Сінтэтычны біёлаг Том Найт сказаў: «XXI стагоддзе будзе стагоддзем інжынернай біялогіі». Ён з'яўляецца адным з заснавальнікаў сінтэтычнай біялогіі і адным з пяці заснавальнікаў Ginkgo Bioworks, зорнай кампаніі ў галіне сінтэтычнай біялогіі. Кампанія была зарэгістравана на Нью-Йоркскай фондавай біржы 18 верасня, а яе ацэнка дасягнула 15 мільярдаў долараў ЗША.
Навуковыя інтарэсы Тома Найта зрушыліся з камп'ютэрных навук у бок біялогіі. Пачынаючы з часоў сярэдняй школы, ён выкарыстоўваў летнія канікулы для вывучэння камп'ютэрных навук і праграмавання ў Масачусецкім тэхналагічным інстытуце, а затым таксама праходзіў там жа бакалаўрыят і магістратуру.
Том Найт Зразумеўшы, што закон Мура прадказвае межы маніпуляцый чалавека з атамамі крэмнію, ён звярнуў сваю ўвагу на жывыя істоты. «Нам патрэбен іншы спосаб размяшчэння атамаў у патрэбным месцы… Якая хімія самая складаная? Гэта біяхімія. Я мяркую, што можна выкарыстоўваць біямалекулы, такія як бялкі, якія могуць самазбірацца і збірацца ў патрэбным вам дыяпазоне. крышталізацыя».
Выкарыстанне інжынернага колькаснага і якаснага мыслення для распрацоўкі біялагічных арыгіналаў стала новым метадам даследавання. Сінтэтычная біялогія — гэта як скачок у чалавечых ведах. Як міждысцыплінарная галіна інжынерыі, інфарматыкі, біялогіі і г.д., пачаткам сінтэтычнай біялогіі быў вызначаны 2000 год.
У двух даследаваннях, апублікаваных у гэтым годзе, ідэя распрацоўкі ланцугоў для біёлагаў дазволіла кантраляваць экспрэсію генаў.
Навукоўцы з Бостанскага ўніверсітэта сканструявалі перамыкач генаў у E. coli. Гэтая мадэль выкарыстоўвае толькі два генныя модулі. Рэгулюючы знешнія раздражняльнікі, экспрэсію генаў можна ўключаць або выключаць.
У тым жа годзе навукоўцы з Прынстанскага ўніверсітэта выкарысталі тры генныя модулі для дасягнення выхаднога рэжыму «ваганняў» у сігнале ланцуга, выкарыстоўваючы ўзаемнае тармажэнне і зняцце тармажэння паміж імі.
Дыяграма перамыкача генаў
Семінар па клетках
На сустрэчы я чуў, як людзі казалі пра «штучнае мяса».
Па мадэлі камп'ютэрнай канферэнцыі, «самаарганізаванай канферэнцыі без канферэнцыі» для свабоднай камунікацыі, некаторыя людзі п'юць піва і балбочуць: якія паспяховыя прадукты ёсць у «сінтэтычнай біялогіі»? Хтосьці згадаў «штучнае мяса» ў раздзеле «Немагчымая ежа».
Impossible Food ніколі не называла сябе кампаніяй, якая займаецца «сінтэтычнай біялогіяй», але асноўны аргумент, які адрознівае яе ад іншых прадуктаў са штучнага мяса — гемаглабін, які надае вегетарыянскаму мясу ўнікальны «мясны» пах, — паходзіць ад гэтай кампаніі каля 20 гадоў таму. З новых дысцыплін.
Тэхналогія заключаецца ў выкарыстанні простага рэдагавання генаў, каб дазволіць дрожджам выпрацоўваць «гемаглабін». Калі ўжываць тэрміналогію сінтэтычнай біялогіі, дрожджы становяцца «клетачнай фабрыкай», якая вырабляе рэчывы ў адпаведнасці з пажаданнямі людзей.
Што робіць мяса такім ярка-чырвоным і мае асаблівы водар на смак? Немагчымая ежа лічыцца багатай на «гемаглабін» у мясе. Гемаглабін змяшчаецца ў розных прадуктах, але асабліва высокае яго ўтрыманне ў мышцах жывёл.
Таму заснавальнік кампаніі і біяхімік Патрык О. Браўн абраў гемаглабін у якасці «ключавой прыправы» для імітацыі мяса жывёл. Здабываючы гэтую «прыправу» з раслін, Браўн абраў сою, карані якой багатыя гемаглабінам.
Традыцыйны метад вытворчасці патрабуе непасрэднага здабывання «гемаглабіну» з каранёў соевых бабоў. Для атрымання аднаго кілаграма «гемаглабіну» патрабуецца 6 акраў соевых бабоў. Здабыча з раслін — дарагая справа, і кампанія Impossible Food распрацавала новы метад: імплантуе ген, які можа кампіляваць гемаглабін, у дрожджы, і па меры росту і размнажэння дрожджаў будзе расці гемаглабін. Каб выкарыстаць аналогію, гэта падобна на тое, як дазволіць гускам несці яйкі ў маштабе мікраарганізмаў.
Гем, які здабываюць з раслін, выкарыстоўваецца ў бургерах са «штучнага мяса».
