lovesouthernsocial.com

Tìm hiểu thêm về sinh học tổng hợp, ngành khoa học có khả năng tổng hợp các sinh vật để tạo ra những gì chúng ta muốn và cách nó có thể liên quan đến môi trường

Hình ảnh Bill Oxford trong Unsplash

Nhện và côn trùng tạo ra quần áo bạn mặc? Nghe có vẻ lạ, nhưng đã có những công ty làm điều này. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu DNA của loài nhện và phân tích cách chúng tạo ra các sợi tơ. Do đó, họ đã cố gắng tái tạo trong phòng thí nghiệm một loại sợi được làm từ nước, đường, muối và nấm men, dưới kính hiển vi, có các đặc tính hóa học giống như sợi tự nhiên. Ngoài ra còn có "sữa bò" không phải từ con bò và thậm chí một sợi dây tóc cứng hơn thép được tạo ra từ chất nhớt của cá. Đây là tất cả các ví dụ về ứng dụng của sinh học tổng hợp.

sinh học tổng hợp

Vào cuối thế kỷ 20, một cuộc cách mạng công nghệ sinh học bắt đầu, trong đó các chuỗi sinh học mới xuất hiện. Sinh học tổng hợp là một lĩnh vực đã trở nên nổi bật kể từ khi nó chính thức xuất hiện vào năm 2003, và có khả năng ứng dụng chính trong công nghiệp, môi trường và sức khỏe con người.

Định nghĩa về sinh học tổng hợp được đưa ra bằng cách tích hợp các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau (hóa học, sinh học, kỹ thuật, vật lý hoặc khoa học máy tính) với việc xây dựng các thành phần sinh học mới, cũng liên quan đến việc thiết kế lại các hệ thống sinh học tự nhiên đã tồn tại. Sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp (một chuỗi DNA từ các nguồn khác nhau) không phải là một thách thức đối với sinh học tổng hợp, vì nó đã xảy ra; đặt cược là thiết kế các sinh vật đáp ứng nhu cầu hiện tại của nhân loại.

Một đồng minh của sinh học tổng hợp là biomicry, tìm kiếm các giải pháp cho nhu cầu của chúng ta lấy cảm hứng từ thiên nhiên. Với sinh học tổng hợp, có thể tái tạo toàn bộ hệ thống, không chỉ một phần.

Từ năm 2010, sinh học tổng hợp đã trở nên nổi tiếng. Năm đó, nhà khoa học người Mỹ John Craig Venter đã thực hiện được một điều tài tình: ông đã tạo ra một sinh vật sống nhân tạo trong phòng thí nghiệm đầu tiên trong lịch sử. Ông không tạo ra một dạng sống mới, mà "in" DNA được tạo ra từ dữ liệu kỹ thuật số, và đưa nó vào một vi khuẩn sống, biến nó thành phiên bản tổng hợp của vi khuẩn. mycoplasma mycoides. Venter tuyên bố rằng đây là "sinh vật sống đầu tiên có cha mẹ là máy tính".

Ngày nay, có một cơ sở dữ liệu có sẵn trên internet, với hàng nghìn “công thức” DNA sẽ được in ra, được gọi là biobricks. Vi khuẩn có bộ gen tổng hợp hoạt động giống hệt như phiên bản tự nhiên của chúng, và đó là cách chúng ta có thể lập trình lại vi khuẩn và khiến chúng hoạt động theo cách chúng ta muốn để tạo ra một số vật liệu nhất định, chẳng hạn như lụa và sữa.

Công ty chịu trách nhiệm sản xuất sợi tơ từ việc quan sát nhện được đề cập ở đầu văn bản này là Bolt Threads. "Sữa bò" nhân tạo là Muufri, được tạo ra bởi hai nhà kỹ thuật sinh học thuần chay. Nó được sản xuất theo nguyên tắc tương tự như bia và là một hỗn hợp của các thành phần (enzym, protein, chất béo, carbohydrate, vitamin, khoáng chất và nước). "Sữa tổng hợp" này có hương vị và đặc điểm dinh dưỡng giống như sữa ban đầu. Dây tóc siêu chịu lực là công trình của phòng thí nghiệm Benthic Labs, nơi sản xuất các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như dây thừng, bao bì, quần áo và các sản phẩm sức khỏe, thông qua dây tóc này từ hagfish (một loài cá còn được gọi là myxini). Mã DNA của cá được đưa vào khuẩn lạc, bắt đầu tổng hợp sợi con. Nó mỏng hơn sợi tóc mười lần, chắc hơn nylon, thép và có đặc tính hấp thụ và kháng khuẩn.

