Lær om syntetisk biologi, en videnskab, der er i stand til at syntetisere organismer for at producere det, vi ønsker, og hvordan det kan relateres til miljøet

Bill Oxford i Unsplash-billede

Edderkopper og insekter producerer det tøj, du har på dig? Det lyder underligt, men der er allerede virksomheder, der gør dette. Forskere studerede edderkopernes DNA og analyserede, hvordan de producerer silkefibre. Således lykkedes det dem at reproducere i laboratoriet en fiber lavet af vand, sukker, salt og gær, der under mikroskopet har de samme kemiske egenskaber som den naturlige. Der er også allerede "komælk", der ikke kom fra koen, og endda et glødetråd, der er stærkere end stålet, der er fremstillet af en fisks tyktflydende substans. Alle disse er eksempler på anvendelse af syntetisk biologi.

Syntetisk biologi

I slutningen af det 20. århundrede begyndte en bioteknologisk revolution, hvor nye aspekter af biologi opstod. Syntetisk biologi er et område, der er blevet fremtrædende, siden det officielt optrådte i 2003, og som har sine vigtigste anvendelsesmuligheder inden for industri, miljø og menneskers sundhed.

Definitionen af syntetisk biologi gives ved integrationen af forskellige forskningsområder (kemi, biologi, teknik, fysik eller datalogi) med konstruktionen af nye biologiske komponenter, der også involverer re-design af naturlige biologiske systemer, der allerede findes. Brug af rekombinant DNA-teknologi (en sekvens af DNA fra forskellige kilder) er ikke en udfordring for syntetisk biologi, da dette allerede sker; væddemålet er at designe organismer, der opfylder menneskehedens nuværende behov.

En allieret med syntetisk biologi er biomimicry, der søger løsninger på vores behov inspireret af naturen. Med syntetisk biologi vil det være muligt at genskabe hele systemer, ikke kun en del.

Det var i 2010, at syntetisk biologi blev kendt. Det år lykkedes den amerikanske videnskabsmand John Craig Venter at udrette noget geni: han skabte den første organisme med kunstigt liv i et laboratorium i historien. Han skabte ikke en ny form for liv i sig selv, men "prægede" DNA oprettet af digitale data og introducerede det til en levende bakterie og omdannede den til den syntetiske version af Mycoplasma mycoides- bakterierne . Venter hævder, at dette var den "første levende organisme, hvis far er en computer".

I dag er der en database tilgængelig på Internettet med tusindvis af DNA-"opskrifter", der skal udskrives, kaldet biobricks . Bakterier med et syntetisk genom virker på nøjagtig samme måde som deres naturlige version, og det er sådan, vi er i stand til at omprogrammere bakterier og få dem til at handle, som vi ønsker at producere visse materialer, såsom silke og mælk.

Virksomheden, der er ansvarlig for produktionen af silkefibre fra observation af edderkopper, der er nævnt i begyndelsen af denne tekst, er Bolt Threads. Den kunstige "komælk" er Muufri, skabt af to veganske bioteknikere. Det produceres efter de samme principper som øl og er en blanding af ingredienser (enzymer, proteiner, fedtstoffer, kulhydrater, vitaminer, mineraler og vand). Denne "syntetiske mælk" har samme smag og ernæringsmæssige egenskaber som originalen. Den hyperresistente glødetråd er et arbejde fra Benthic Labs-laboratoriet, der fremstiller forskellige materialer såsom reb, emballage, tøj og sundhedsprodukter gennem denne glødetråd fra hagfish(fiskearter også kendt som myxini). Fiskens DNA-kode indføres i bakteriekolonien, som begynder at syntetisere glødetråden. Det er ti gange tyndere end et hår, stærkere end nylon, stål og har absorberende og antimikrobielle egenskaber.

Hvis vi er i stand til at genskabe sådanne "naturlige" ressourcer, efterhånden som undersøgelserne skrider frem, kan syntetisk biologi erstatte brugen af nogle råvarer. Således kan denne teknologi introduceres som en faktor af stor betydning for begrebet cirkulær økonomi, som det er tilfældet med teknologier, der absorberer olieudslip eller bakterier, der spiser plast.

Integrering af syntetisk biologi i den cirkulære økonomi

Billede af Rodion Kutsaev i Unsplash

Den cirkulære økonomi er en strukturel model, der repræsenterer en lukket cyklus, hvor der ikke er noget tab eller spild. De tre principper for cirkulær økonomi er ifølge Ellen Macarthur Foundation:

Bevar og øg naturkapitalen, kontroller endelige lagre og afbalancere strømmen af vedvarende ressourcer
Optimer produktionen af ressourcer, cirkulerende produkter, komponenter og materialer med det højeste anvendelsesniveau til enhver tid, både i den tekniske og biologiske cyklus;
Fremme systemets effektivitet, afsløre negative eksternaliteter og ekskludere dem i projekter.

Vi lever i øjeblikket i et lineært produktivt system. Vi ekstraherer, producerer, forbruger og bortskaffer. Men naturressourcerne er endelige, og vi skal bevare dem - dette er det første princip i den cirkulære økonomi.

