Біолог-синтетичний біолог Том Найт сказав: «21 століття буде століттям інженерної біології». Він є одним із засновників синтетичної біології та одним із п’яти засновників Ginkgo Bioworks, зіркової компанії в галузі синтетичної біології. Компанія була зареєстрована на Нью-Йоркській фондовій біржі 18 вересня, а її оцінка досягла 15 мільярдів доларів США.
Наукові інтереси Тома Найта змістилися з комп'ютерних наук до біології. З часів навчання у старшій школі він використовував літні канікули для вивчення комп'ютерних наук та програмування в Массачусетському технологічному інституті, а потім також навчався на бакалавраті та магістратурі в Массачусетському технологічному інституті.
Том Найт Зрозумівши, що закон Мура передбачає межі людської маніпуляції атомами кремнію, він звернув свою увагу на живі організми. «Нам потрібен інший спосіб розмістити атоми в правильному місці… Яка найскладніша хімія? Це біохімія. Я уявляю, що можна використовувати біомолекули, такі як білки, які можуть самозбиратися та збиратися в потрібному діапазоні. кристалізація».
Використання інженерного кількісного та якісного мислення для проектування біологічних оригіналів стало новим методом дослідження. Синтетична біологія – це стрибок у людських знаннях. Як міждисциплінарна галузь інженерії, інформатики, біології тощо, роком початку синтетичної біології було встановлено 2000 рік.
У двох дослідженнях, опублікованих цього року, ідея проектування схем для біологів досягла контролю над експресією генів.
Вчені з Бостонського університету створили перемикач генів у кишковій паличці. Ця модель використовує лише два генні модулі. Регулюючи зовнішні подразники, можна вмикати або вимикати експресію генів.
Того ж року вчені з Принстонського університету використали три генні модулі для досягнення режиму «коливань» у сигналі схеми, використовуючи взаємне гальмування та зняття гальмування між ними.
Схема перемикача генів
Клітинний семінар
На зустрічі я чув, як люди говорили про «штучне м’ясо».
За моделлю комп'ютерної конференції, «самоорганізованої неконференційної конференції» для вільного спілкування, деякі люди п'ють пиво та базікають: Які успішні продукти є в «Синтетичній біології»? Хтось згадав «штучне м'ясо» в розділі «Неможлива їжа».
Impossible Food ніколи не називала себе компанією «синтетичної біології», але основний аргумент, який відрізняє її від інших штучних м’ясних продуктів – гемоглобін, який надає вегетаріанському м’ясу унікальний «м’ясний» запах – походить від цієї компанії близько 20 років тому. Одна з дисциплін, що розвиваються.
Технологія полягає у використанні простого редагування генів, що дозволяє дріжджам виробляти «гемоглобін». Застосовуючи термінологію синтетичної біології, дріжджі стають «клітинною фабрикою», яка виробляє речовини відповідно до бажань людей.
Що робить м'ясо таким яскраво-червоним і має особливий аромат на смак? Неможлива їжа вважається багатим на «гемоглобін» у м'ясі. Гемоглобін міститься в різних продуктах харчування, але особливо високий його вміст у м'язах тварин.
Тому засновник компанії та біохімік Патрік О. Браун обрав гемоглобін як «ключову приправу» для імітації м’яса тварин. Видобуваючи цю «приправу» з рослин, Браун обрав сою, коренеплоди якої багаті на гемоглобін.
Традиційний метод виробництва вимагає прямого вилучення «гемоглобіну» з коренів сої. Для отримання одного кілограма «гемоглобіну» потрібно 6 акрів сої. Вилучення з рослин є дорогим, і компанія Impossible Food розробила новий метод: імплантує ген, який може компілювати гемоглобін, у дріжджі, і в міру того, як дріжджі ростуть і розмножуються, гемоглобін зростатиме. Для прикладу, це схоже на те, якби гуска відкладала яйця в масштабі мікроорганізмів.
Гем, який видобувають з рослин, використовується в бургерах зі «штучного м'яса».
