авторско право на изображение: Thermo Fischer Scientific

5 вдъхновяващи начина Синтетичната биология ще промени революцията в храните и селското стопанство

Синтетичната биология е една от най-бързо развиващите се и най-вълнуващите области на науката - и перфектен пример за иновации от ново поколение. Комбинирайки дисциплини като биология, дизайн, инженеринг и разработка на софтуер, synbio ни позволява да оформяме естествени системи и дори да създаваме изцяло нови от нулата.

Изследователи, инженери и предприемачи вече използват synbio по някои вдъхновяващи начини. През последните няколко години те създадоха изкуствен процес на фотосинтеза, проектиран бактерии за нахлуване на ракови клетки и дори превръщат селскостопанските отпадъци в екологично чисти химикали - и тези примери едва надраскват повърхността. Глобалният пазар на синтетична биология бързо расте и се очаква да нарасне до 16 милиарда долара до 2018 г.

Всяка нова или разрушителна технология, която заплашва статуквото, може да предизвика объркване и дори да предизвика спорове, но в случая на синбио, аз се вълнувам от потенциала му да помогне за решаването на някои от най-големите проблеми, с които се сблъскваме в хранително-вкусовата и селскостопанската индустрия.

В моята работа и изследвания във фондация „Мисъл за храна“ видях от първа ръка как иноваторите по света подхождат към това поле с предприемачески начин на мислене - комбиниране на дисциплини, изкореняване на утвърдени предположения и насърчаване на откритост и сътрудничество - за създаване на положително въздействие, особено в сферата на продоволствената сигурност.

Ето пет от най-вълнуващите начини синтетичната биология да трансформира хранително-вкусовата промишленост и да проправи пътя към бъдещето, в което можем да изкореним глада и недохранването, като същевременно защитаваме и подобряваме околната си среда.

1. Можем да проектираме растения от земята нагоре.

Представете си светещи дървета на мястото на уличните лампи. Гъби, които прерастват в мебели. Култури, които изискват по-малко пестициди и издържат на суша. Това са само част от начините, по които можем да развием по-устойчиво и вълнуващо бъдеще, използвайки синтетични подходи за биология в растенията.

Навлизаме в биологична ера. Ако изминалите десетилетия бяха определени от индустриалните и цифрови революции, бъдещето е свързано с това биологията да работи за и с нас.

Синтетичната биология ни позволява да прилагаме принципи на проектиране и инженеринг в науката за растенията. Можем да определим какво искаме да направят растенията и след това да създадем този процес чрез прецизно проектиране на биологични системи.

Биологията следва общите стъпки на компютърната индустрия - освен в случая ДНК е нашият език за програмиране. С последователността на генома можем да четем ДНК, която ни предоставя много важна информация. След като прочетем тази информация, трябва да разберем какво казва кодът. Машинното обучение и анализ на данни ни помагат в това отношение, но писането на кода е мястото, където става най-интересно. В крайна сметка писането е мястото, където можем да използваме въображението си и да бъдем креативни!

В първите дни рекомбинацията на ДНК е била бавна и трудна. Но технологиите стават все по-бързи, по-добри и по-евтини с всеки изминал ден. Дори не се нуждаете от лаборатория - всичко е цифрово. Софтуерните инструменти, комбинирани с технологиите за редактиране на геноми, ни позволяват да правим неща, които беше просто невъзможно да си представим само преди 15 години.

2. Можем да намерим етични, устойчиви и ефективни решения за нашите хранителни нужди.

Със синтетичната биология можем да преосмислим всичко, което знаем за това как се произвежда храната. Например, можем да произвеждаме краве мляко, без да се нуждаем от действителната крава или яйца, които не са снасяни от пилета. Една компания, наречена Real Vegan Cheese, е съставена от екип от биолози, които създават вещество, което има същата молекулярна идентичност като кравето мляко. След това това мляко се използва за приготвяне на веган сирене - сирене, направено от това, което е по същество истинско краве мляко - само с нулево участие на животни!

След това е инициативата „Нова реколта“. Водена от Иша Датар, властна жена, с която имах възможността да споделя сцената наскоро на срещата на върха „Здравей утре в Париж“, тази организация финансира открити, публични, съвместни изследвания за революция в производството на животински продукти без действителните животни. Някои от техните проекти включват Perfect Day Foods, компания, произвеждаща млечни продукти без крави; Clara Foods, които използват клетъчна култура за производството на яйчен белтък; и проект за изследване на птичия тъкан с цел производство на пуешко и пилешко месо без животни.

Синтетичната биология ни помага да оптимизираме невижданото.

Клетъчното селско стопанство има безкрайни възможности, включително способността да се правят повече пакетирани с хранителни вещества храни с по-дълъг срок на годност, както и храни, пригодени за специфична употреба и предпочитания, като например месо с по-ниски наситени мазнини, мляко без лактоза, яйца без холестерол или яйчен белтък, специално предназначен за различни печива, като меренги или пухкави пити с ангелски храни.

3. Можем да направим храната по-безопасна и по-питателна.

Синтетичната биология ни помага да оптимизираме невижданото. Можем да подобрим вкусовите и хранителни свойства и да създадем нови храни като водорасло масло и хипоалергенни фъстъци. Можем да помогнем на растенията да растат с по-малко вода или земя и да проектираме свръхчувствителни системи на ниво производство, за да запазим храната, която ядем по-безопасна.

