Syntetisk biologi: vad det är och dess förhållande till den cirkulära ekonomin

Lär dig mer om syntetisk biologi, en vetenskap som kan syntetisera organismer för att producera det vi vill ha och hur den kan relatera till miljön

Syntetisk biologi

Bill Oxford i Unsplash-bild

Spindlar och insekter som producerar kläderna du bär? Det låter konstigt, men det finns redan företag som gör detta. Forskare studerade spindlarnas DNA och analyserade hur de producerar sidenfibrer. Således lyckades de i laboratoriet reproducera en fiber gjord av vatten, socker, salt och jäst som under mikroskopet har samma kemiska egenskaper som den naturliga. Det finns också redan "komjölk" som inte kom från kon och till och med ett filament starkare än det stål som framställts av en fisks viskösa substans. Alla dessa är exempel på tillämpningen av syntetisk biologi.

Syntetisk biologi

I slutet av 1900-talet började en bioteknologisk revolution, där nya aspekter av biologin uppstod. Syntetisk biologi är ett område som har blivit framträdande sedan det officiellt uppträdde 2003 och har sina huvudsakliga möjligheter för tillämpning inom industri, miljö och människors hälsa.

Definitionen av syntetisk biologi ges genom integreringen av olika forskningsområden (kemi, biologi, teknik, fysik eller datavetenskap) med konstruktionen av nya biologiska komponenter, som också involverar omformningen av naturliga biologiska system som redan finns. Att använda rekombinant DNA-teknik (en sekvens av DNA från olika källor) är inte en utmaning för syntetisk biologi, eftersom detta redan inträffar; satsningen är att designa organismer som uppfyller mänsklighetens nuvarande behov.

En allierad med syntetisk biologi är biomimicry, som söker lösningar på våra behov inspirerade av naturen. Med syntetisk biologi är det möjligt att återskapa hela system, inte bara en del.

Det var 2010 som syntetisk biologi blev känd. Det året lyckades den amerikanska forskaren John Craig Venter åstadkomma något geni: han skapade den första organismen med konstgjort liv i ett laboratorium i historien. Han skapade inte en ny livsform själv utan "präglade" DNA som skapades från digitala data och introducerade det till en levande bakterie och förvandlade den till den syntetiska versionen av Mycoplasma mycoides- bakterierna . Venter hävdar att detta var den "första levande organismen vars far är en dator".

Idag finns en databas tillgänglig på internet, med tusentals DNA-"recept" som ska skrivas ut, så kallade biobricks . Bakterier med ett syntetiskt genom verkar på exakt samma sätt som deras naturliga version, och det är så vi kan omprogrammera bakterier och få dem att agera som vi vill producera vissa material, som silke och mjölk.

Företaget som ansvarar för produktionen av silkefibrer från observationen av spindlar som nämns i början av denna text är Bolt Threads. Den konstgjorda "komjölken" är Muufri, skapad av två veganska biotekniker. Den produceras enligt samma principer som öl och är en blandning av ingredienser (enzymer, proteiner, fetter, kolhydrater, vitaminer, mineraler och vatten). Denna "syntetiska mjölk" har samma smak och näringsegenskaper som originalet. Den hyperresistenta glödtråden är arbetet i laboratoriet Benthic Labs, som tillverkar olika material, såsom rep, förpackningar, kläder och hälsoprodukter, med hjälp av detta glödtråd från hagfish(fiskarter även känd som myxini). Fiskens DNA-kod införs i bakteriekolonin, som börjar syntetisera glödtråden. Det är tio gånger tunnare än ett hår, starkare än nylon, stål och har absorberande och antimikrobiella egenskaper.

Om vi ​​kan återskapa sådana ”naturliga resurser”, efterhand som studierna går, kan syntetisk biologi ersätta användningen av vissa råvaror. Således kan denna teknik införas som en faktor av stor betydelse för begreppet cirkulär ekonomi, vilket är fallet med teknik som absorberar oljeutsläpp eller bakterier som äter plast.

Införliva syntetisk biologi i den cirkulära ekonomin

Syntetisk biologi

Bild av Rodion Kutsaev i Unsplash

Den cirkulära ekonomin är en strukturell modell som representerar en sluten cykel där det inte finns någon förlust eller slöseri. De tre principerna för cirkulär ekonomi, enligt Ellen Macarthur Foundation, är:

  1. Bevara och öka naturkapitalet, kontrollera begränsade bestånd och balansera flödet av förnybara resurser;
  2. Optimera produktionen av resurser, cirkulerande produkter, komponenter och material med högsta användningsnivå hela tiden, både i den tekniska och biologiska cykeln;
  3. Främja systemets effektivitet, avslöja negativa externa effekter och exkludera dem i projekt.

Vi lever för närvarande i ett linjärt produktivt system. Vi extraherar, producerar, konsumerar och kasserar. Men naturresurserna är begränsade och vi måste bevara dem - detta är den första principen i den cirkulära ekonomin.

