Saznajte o sintetskoj biologiji, znanosti koja je sposobna sintetizirati organizme kako bi proizvela ono što želimo i kako se ona može povezati s okolišem

Bill Oxford na slici Unsplash

Pauci i insekti koji proizvode odjeću koju nosite? Zvuči čudno, ali već postoje tvrtke koje to rade. Istraživači su proučavali DNK pauka i analizirali kako oni proizvode svilena vlakna. Tako su uspjeli u laboratoriju reproducirati vlakno od vode, šećera, soli i kvasca koje pod mikroskopom imaju iste kemijske karakteristike kao i prirodno. Također već postoji "kravlje mlijeko" koje nije dolazilo od krave, pa čak i nit jača od čelika proizvedenog od riblje viskozne tvari. Sve su to primjeri primjene sintetske biologije.

Sintetska biologija

Krajem 20. stoljeća započela je biotehnološka revolucija u kojoj su se pojavili novi aspekti biologije. Sintetska biologija područje je koje je dobilo na značaju otkad se službeno pojavilo 2003. godine, a ima svoje glavne mogućnosti primjene u industriji, okolišu i ljudskom zdravlju.

Definicija sintetske biologije daje se integracijom različitih područja istraživanja (kemija, biologija, inženjerstvo, fizika ili informatika) s konstrukcijom novih bioloških komponenata, uključujući i redizajn prirodnih bioloških sustava koji već postoje. Korištenje tehnologije rekombinantne DNA (DNA sekvence iz različitih izvora) nije izazov za sintetsku biologiju, jer se to već događa; oklada je u dizajniranju organizama koji udovoljavaju trenutnim potrebama čovječanstva.

Saveznik sintetičke biologije je biomimikrija koja traži rješenja za naše potrebe nadahnute prirodom. S sintetičkom biologijom bit će moguće ponovno stvoriti čitave sustave, a ne samo dio.

Sintetska je biologija 2010. godine postala poznata. Te je godine američki znanstvenik John Craig Venter uspio postići nešto genijalno: stvorio je prvi organizam s umjetnim životom u laboratoriju u povijesti. Nije stvorio novi oblik života sam, već je "utisnuo" DNA stvorenu iz digitalnih podataka i uveo je u živu bakteriju, pretvarajući je u sintetičku verziju bakterije Mycoplasma mycoides . Venter tvrdi da je ovo bio "prvi živi organizam čiji je otac računalo".

Danas na Internetu postoji baza podataka s tisućama DNK "recepata" za tiskanje, nazvanim biobrikovi . Bakterije sa sintetičkim genomom djeluju na potpuno isti način kao i njihova prirodna inačica, a to je način na koji smo sposobni reprogramirati bakterije i natjerati ih da djeluju onako kako želimo proizvesti određene materijale, poput svile i mlijeka.

Tvrtka odgovorna za proizvodnju svilenih vlakana iz promatranja pauka spomenuta na početku ovog teksta je Bolt Threads. Umjetno "kravlje mlijeko" je Muufri, koje su stvorila dva veganska bioinženjera. Proizvodi se prema istim principima kao i pivo i mješavina je sastojaka (enzima, bjelančevina, masti, ugljikohidrata, vitamina, minerala i vode). Ovo "sintetičko mlijeko" ima jednake okusne i hranjive karakteristike kao i originalno. Hiper-rezistentna nit, s druge strane, rad je laboratorija Benthic Labs koji proizvodi razne materijale, poput užadi, ambalaže, odjeće i zdravstvenih proizvoda, kroz ovu nit od hagfish-a.(vrsta ribe poznata i kao myxini). DNK kod ribe uvodi se u bakterijsku koloniju koja počinje sintetizirati nit. Deset je puta tanji od dlake, jači je od najlona, čelika i ima upijajuća i antimikrobna svojstva.

Ako uspijemo ponovno stvoriti takve "prirodne" resurse, kako napreduju studije, sintetska biologija može zamijeniti upotrebu nekih sirovina. Stoga se ova tehnologija može uvesti kao faktor od velike važnosti za koncept kružne ekonomije, kao što je slučaj s tehnologijama koje apsorbiraju izlijevanje nafte ili bakterije koje jedu plastiku.

Uključivanje sintetske biologije u kružno gospodarstvo

Slika Rodiona Kutsaeva u Unsplash-u

Kružna ekonomija strukturni je model koji predstavlja zatvoreni ciklus u kojem nema gubitaka ili rasipanja. Prema Zakladi Ellen Macarthur, tri su principa kružne ekonomije:

Očuvati i povećati prirodni kapital, kontrolirajući ograničene zalihe i uravnotežujući protok obnovljivih izvora;
Optimizirajte proizvodnju resursa, cirkulirajućih proizvoda, komponenata i materijala najviše razine korisnosti u svakom trenutku, kako u tehničkom tako i u biološkom ciklusu;
Poticanje učinkovitosti sustava, otkrivajući negativne vanjske učinke i isključujući ih u projektima.

Trenutno živimo u linearnom proizvodnom sustavu. Izdvajamo, proizvodimo, trošimo i odlažemo. Ali prirodni resursi su ograničeni i moramo ih sačuvati - to je prvo načelo kružne ekonomije.

S sintetičkom biologijom u budućnosti ćemo možda moći nadomjestiti vađenje određenih prirodnih resursa. Uz očuvanje okoliša, uštedjet ćemo enormnu količinu energije i približavati se modelu od kolijevke do kolijevke ( kolijevka do kolijevke - sustav u kojem ne postoji ideja o otpadu).