Nếu chúng ta có thể tái tạo các nguồn tài nguyên “tự nhiên” như vậy khi các nghiên cứu tiến bộ, sinh học tổng hợp có thể thay thế việc sử dụng một số nguyên liệu thô. Do đó, công nghệ này có thể được coi là một yếu tố có tầm quan trọng lớn đối với khái niệm kinh tế vòng, như trường hợp của các công nghệ hấp thụ dầu tràn hoặc vi khuẩn ăn nhựa.

Đưa sinh học tổng hợp vào nền kinh tế tuần hoàn

Hình ảnh Rodion Kutsaev trong Unsplash

Nền kinh tế tuần hoàn là một mô hình cấu trúc thể hiện một chu trình khép kín, trong đó không có thất thoát hoặc lãng phí. Theo Quỹ Ellen Macarthur, ba nguyên tắc của nền kinh tế tuần hoàn là:

1. Bảo tồn và tăng vốn tự nhiên, kiểm soát trữ lượng hữu hạn và cân bằng dòng chảy của các nguồn tài nguyên tái tạo;
2. Tối ưu hóa việc sản xuất các nguồn lực, các sản phẩm tuần hoàn, các thành phần và vật liệu có mức độ hữu ích cao nhất tại mọi thời điểm, cả trong chu kỳ kỹ thuật và sinh học;
3. Khuyến khích hiệu quả của hệ thống, bộc lộ những yếu tố bên ngoài tiêu cực và loại trừ chúng trong các dự án.

Chúng tôi hiện đang sống trong một hệ thống sản xuất tuyến tính. Chúng tôi chiết xuất, sản xuất, tiêu thụ và thải bỏ. Nhưng tài nguyên thiên nhiên là hữu hạn và chúng ta phải bảo tồn chúng - đây là nguyên tắc đầu tiên của nền kinh tế tuần hoàn.

Với sinh học tổng hợp, trong tương lai, chúng ta có thể có khả năng thay thế việc khai thác một số tài nguyên thiên nhiên. Ngoài việc giữ gìn môi trường, chúng tôi sẽ tiết kiệm được một lượng lớn năng lượng và tiến gần hơn đến mô hình nôi-nôi (cái nôi đến cái nôi - hệ thống mà ý tưởng về chất thải không tồn tại).

Thay thế vật liệu

Khả năng kiểm soát vi khuẩn và làm cho chúng hoạt động cho chúng ta có thể tạo ra các đầu vào hoặc quy trình thay thế khác nhau. Ví dụ: việc tạo ra các vật liệu phân hủy sinh học mới có thể được tích hợp trở lại vào chu trình, bây giờ được dùng làm chất dinh dưỡng cho các sinh vật khác, làm phân bón cho cây trồng.

Đã có một số loại polyme được tạo ra bằng sinh học tổng hợp, chẳng hạn như nhựa được tạo ra từ quá trình lên men đường và phân hủy tự nhiên với vi sinh vật trong đất. Các vật liệu khác cũng có thể được sử dụng để sản xuất nhựa sinh học, chẳng hạn như ngô, khoai tây, mía, gỗ, v.v. Cũng có những gói làm bằng sợi nấm (hình bên dưới) có thể đóng khuôn và thay thế cho Xốp.

Hình ảnh: Bao bì có khả năng phân hủy sinh học do Thiết kế sinh thái tạo ra bằng cách sử dụng vật liệu sinh học sợi nấm từ chất thải nông nghiệp của mycobond được cấp phép theo (CC BY-SA 2.0)

Các ứng dụng khác đang được đánh giá trên toàn thế giới vẫn đang trong giai đoạn phát triển ... Cao su tổng hợp ngày nay hoàn toàn có nguồn gốc từ các nguồn hóa dầu, vì vậy các nghiên cứu đang cố gắng tạo ra các loại lốp xe làm từ BioIsoprene. Enzyme thực vật được đưa vào vi sinh vật bằng cách chuyển gen, do đó tạo ra isoprene. Tại Brazil, một phương pháp biến khí metan thành nhựa phân hủy sinh học bằng cách sử dụng vi sinh vật trong điều kiện có kiểm soát đang được nghiên cứu. Hóa chất, acrylic, phát triển vắc xin, xử lý chất thải nông nghiệp, kháng sinh, ... là những ví dụ về các sản phẩm sinh học tổng hợp có thể được đưa lại vào dòng chảy, tạo ra một hệ thống tuần hoàn.

