lovesouthernsocial.com

Aflați mai multe despre biologia sintetică, știința capabilă să sintetizeze organisme pentru a produce ceea ce ne dorim și despre modul în care aceasta se poate raporta la mediu

Imaginea lui Bill Oxford în Unsplash

Păianjeni și insecte care produc hainele pe care le porți? Sună ciudat, dar există deja companii care fac asta. Cercetătorii au studiat ADN-ul păianjenilor și au analizat modul în care aceștia produc fibre de mătase. Astfel, au reușit să reproducă în laborator o fibră din apă, zahăr, sare și drojdie care, la microscop, are aceleași caracteristici chimice ca și cea naturală. Există deja și „laptele de vacă” care nu a provenit de la vacă și chiar un filament mai puternic decât oțelul produs din substanța vâscoasă a unui pește. Toate acestea sunt exemple de aplicare a biologiei sintetice.

biologie sintetică

La sfârșitul secolului al XX-lea, a început o revoluție biotehnologică, în care au apărut noi ramuri de biologie. Biologia sintetică este un domeniu care a căpătat proeminență de la apariția oficială în 2003 și are principalele sale posibilități de aplicare în industrie, mediu și sănătatea umană.

Definiția biologiei sintetice este dată de integrarea diferitelor domenii de cercetare (chimie, biologie, inginerie, fizică sau informatică) cu construcția de noi componente biologice, implicând și reproiectarea sistemelor biologice naturale deja existente. Utilizarea tehnologiei ADN recombinant (o secvență de ADN din diferite surse) nu este o provocare pentru biologia sintetică, deoarece se întâmplă deja; pariul este de a proiecta organisme care să răspundă nevoilor actuale ale umanității.

Un aliat al biologiei sintetice este biomimetismul, care caută soluții la nevoile noastre inspirate din natură. Cu biologia sintetică va fi posibil să se recreeze sisteme întregi, nu doar o parte.

Din 2010, biologia sintetică a căpătat notorietate. În acel an, omul de știință american John Craig Venter a reușit să realizeze ceva ingenios: a creat primul organism de laborator trăit artificial din istorie. El nu a creat o nouă formă de viață în sine, ci a „tipărit” ADN-ul creat din date digitale și l-a introdus într-o bacterie vie, transformând-o în versiunea sintetică a bacteriei. mycoplasma mycoides. Venter susține că acesta a fost „primul organism viu al cărui părinte este un computer”.

Astăzi există o bază de date disponibilă pe internet, cu mii de „rețete” ADN care urmează să fie tipărite, numite biocărămizi. Bacteriile cu genom sintetic acționează exact în același mod ca și versiunea lor naturală, și așa suntem capabili să reprogramam bacteriile și să le facem să acționeze așa cum ne dorim pentru a produce anumite materiale, cum ar fi mătasea și laptele.

Firma responsabilă cu producția de fibre de mătase din observarea păianjenilor menționată la începutul acestui text este Bolt Threads. „Laptele de vacă” artificial este Muufri, creat de doi bioingineri vegani. Este produsă pe aceleași principii ca și berea și este un amestec de ingrediente (enzime, proteine, grăsimi, carbohidrați, vitamine, minerale și apă). Acest „lapte sintetic” are același gust și caracteristici nutriționale ca și originalul. Filamentul hiperrezistent este opera laboratorului Benthic Labs, care fabrică diverse materiale, precum funii, ambalaje, îmbrăcăminte și produse de sănătate, prin acest filament din peștele migurină (o specie de pește cunoscută și sub numele de mixini). Codul ADN al peștelui este introdus în colonia bacteriană, care începe să sintetizeze filamentul. Este de zece ori mai subțire decât o șuviță de păr, mai puternic decât nailonul, oțelul și are proprietăți absorbante și antimicrobiene.

Dacă suntem capabili să recreăm astfel de resurse „naturale” pe măsură ce studiile avansează, biologia sintetică poate înlocui utilizarea unor materii prime. Astfel, această tehnologie poate fi introdusă ca un factor de mare importanță pentru conceptul de economie circulară, cum este cazul tehnologiilor care absorb scurgerile de petrol sau bacteriile care mănâncă plastic.

Încorporarea biologiei sintetice în economia circulară

Imaginea lui Rodion Kutsaev în Unsplash

Economia circulară este un model structural care reprezintă un ciclu închis, în care nu există pierderi sau risipă. Cele trei principii ale economiei circulare, conform Fundației Ellen Macarthur, sunt:

1. Conservarea și creșterea capitalului natural, controlând stocurile finite și echilibrând fluxurile de resurse regenerabile;
2. Optimizați în orice moment producția de resurse, produse circulante, componente și materiale de cel mai înalt nivel de utilitate, atât în ​​ciclul tehnic, cât și în cel biologic;
3. Încurajarea eficienței sistemului, dezvăluind externalitățile negative și excluzându-le în proiecte.

În prezent trăim într-un sistem de producție liniar. Extragem, producem, consumăm și eliminăm. Dar resursele naturale sunt limitate și trebuie să le conservăm - acesta este primul principiu al economiei circulare.

Cu biologia sintetică, în viitor, s-ar putea să avem capacitatea de a înlocui extracția anumitor resurse naturale. Pe lângă conservarea mediului, vom economisi o cantitate imensă de energie și ne vom apropia de modelul cradle-to-cradle (craddle to craddle - sistem în care ideea de deșeu nu există).