Med syntetisk biologi kan vi muligvis erstatte udvinding af visse naturressourcer i fremtiden. Ud over at bevare miljøet, vil vi spare en enorm mængde energi og nærmer modellen fra vugge til vugge ( vugge til vugge - et system, hvor der ikke er nogen idé om affald).

Udskiftning af materialer

Evnen til at kontrollere bakterier og få dem til at fungere for os kan skabe forskellige alternativer til input eller processer. For eksempel: skabelsen af nye biologisk nedbrydelige materialer, der kan integreres tilbage i cyklussen, der nu tjener som næringsstoffer for andre væsener, såsom gødning til plantager.

Der er allerede nogle typer polymerer skabt af syntetisk biologi, såsom plast fremstillet ved gæring af sukker og nedbrydes naturligt med mikroorganismer i jorden. Andre materialer kan også bruges til at producere bioplast, såsom majs, kartofler, sukkerrør, træ, blandt andre. Der er også pakker lavet af myceliet (billede nedenfor) af svampe, der kan støbes og erstatte isopor.

Billede: Biologisk nedbrydelig emballage fremstillet af Ecovative Design, der bruger myceliumbiomateriale fra landbrugsaffald fra mycobond er licenseret under (CC BY-SA 2.0)

Andre applikationer, der evalueres af verden, er stadig under udvikling ... Syntetisk gummi i dag stammer helt fra petrokemiske kilder, så forskning forsøger at skabe dæk fremstillet af BioIsopren . Planteens enzymer introduceres i mikroorganismen ved at overføre gener og producerer således isopren. I Brasilien undersøges en metode til at omdanne metan til biologisk nedbrydeligt plast ved hjælp af mikroorganismer under kontrollerede forhold. Kemiske produkter, akryl, vaccineudvikling, behandling af landbrugsaffald, antibiotika, blandt andre, er eksempler på syntetiske biologiprodukter, der kan indsættes tilbage i strømmen, hvilket skaber et cyklisk system.

For at inkludere det andet princip i cirkulær økonomi kan syntetisk biologi skabe materialer, der er mere modstandsdygtige, og som varer længe, uden at der er behov for konstante reparationer, udskiftning af dele eller endda købe nye produkter meget ofte. Der fremstilles materialer, der let kan genbruges i andre processer, til at skabe nye produkter, eller som er lettere at genbruge. Hvis alt dette hypotetiske materiale havde disse forhold, ville de ikke blive affald med et fald i forurening og bortskaffelse på lossepladser, dvs. de ville fortsætte med at blive cirkuleret til brug.

Den anden side af historien

Denne teknologi er stadig meget nyere, og med opdagelsen af flere og flere anvendelser og materialer, der kan erstattes af syntetiske stoffer, falder udvindingen af ressourcer fra miljøet, så den kan komme sig naturligt. Når vi returnerer miljøets modstandsdygtighed, genoprettes balancen, og vi vil være i stand til at leve på en mere bæredygtig planet.

Men ligesom alt, hvad der er godt, er der nogle modgang. Denne videnskabelige gren, som også betragtes som ekstrem genteknologi, har brug for officiel rådgivning. Produkter skal have detaljerede regler og anbefalinger for at undgå enhver risiko for fejl, så risici og fordele bliver tydelige inden kommercialisering finder sted. Da de indledende eksperimenter i syntetisk biologi var meget lovende økonomisk, er der stadig ikke mange begrænsninger, hvilket kan være et problem.

En af de negative virkninger, der kan opstå, er tabet af biodiversitet med oprettelsen af kunstige mikroorganismer, der kan virke uforudsigeligt i miljøet. For eksempel: hvis en syntetisk mikroorganisme med vilje frigives eller ej, undertiden enestående i naturen, kan den opføre sig som en indtrængende og udbrede sig, deregulere hele økosystemer, og det er umuligt at "jage" og fjerne alle bakterier fra miljøet.

På det sociale spørgsmål kan fattige lande lide meget mere end udviklede lande. Brug af mikroorganismer til masseproduktion af et bestemt produkt kan erstatte hele naturlige plantager og efterlade millioner af familier arbejdsløse. Der vil dog være behov for monokulturer til at fodre bakterierne, da deres energikilde er biomasse.

På store skalaer vil visse produkter kræve meget organisk stof, som sukker. Muligvis vil arbejdsløse familier kun begynde at plante sukkerrør (biobrændstoffer har allerede medført store ændringer i arealanvendelsen), som blandt andet kan påvirke adgangen til jord, vand og øget brug af pesticider.

Alle disse spørgsmål er direkte relateret til bioetik. Kraften i syntetisk biologi er enorm. At designe organismer, som vi ønsker, gør dem uforudsigelige, så forskere og samfund skal bruge denne magt ansvarligt og sikkert understøttet af regeringer. Dette er altid et kompliceret problem.

Alle disse positive eller negative faktorer kan hjælpe eller hindre den cirkulære økonomi og vores planet. Men der er stadig meget at diskutere og meget viden, der skal rejses om emnet. Der kan ikke benægtes, at syntetisk biologi er en tendens for fremtiden, men det vigtigste er at definere, hvordan denne avancerede teknologi vil blive anvendt.

Tjek en kritisk video om konsekvenserne af syntetisk biologi.