Dozviete sa viac o syntetickej biológii, o vede schopnej syntetizovať organizmy, aby produkovali to, čo chceme, a o tom, ako to môže súvisieť s prostredím.

Bill Oxford v obraze Unsplash

Pavúky a hmyz produkujúce oblečenie, ktoré nosíte? Znie to zvláštne, ale už existujú spoločnosti, ktoré to robia. Vedci študovali DNA pavúkov a analyzovali, ako vytvárajú hodvábne vlákna. Podarilo sa im tak v laboratóriu reprodukovať vlákninu vyrobenú z vody, cukru, soli a droždia, ktorá má pod mikroskopom rovnaké chemické vlastnosti ako tá prírodná. Už tiež existuje „kravské mlieko“, ktoré nepochádzalo z kravy, a dokonca aj vlákno silnejšie ako oceľ vyrobená z viskóznej látky ryby. Toto všetko sú príklady použitia syntetickej biológie.

Syntetická biológia

Na konci 20. storočia sa začala biotechnologická revolúcia, v ktorej sa objavili nové aspekty biológie. Syntetická biológia je oblasť, ktorá si získala svoju dôležitosť od svojho oficiálneho vzniku v roku 2003 a má svoje hlavné možnosti uplatnenia v priemysle, životnom prostredí a ľudskom zdraví.

Definícia syntetickej biológie je daná integráciou rôznych oblastí výskumu (chémia, biológia, strojárstvo, fyzika alebo informatika) s konštrukciou nových biologických komponentov, ktoré zahŕňajú aj nový dizajn už existujúcich biologických systémov. Použitie technológie rekombinantnej DNA (sekvencia DNA z rôznych zdrojov) nie je výzvou pre syntetickú biológiu, pretože k nej už teraz dochádza; stávkou je navrhnúť organizmy, ktoré zodpovedajú súčasným potrebám ľudstva.

Spojencom syntetickej biológie je biomimikria, ktorá hľadá riešenia našich potrieb inšpirovaná prírodou. Pomocou syntetickej biológie bude možné znovu vytvoriť celé systémy, nielen ich časť.

Bolo to od roku 2010, keď si syntetická biológia získala povesť. V tom roku sa americkému vedcovi Johnovi Craigovi Venterovi podarilo niečo geniálne: v laboratóriu v histórii vytvoril prvý organizmus s umelým životom. Nevytvoril novú formu samotného života, ale „vtlačil“ DNA vytvorenú z digitálnych údajov a zaviedol ju do živej baktérie a transformoval ju do syntetickej verzie baktérií Mycoplasma mycoides . Venter tvrdí, že išlo o „prvý živý organizmus, ktorého otcom je počítač“.

Dnes je na internete k dispozícii databáza s tisíckami „receptov“ DNA, ktoré sa majú vytlačiť, a nazývajú sa biologické tehly . Baktérie so syntetickým genómom pôsobia úplne rovnako ako ich prirodzená verzia, a tak dokážeme preprogramovať baktérie a dosiahnuť, aby pôsobili tak, ako chceme, aby produkovali určité materiály, napríklad hodváb a mlieko.

Spoločnosť zodpovedná za výrobu hodvábnych vlákien na základe pozorovania pavúkov uvedených na začiatku tohto textu je Bolt Threads. Umelé „kravské mlieko“ je Muufri, vytvorené dvoma vegánskymi bioinžiniermi. Vyrába sa na rovnakých princípoch ako pivo a je to zmes zložiek (enzýmy, bielkoviny, tuky, sacharidy, vitamíny, minerály a voda). Toto „syntetické mlieko“ má rovnaké chuťové a výživové vlastnosti ako pôvodné. Hyper-rezistentné vlákno je naopak dielom laboratória Benthic Labs, ktoré prostredníctvom tohto vlákna z hagfish vyrába rôzne materiály, ako sú laná, obaly, odevy a zdravotné výrobky.(druh rýb tiež známy ako myxini). Kód DNA ryby sa zavádza do bakteriálnej kolónie, ktorá začína syntetizovať vlákno. Je desaťkrát tenší ako vlas, pevnejší ako nylon, oceľ a má absorpčné a antimikrobiálne vlastnosti.