Една компания, Sample6, работи за намирането и елиминирането на потенциално животозастрашаващи бактерии в храната, преди да се удари в рафтовете. Интегрираните му системи бързо и лесно откриват вредни или нежелани бактерии в продукти за най-различни индустрии, включително в храните и здравеопазването. Например, те са разработили тестов комплект, който може да открие Listeria, докато храната все още е в преработвателното предприятие. Такива комплекти осигуряват резултати само за три до четири часа, докато традиционният процес може да отнеме до 48 часа.

Вълнуваща компания, която работи за увеличаване на храната по-богати на хранителни вещества, е Unibiome (бивш Peer-to-Peer Probiotics), 2015 финалисти на TFF Challenge. Те са инженерни микроби за подобряване на съдържанието на витамини в ферментирали храни като кисело мляко, сирене и храни на зърнени култури. Тъй като това са традиционни храни по целия свят, създаването на версии с по-здравословно съдържание на микроби ще осигури на повече хора в различни региони достъп до жизненоважни хранителни вещества. Компанията изгражда модел за споделяне с отворен код, за да споделят своите пробиотици в развиващите се страни.

4. Всеки - включително и вие - разполагате с инструментите за работа с тази технология.

За мен най-вдъхновяващият аспект на синбиото е, че индивидите и стартъпите - не големи мултинационални компании - са авангардите на това поле. Движение „Направи си сам“ набра скорост в това пространство, като целта е да се даде възможност на повече хора да използват синхронни био подходи чрез повишена откритост и споделяне. (вижте DIY Био кодекса на поведение, който включва ангажимент за образование, прозрачност и отговорност.)

Направи си сам био лаборатории като BioCurious и Genspace изскачат по целия свят. Някои компании предлагат дори продукти на потребителско ниво и комплекти, съдържащи материали, така че всеки да може да експериментира и да играе с биология, без да се нуждае от достъп до лаборатория. Amino Labs, например, има симулатор, който ви позволява да станете виртуален биоинженер и изпраща комплект, който ви позволява да настроите собствена лаборатория. По подобен начин, Odin предлага комплект DIY за бактериално генно инженерство CRISPR, който преподава молекулярна биология и техники за генно инженерство с достатъчно материал, за да проведе пет домашни експеримента. След това има Bento Labs, която предлага мобилна ДНК лаборатория, която ви позволява да извличате, копирате и визуализирате ДНК - където и да искате.

Демократизирането на synbio дава възможност на иноваторите да „играят с храната си“ по начини, които преди това просто не са били мислими - дори да актуализираме и подобряваме как приготвяме храна у дома за консумация. Молекулярната гастрономия и научнообоснованите техники на готвене като потапящи вани са само началото. Моят приятел Джон Къмбърс, който основа SynBioBeta, центърът за дейност в индустрията за синтетична биология, е особено развълнуван от въздействието на ферментацията върху бъдещето на храната. "От комбуча, до бира и сирене способността на микробите да готвят храната ни и да правят аромати и текстури от биологични пътища вътре в дрождите и бактериите е наистина вълнуващо", каза ми той.

В бъдеще всеки, навсякъде може да има идеи и да ги превърне в реалност по същия начин, по който днес можем бързо да създаваме мобилни приложения.

5. Това е само началото. Вълна от иновации е върху нас.

Състезанията също така насърчават общности от млади иноватори, заинтересовани от работа и сътрудничество в областта на синтетичната биология.

Разбира се, има нашето TFF Challenge (научете повече тук), където активно търсим synbio проекти!

Друго състезание, специално фокусирано върху ангажиране на нови умове и изграждане на нови идеи в тази област, е конкуренцията на Международната генетично инженерна машина (iGEM), която насърчава студентите да работят и да изграждат в рамките на биологичните системи. Нашият екип на TFF се радва да участва в джамбори iGEM тази година, който се провежда в Бостън от 27 до 31 октомври 2016 г.

Забележка: Ако сте изследовател на синбио или ентусиаст, който иска да изкара иновациите си от лабораторията и в реалния свят, елате да поговорите с нас - ние можем да помогнем! Миналогодишният екип на iGEM, Peer-to-Peer Probiotics (сега наричан Unibiome), се присъедини към нашето предизвикателство, спечели парична награда и продължи да участва в акселератора Indie Bio, за да придобие допълнителна представа и опит в развитието на своето стартиращо начинание.

заключение

Синтетичната биология е вълнуващо нововъзникващо поле с потенциал за решаване на някои от най-належащите проблеми на планетата. Въпреки това, всяка промяна в парадигмата идва със собствен набор от предизвикателства. Като начало ще трябва да разгледаме основните въпроси, свързани с възприемането на обществеността, етиката и правителственото регулиране.

Има много място за младите страстни иноватори да се включат във формирането на бъдещето на тази технология. В бъдеще, към който работим, всеки мъж, жена и дете имат адекватен достъп до безопасна, питателна храна. Ние сме в състояние да изхранваме планета от 9+ милиарда души, без да компрометираме природните си ресурси. И всеки ден, който минава, ние откриваме нови, изненадващи начини да подобрим нашите хранителни системи.

ЗАБЕЛЕЖКА! ако искате да чуете повече за био движението „Направи си сам“, чуйте нашия подкаст на TFF за Hacker Values, включващ Даниел Грушкин от GenSpace и Biodesign Challenge!