πνευματικά δικαιώματα εικόνας: Thermo Fischer Scientific

5 Εμπνευσμένοι τρόποι Η συνθετική βιολογία θα φέρει επανάσταση στα τρόφιμα και τη γεωργία

Η συνθετική βιολογία είναι ένας από τους ταχύτερα αναπτυσσόμενους και πιο συναρπαστικούς τομείς της επιστήμης - και ένα τέλειο παράδειγμα καινοτομίας επόμενης γενιάς. Συνδυάζοντας κλάδους όπως η βιολογία, ο σχεδιασμός, η μηχανική και η ανάπτυξη λογισμικού, το synbio μας επιτρέπει να διαμορφώνουμε φυσικά συστήματα και ακόμη και να δημιουργούμε εντελώς νέα από το μηδέν.

Ερευνητές, μηχανικοί και επιχειρηματίες χρησιμοποιούν ήδη το synbio με κάποιους εμπνευσμένους τρόπους. Τα τελευταία χρόνια, έχουν δημιουργήσει μια τεχνητή διαδικασία φωτοσύνθεσης, ένα μηχανικό βακτήριο που εισβάλλει σε καρκινικά κύτταρα και μετατρέπουν ακόμη και τα γεωργικά απόβλητα σε φιλικές προς το περιβάλλον χημικές ουσίες - και αυτά τα παραδείγματα μόλις γρατζουνίζουν την επιφάνεια. Η παγκόσμια αγορά συνθετικής βιολογίας αναπτύσσεται γρήγορα και αναμένεται να αυξηθεί στα 16 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2018.

Οποιαδήποτε νέα ή αποδιοργανωτική τεχνολογία που απειλεί το status quo μπορεί να προκαλέσει σύγχυση και ακόμη και να προκαλέσει αντιπαραθέσεις, αλλά στην περίπτωση του synbio, είμαι ενθουσιασμένος για τη δυνατότητά της να βοηθήσει στην επίλυση ορισμένων από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετωπίζουμε στη βιομηχανία τροφίμων και γεωργίας.

Στην εργασία και την έρευνά μου στο Ίδρυμα Thought For Food, έχω δει από πρώτο χέρι πώς οι καινοτόμοι σε όλο τον κόσμο προσεγγίζουν αυτόν τον τομέα με επιχειρηματική νοοτροπία - συνδυάζοντας κλάδους, ξεριζώνοντας παγιωμένες υποθέσεις και ενθαρρύνοντας το άνοιγμα και τη συνεργασία - για να δημιουργήσω θετικό αντίκτυπο, ιδιαίτερα στον τομέα της επισιτιστικής ασφάλειας.

Εδώ είναι πέντε από τους πιο συναρπαστικούς τρόπους με τους οποίους η συνθετική βιολογία μεταμορφώνει τη βιομηχανία τροφίμων και αγροτικών προϊόντων και ανοίγει το δρόμο για ένα μέλλον στο οποίο μπορούμε να εξαλείψουμε την πείνα και τον υποσιτισμό, προστατεύοντας και ενισχύοντας το περιβάλλον μας.

1. Μπορούμε να σχεδιάσουμε φυτά από τη βάση προς τα πάνω.

Φανταστείτε λαμπερά δέντρα στη θέση των λαμπτήρων του δρόμου. Μανιτάρια που μεγαλώνουν σε έπιπλα. Καλλιέργειες που απαιτούν λιγότερα φυτοφάρμακα και αντιστέκονται στην ξηρασία. Αυτοί είναι μόνο μερικοί από τους τρόπους με τους οποίους μπορούμε να αναπτύξουμε ένα πιο βιώσιμο και συναρπαστικό μέλλον χρησιμοποιώντας μεθόδους συνθετικής βιολογίας στα φυτά.

Μπαίνουμε σε μια βιολογική εποχή. Εάν οι προηγούμενες δεκαετίες καθορίζονταν από τις βιομηχανικές και ψηφιακές επαναστάσεις, το μέλλον είναι να κάνουμε τη βιολογία να λειτουργεί και μαζί μας.

Η συνθετική βιολογία μας επιτρέπει να εφαρμόζουμε αρχές σχεδιασμού και μηχανικής στην επιστήμη των φυτών. Μπορούμε να εντοπίσουμε τι θέλουμε να κάνουν τα φυτά και, στη συνέχεια, να δημιουργήσουμε αυτήν τη διαδικασία με την ακριβή σχεδίαση βιολογικών συστημάτων.