Ak dokážeme tieto „prírodné“ zdroje znovu vytvoriť, ako budú štúdie pokračovať, použitie niektorých surovín môže nahradiť syntetická biológia. Túto technológiu teda možno zaviesť ako faktor veľmi dôležitý pre koncepciu obehového hospodárstva, ako je to v prípade technológií, ktoré absorbujú ropné škvrny alebo baktérie, ktoré požierajú plasty.

Začlenenie syntetickej biológie do obehového hospodárstva

Obrázok Rodiona Kutsaeva v relácii Unsplash

Obehové hospodárstvo je štrukturálny model, ktorý predstavuje uzavretý cyklus, v ktorom nedochádza k stratám ani plytvaniu. Podľa nadácie Ellen Macarthurovej sú tieto tri princípy obehového hospodárstva:

Zachovať a zvýšiť prírodný kapitál, kontrolovať konečné zásoby a vyvážiť tok obnoviteľných zdrojov;
Optimalizovať výrobu zdrojov, cirkulujúcich produktov, komponentov a materiálov s najvyššou úrovňou úžitku za každých okolností, a to v technickom aj biologickom cykle;
Posilniť účinnosť systému, odhaľovať negatívne externality a vylúčiť ich z projektov.

V súčasnosti žijeme v lineárnom produktívnom systéme. Ťažíme, vyrábame, konzumujeme a likvidujeme. Prírodné zdroje sú však obmedzené a musíme ich chrániť - toto je prvý princíp obehového hospodárstva.

Vďaka syntetickej biológii budeme v budúcnosti možno schopní nahradiť ťažbu určitých prírodných zdrojov. Okrem zachovania životného prostredia, budeme šetriť obrovské množstvo energie a blíži modelu od kolísky do kolísky ( craddle na craddle - systém, v ktorom neexistuje idea odpadu).

Výmena materiálov

Schopnosť riadiť baktérie a umožniť im pracovať pre nás môže vytvoriť rôzne alternatívy pre vstupy alebo procesy. Napríklad: tvorba nových biologicky odbúrateľných materiálov, ktoré je možné integrovať späť do cyklu a ktoré teraz slúžia ako živiny pre iné bytosti, napríklad ako hnojivo pre plantáže.

Existuje už niekoľko druhov polymérov vytvorených syntetickou biológiou, napríklad plasty vyrobené fermentáciou cukru a prirodzene sa degradujúce mikroorganizmami v pôde. Na výrobu bioplastov sa môžu použiť aj iné materiály, napríklad kukurica, zemiaky, cukrová trstina, drevo. Existujú aj balenia vyrobené z mycélia (obrázok nižšie) z húb, ktoré je možné tvarovať a nahradiť polystyrénom.

Obrázok: Biologicky odbúrateľné obaly vyrobené spoločnosťou Ecovative Design s použitím biomateriálu mycélia z poľnohospodárskeho odpadu spoločnosťou mycobond majú licenciu podľa (CC BY-SA 2.0)

Ďalšie aplikácie, ktoré svet hodnotí, sa stále vyvíjajú ... Syntetický kaučuk je dnes úplne odvodený z petrochemických zdrojov, takže sa výskum snaží vytvoriť pneumatiky vyrobené z BioIsoprénu . Enzýmy rastliny sa zavádzajú do mikroorganizmu prenosom génov, čím sa vytvára izoprén. V Brazílii sa študuje spôsob transformácie metánu na biologicky odbúrateľný plast pomocou mikroorganizmov za kontrolovaných podmienok. Chemické výrobky, akryl, vývoj vakcín, spracovanie poľnohospodárskeho odpadu, antibiotiká sú okrem iných príkladmi produktov syntetickej biológie, ktoré je možné vložiť späť do toku a vytvoriť tak cyklický systém.

