Biolog syntetyczny Tom Knight powiedział: „XXI wiek będzie wiekiem inżynierii biologicznej”. Jest jednym z twórców biologii syntetycznej i jednym z pięciu założycieli Ginkgo Bioworks, czołowej firmy w dziedzinie biologii syntetycznej. Firma zadebiutowała na Nowojorskiej Giełdzie Papierów Wartościowych 18 września, a jej wycena osiągnęła 15 miliardów dolarów.
Zainteresowania badawcze Toma Knighta przesunęły się z informatyki na biologię. Od czasów liceum wykorzystywał wakacje letnie na naukę informatyki i programowania na MIT, a następnie spędził tam również studia licencjackie i magisterskie.
Tom Knight, zdając sobie sprawę, że prawo Moore'a przewidziało granice ludzkiej manipulacji atomami krzemu, zwrócił uwagę na organizmy żywe. „Potrzebujemy innego sposobu na umieszczenie atomów we właściwym miejscu… Jaka jest najbardziej złożona chemia? To biochemia. Wyobrażam sobie, że można wykorzystać biocząsteczki, takie jak białka, które mogą się samoczynnie składać i agregować w zakresie wymaganym przez nas. krystalizacja”.
Wykorzystanie inżynieryjnego myślenia ilościowego i jakościowego do projektowania oryginalnych organizmów biologicznych stało się nową metodą badawczą. Biologia syntetyczna to prawdziwy skok w ludzkiej wiedzy. Jako interdyscyplinarna dziedzina łącząca inżynierię, informatykę, biologię itp., biologia syntetyczna została uznana za początek w 2000 roku.
W dwóch badaniach opublikowanych w tym roku wykazano, że koncepcja projektowania obwodów dla biologów pozwoliła na kontrolę ekspresji genów.
Naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego skonstruowali przełącznik genetyczny w E. coli. Model ten wykorzystuje tylko dwa moduły genowe. Poprzez regulację bodźców zewnętrznych, ekspresję genów można włączać i wyłączać.
W tym samym roku naukowcy z Uniwersytetu Princeton użyli trzech modułów genetycznych, aby uzyskać tryb „oscylacji” na wyjściu sygnału obwodu, wykorzystując wzajemne hamowanie i znoszenie hamowania między nimi.
Schemat przełącznika genów
Warsztat komórkowy
Na spotkaniu słyszałem, jak ludzie rozmawiali o „sztucznym mięsie”.
Wzorując się na modelu konferencji komputerowej, „samodzielnie zorganizowanej konferencji bez konferencji” dla swobodnej komunikacji, niektórzy piją piwo i rozmawiają: Jakie udane produkty są dostępne w ramach „Biologii syntetycznej”? Ktoś wspomniał o „sztucznym mięsie” w kategorii „Niemożliwe jedzenie”.
Impossible Food nigdy nie nazywało siebie firmą „syntetycznej biologii”, ale główny argument sprzedażowy, który wyróżnia ją na tle innych sztucznych produktów mięsnych – hemoglobina, która nadaje mięsu wegetariańskiemu niepowtarzalny zapach „mięsa”, pochodzi od tej firmy sprzed około 20 lat. Z nowych dyscyplin.
Technologia ta polega na wykorzystaniu prostej edycji genów, która umożliwia drożdżom produkcję „hemoglobiny”. Używając terminologii biologii syntetycznej, drożdże stają się „fabryką komórek”, która produkuje substancje zgodnie z życzeniami ludzi.
Co sprawia, że mięso jest tak jaskrawoczerwone i ma wyjątkowy aromat w smaku? Impossible Food jest uważane za bogate w „hemoglobinę” w mięsie. Hemoglobina występuje w różnych produktach spożywczych, ale jej zawartość jest szczególnie wysoka w mięśniach zwierząt.
Dlatego założyciel firmy i biochemik Patrick O. Brown wybrał hemoglobinę jako „kluczowy dodatek” do imitacji mięsa zwierzęcego. Wyodrębniając tę „przyprawę” z roślin, Brown wybrał soję bogatą w hemoglobinę w korzeniach.
Tradycyjna metoda produkcji wymaga bezpośredniej ekstrakcji „hemoglobiny” z korzeni soi. Jeden kilogram „hemoglobiny” wymaga 6 akrów soi. Ekstrakcja roślinna jest kosztowna, a firma Impossible Food opracowała nową metodę: wszczepia gen, który może kompilować hemoglobinę do drożdży, a wraz z ich wzrostem i replikacją, hemoglobina będzie rosła. Posługując się analogią, można to porównać do gęsi składającej jaja na skalę mikroorganizmów.
