікрія, яка шукає рішення для наших потреб, натхнених природою. За допомогою синтетичної біології можна буде відтворити цілі системи, а не лише частину.

Саме з 2010 року синтетична біологія отримала популярність. Того року американському вченому Джону Крейгу Вентеру вдалося зробити щось геніальне: він створив перший в історії штучно живий лабораторний організм. Він не створив нову форму життя як таку, а «надрукував» ДНК, створену з цифрових даних, і ввів її в живу бактерію, перетворивши її в синтетичну версію бактерії. mycoplasma mycoides. Вентер стверджує, що це був «перший живий організм, батьком якого є комп’ютер».

Сьогодні в Інтернеті доступна база даних із тисячами «рецептів» ДНК, які потрібно роздрукувати біоцегла. Бактерії зі синтетичним геномом діють точно так само, як і їх природна версія, і саме так ми можемо перепрограмувати бактерії і змусити їх діяти так, як ми хочемо, щоб виробляти певні матеріали, як-от шовк і молоко.

Компанія, відповідальна за виробництво шовкових волокон із спостереження за павуками, згадана на початку цього тексту, — це Bolt Threads. Штучне «коров’яче молоко» — це Мууфрі, створене двома біоінженерами-веганами. Воно виробляється за тими ж принципами, що і пиво, і є сумішшю інгредієнтів (ферментів, білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, мінералів і води). Це «синтетичне молоко» має такі ж смакові та поживні характеристики, як і оригінал. Надстійка нитка є розробкою лабораторії Benthic Labs, яка виробляє різні матеріали, такі як мотузки, упаковку, одяг та товари для здоров’я, за допомогою цієї нитки з миксина (вид риб, також відомий як міксині). ДНК-код риби вводиться в колонію бактерій, яка починає синтезувати нитку. Він в десять разів тонший за пасмо волосся, міцніший за нейлон, сталь, має абсорбуючі та антимікробні властивості.

Якщо ми зможемо відтворити такі «природні» ресурси в міру розвитку досліджень, синтетична біологія може замінити використання деяких сировинних матеріалів. Таким чином, ця технологія може бути введена як фактор, що має велике значення для концепції циркулярної економіки, як у випадку з технологіями, які поглинають розливи нафти або бактерії, які поїдають пластик.

Включення синтетичної біології в циркулярну економіку

Образ Родіона Куцаєва в Unsplash

Кругова економіка - це структурна модель, яка представляє замкнений цикл, в якому немає втрат або відходів. Згідно з Фондом Еллен Макартур, три принципи кругової економіки:

1. Збереження та збільшення природного капіталу, контроль обмежених запасів та балансування потоків відновлюваних ресурсів;
2. Оптимізувати виробництво ресурсів, оборотної продукції, комплектуючих і матеріалів найвищого рівня корисності в усі часи, як у технічному, так і в біологічному циклах;
3. Заохочуйте ефективність системи, виявляючи негативні зовнішні ефекти та виключаючи їх у проектах.

Зараз ми живемо в системі лінійного виробництва. Ми видобуваємо, виробляємо, споживаємо та утилізуємо. Але природні ресурси обмежені, і ми повинні їх берегти – це перший принцип циркулярної економіки.

Завдяки синтетичній біології в майбутньому ми зможемо замінити видобуток певних природних ресурсів. Окрім збереження навколишнього середовища, ми будемо заощаджувати величезну кількість енергії та наближатися до моделі від люльки до колиски (колиска до колиски - система, в якій не існує ідеї відходів).

Заміна матеріалів

Здатність контролювати бактерії та змусити їх працювати на нас може створювати різні альтернативні ресурси чи процеси. Наприклад: створення нових біорозкладних матеріалів, які можна інтегрувати назад у цикл, тепер слугуючи поживними речовинами для інших істот, як добриво для сільськогосподарських культур.

Вже існують деякі типи полімерів, створених синтетичною біологією, наприклад пластик, виготовлений в результаті ферментації цукру і природним шляхом розкладається мікроорганізмами в ґрунті. Інші матеріали також можуть бути використані для виробництва біопластика, наприклад, кукурудза, картопля, цукрова тростина, деревина та інші. Існують також пакети з грибного міцелію (зображення нижче), які можна виліпити та замінити пінополістирол.

