Biologul sintetic Tom Knight a spus: „Secolul XXI va fi secolul biologiei inginerești”. El este unul dintre fondatorii biologiei sintetice și unul dintre cei cinci fondatori ai Ginkgo Bioworks, o companie vedetă în biologia sintetică. Compania a fost listată la Bursa de Valori din New York pe 18 septembrie, iar evaluarea sa a ajuns la 15 miliarde de dolari americani.
Interesele de cercetare ale lui Tom Knight s-au mutat de la informatică la biologie. Încă din liceu, a folosit vacanța de vară pentru a studia informatica și programarea la MIT, apoi și-a petrecut studiile universitare de licență și masterat la MIT.
Realizând că Legea lui Moore prezicea limitele manipulării atomilor de siliciu de către om, Tom Knight și-a îndreptat atenția către ființele vii. „Avem nevoie de o modalitate diferită de a pune atomii la locul potrivit... Care este cea mai complexă chimie? Este biochimia. Îmi imaginez că poți folosi biomolecule, cum ar fi proteinele, care se pot auto-asambla și se pot asambla în intervalul de cristalizare de care ai nevoie.”
Utilizarea gândirii cantitative și calitative inginerești pentru a proiecta materiale biologice originale a devenit o nouă metodă de cercetare. Biologia sintetică este ca un salt în cunoașterea umană. Fiind un domeniu interdisciplinar al ingineriei, informaticii, biologiei etc., anul de început al biologiei sintetice a fost stabilit ca fiind anul 2000.
În două studii publicate anul acesta, ideea de proiectare a circuitelor pentru biologi a permis controlul expresiei genelor.
Oamenii de știință de la Universitatea din Boston au construit un comutator genetic la E. coli. Acest model folosește doar două module genetice. Prin reglarea stimulilor externi, expresia genelor poate fi activată sau dezactivată.
În același an, oamenii de știință de la Universitatea Princeton au folosit trei module genetice pentru a obține ieșirea în modul de „oscilație” în semnalul circuitului, utilizând inhibarea reciprocă și eliberarea inhibiției dintre ele.
Diagrama comutatorului genetic
Atelier de celule
La întâlnire, am auzit oameni vorbind despre „carne artificială”.
Urmând modelul conferinței computerizate, „conferința auto-organizată fără conferință” pentru comunicare liberă, unii oameni beau bere și discută: Ce produse de succes există în „Biologie sintetică”? Cineva a menționat „carnea artificială” în cadrul secțiunii Impossible Food.
Impossible Food nu s-a autointitulat niciodată o companie de „biologie sintetică”, dar principalul punct de vânzare care o distinge de alte produse din carne artificială - hemoglobina care face ca carnea vegetariană să miroasă unic a „carne” - provine de la această companie acum aproximativ 20 de ani. Dintre disciplinele emergente.
Tehnologia implicată constă în utilizarea unei editări genetice simple pentru a permite drojdiei să producă „hemoglobină”. Pentru a aplica terminologia biologiei sintetice, drojdia devine o „fabrică de celule” care produce substanțe în funcție de dorințele oamenilor.
Ce face carnea să fie atât de roșie aprinsă și să aibă o aromă specială la gust? Impossible Food este considerată a fi bogata în „hemoglobină” din carne. Hemoglobina se găsește în diverse alimente, dar conținutul este deosebit de ridicat în mușchii animalelor.
Prin urmare, hemoglobina a fost aleasă de fondatorul și biochimistul companiei, Patrick O. Brown, drept „condimentul cheie” pentru simularea cărnii de animale. Extragând acest „condiment” din plante, Brown a ales soia bogată în hemoglobină la rădăcini.
Metoda tradițională de producție necesită extracția directă a „hemoglobinei” din rădăcinile boabelor de soia. Un kilogram de „hemoglobină” necesită 6 acri de soia. Extracția plantelor este costisitoare, iar Impossible Food a dezvoltat o nouă metodă: implantarea genei care poate compila hemoglobina în drojdie, iar pe măsură ce drojdia crește și se reproduce, hemoglobina va crește. Ca să folosim o analogie, aceasta este ca și cum ai lăsa o gâscă să depună ouă la scara microorganismelor.
Hema, care este extrasă din plante, este utilizată în burgerii din „carne artificială”.