Hem, który jest ekstrahowany z roślin, jest stosowany w burgerach ze „sztucznego mięsa”
Nowe technologie zwiększają wydajność produkcji, jednocześnie zmniejszając zużycie zasobów naturalnych podczas uprawy. Ponieważ głównymi materiałami produkcyjnymi są drożdże, cukier i minerały, odpady chemiczne są niewielkie. Z perspektywy czasu można powiedzieć, że jest to technologia, która „czyni przyszłość lepszą”.
Kiedy ludzie mówią o tej technologii, mam wrażenie, że to po prostu prosta technologia. W ich oczach istnieje zbyt wiele materiałów, które można w ten sposób zaprojektować na poziomie genetycznym. Degradowalne tworzywa sztuczne, przyprawy, nowe leki i szczepionki, pestycydy na konkretne choroby, a nawet wykorzystanie dwutlenku węgla do syntezy skrobi… Zacząłem mieć konkretne wyobrażenia o możliwościach, jakie niesie ze sobą biotechnologia.
Odczyt, zapis i modyfikacja genów
DNA jest nośnikiem wszystkich informacji o życiu ze źródła i źródłem tysięcy cech życia.
Obecnie ludzie potrafią z łatwością odczytywać sekwencje DNA i syntetyzować je zgodnie z projektem. Na konferencji słyszałem rozmowy o technologii CRISPR, która wielokrotnie zdobyła Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2020 roku. Technologia ta, zwana „Genetic Magic Scissor”, pozwala precyzyjnie lokalizować i ciąć DNA, umożliwiając w ten sposób edycję genów.
W oparciu o tę technologię edycji genów powstało wiele startupów. Niektóre wykorzystują ją do terapii genowej trudnych chorób, takich jak nowotwory i choroby genetyczne, a inne do hodowli narządów do przeszczepów i wykrywania chorób.
Technologia edycji genów weszła do zastosowań komercyjnych tak szybko, że ludzie dostrzegają ogromne perspektywy biotechnologii. Z perspektywy logiki rozwoju samej biotechnologii, po osiągnięciu dojrzałości w odczytywaniu, syntezie i edycji sekwencji genetycznych, kolejnym etapem jest naturalnie projektowanie na poziomie genetycznym w celu wytwarzania materiałów spełniających ludzkie potrzeby. Technologię biologii syntetycznej można również rozumieć jako kolejny etap w rozwoju technologii genetycznej.
Dwie naukowczynie, Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna, otrzymały Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2020 roku za technologię CRISPR.
„Wiele osób ma obsesję na punkcie definicji biologii syntetycznej… Doszło do takiego zderzenia między inżynierią a biologią. Myślę, że wszystko, co z tego wyniknie, zaczęło być nazywane biologią syntetyczną” – powiedział Tom Knight.
Wydłużając skalę czasową, od początku istnienia społeczeństwa rolniczego, ludzie badali i zachowywali pożądane cechy zwierząt i roślin poprzez długotrwałe krzyżowanie i selekcję. Biologia syntetyczna zaczyna bezpośrednio od poziomu genetycznego, aby wygenerować pożądane przez ludzi cechy. Obecnie naukowcy wykorzystują technologię CRISPR do uprawy ryżu w laboratorium.
Jeden z organizatorów konferencji, założyciel Qiji, Lu Qi, powiedział w filmie otwierającym, że biotechnologia może przynieść światu ogromne zmiany, podobnie jak poprzednia technologia internetowa. Wydaje się to potwierdzać, że wszyscy prezesi firm internetowych wyrażali zainteresowanie naukami przyrodniczymi, składając rezygnacje.
Internetowi giganci zwracają na to uwagę. Czy w końcu nadchodzi trend biznesowy w naukach przyrodniczych?
Tom Knight (pierwszy od lewej) i czterech innych założycieli Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks
Podczas lunchu usłyszałem pewną nowinę: 2 września firma Unilever ogłosiła, że do 2030 roku zainwestuje 1 miliard euro w celu stopniowego wycofywania paliw kopalnych i zastąpienia ich czystymi surowcami.
W ciągu 10 lat detergenty do prania, proszki do prania i mydła produkowane przez Procter & Gamble będą stopniowo wytwarzane z surowców roślinnych lub w oparciu o technologię wychwytywania dwutlenku węgla. Firma przeznaczyła również kolejny miliard euro na utworzenie funduszu, który będzie finansował badania nad biotechnologią, dwutlenkiem węgla i innymi technologiami ograniczającymi emisję dwutlenku węgla.
Ludzie, którzy przekazali mi tę nowinę, podobnie jak ja, który ją usłyszał, byli nieco zaskoczeni okresem krótszym niż 10 lat: Czy prace badawczo-rozwojowe nad technologią prowadzącą do masowej produkcji zostaną w pełni zrealizowane tak szybko?
Ale mam nadzieję, że to się spełni.
Czas publikacji: 31 grudnia 2021 r.