lovesouthernsocial.com

Saznajte više o sintetičkoj biologiji, nauci koja je sposobna da sintetiše organizme da bi proizveli ono što želimo, i kako se to može odnositi na životnu sredinu

Slika Bila Oksforda u Unsplash-u

Pauci i insekti koji proizvode odeću koju nosite? Zvuči čudno, ali već postoje kompanije koje to rade. Istraživači su proučavali DNK pauka i analizirali kako oni proizvode svilena vlakna. Tako su uspeli da u laboratoriji reprodukuju vlakno napravljeno od vode, šećera, soli i kvasca koje pod mikroskopom ima iste hemijske karakteristike kao i prirodno. Tu je već i „kravlje mleko“ koje nije poteklo od krave, pa čak i filament čvršći od čelika proizvedenog od viskozne supstance ribe. Sve su to primeri primene sintetičke biologije.

sintetička biologija

Krajem 20. veka započela je biotehnološka revolucija u kojoj su se pojavili novi pravci biologije. Sintetička biologija je oblast koja je dobila na značaju otkako se zvanično pojavila 2003. godine, a svoje glavne mogućnosti primene ima u industriji, životnoj sredini i zdravlju ljudi.

Definicija sintetičke biologije data je integracijom različitih oblasti istraživanja (hemija, biologija, inženjering, fizika ili računarstvo) sa izgradnjom novih bioloških komponenti, uključujući i redizajn prirodnih bioloških sistema koji već postoje. Korišćenje tehnologije rekombinantne DNK (sekvenca DNK iz različitih izvora) nije izazov za sintetičku biologiju, kao što se već dešava; opklada je da se dizajniraju organizmi koji zadovoljavaju trenutne potrebe čovečanstva.

Saveznik sintetičke biologije je biomimikrija, koja traži rešenja za naše potrebe inspirisana prirodom. Sa sintetičkom biologijom biće moguće rekreirati čitave sisteme, a ne samo deo.

Sintetička biologija je postala poznata od 2010. Te godine američki naučnik Džon Krejg Venter uspeo je da postigne nešto genijalno: stvorio je prvi veštački živi laboratorijski organizam u istoriji. On nije stvorio novi oblik života sam po sebi, već je "štampao" DNK stvoren iz digitalnih podataka i uveo je u živu bakteriju, transformišući je u sintetičku verziju bakterije. mycoplasma mycoides. Venter tvrdi da je ovo bio "prvi živi organizam čiji je roditelj kompjuter".

Danas postoji baza podataka dostupna na internetu, sa hiljadama DNK „recepata“ koje treba odštampati, tzv biocigle. Bakterije sa sintetičkim genomom deluju na potpuno isti način kao i njihova prirodna verzija, i tako smo u mogućnosti da reprogramiramo bakterije i nateramo ih da deluju onako kako mi želimo da bi proizveli određene materijale, poput svile i mleka.

Kompanija odgovorna za proizvodnju svilenih vlakana iz posmatranja pauka pomenuta na početku ovog teksta je Bolt Threads. Veštačko „kravlje mleko“ je Muufri, koje su napravila dva veganska bioinženjera. Proizvodi se na istim principima kao i pivo i predstavlja mešavinu sastojaka (enzima, proteina, masti, ugljenih hidrata, vitamina, minerala i vode). Ovo "sintetičko mleko" ima isti ukus i nutritivne karakteristike kao originalno. Hiperotporni filament je delo laboratorije Benthic Labs, koja preko ovog filamenta proizvodi različite materijale, kao što su užad, ambalaža, odeća i zdravstveni proizvodi. hagfish (vrsta ribe poznata i kao miksini). DNK kod ribe se unosi u koloniju bakterija, koja počinje da sintetiše filament. Deset puta je tanji od pramena kose, jači od najlona, ​​čelika i ima upijajuća i antimikrobna svojstva.

Ako smo u mogućnosti da ponovo stvorimo takve „prirodne“ resurse kako studije napreduju, sintetička biologija može da zameni upotrebu nekih sirovina. Tako se ova tehnologija može uvesti kao faktor od velikog značaja za koncept cirkularne ekonomije, kao što je slučaj sa tehnologijama koje apsorbuju izlivene nafte ili bakterije koje jedu plastiku.

Uključivanje sintetičke biologije u cirkularnu ekonomiju

Slika Rodiona Kucajeva u Unsplash-u

Cirkularna ekonomija je strukturni model koji predstavlja zatvoreni ciklus, u kojem nema gubitaka ili rasipanja. Tri principa cirkularne ekonomije, prema Fondaciji Elen Makartur, su:

1. Očuvati i povećati prirodni kapital, kontrolisati ograničene zalihe i balansirati tokove obnovljivih resursa;
2. Optimizirati proizvodnju resursa, prometnih proizvoda, komponenti i materijala najvišeg stepena korisnosti u svakom trenutku, kako u tehničkom tako iu biološkom ciklusu;
3. Podsticati efikasnost sistema, otkrivajući negativne eksternalije i isključujući ih u projektima.

Trenutno živimo u linearnom proizvodnom sistemu. Mi vadimo, proizvodimo, konzumiramo i odlažemo. Ali prirodni resursi su ograničeni i moramo ih očuvati – ovo je prvi princip cirkularne ekonomije.