Noile tehnologii sporesc eficiența producției, reducând în același timp resursele naturale consumate de plantare. Întrucât principalele materiale de producție sunt drojdia, zahărul și mineralele, nu există multe deșeuri chimice. Gândindu-mă bine, aceasta este într-adevăr o tehnologie care „face viitorul mai bun”.
Când oamenii vorbesc despre această tehnologie, am impresia că este vorba doar de o tehnologie simplă. În ochii lor, există prea multe materiale care pot fi proiectate genetic în acest fel. Materiale plastice degradabile, condimente, medicamente și vaccinuri noi, pesticide pentru anumite boli și chiar utilizarea dioxidului de carbon pentru sintetizarea amidonului... Am început să am niște imaginații concrete despre posibilitățile aduse de biotehnologie.
Citirea, scrierea și modificarea genelor
ADN-ul poartă toată informația vieții de la sursă și este, de asemenea, sursa a mii de trăsături ale vieții.
În zilele noastre, ființele umane pot citi cu ușurință secvența ADN și o pot sintetiza conform unui proiect. La conferință, am auzit oameni vorbind de nenumărate ori despre tehnologia CRISPR, care a câștigat Premiul Nobel pentru Chimie în 2020. Această tehnologie, numită „Foarfeca magică genetică”, poate localiza și tăia cu precizie ADN-ul, realizând astfel editarea genetică.
Pe baza acestei tehnologii de editare genetică, au apărut numeroase companii startup. Unele o folosesc pentru a rezolva terapia genică a unor boli dificile, cum ar fi cancerul și bolile genetice, iar altele o folosesc pentru a cultiva organe pentru transplant uman și a detecta boli.
Tehnologia de editare genetică a intrat atât de rapid în aplicațiile comerciale încât oamenii văd marile perspective ale biotehnologiei. Din perspectiva logicii de dezvoltare a biotehnologiei în sine, după ce citirea, sinteza și editarea secvențelor genetice s-au maturizat, următoarea etapă este, în mod firesc, proiectarea de la nivel genetic pentru a produce materiale care să satisfacă nevoile umane. Tehnologia biologiei sintetice poate fi, de asemenea, înțeleasă ca următoarea etapă în dezvoltarea tehnologiei genetice.
Două cercetătoare, Emmanuelle Charpentier și Jennifer A. Doudna, au câștigat Premiul Nobel pentru Chimie în 2020 pentru tehnologia CRISPR.
„Mulți oameni au fost obsedați de definiția biologiei sintetice... Acest tip de coliziune a avut loc între inginerie și biologie. Cred că orice rezultat al acestei coliziuni a început să fie numit biologie sintetică”, a spus Tom Knight.
Extinzând scara timpului, încă de la începuturile societății agricole, oamenii au selectat și reținut trăsăturile animale și vegetale dorite prin îndelungate încrucișări și selecție. Biologia sintetică pornește direct de la nivel genetic pentru a genera trăsăturile dorite de oameni. În prezent, oamenii de știință au folosit tehnologia CRISPR pentru a cultiva orez în laborator.
Unul dintre organizatorii conferinței, fondatorul Qiji, Lu Qi, a declarat în videoclipul de deschidere că biotehnologia ar putea aduce schimbări ample lumii, la fel ca tehnologia anterioară a internetului. Acest lucru pare să confirme că toți directorii generali ai internetului și-au exprimat interesul pentru științele vieții atunci când au demisionat.
Toți giganții internetului sunt atenți. Se apropie în sfârșit trendul de afaceri al științelor vieții?
Tom Knight (primul din stânga) și alți patru fondatori ai Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks
În timpul prânzului, am auzit o știre: Unilever a anunțat pe 2 septembrie că va investi 1 miliard de euro pentru a elimina treptat combustibilii fosili în materiile prime curate până în 2030.
În termen de 10 ani, detergentul de rufe, detergentul de rufe și săpunul produse de Procter & Gamble vor adopta treptat materii prime vegetale sau tehnologie de captare a carbonului. Compania a alocat, de asemenea, încă 1 miliard de euro pentru a înființa un fond care să finanțeze cercetarea în domeniul biotehnologiei, dioxidului de carbon și al altor tehnologii pentru reducerea emisiilor de carbon.
Cei care mi-au dat această veste, la fel ca mine care am auzit-o, au fost puțin surprinși de limita de timp de mai puțin de 10 ani: Vor fi realizate pe deplin atât de curând cercetarea și dezvoltarea tehnologică până la producția de masă?
Dar sper că se va împlini.
Data publicării: 31 decembrie 2021