Med syntetisk biologi kan vi i framtiden kanske ersätta utvinning av vissa naturresurser. Förutom att bevara miljön kommer vi att spara en enorm mängd energi och närma oss modellen från vagga till vagga ( vagga till vagga - ett system där det inte finns någon aning om avfall).

Byta ut material

Förmågan att kontrollera bakterier och få dem att fungera för oss kan skapa olika alternativ för insatser eller processer. Till exempel: skapandet av nya biologiskt nedbrytbara material som kan integreras tillbaka i cykeln, som nu fungerar som näringsämnen för andra varelser, såsom gödningsmedel för plantager.

Det finns redan vissa typer av polymerer skapade av syntetisk biologi, såsom plast tillverkad av jäsning av socker och nedbryts naturligt med mikroorganismer i jorden. Andra material kan också användas för att producera bioplast, såsom majs, potatis, sockerrör, trä, bland andra. Det finns också förpackningar gjorda av myceliet (bilden nedan) av svampar som kan formas och ersätta isopor.

Förpackning gjord av svamp

Bild: Biologiskt nedbrytbar förpackning tillverkad av Ecovative Design, som använder myceliumbiomaterial från jordbruksavfall av mycobond är licensierat under (CC BY-SA 2.0)

Andra applikationer som utvärderas av världen utvecklas fortfarande ... Syntetiskt gummi idag härrör helt från petrokemiska källor, så forskning försöker skapa däck tillverkade av BioIsoprene . Växtens enzymer införs i mikroorganismen genom att överföra gener och producerar därmed isopren. I Brasilien studeras en metod för att omvandla metan till biologiskt nedbrytbar plast med hjälp av mikroorganismer under kontrollerade förhållanden. Kemiska produkter, akryl, vaccinutveckling, behandling av jordbruksavfall, antibiotika, bland annat, är exempel på syntetiska biologiska produkter som kan sättas in i flödet igen, vilket skapar ett cykliskt system.

För att inkludera den andra principen för cirkulär ekonomi kan syntetisk biologi skapa material som är mer motståndskraftiga och som håller länge utan att behöva ständiga reparationer, byta delar eller till och med köpa nya produkter mycket ofta. Material tillverkas som lätt kan återanvändas i andra processer, skapa nya produkter eller som är lättare att återvinna. Om allt detta hypotetiska material hade dessa förhållanden skulle de inte bli avfall, med en minskning av föroreningar och bortskaffande på deponier, det vill säga de skulle fortsätta att cirkuleras för användning.

Den andra sidan av historien

Denna teknik är fortfarande mycket ny och med upptäckten av fler och fler användningsområden och material som kan ersättas med syntetiska ämnen minskar utvinning av resurser från miljön, vilket gör att den kan återhämta sig naturligt. När vi återställer miljöns motståndskraft återställs balansen och vi kan leva på en mer hållbar planet.

Men som allt som är bra finns det några motgångar. Denna vetenskapliga gren, som också anses vara extrem genteknik, behöver officiell rådgivning. Produkter måste ha detaljerade regler och rekommendationer för att undvika risken för fel så att riskerna och fördelarna blir uppenbara innan kommersialiseringen sker. Eftersom de första experimenten inom syntetisk biologi var mycket lovande ekonomiskt, finns det fortfarande inte många begränsningar, vilket kan vara ett problem.

En av de negativa effekterna som kan uppstå är förlusten av biologisk mångfald med skapandet av artificiella mikroorganismer som kan agera oförutsägbart i miljön. Till exempel: om en syntetisk mikroorganism avsiktligt eller inte frigörs, ibland utan motstycke i naturen, kan den bete sig som en inkräktare och sprida sig, avreglera hela ekosystem, och det är omöjligt att "jaga" och ta bort alla bakterier från miljön.

I den sociala frågan kan fattiga länder drabbas mycket mer än utvecklade länder. Användning av mikroorganismer för massproduktion av en viss produkt kan ersätta hela naturliga planteringar och lämna miljontals familjer arbetslösa. Det kommer emellertid att finnas behov av monokulturer för att mata bakterierna, eftersom deras energikälla är biomassa.

I stora skalor kräver vissa produkter mycket organiskt material, som socker. Möjligen kommer arbetslösa familjer att börja plantera endast sockerrör (biobränslen har redan medfört stora förändringar i markanvändningen), vilket bland annat kan påverka tillgången till mark, vatten och ökad användning av bekämpningsmedel.

Alla dessa frågor är direkt relaterade till bioetik. Kraften i syntetisk biologi är enorm. Att designa organismer som vi vill gör dem oförutsägbara, så forskare och samhälle måste använda denna kraft på ett ansvarsfullt och säkert sätt, med stöd av regeringar. Det här är alltid en komplicerad fråga.

Alla dessa positiva eller negativa faktorer kan hjälpa eller hindra den cirkulära ekonomin och vår planet. Men det finns fortfarande mycket att diskutera och mycket kunskap att höja om ämnet. Det kan inte förnekas att syntetisk biologi är en trend för framtiden, men det viktigaste är att definiera hur denna avancerade teknik kommer att tillämpas.

Kolla in en kritisk video om konsekvenserna av syntetisk biologi.


Original text