Înlocuirea materialelor

Capacitatea de a controla bacteriile și de a le face să funcționeze pentru noi poate crea diferite intrări sau procese alternative. De exemplu: crearea de noi materiale biodegradabile care pot fi reintegrate în ciclu, servind acum drept nutrienți pentru alte ființe, ca îngrășământ pentru culturi.

Există deja unele tipuri de polimeri creați prin biologia sintetică, precum plasticul obținut din fermentarea zahărului și degradat în mod natural cu microorganismele din sol. Alte materiale pot fi, de asemenea, folosite pentru a produce bioplastic, cum ar fi porumb, cartofi, trestie de zahăr, lemn, printre altele. Există și pachete din miceliu de ciuperci (imaginea de mai jos) care pot fi modelate și înlocuiesc Styrofoam.

Imagine: Ambalajele biodegradabile realizate de Ecovative Design folosind biomaterial de miceliu din deșeuri agricole de către mycobond sunt licențiate conform (CC BY-SA 2.0)

Alte aplicații care sunt evaluate în întreaga lume sunt încă în stadiu de dezvoltare... Cauciucul sintetic astăzi este derivat în întregime din surse petrochimice, așa că cercetările încearcă să creeze anvelope din Bioizopren. Enzimele vegetale sunt introduse în microorganism prin transfer de gene, producând astfel izopren. În Brazilia, se studiază o metodă de transformare a metanului în plastic biodegradabil folosind microorganisme în condiții controlate. Produsele chimice, acrilice, dezvoltarea vaccinurilor, tratarea deșeurilor agricole, antibioticele, printre altele, sunt exemple de produse de biologie sintetică care pot fi reintroduse în flux, creând un sistem ciclic.

Pentru a include al doilea principiu al economiei circulare, biologia sintetică poate crea materiale mai rezistente și durate mai mult, fără a necesita reparații constante, înlocuirea pieselor sau chiar achiziționarea de produse noi foarte des. Sunt realizate materiale care pot fi reutilizate cu ușurință în alte procese, pentru a crea produse noi sau care sunt mai ușor de reciclat. Dacă tot acest material ipotetic ar avea aceste condiții, nu ar deveni deșeuri, cu scăderea poluării și eliminarea în gropi de gunoi, adică ar continua să circule pentru utilizare.

cealaltă parte a poveștii

Această tehnologie este încă foarte recentă și odată cu descoperirea a tot mai multe utilizări și materiale care pot fi înlocuite cu cele sintetice, extracția resurselor din mediu scade, permițându-i să se refacă în mod natural. Prin restabilirea rezistenței mediului, echilibrul este restabilit și vom putea trăi pe o planetă mai durabilă.

Dar, ca tot ce este bun, există unele șanse. Această ramură științifică, care este considerată și inginerie genetică extremă, are nevoie de avize oficiale. Produsele trebuie să aibă reglementări și recomandări detaliate pentru a evita orice șansă de eroare, astfel încât riscurile și beneficiile să devină evidente înainte de a fi comercializate. Deoarece experimentele inițiale în biologia sintetică au fost foarte promițătoare din punct de vedere economic, nu există încă multe restricții, ceea ce poate fi o problemă.

Unul dintre efectele negative care pot apărea este pierderea biodiversităţii odată cu crearea de microorganisme artificiale care pot acţiona imprevizibil în mediu. De exemplu: dacă eliberarea intenționată sau nu a unui microorganism sintetic, uneori nemaiauzit în natură, acesta se poate comporta ca un invadator și se poate răspândi, perturbând ecosisteme întregi și este imposibil să „vânezi” și să îndepărtezi toate bacteriile din mediu inconjurator.

În ceea ce privește problema socială, țările sărace pot suferi mult mai mult decât țările dezvoltate. Utilizarea microorganismelor pentru producția în masă a unui anumit produs poate înlocui culturi naturale întregi, lăsând milioane de familii șomaj. Cu toate acestea, va fi nevoie de monoculturi pentru a hrăni bacteriile, deoarece sursa lor de energie este biomasa.

La scară largă, anumite produse vor necesita multă materie organică, cum ar fi zahărul. Posibil, familiile șomere vor începe să planteze doar trestie de zahăr (biocarburanții au adus deja schimbări majore în utilizarea terenurilor), ceea ce poate afecta accesul la pământ, apă și utilizarea sporită a pesticidelor, printre altele.

Toate aceste întrebări sunt direct legate de bioetică. Puterea biologiei sintetice este enormă. Proiectarea organismelor așa cum ne dorim le face imprevizibile, așa că oamenii de știință și societatea trebuie să folosească această putere în mod responsabil și în siguranță, cu sprijinul guvernelor. Aceasta este întotdeauna o întrebare dificilă.

Toți acești factori pozitivi sau negativi pot ajuta sau dăuna economiei circulare și planetei noastre. Dar mai sunt multe de dezbătut și multe cunoștințe de ridicat pe această temă. Nu se poate nega faptul că biologia sintetică este o tendință pentru viitor, dar cel mai important lucru este să definești modul în care va fi aplicată această tehnologie avansată.

Urmăriți un videoclip critic despre consecințele biologiei sintetice.