Sa sintetičkom biologijom, u budućnosti, možda ćemo imati mogućnost da zamenimo ekstrakciju određenih prirodnih resursa. Pored očuvanja životne sredine, mi ćemo uštedeti ogromnu količinu energije i približiti se modelu od kolevke do kolevke (kolevka do kolevke - sistem u kojem ideja otpada ne postoji).

Zamena materijala

Sposobnost da kontrolišemo bakterije i nateramo ih da rade za nas može stvoriti različite alternativne ulaze ili procese. Na primer: stvaranje novih biorazgradivih materijala koji se mogu integrisati nazad u ciklus, koji sada služe kao hranljive materije za druga bića, kao đubrivo za useve.

Već postoje neke vrste polimera koje je stvorila sintetička biologija, kao što je plastika napravljena fermentacijom šećera i prirodno degradirana mikroorganizmima u zemljištu. Drugi materijali se takođe mogu koristiti za proizvodnju bioplastike, kao što su kukuruz, krompir, šećerna trska, drvo, između ostalog. Postoje i paketi od micelija pečuraka (slika ispod) koji se mogu oblikovati i zameniti stiropor.

Slika: Biorazgradiva ambalaža napravljena od strane Ecovative Design koristeći biomaterijal micelijuma iz poljoprivrednog otpada kompanije mycobond je licencirana pod (CC BY-SA 2.0)

Druge aplikacije koje se procenjuju širom sveta su još uvek u fazi razvoja... Sintetički kaučuk danas je u potpunosti izveden iz petrohemijskih izvora, tako da istraživanja pokušavaju da stvore gume napravljene od BioIsoprene. Biljni enzimi se unose u mikroorganizam transferom gena, čime se proizvodi izopren. U Brazilu se proučava metod za transformaciju metana u biorazgradivu plastiku pomoću mikroorganizama u kontrolisanim uslovima. Hemikalije, akril, razvoj vakcina, tretman poljoprivrednog otpada, antibiotici, između ostalog, su primeri sintetičkih bioloških proizvoda koji se mogu ponovo ubaciti u tok, stvarajući ciklični sistem.

Da bismo uključili drugi princip cirkularne ekonomije, sintetička biologija može da stvori materijale koji su otporniji i koji traju duže, ne zahtevajući stalne popravke, zamenu delova, pa čak ni kupovinu novih proizvoda vrlo često. Prave se materijali koji se lako mogu ponovo koristiti u drugim procesima, za stvaranje novih proizvoda ili koji se lakše recikliraju. Kada bi sav ovaj hipotetički materijal imao ove uslove, ne bi postao otpad, uz smanjenje zagađenja i odlaganja na deponije, odnosno nastavio bi da cirkuliše za upotrebu.

drugu stranu priče

Ova tehnologija je još uvek veoma skorašnja i sa otkrivanjem sve više i više upotreba i materijala koji se mogu zameniti sintetičkim, izvlačenje resursa iz okoline se smanjuje, što mu omogućava da se prirodno oporavi. Vraćanjem otpornosti životne sredine, uspostavlja se ravnoteža i moći ćemo da živimo na održivijoj planeti.

Ali kao i sve što je dobro, postoje neke šanse. Ovoj naučnoj grani, koja se takođe smatra ekstremnim genetskim inženjeringom, potrebna su zvanična mišljenja. Proizvodi moraju imati detaljne propise i preporuke kako bi se izbegla svaka mogućnost greške, tako da rizici i koristi postanu evidentni pre nego što budu komercijalizovani. Kako su početni eksperimenti u sintetičkoj biologiji bili ekonomski veoma obećavajući, još uvek nema mnogo ograničenja, što može biti problem.

Jedan od negativnih efekata koji može nastati je gubitak biodiverziteta stvaranjem veštačkih mikroorganizama koji mogu nepredvidivo da deluju u životnoj sredini. Na primer: ako se namerno ili ne ispusti sintetički mikroorganizam, ponekad nezabeležen u prirodi, on može da se ponaša kao napadač i da se širi, narušavajući čitave ekosisteme, a nemoguće je „loviti“ i ukloniti sve bakterije iz Животна средина.

Što se tiče socijalnog pitanja, siromašne zemlje mogu patiti mnogo više od razvijenih zemalja. Korišćenje mikroorganizama za masovnu proizvodnju određenog proizvoda može zameniti čitave prirodne useve, ostavljajući milione porodica bez posla. Međutim, postojaće potreba za monokulturama za hranjenje bakterija, jer je njihov izvor energije biomasa.

U velikim razmerama, za određene proizvode će biti potrebno mnogo organske materije, kao što je šećer. Moguće je da će nezaposlene porodice početi da sade samo šećernu trsku (biogoriva su već donela velike promene u korišćenju zemljišta), što može uticati na pristup zemljištu, vodi i povećanu upotrebu pesticida, između ostalog.

Sva ova pitanja su direktno povezana sa bioetikom. Moć sintetičke biologije je ogromna. Dizajniranje organizama na način na koji želimo čini ih nepredvidivim, tako da naučnici i društvo moraju da koriste ovu moć odgovorno i bezbedno, uz podršku vlada. Ovo je uvek nezgodno pitanje.

Svi ovi pozitivni ili negativni faktori mogu pomoći ili naštetiti kružnoj ekonomiji i našoj planeti. Ali ima još mnogo toga o čemu treba raspravljati i mnogo znanja o ovoj temi. Ne može se poreći da je sintetička biologija trend budućnosti, ali najvažnije je definisati kako će se ova napredna tehnologija primeniti.

Pogledajte kritički video o posledicama sintetičke biologije.