Зображення: Біорозкладна упаковка, виготовлена ​​​​Ecovative Design з використанням біоматеріалу міцелію з сільськогосподарських відходів компанією mycobond, ліцензована відповідно до (CC BY-SA 2.0)

Інші застосування, які оцінюються в усьому світі, все ще знаходяться на стадії розробки... Сьогодні синтетичний каучук повністю отримують з нафтохімічних джерел, тому дослідники намагаються створити шини з Біоізопрен. Рослинні ферменти вводяться в мікроорганізм шляхом перенесення генів, таким чином утворюючи ізопрен. У Бразилії вивчають спосіб перетворення метану в біологічно розкладний пластик за допомогою мікроорганізмів у контрольованих умовах. Хімічні речовини, акрил, розробка вакцин, переробка сільськогосподарських відходів, антибіотики, серед іншого, є прикладами синтетичних біологічних продуктів, які можна повторно вставити в потік, створюючи циклічну систему.

Якщо включити другий принцип циркулярної економіки, синтетична біологія може створювати матеріали, які є більш стійкими і служать довше, не вимагаючи постійного ремонту, заміни деталей або навіть дуже частої покупки нових продуктів. Виготовляються матеріали, які можна легко повторно використовувати в інших процесах, для створення нових продуктів або які легше переробляти. Якби весь цей гіпотетичний матеріал мав ці умови, вони б не стали відходами, при зменшенні забруднення та захоронення на звалищах, тобто продовжували б циркулювати для використання.

інша сторона історії

Ця технологія все ще дуже свіжа, і з відкриттям все більшої кількості застосувань і матеріалів, які можна замінити синтетичними, вилучення ресурсів з навколишнього середовища зменшується, що дозволяє їм відновлюватися природним шляхом. Відновлюючи стійкість навколишнього середовища, баланс відновлюється, і ми зможемо жити на більш стійкій планеті.

Але, як і все добре, є певні шанси. Ця наукова галузь, яка також вважається екстремальною генною інженерією, потребує офіційних висновків. Продукти повинні мати детальні правила та рекомендації, щоб уникнути будь-якої ймовірності помилки, щоб ризики та переваги стали очевидними до того, як вони будуть комерційні. Оскільки початкові експерименти з синтетичної біології були економічно дуже перспективними, обмежень поки що небагато, що може бути проблемою.

Одним із негативних ефектів, які можуть статися, є втрата біорізноманіття зі створенням штучних мікроорганізмів, які можуть непередбачувано діяти в навколишньому середовищі. Наприклад: якщо навмисне чи ні вивільнення синтетичного мікроорганізму, іноді нечуваного в природі, він може вести себе як загарбник і поширюватися, порушуючи цілі екосистеми, і неможливо «полювати» і видалити всі бактерії з середовище.

У соціальному питанні бідні країни можуть постраждати набагато більше, ніж розвинені країни. Використання мікроорганізмів для масового виробництва певного продукту може замінити цілі натуральні культури, залишивши мільйони сімей безробітними. Однак для живлення бактерій будуть потрібні монокультури, оскільки їх джерелом енергії є біомаса.

У великих масштабах певні продукти потребують великої кількості органічних речовин, наприклад цукру. Ймовірно, безробітні почнуть садити лише цукрову тростину (біопаливо вже спричинило серйозні зміни у землекористуванні), що може вплинути на доступ до землі, води та збільшення використання пестицидів, зокрема.

Всі ці питання безпосередньо стосуються біоетики. Сила синтетичної біології величезна. Проектування організмів так, як ми хочемо, робить їх непередбачуваними, тому вчені та суспільство повинні використовувати цю силу відповідально та безпечно, за підтримки урядів. Це завжди складне питання.

Усі ці позитивні чи негативні фактори можуть допомогти або зашкодити економіці кругового циклу та нашій планеті. Але є ще багато дискусій і багато знань, які потрібно зібрати на цю тему. Не можна заперечувати, що синтетична біологія — це тренд майбутнього, але найважливіше — визначити, як ця передова технологія буде застосовуватися.

Перегляньте критичне відео про наслідки синтетичної біології.