Lær om syntetisk biologi, en vitenskap som er i stand til å syntetisere organismer for å produsere det vi ønsker, og hvordan den kan forholde seg til miljøet

Bill Oxford i Unsplash-bilde

Edderkopper og insekter som produserer klærne du bruker? Det høres rart ut, men det er allerede selskaper som gjør dette. Forskere studerte edderkoppenes DNA og analyserte hvordan de produserer silkefibre. Dermed klarte de å reprodusere i laboratoriet en fiber laget av vann, sukker, salt og gjær som under mikroskopet har de samme kjemiske egenskapene som den naturlige. Det er også allerede "kumelk" som ikke kom fra kua og til og med en filament sterkere enn stålet som ble produsert av fiskens tyktflytende substans. Alt dette er eksempler på anvendelse av syntetisk biologi.

Syntetisk biologi

På slutten av 1900-tallet begynte en bioteknologisk revolusjon der nye aspekter av biologi dukket opp. Syntetisk biologi er et område som har fått fremtredelse siden den offisielt dukket opp i 2003, og har sine viktigste muligheter for anvendelse i industri, miljø og menneskers helse.

Definisjonen av syntetisk biologi er gitt ved integrering av forskjellige forskningsområder (kjemi, biologi, ingeniørfag, fysikk eller informatikk) med konstruksjonen av nye biologiske komponenter, som også involverer re-design av naturlige biologiske systemer som allerede eksisterer. Å bruke rekombinant DNA-teknologi (en DNA-sekvens fra forskjellige kilder) er ikke en utfordring for syntetisk biologi, ettersom dette allerede skjer; satsingen er å designe organismer som oppfyller menneskets nåværende behov.

En alliert med syntetisk biologi er biomimicry, som søker løsninger på våre behov inspirert av naturen. Med syntetisk biologi vil det være mulig å gjenskape hele systemer, ikke bare en del.

Det var fra 2010 at syntetisk biologi ble kjent. Det året klarte den amerikanske forskeren John Craig Venter å oppnå noe geni: han skapte den første organismen med kunstig liv i et laboratorium i historien. Han skapte ikke en ny livsform i seg selv, men "innprentet" DNA opprettet fra digitale data, og introduserte det til en levende bakterie, og forvandlet den til den syntetiske versjonen av Mycoplasma mycoides- bakteriene . Venter hevder at dette var den "første levende organismen hvis far er en datamaskin".

I dag er det en database tilgjengelig på internett med tusenvis av DNA-oppskrifter som skal skrives ut, kalt biobricks . Bakterier med et syntetisk genom virker på samme måte som deres naturlige versjon, og det er slik vi er i stand til å omprogrammere bakterier og få dem til å handle slik vi ønsker å produsere visse materialer, som silke og melk.

Selskapet som er ansvarlig for produksjonen av silkefibre fra observasjon av edderkopper som er nevnt i begynnelsen av denne teksten, er Bolt Threads. Den kunstige "kumelk" er Muufri, skapt av to veganske bioingeniører. Den produseres etter de samme prinsippene som øl og er en blanding av ingredienser (enzymer, proteiner, fett, karbohydrater, vitaminer, mineraler og vann). Denne "syntetiske melk" har samme smak og ernæringsegenskaper som originalen. Det hyperresistente filamentet er derimot arbeidet til Benthic Labs-laboratoriet, som produserer forskjellige materialer, som tauverk, emballasje, klær og helseprodukter, gjennom dette filamentet fra hagfish(fiskeslag også kjent som myxini). Fiskens DNA-kode blir introdusert i bakteriekolonien, som begynner å syntetisere filamentet. Det er ti ganger tynnere enn et hår, sterkere enn nylon, stål og har absorberende og antimikrobielle egenskaper.

Hvis vi er i stand til å gjenskape slike “naturlige” ressurser, etter hvert som studiene utvikler seg, kan syntetisk biologi erstatte bruken av noen råvarer. Dermed kan denne teknologien innføres som en faktor av stor betydning for begrepet sirkulær økonomi, slik det er tilfelle med teknologier som absorberer oljesøl eller bakterier som spiser plast.

Innlemme syntetisk biologi i sirkulær økonomi

Bilde av Rodion Kutsaev i Unsplash

Den sirkulære økonomien er en strukturell modell som representerer en lukket syklus, der det ikke er noe tap eller avfall. De tre prinsippene for sirkulær økonomi, ifølge Ellen Macarthur Foundation, er:

Bevare og øke naturlig kapital, kontrollere endelige aksjer og balansere strømmen av fornybare ressurser;
Optimaliser produksjonen av ressurser, sirkulerende produkter, komponenter og materialer med det høyeste bruksnivået til enhver tid, både i den tekniske og biologiske syklusen;
Fremme systemets effektivitet, avsløre negative eksternaliteter og ekskludere dem i prosjekter.

Vi lever for tiden i et lineært produktivt system. Vi trekker ut, produserer, forbruker og avhender. Men naturressursene er endelige, og vi må bevare dem - dette er det første prinsippet i sirkulær økonomi.