Η βιολογία ακολουθεί τα γενικά βήματα της βιομηχανίας υπολογιστών - εκτός από αυτήν την περίπτωση, το DNA είναι η γλώσσα προγραμματισμού μας. Με την αλληλουχία γονιδιώματος, μπορούμε να διαβάσουμε το DNA, το οποίο μας παρέχει πολλές σημαντικές πληροφορίες. Μόλις διαβάσουμε αυτές τις πληροφορίες, πρέπει να καταλάβουμε τι λέει ο κώδικας. Η μηχανική εκμάθηση και η ανάλυση δεδομένων μας βοηθούν από αυτή την άποψη, αλλά η σύνταξη του κώδικα είναι εκεί που γίνεται πιο ενδιαφέρουσα. Μετά από όλα, το γράψιμο είναι όπου μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις φαντασίες μας και να είμαστε δημιουργικοί!

Στις πρώτες μέρες, ο ανασυνδυασμός του DNA ήταν αργός και δύσκολος. Όμως η τεχνολογία γίνεται γρηγορότερη, καλύτερη και φθηνότερη κάθε μέρα. Δεν χρειάζεστε καν εργαστήριο - όλα έχουν γίνει ψηφιακά. Τα εργαλεία λογισμικού σε συνδυασμό με τις τεχνολογίες επεξεργασίας γονιδιώματος μας επιτρέπουν να κάνουμε πράγματα που ήταν απλώς αδύνατο να φανταστούμε μόλις πριν από 15 χρόνια.

2. Μπορούμε να βρούμε ηθικές, βιώσιμες και αποτελεσματικές λύσεις στις ανάγκες των τροφίμων μας.

Με τη συνθετική βιολογία, μπορούμε να ξανασκεφτούμε ό, τι γνωρίζουμε για τον τρόπο παραγωγής των τροφίμων. Για παράδειγμα, μπορούμε να παράγουμε αγελαδινό γάλα χωρίς να χρειαζόμαστε την πραγματική αγελάδα ή αυγά που δεν έχουν γεννηθεί από κοτόπουλα. Μια εταιρεία που ονομάζεται Real Vegan Cheese αποτελείται από μια ομάδα βιολόγων που δημιουργούν μια ουσία που έχει την ίδια μοριακή ταυτότητα με το αγελαδινό γάλα. Αυτό το γάλα χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να φτιάξει τυρί vegan - ένα τυρί από αυτό που είναι ουσιαστικά πραγματικό αγελαδινό γάλα - μόνο με μηδενική συμμετοχή των ζώων!

Τότε υπάρχει η πρωτοβουλία New Harvest. Με επικεφαλής τον Isha Datar, μια ισχυρή γυναίκα που είχα την ευκαιρία να μοιραστώ τη σκηνή με πρόσφατα στη Σύνοδο Κορυφής Hello Tomorrow στο Παρίσι, αυτός ο οργανισμός χρηματοδοτεί ανοιχτή, δημόσια, συνεργατική έρευνα για να φέρει επανάσταση στην παραγωγή ζωικών προϊόντων χωρίς τα πραγματικά ζώα. Μερικά από τα έργα τους περιλαμβάνουν το Perfect Day Foods, μια εταιρεία που παράγει γαλακτοκομικά προϊόντα χωρίς αγελάδες. Η Clara Foods, που χρησιμοποιούν κυτταρική καλλιέργεια για να φτιάξουν ασπράδια αυγών. και ένα ερευνητικό πρόγραμμα ιστών πτηνών με στόχο την παραγωγή κρέατος γαλοπούλας και κοτόπουλου χωρίς ζώα.

Η συνθετική βιολογία μας βοηθά να βελτιστοποιήσουμε το αόρατο.

Η κυτταρική γεωργία έχει ατελείωτες δυνατότητες, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας παρασκευής περισσότερων τροφών με θρεπτικά συστατικά με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, καθώς και τρόφιμα προσαρμοσμένα σε συγκεκριμένες χρήσεις και προτιμήσεις, όπως κρέας με χαμηλότερο κορεσμένο λίπος, γάλα χωρίς λακτόζη, αυγά χωρίς χοληστερόλη , ή ασπράδια αυγών που προορίζονται ειδικά για διάφορα αρτοσκευάσματα όπως μαρέγκες ή αφράτα κέικ φαγητού αγγέλου.

3. Μπορούμε να κάνουμε τα τρόφιμα πιο ασφαλή και πιο θρεπτικά.

Η συνθετική βιολογία μας βοηθά να βελτιστοποιήσουμε το αόρατο. Μπορούμε να βελτιώσουμε τη γεύση και τις θρεπτικές ιδιότητες και να δημιουργήσουμε νέα τρόφιμα όπως το βούτυρο άλγης και τα υποαλλεργικά φιστίκια. Μπορούμε να βοηθήσουμε τα φυτά να αναπτυχθούν με λιγότερο νερό ή γη και να σχεδιάσουμε συστήματα υπερευαισθησίας σε επίπεδο παραγωγής για να διατηρήσουμε τα τρόφιμα που τρώμε ασφαλέστερα.

