lovesouthernsocial.com

Узнайте больше о синтетической биологии, науке, способной синтезировать организмы для производства того, что мы хотим, и о том, как это может быть связано с окружающей средой.

Изображение Билла Оксфорда в Unsplash

Пауки и насекомые, производящие одежду, которую вы носите? Звучит странно, но уже есть компании, которые этим занимаются. Исследователи изучили ДНК пауков и проанализировали, как они производят шелковые волокна. Таким образом, им удалось воспроизвести в лаборатории волокно из воды, сахара, соли и дрожжей, которое под микроскопом имеет те же химические характеристики, что и натуральное. Также уже существует «коровье молоко», которое не было получено от коровы, и даже нить накаливания, более прочная, чем сталь, полученная из вязкого вещества рыбы. Все это примеры применения синтетической биологии.

синтетическая биология

В конце 20 века началась биотехнологическая революция, в ходе которой возникли новые направления биологии. Синтетическая биология - это область, которая приобрела известность с момента ее официального появления в 2003 году и имеет основные возможности применения в промышленности, окружающей среде и здоровье человека.

Определение синтетической биологии дается путем интеграции различных областей исследований (химии, биологии, инженерии, физики или информатики) с созданием новых биологических компонентов, а также с реконструкцией уже существующих естественных биологических систем. Использование технологии рекомбинантной ДНК (последовательности ДНК из разных источников) не является проблемой для синтетической биологии, как это уже происходит; ставка заключается в создании организмов, отвечающих текущим потребностям человечества.

Союзником синтетической биологии является биомимикрия, которая ищет решения наших потребностей, вдохновленных природой. С помощью синтетической биологии можно будет воссоздавать целые системы, а не только их части.

С 2010 года синтетическая биология получила известность. В том же году американскому ученому Джону Крейгу Вентеру удалось совершить нечто гениальное: он создал первый в истории искусственно живой лабораторный организм. Он не создал новую форму жизни как таковую, но «напечатал» ДНК, созданную из цифровых данных, и ввел ее в живую бактерию, превратив ее в синтетическую версию бактерии. микоплазма микоид. Вентер утверждает, что это был «первый живой организм, родитель которого - компьютер».

Сегодня в Интернете доступна база данных с тысячами «рецептов» ДНК, которые нужно распечатать, которые называются биокирпичи. Бактерии с синтетическим геномом действуют точно так же, как их естественная версия, и именно так мы можем перепрограммировать бактерии и заставить их действовать так, как мы хотим, чтобы производить определенные материалы, такие как шелк и молоко.

Компания Bolt Threads, производящая шелковые волокна в результате наблюдений за пауками, упомянутых в начале этого текста, отвечает за производство шелковых волокон. Искусственное «коровье молоко» - это муфри, созданное двумя биоинженерами-веганами. Он производится по тем же принципам, что и пиво, и представляет собой смесь ингредиентов (ферментов, белков, жиров, углеводов, витаминов, минералов и воды). Это «синтетическое молоко» имеет такие же вкусовые и питательные характеристики, что и оригинальное. Сверхстойкая нить - это работа лаборатории Benthic Labs, которая производит различные материалы, такие как веревки, упаковка, одежда и товары для здоровья, с помощью этой нити из миксина (вид рыб, также известный как миксини). Код ДНК рыбы вводится в бактериальную колонию, которая начинает синтезировать нить. Он в десять раз тоньше прядей волос, прочнее нейлона и стали, обладает абсорбирующими и антимикробными свойствами.

Если мы сможем воссоздать такие «природные» ресурсы по мере продвижения исследований, синтетическая биология сможет заменить использование некоторых видов сырья. Таким образом, эта технология может быть представлена ​​как фактор, имеющий большое значение для концепции экономики замкнутого цикла, как и в случае технологий, поглощающих разливы нефти или бактерий, поедающих пластик.

Включение синтетической биологии в круговую экономику

Изображение Родиона Куцаева в Unsplash

Циркулярная экономика - это структурная модель, представляющая замкнутый цикл, в котором нет потерь или потерь. Согласно Фонду Эллен Макартур, три принципа циркулярной экономики:

1. Сохранение и приумножение природного капитала, контроль конечных запасов и балансирование потоков возобновляемых ресурсов;
2. Оптимизировать производство ресурсов, циркулирующих продуктов, компонентов и материалов высочайшего уровня полезности в любое время, как в техническом, так и в биологическом циклах;
3. Поощряйте эффективность системы, выявляя отрицательные внешние эффекты и исключая их в проектах.

В настоящее время мы живем в линейной производственной системе. Мы добываем, производим, потребляем и утилизируем. Но природные ресурсы ограничены, и мы должны их беречь - это первый принцип циркулярной экономики.