Để bao gồm nguyên tắc thứ hai của nền kinh tế vòng tròn, sinh học tổng hợp có thể tạo ra các vật liệu có khả năng chống chịu cao hơn và tồn tại lâu hơn mà không cần phải sửa chữa liên tục, thay thế các bộ phận hoặc thậm chí mua sản phẩm mới thường xuyên. Vật liệu được tạo ra có thể dễ dàng tái sử dụng trong các quy trình khác, để tạo ra các sản phẩm mới hoặc dễ tái chế hơn. Nếu tất cả các vật liệu giả định này có các điều kiện này, chúng sẽ không trở thành chất thải, với việc giảm ô nhiễm và việc thải bỏ tại các bãi chôn lấp, tức là chúng sẽ tiếp tục được luân chuyển để sử dụng.

phía bên kia của câu chuyện

Công nghệ này vẫn còn rất mới và với việc ngày càng phát hiện ra nhiều công dụng và vật liệu có thể được thay thế bằng vật liệu tổng hợp, việc khai thác tài nguyên từ môi trường giảm dần, cho phép nó phục hồi một cách tự nhiên. Bằng cách khôi phục khả năng phục hồi của môi trường, sự cân bằng được khôi phục và chúng ta sẽ có thể sống trên một hành tinh bền vững hơn.

Nhưng giống như mọi thứ tốt, có một số tỷ lệ cược. Ngành khoa học này, cũng được coi là kỹ thuật di truyền cực đoan, cần có ý kiến ​​chính thức. Sản phẩm phải có các quy định và khuyến nghị chi tiết để tránh bất kỳ cơ hội sai sót nào, để các rủi ro và lợi ích trở nên rõ ràng trước khi chúng được thương mại hóa. Vì các thí nghiệm ban đầu trong sinh học tổng hợp rất hứa hẹn về mặt kinh tế, nên vẫn chưa có nhiều hạn chế, điều này có thể là một vấn đề.

Một trong những tác động tiêu cực có thể xảy ra là mất đa dạng sinh học với việc tạo ra các vi sinh vật nhân tạo có thể hoạt động không lường trước được trong môi trường. Ví dụ: nếu cố ý hoặc không cố ý thả một vi sinh vật tổng hợp, đôi khi không được nghe đến trong tự nhiên, nó có thể hoạt động như một kẻ xâm lược và lây lan, phá vỡ toàn bộ hệ sinh thái, và không thể "săn" và loại bỏ tất cả vi khuẩn khỏi môi trường.

Về vấn đề xã hội, các nước nghèo có thể chịu nhiều thiệt hại hơn các nước phát triển. Sử dụng vi sinh vật để sản xuất hàng loạt một sản phẩm nhất định có thể thay thế toàn bộ cây trồng tự nhiên, khiến hàng triệu gia đình thất nghiệp. Tuy nhiên, sẽ có nhu cầu về các loài đơn canh để nuôi vi khuẩn, vì nguồn năng lượng của chúng là sinh khối.

Ở quy mô lớn, một số sản phẩm nhất định sẽ yêu cầu nhiều chất hữu cơ, chẳng hạn như đường. Có thể, các gia đình thất nghiệp sẽ bắt đầu chỉ trồng mía (nhiên liệu sinh học đã mang lại những thay đổi lớn trong việc sử dụng đất), điều này có thể ảnh hưởng đến việc tiếp cận đất đai, nước và gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu, trong số những loại khác.

Tất cả những câu hỏi này đều liên quan trực tiếp đến đạo đức sinh học. Sức mạnh của sinh học tổng hợp là rất lớn. Việc thiết kế các sinh vật theo cách chúng ta muốn khiến chúng không thể đoán trước được, vì vậy các nhà khoa học và xã hội phải sử dụng sức mạnh này một cách có trách nhiệm và an toàn, với sự hỗ trợ của các chính phủ. Đây luôn là một câu hỏi khó.

Tất cả những yếu tố tích cực hoặc tiêu cực này có thể giúp hoặc làm tổn hại đến nền kinh tế hình tròn và hành tinh của chúng ta. Nhưng vẫn còn rất nhiều điều để tranh luận và rất nhiều kiến ​​thức cần được nâng cao về chủ đề này. Không thể phủ nhận rằng sinh học tổng hợp là xu hướng cho tương lai, nhưng điều quan trọng nhất là xác định rõ công nghệ tiên tiến này sẽ được ứng dụng như thế nào.

Xem một video quan trọng về hậu quả của sinh học tổng hợp.