Новыя тэхналогіі павышаюць эфектыўнасць вытворчасці, адначасова скарачаючы прыродныя рэсурсы, якія спажываюцца на пасадку. Паколькі асноўнымі вытворчымі матэрыяламі з'яўляюцца дрожджы, цукар і мінералы, хімічных адходаў мала. Калі падумаць, гэта сапраўды тэхналогія, якая «робіць будучыню лепшай».
Калі людзі гавораць пра гэтую тэхналогію, мне здаецца, што гэта простая тэхналогія. На іх думку, існуе занадта шмат матэрыялаў, якія можна распрацаваць такім чынам на генетычным узроўні. Раскладальныя пластмасы, спецыі, новыя лекі і вакцыны, пестыцыды ад пэўных хвароб і нават выкарыстанне вуглякіслага газу для сінтэзу крухмалу... У мяне пачалі з'яўляцца канкрэтныя ўяўленні пра магчымасці, якія адкрывае біятэхналогія.
Чытаць, запісваць і мадыфікаваць гены
ДНК нясе ўсю інфармацыю пра жыццё ад крыніцы, і яна таксама з'яўляецца крыніцай тысяч рыс жыцця.
У наш час людзі могуць лёгка чытаць паслядоўнасць ДНК і сінтэзаваць яе ў адпаведнасці з задумай. На канферэнцыі я чуў, як людзі казалі пра тэхналогію CRISPR, якая неаднаразова атрымлівала Нобелеўскую прэмію па хіміі ў 2020 годзе. Гэтая тэхналогія пад назвай «Генетычныя чароўныя нажніцы» дазваляе дакладна знаходзіць і разразаць ДНК, тым самым ажыццяўляючы рэдагаванне генаў.
На аснове гэтай тэхналогіі рэдагавання генаў з'явілася мноства стартапаў. Некаторыя выкарыстоўваюць яе для вырашэння праблем геннай тэрапіі складаных захворванняў, такіх як рак і генетычныя захворванні, а некаторыя — для вырошчвання органаў для трансплантацыі чалавека і выяўлення захворванняў.
Тэхналогія рэдагавання генаў так хутка ўвайшла ў камерцыйнае прымяненне, што людзі бачаць вялікія перспектывы біятэхналогіі. З пункту гледжання логікі развіцця самой біятэхналогіі, пасля таго, як чытанне, сінтэз і рэдагаванне генетычных паслядоўнасцей будуць удасканаленыя, наступным этапам, натуральна, будзе распрацоўка матэрыялаў, якія адпавядаюць патрэбам чалавека, з генетычнага ўзроўню. Тэхналогію сінтэтычнай біялогіі таксама можна разумець як наступны этап у развіцці генных тэхналогій.
Дзве навукоўцы, Эмануэль Шарпанцье і Джэніфер А. Дудна, атрымалі Нобелеўскую прэмію па хіміі 2020 года за тэхналогію CRISPR.
«Шмат людзей былі апантаныя вызначэннем сінтэтычнай біялогіі… Адбылося такое сутыкненне паміж інжынерыяй і біялогіяй. Я думаю, што ўсё, што з'яўляецца вынікам гэтага, пачало называцца сінтэтычнай біялогіяй», — сказаў Том Найт.
З пачатку існавання сельскагаспадарчага грамадства людзі адбіралі і захоўвалі патрэбныя ім рысы жывёл і раслін праз працяглыя працэсы скрыжавання і адбору. Сінтэтычная біялогія пачынаецца непасрэдна з генетычнага ўзроўню, каб стварыць патрэбныя людзям рысы. Зараз навукоўцы выкарыстоўваюць тэхналогію CRISPR для вырошчвання рысу ў лабараторыі.
Адзін з арганізатараў канферэнцыі, заснавальнік Qiji Лу Ці, заявіў ва ўступным відэа, што біятэхналогіі могуць прынесці значныя змены ў свет, гэтак жа, як і папярэднія інтэрнэт-тэхналогіі. Гэта, здаецца, пацвярджае, што ўсе кіраўнікі інтэрнэт-кампаній выказвалі цікавасць да навук аб жыцці, калі сыходзілі ў адстаўку.
Усе інтэрнэт-гіганты звяртаюць на гэта ўвагу. Ці нарэшце надыходзіць бізнес-трэнд — навука пра жыццё?
Том Найт (першы злева) і чатыры іншыя заснавальнікі Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks
Падчас абеду я пачуў навіну: 2 верасня Unilever заявіў, што да 2030 года ўкладзе 1 мільярд еўра ў паступовы адмову ад выкапнёвага паліва і выкарыстанне чыстай сыравіны.
На працягу 10 гадоў пральныя парашкі, пральныя парашкі і мыла, якія вырабляюцца кампаніяй Procter & Gamble, будуць паступова пераходзіць на раслінную сыравіну або тэхналогіі ўлоўлівання вугляроду. Кампанія таксама выдзеліла яшчэ 1 мільярд еўра на стварэнне фонду для фінансавання даследаванняў у галіне біятэхналогій, вуглякіслага газу і іншых тэхналогій для скарачэння выкідаў вугляроду.
Людзі, якія расказвалі мне гэтую навіну, як і я, які чуў яе, былі крыху здзіўлены тэрмінам менш за 10 гадоў: ці будуць тэхналагічныя даследаванні і распрацоўкі цалкам рэалізаваны так хутка?
Але я спадзяюся, што гэта спраўдзіцца.
Час публікацыі: 31 снежня 2021 г.