Zamjena materijala

Sposobnost kontrole bakterija i natjeranja da rade za nas može stvoriti različite alternative za ulaze ili procese. Na primjer: stvaranje novih biorazgradivih materijala koji se mogu integrirati natrag u ciklus, koji sada služe kao hranjiva za druga bića, poput gnojiva za plantaže.

Već postoje neke vrste polimera stvorene sintetskom biologijom, poput plastike izrađene od fermentacije šećera i prirodno razgrađene mikroorganizmima u tlu. Za proizvodnju bioplastike mogu se koristiti i drugi materijali, poput kukuruza, krumpira, šećerne trske, drva, između ostalog. Tu su i paketi izrađeni od micelija (slika dolje) gljiva koji se mogu oblikovati i zamijeniti stiropor.

Slika: Biorazgradiva ambalaža izrađena u tvrtki Ecovative Design, koristeći biomaterijal micelija iz poljoprivrednog otpada tvrtke mycobond, licencirana je pod (CC BY-SA 2.0)

Ostale aplikacije koje svijet procjenjuje još uvijek se razvijaju ... Sintetička guma danas je u potpunosti izvedena iz petrokemijskih izvora, pa istraživanja pokušavaju stvoriti gume izrađene od BioIsoprena . Biljni enzimi unose se u mikroorganizam prijenosom gena, stvarajući tako izopren. U Brazilu se proučava metoda za pretvaranje metana u biorazgradivu plastiku pomoću mikroorganizama u kontroliranim uvjetima. Kemijski proizvodi, akril, razvoj cjepiva, obrada poljoprivrednog otpada, antibiotici, između ostalog, primjeri su proizvoda sintetske biologije koji se mogu vratiti u tok stvarajući ciklički sustav.

Da bi uključila drugo načelo kružne ekonomije, sintetska biologija može stvoriti materijale koji su otporniji i traju dugo, bez potrebe za stalnim popravcima, mijenjanjem dijelova ili čak vrlo često kupnjom novih proizvoda. Izrađuju se materijali koji se lako mogu ponovno upotrijebiti u drugim procesima, za stvaranje novih proizvoda ili ih je lakše reciklirati. Da sav ovaj hipotetski materijal ima ove uvjete, oni ne bi postali otpad, sa smanjenjem onečišćenja i odlaganjem na odlagališta, odnosno nastavili bi se stavljati u promet.

Druga strana priče

Ova je tehnologija još uvijek vrlo nedavna, a otkrivanjem sve više i više namjena i materijala koji se mogu zamijeniti sintetikom, smanjuje se izdvajanje resursa iz okoliša, što joj omogućuje prirodni oporavak. Vraćajući sposobnost otpornosti okoliša, ravnoteža se obnavlja i možemo živjeti na održivijem planetu.

Ali kao i sve što je dobro, postoje i neke nedaće. Ovoj znanstvenoj grani, koja se također smatra ekstremnim genetskim inženjeringom, trebaju službeni savjeti. Proizvodi moraju imati detaljne propise i preporuke kako bi se izbjegla bilo kakva mogućnost pogreške, tako da rizici i koristi postanu vidljivi prije nego što se dogodi komercijalizacija. Budući da su početni eksperimenti u sintetskoj biologiji ekonomski vrlo obećavali, još uvijek nema puno ograničenja, što može predstavljati problem.

Jedan od negativnih učinaka koji se mogu dogoditi je gubitak biološke raznolikosti stvaranjem umjetnih mikroorganizama koji mogu nepredvidljivo djelovati u okolišu. Na primjer: ako se sintetski mikroorganizam namjerno oslobodi ili ne, ponekad bez presedana u prirodi, može se ponašati kao napadač i širiti se, deregulirajući čitave ekosustave, a nemoguće je „loviti“ i ukloniti sve bakterije iz okoliša.

Što se tiče socijalnog pitanja, siromašne zemlje mogu patiti mnogo više od razvijenih zemalja. Korištenje mikroorganizama za masovnu proizvodnju određenog proizvoda može zamijeniti cijele prirodne plantaže, a milijuni obitelji ostat će nezaposleni. Međutim, bit će potrebna monokultura za hranjenje bakterija, jer je njihov izvor energije biomasa.

U velikim razmjerima određeni proizvodi zahtijevaju puno organske tvari, poput šećera. Moguće nezaposlene obitelji počet će saditi samo šećernu trsku (biogoriva su već dovela do velikih promjena u korištenju zemljišta), što između ostalog može utjecati na pristup zemlji, vodi i povećanoj upotrebi pesticida.

Sva su ta pitanja izravno povezana s bioetikom. Moć sintetske biologije je ogromna. Dizajniranje organizama onako kako mi želimo čini ih nepredvidljivima, tako da znanstvenici i društvo moraju ovu moć koristiti odgovorno i sigurno, potpomognuto vladama. To je uvijek složeno pitanje.

Svi ovi pozitivni ili negativni čimbenici mogu pomoći ili ometati kružno gospodarstvo i naš planet. Ali o tome još treba puno raspravljati i prikupiti mnogo znanja. Ne može se poreći da je sintetska biologija trend u budućnosti, ali najvažnije je definirati kako će se primijeniti ova napredna tehnologija.

Pogledajte kritični video o posljedicama sintetske biologije.