Μια εταιρεία, το Sample6, εργάζεται για την εύρεση και την εξάλειψη δυνητικά απειλητικών για τη ζωή βακτηρίων στα τρόφιμα πριν φτάσει στα ράφια. Τα ενσωματωμένα συστήματά του εντοπίζουν γρήγορα και εύκολα επιβλαβή ή ανεπιθύμητα βακτήρια σε προϊόντα για μια μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένης της τροφής και της υγειονομικής περίθαλψης. Για παράδειγμα, έχουν αναπτύξει ένα κιτ δοκιμής που μπορεί να ανιχνεύσει τη Λιστέρια ενώ τα τρόφιμα βρίσκονται ακόμα στο εργοστάσιο επεξεργασίας. Τέτοια κιτ παρέχουν αποτελέσματα σε μόλις τρεις έως τέσσερις ώρες, ενώ η παραδοσιακή διαδικασία μπορεί να διαρκέσει έως και 48 ώρες.

Μια συναρπαστική εταιρεία που εργάζεται για να κάνει τα τρόφιμα πιο πλούσια σε θρεπτικά συστατικά είναι η Unibiome (πρώην Peer-to-Peer Probiotics), 2015 TFF Challenge Finalists. Κατασκευάζουν μικρόβια για τη βελτίωση της περιεκτικότητας σε βιταμίνες σε ζυμωμένα τρόφιμα όπως γιαούρτι, τυρί και τρόφιμα με βάση τα δημητριακά. Δεδομένου ότι πρόκειται για παραδοσιακά τρόφιμα σε όλο τον κόσμο, η δημιουργία εκδόσεων με πιο υγιή μικροβιακά περιεχόμενα θα διασφαλίσει ότι περισσότεροι άνθρωποι σε διαφορετικές περιοχές θα έχουν πρόσβαση σε ζωτικά θρεπτικά συστατικά. Η εταιρεία κατασκευάζει ένα μοντέλο ανοιχτού κώδικα, peer-to-peer sharing για να διανείμει τα προβιοτικά τους στις αναπτυσσόμενες χώρες.

4. Όλοι - συμπεριλαμβανομένου και εσάς - διαθέτουν τα εργαλεία για να εργαστούν με αυτήν την τεχνολογία.

Για μένα, η πιο εμπνευσμένη πτυχή του synbio είναι ότι τα άτομα και οι νεοσύστατες επιχειρήσεις - όχι οι μεγάλες πολυεθνικές - είναι οι πρωτοπόρες αυτού του τομέα. Μια κίνηση DIY (do-it-yourself) έχει αποκτήσει δυναμική σε αυτόν τον χώρο, με στόχο να επιτρέψει σε περισσότερους ανθρώπους να χρησιμοποιούν προσεγγίσεις syn bio μέσω αυξημένου ανοίγματος και κοινής χρήσης. (ανατρέξτε στον κώδικα συμπεριφοράς DIY Bio, ο οποίος περιλαμβάνει μια υπόσχεση για εκπαίδευση, διαφάνεια και ευθύνη.)

Τα βιολογικά εργαστήρια DIY όπως το BioCurious και το Genspace εμφανίζονται σε όλο τον κόσμο. Ορισμένες εταιρείες προσφέρουν ακόμη και προϊόντα σε επίπεδο καταναλωτή και κιτ που περιέχουν υλικά, ώστε ο καθένας να μπορεί να πειραματιστεί και να παίξει με τη βιολογία χωρίς να χρειάζεται πρόσβαση σε εργαστήριο. Τα Amino Labs, για παράδειγμα, διαθέτουν προσομοιωτή που σας επιτρέπει να γίνετε εικονικός βιομηχανικός και να στέλνετε ένα κιτ που σας επιτρέπει να δημιουργήσετε το δικό σας εργαστήριο. Ομοίως, το The Odin προσφέρει ένα κιτ DIY Bacterial Gene Engineering CRISPR που διδάσκει τεχνικές μοριακής βιολογίας και γονιδιακής μηχανικής με αρκετό υλικό για τη διεξαγωγή πέντε πειραμάτων στο σπίτι. Στη συνέχεια, υπάρχει το Bento Labs, το οποίο προσφέρει ένα φορητό εργαστήριο DNA που σας επιτρέπει να εξαγάγετε, να αντιγράψετε και να οπτικοποιήσετε το DNA - οπουδήποτε θέλετε.