С синтетической биологией в будущем у нас может появиться возможность заменить добычу определенных природных ресурсов. Помимо защиты окружающей среды, мы будем экономить огромное количество энергии и приблизимся к модели от колыбели до колыбели (от колыбели к колыбели - система, в которой не существует идеи отходов).

Замена материалов

Возможность контролировать бактерии и заставлять их работать на нас может создавать различные альтернативные ресурсы или процессы. Например: создание новых биоразлагаемых материалов, которые можно снова интегрировать в цикл, которые теперь служат питательными веществами для других существ, в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.

Уже есть несколько типов полимеров, созданных синтетической биологией, например, пластик, полученный в результате ферментации сахара и естественно разлагающийся микроорганизмами в почве. Другие материалы также могут быть использованы для производства биопластика, такого как кукуруза, картофель, сахарный тростник, дерево и другие. Существуют также упаковки из грибного мицелия (изображение ниже), которые можно формовать и заменять пенополистиролом.

Изображение: Биоразлагаемая упаковка, изготовленная компанией Ecovative Design с использованием биоматериала мицелия из сельскохозяйственных отходов компанией Mycobond, находится под лицензией (CC BY-SA 2.0)

Другие области применения, которые оцениваются по всему миру, все еще находятся в стадии разработки ... Синтетический каучук сегодня полностью получают из нефтехимических источников, поэтому исследователи пытаются создать шины, изготовленные из Биоизопрен. Растительные ферменты вводятся в микроорганизм путем переноса генов, в результате чего образуется изопрен. В Бразилии изучается метод преобразования метана в биоразлагаемый пластик с использованием микроорганизмов в контролируемых условиях. Химические вещества, акрил, разработка вакцин, обработка сельскохозяйственных отходов, антибиотики, среди прочего, являются примерами синтетических биологических продуктов, которые могут быть повторно введены в поток, создавая циклическую систему.

Чтобы включить второй принцип циркулярной экономики, синтетическая биология может создавать материалы, которые более устойчивы и служат дольше, не требуя постоянного ремонта, замены деталей или даже очень частой покупки новых продуктов. Производятся материалы, которые можно легко повторно использовать в других процессах, для создания новых продуктов или которые легче переработать. Если бы весь этот гипотетический материал имел эти условия, они не стали бы отходами, с уменьшением загрязнения и захоронения на свалках, то есть они продолжали бы циркулировать для использования.

другая сторона истории

Эта технология еще совсем недавно, и с открытием все большего числа применений и материалов, которые могут быть заменены синтетическими, извлечение ресурсов из окружающей среды уменьшается, что позволяет восстанавливать ее естественным путем. Восстановив устойчивость окружающей среды, мы восстановим баланс, и мы сможем жить на более устойчивой планете.

Но вроде все хорошо, есть шансы. Эта научная отрасль, которая также считается экстремальной генной инженерией, нуждается в официальных заключениях. Продукты должны иметь подробные правила и рекомендации, чтобы избежать любой возможности ошибки, чтобы риски и преимущества стали очевидными до того, как они будут реализованы на коммерческой основе. Поскольку первоначальные эксперименты в синтетической биологии были очень перспективными с экономической точки зрения, ограничений пока не так много, что может стать проблемой.

Одним из возможных негативных последствий является потеря биоразнообразия из-за создания искусственных микроорганизмов, которые могут непредсказуемо действовать в окружающей среде. Например: если намеренно или нет высвобожден синтетический микроорганизм, иногда неслыханный в природе, он может вести себя как захватчик и распространяться, нарушая целые экосистемы, и невозможно «охотиться» и удалять все бактерии из среда.

В социальном плане бедные страны могут пострадать намного больше, чем развитые страны. Использование микроорганизмов для массового производства определенного продукта может заменить целые натуральные культуры, оставив миллионы семей без работы. Однако возникнет необходимость в монокультурах для кормления бактерий, поскольку их источником энергии является биомасса.

В больших масштабах для некоторых продуктов требуется много органических веществ, например, сахара. Возможно, безработные семьи начнут сажать только сахарный тростник (биотопливо уже привело к серьезным изменениям в землепользовании), что, в частности, может повлиять на доступ к земле, воде и более широкое использование пестицидов.

Все эти вопросы напрямую связаны с биоэтикой. Сила синтетической биологии огромна. Создание организмов так, как мы хотим, делает их непредсказуемыми, поэтому ученые и общество должны использовать эту силу ответственно и безопасно при поддержке правительств. Это всегда непростой вопрос.

Все эти положительные или отрицательные факторы могут помочь или навредить экономике замкнутого цикла и нашей планете. Но еще предстоит много споров и много знаний по этому вопросу. Нельзя отрицать, что синтетическая биология - это тенденция будущего, но самое главное - определить, как эта передовая технология будет применяться.

Посмотрите критический видеоролик о последствиях синтетической биологии.