Ak chcete zahrnúť druhý princíp obehového hospodárstva, môže syntetická biológia vytvárať materiály, ktoré sú odolnejšie a ktoré vydržia dlho, bez toho, aby ste museli neustále opravovať, meniť diely alebo dokonca často kupovať nové výrobky. Vyrábajú sa materiály, ktoré sa dajú ľahko znovu použiť v iných procesoch, na výrobu nových výrobkov alebo ktoré sa dajú ľahšie recyklovať. Keby celý tento hypotetický materiál mal tieto podmienky, nestali by sa odpadom, so znížením znečistenia a zneškodňovaním na skládkach, to znamená, že by sa naďalej šírili do obehu na použitie.

Druhá strana príbehu

Táto technológia je stále veľmi čerstvá a s objavom čoraz väčšieho počtu použití a materiálov, ktoré je možné nahradiť syntetickými látkami, klesá ťažba zdrojov z prostredia, čo umožňuje ich prirodzené zotavenie. Vrátením kapacity odolnosti životného prostredia sa obnoví rovnováha a my môžeme žiť na udržateľnejšej planéte.

Ale ako všetko, čo je dobré, existujú aj niektoré nepriazne. Tento vedecký odbor, ktorý sa tiež považuje za extrémne genetické inžinierstvo, potrebuje oficiálne poradenstvo. Aby sa predišlo akejkoľvek chybe, musia mať výrobky podrobné nariadenia a odporúčania, aby sa riziká a výhody prejavili pred komercializáciou. Pretože počiatočné experimenty v syntetickej biológii boli z ekonomického hľadiska veľmi sľubné, stále neexistuje veľa obmedzení, čo môže predstavovať problém.

Jedným z negatívnych účinkov, ktoré sa môžu vyskytnúť, je strata biodiverzity vytváraním umelých mikroorganizmov, ktoré môžu v prostredí pôsobiť nepredvídateľne. Napríklad: ak sa zámerne alebo nie, uvoľní syntetický mikroorganizmus, ktorý má niekedy nebývalú povahu, môže sa správať ako votrelec a množiť sa, deregulovať celé ekosystémy a je nemožné „loviť“ a odstrániť všetky baktérie z prostredia.

V sociálnej oblasti môžu chudobné krajiny trpieť oveľa viac ako rozvinuté krajiny. Používanie mikroorganizmov na hromadnú výrobu určitého produktu môže nahradiť celé prírodné plantáže a zanechať tak milióny rodín nezamestnaných. Budú však potrebné monokultúry na výživu baktérií, pretože ich zdrojom energie je biomasa.

Niektoré výrobky vo veľkom rozsahu budú vyžadovať veľa organických látok, napríklad cukru. Pravdepodobne nezamestnané rodiny začnú pestovať iba cukrovú trstinu (biopalivá už priniesli veľké zmeny vo využívaní pôdy), čo môže mať vplyv okrem iného na prístup k pôde, vode a zvýšenému používaniu pesticídov.

Všetky tieto problémy priamo súvisia s bioetikou. Sila syntetickej biológie je obrovská. Navrhovanie organizmov tak, ako chceme, ich robí nepredvídateľnými, takže vedci a spoločnosť musia túto moc využívať zodpovedne a bezpečne, podporovanú vládami. Toto je vždy komplikovaná záležitosť.

Všetky tieto pozitívne alebo negatívne faktory môžu pomôcť alebo sťažiť obehové hospodárstvo a našu planétu. Stále je však potrebné veľa debatovať a získať veľa poznatkov o tejto téme. Nemožno poprieť, že syntetická biológia je trendom do budúcnosti, ale najdôležitejšou vecou je definovať, ako bude táto pokroková technológia použitá.

Pozrite si kritické video o dôsledkoch syntetickej biológie.