Нові технології підвищують ефективність виробництва, водночас зменшуючи споживання природних ресурсів на посадку. Оскільки основними виробничими матеріалами є дріжджі, цукор та мінерали, хімічних відходів небагато. Якщо подумати, це справді технологія, яка «робить майбутнє кращим».
Коли люди говорять про цю технологію, мені здається, що це просто технологія. На їхню думку, існує забагато матеріалів, які можна розробити таким чином на генетичному рівні. Розкладні пластмаси, спеції, нові ліки та вакцини, пестициди для лікування певних захворювань і навіть використання вуглекислого газу для синтезу крохмалю… У мене почали виникати конкретні уявлення про можливості, які відкриває біотехнологія.
Читати, записувати та модифікувати гени
ДНК містить усю інформацію про життя від джерела, і вона також є джерелом тисяч ознак життя.
Сьогодні люди можуть легко зчитувати послідовність ДНК та синтезувати її відповідно до задуму. На конференції я чув, як люди говорили про технологію CRISPR, яка неодноразово отримувала Нобелівську премію з хімії 2020 року. Ця технологія, що називається «Генетичні магічні ножиці», може точно знаходити та розрізати ДНК, тим самим здійснюючи редагування генів.
На основі цієї технології редагування генів виникло багато стартапів. Деякі використовують її для вирішення проблем генної терапії складних захворювань, таких як рак та генетичні захворювання, а деякі використовують її для культивування органів для трансплантації людини та виявлення захворювань.
Технологія редагування генів так швидко набула комерційного застосування, що люди бачать великі перспективи біотехнології. З точки зору логіки розвитку самої біотехнології, після того, як зчитування, синтез та редагування генетичних послідовностей дозріють, наступним етапом, природно, є проектування з генетичного рівня для виробництва матеріалів, що відповідають потребам людини. Технологію синтетичної біології також можна розуміти як наступний етап у розвитку генної технології.
Дві науковки, Еммануель Шарпантьє та Дженніфер А. Дудна, отримали Нобелівську премію з хімії 2020 року за технологію CRISPR.
«Багато людей були одержимі визначенням синтетичної біології… Таке зіткнення відбулося між інженерією та біологією. Я думаю, що все, що є результатом цього, почали називати синтетичною біологією», – сказав Том Найт.
З початку існування сільськогосподарського суспільства люди відбирали та зберігали бажані риси тварин і рослин шляхом тривалого схрещування та відбору. Синтетична біологія починається безпосередньо з генетичного рівня, щоб генерувати риси, яких прагнуть люди. Зараз вчені використовують технологію CRISPR для вирощування рису в лабораторії.
Один із організаторів конференції, засновник Qiji Лу Ці, у вступному відео сказав, що біотехнології можуть призвести до масштабних змін у світі, як і попередні інтернет-технології. Це, здається, підтверджує, що всі керівники інтернет-компаній висловлювали інтерес до наук про життя, коли йшли у відставку.
Усі інтернет-гіганти звертають увагу. Чи нарешті настає бізнес-тренд у вигляді наук про життя?
Том Найт (перший зліва) та четверо інших засновників Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks
Під час обіду я почув новину: 2 вересня Unilever заявив, що до 2030 року інвестує 1 мільярд євро у поступову відмову від викопного палива та використання чистої сировини.
Протягом 10 років пральний порошок, порошки та мило, що виробляються Procter & Gamble, поступово переходять на рослинну сировину або технологію уловлювання вуглецю. Компанія також виділила ще 1 мільярд євро на створення фонду для фінансування досліджень у галузі біотехнологій, вуглекислого газу та інших технологій для скорочення викидів вуглецю.
Люди, які розповідали мені цю новину, як і я, який її чув, були трохи здивовані часовим обмеженням у менше 10 років: Чи буде так скоро повністю реалізовано процес технологічних досліджень і розробок для масового виробництва?
Але я сподіваюся, що це збудеться.
Час публікації: 31 грудня 2021 р.