Ο εκδημοκρατισμός του synbio επιτρέπει στους καινοτόμους να «παίζουν με το φαγητό τους» με τρόπους που απλά δεν μπορούσαν να φανταστούν πριν - ακόμη και να ενημερώσουν και να βελτιώσουν τον τρόπο προετοιμασίας του φαγητού στο σπίτι για κατανάλωση. Η μοριακή γαστρονομία και οι τεχνικές μαγειρικής που βασίζονται στην επιστήμη, όπως τα μπανιέρα βύθισης, είναι μόνο η αρχή. Ο φίλος μου John Cumbers, ο οποίος ίδρυσε το SynBioBeta, το κέντρο δραστηριοτήτων για τη βιομηχανία συνθετικής βιολογίας, είναι ιδιαίτερα ενθουσιασμένος για τον αντίκτυπο της ζύμωσης στο μέλλον των τροφίμων. «Από το kombucha, στην μπύρα και το τυρί, η ικανότητα των μικροβίων να μαγειρεύουν το φαγητό μας και να δημιουργούν γεύσεις και υφές από βιολογικά μονοπάτια μέσα στη μαγιά και τα βακτήρια είναι πραγματικά συναρπαστική», μου είπε.

Στο μέλλον, οποιοσδήποτε, οπουδήποτε μπορεί να έχει ιδέες και να τις κάνει πραγματικότητα με τον ίδιο τρόπο που μπορούμε να δημιουργήσουμε γρήγορα εφαρμογές για κινητά σήμερα.

5. Αυτή είναι μόνο η αρχή. Ένα κύμα καινοτομίας βρίσκεται πάνω μας.

Οι διαγωνισμοί προωθούν επίσης κοινότητες νέων καινοτόμων που ενδιαφέρονται να εργαστούν και να συνεργαστούν στον τομέα της συνθετικής βιολογίας.

Φυσικά, υπάρχει η πρόκληση TFF μας (μάθετε περισσότερα εδώ), όπου αναζητούμε ενεργά προγράμματα synbio!

Ένας άλλος διαγωνισμός που επικεντρώθηκε ειδικά στην προσέλκυση νέων μυαλού και στην οικοδόμηση νέων ιδεών σε αυτόν τον τομέα είναι ο διεθνής διαγωνισμός Genetically Engineered Machine (iGEM), ο οποίος ενθαρρύνει τους μαθητές να εργαστούν και να χτίσουν μέσα σε βιολογικά συστήματα. Η ομάδα μας TFF είναι ενθουσιασμένη που θα συμμετάσχει στο jamboree iGEM φέτος, που θα πραγματοποιηθεί στη Βοστώνη από τις 27 έως τις 31 Οκτωβρίου 2016.

Σημείωση: Εάν είστε ερευνητής ή ενθουσιώδης του synbio που θέλετε να βγάλει την καινοτομία σας από το εργαστήριο και στον πραγματικό κόσμο, ελάτε να μας μιλήσετε - μπορούμε να βοηθήσουμε! Η πέρυσι ομάδα iGEM, Peer-to-Peer Probiotics (τώρα ονομάζεται Unibiome), εντάχθηκε στην πρόκληση μας, κέρδισε ένα χρηματικό έπαθλο και συνέχισε να συμμετέχει στον επιταχυντή Indie Bio για να αποκτήσει περαιτέρω γνώση και εμπειρία στην ανάπτυξη της επιχείρησης εκκίνησης.

συμπέρασμα

Η συνθετική βιολογία είναι ένα συναρπαστικό αναδυόμενο πεδίο με τη δυνατότητα επίλυσης ορισμένων από τα πιο πιεστικά προβλήματα στον πλανήτη. Τούτου λεχθέντος, κάθε αλλαγή παραδείγματος έρχεται με το δικό της σύνολο προκλήσεων. Θα πρέπει να αντιμετωπίσουμε ως επί το πλείστον σημαντικά ζητήματα που σχετίζονται με την αντίληψη του κοινού, την ηθική και τους κυβερνητικούς κανονισμούς.

Υπάρχει πολύς χώρος για παθιασμένους νέους καινοτόμους να συμμετάσχουν στη διαμόρφωση του μέλλοντος αυτής της τεχνολογίας. Στο μέλλον εργαζόμαστε, κάθε άνδρας, γυναίκα και παιδί έχει επαρκή πρόσβαση σε ασφαλή, θρεπτικά τρόφιμα. Είμαστε σε θέση να τροφοδοτήσουμε έναν πλανήτη 9+ δισεκατομμυρίων ανθρώπων χωρίς να θέσουμε σε κίνδυνο τους φυσικούς μας πόρους. Και κάθε μέρα που περνά, ανακαλύπτουμε νέους, εκπληκτικούς τρόπους για να βελτιώσουμε τα συστήματα διατροφής μας.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ! Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το DIY βιογραφικό κίνημα, ακούστε το TFF podcast μας στις Hacker Values, με τον Daniel Grushkin του GenSpace και το Biodesign Challenge!