Med syntetisk biologi kan vi i fremtiden kanskje erstatte utvinning av visse naturressurser. I tillegg til å bevare miljøet, sparer vi en enorm mengde energi og nærmer oss modellen fra vugge til vugge ( vugge til vugge - et system der det ikke er noen idé om avfall).

Skifte ut materialer

Evnen til å kontrollere bakterier og få dem til å fungere for oss kan skape forskjellige alternativer for innspill eller prosesser. For eksempel: etablering av nye biologisk nedbrytbare materialer som kan integreres tilbake i syklusen, og som nå fungerer som næringsstoffer for andre vesener, for eksempel gjødsel for plantasjer.

Det er allerede noen typer polymerer laget av syntetisk biologi, for eksempel plast laget av gjæring av sukker og nedbrytes naturlig med mikroorganismer i jorden. Andre materialer kan også brukes til å produsere bioplast, som mais, poteter, sukkerrør, tre, blant andre. Det er også pakker laget av myceliet (bildet nedenfor) av sopp som kan støpes og erstatte isopor.

Bilde: Biologisk nedbrytbar emballasje laget av Ecovative Design, som bruker myceliumbiomateriale fra landbruksavfall fra mycobond, er lisensiert under (CC BY-SA 2.0)

Andre applikasjoner som evalueres av verden, utvikles fortsatt ... Syntetisk gummi i dag er helt hentet fra petrokjemiske kilder, så forskning prøver å lage dekk laget av BioIsoprene . Planteens enzymer blir introdusert i mikroorganismen ved å overføre gener og dermed produsere isopren. I Brasil studeres en metode for å transformere metan til biologisk nedbrytbar plast ved hjelp av mikroorganismer under kontrollerte forhold. Kjemiske produkter, akryl, vaksineutvikling, behandling av avfall fra landbruket, antibiotika, blant andre, er eksempler på syntetiske biologiprodukter som kan settes tilbake i strømmen, og skaper et syklisk system.

For å inkludere det andre prinsippet om sirkulær økonomi, kan syntetisk biologi skape materialer som er mer motstandsdyktige og som varer lenge, uten å trenge konstante reparasjoner, bytte deler eller til og med kjøpe nye produkter veldig ofte. Det lages materialer som lett kan brukes i andre prosesser, for å lage nye produkter, eller som er lettere å resirkulere. Hvis alt dette hypotetiske materialet hadde disse forholdene, ville de ikke bli avfall, med en reduksjon i forurensning og deponering på deponier, det vil si at de vil fortsette å bli sirkulert for bruk.

Den andre siden av historien

Denne teknologien er fortsatt veldig fersk, og med oppdagelsen av stadig flere bruksområder og materialer som kan erstattes av syntetisk materiale, reduseres utvinning av ressurser fra miljøet, slik at den kan komme seg naturlig. Når du returnerer miljøets motstandskraft, gjenopprettes balansen, og vi kan leve på en mer bærekraftig planet.

Men som alt som er bra, er det noen motganger. Denne vitenskapelige grenen, som også anses å være ekstrem genteknologi, trenger offisiell rådgivning. Produktene må ha detaljerte forskrifter og anbefalinger for å unngå muligheter for feil, slik at risiko og fordeler blir tydelige før kommersialisering skjer. Siden de første eksperimentene innen syntetisk biologi var veldig lovende økonomisk, er det fortsatt ikke mange begrensninger, noe som kan være et problem.

En av de negative effektene som kan oppstå er tapet av biologisk mangfold med dannelsen av kunstige mikroorganismer som kan virke uforutsigbart i miljøet. For eksempel: hvis en syntetisk mikroorganisme med vilje frigjøres eller ikke, noen ganger enestående i naturen, kan den oppføre seg som en inntrenger og forplante seg, deregulere hele økosystemer, og det er umulig å "jakte" og fjerne alle bakterier fra miljøet.

På det sosiale problemet kan fattige land lide mye mer enn utviklede land. Å bruke mikroorganismer til masseproduksjon av et bestemt produkt kan erstatte hele naturlige plantasjer, og etterlate millioner av familier arbeidsledige. Imidlertid vil det være behov for monokulturer for å mate bakteriene, siden deres energikilde er biomasse.

På store skalaer vil visse produkter kreve mye organisk materiale, som sukker. Muligens vil arbeidsledige familier begynne å plante bare sukkerrør (biodrivstoff har allerede medført store endringer i arealbruken), noe som blant annet kan ha innvirkning på tilgang til land, vann og økt bruk av plantevernmidler.

Alle disse problemene er direkte relatert til bioetikk. Kraften til syntetisk biologi er enorm. Å designe organismer slik vi vil gjøre dem uforutsigbare, så forskere og samfunn må bruke denne makten ansvarlig og trygt, støttet av regjeringer. Dette er alltid en komplisert sak.

Alle disse positive eller negative faktorene kan hjelpe eller hindre sirkulær økonomi og planeten vår. Men det er fortsatt mye å diskutere og mye kunnskap å hente om emnet. Det kan ikke benektes at syntetisk biologi er en trend for fremtiden, men det viktigste er å definere hvordan denne avanserte teknologien skal brukes.

Sjekk ut en kritisk video om konsekvensene av syntetisk biologi.