bản quyền hình ảnh: Thermo Fischer Khoa học

5 cách truyền cảm hứng Sinh học tổng hợp sẽ cách mạng hóa thực phẩm và nông nghiệp

Sinh học tổng hợp là một trong những lĩnh vực khoa học phát triển nhanh nhất và thú vị nhất - và là một ví dụ hoàn hảo về đổi mới thế hệ tiếp theo. Kết hợp các ngành như sinh học, thiết kế, kỹ thuật và phát triển phần mềm, synbio cho phép chúng ta định hình các hệ thống tự nhiên và thậm chí tạo ra những hệ thống hoàn toàn mới từ đầu.

Các nhà nghiên cứu, kỹ sư và doanh nhân đã sử dụng synbio theo một số cách truyền cảm hứng. Trong vài năm qua, họ đã tạo ra một quá trình quang hợp nhân tạo, một loại vi khuẩn được thiết kế để xâm chiếm các tế bào ung thư và thậm chí biến chất thải nông nghiệp thành hóa chất thân thiện với môi trường - và những ví dụ này hầu như không làm trầy xước bề mặt. Thị trường sinh học tổng hợp toàn cầu đang nhanh chóng phát triển, và dự kiến ​​sẽ tăng lên 16 tỷ đô la vào năm 2018.

Bất kỳ công nghệ mới hoặc đột phá nào đe dọa hiện trạng đều có thể gây nhầm lẫn và thậm chí gây tranh cãi, nhưng trong trường hợp của synbio, tôi rất phấn khích về tiềm năng của nó để giúp giải quyết một số vấn đề lớn nhất mà chúng ta gặp phải trong ngành nông nghiệp và thực phẩm.

Trong công việc và nghiên cứu của tôi tại Tổ chức Tư tưởng Thực phẩm, tôi đã thấy tận mắt các nhà đổi mới trên khắp thế giới tiếp cận lĩnh vực này với tư duy kinh doanh - kết hợp kỷ luật, đưa ra các giả định cố thủ và khuyến khích sự cởi mở và hợp tác - để tạo ra tác động tích cực, đặc biệt trong lĩnh vực an ninh lương thực.

Dưới đây là năm cách thú vị nhất của sinh học tổng hợp là chuyển đổi ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp, và mở đường cho một tương lai trong đó chúng ta có thể xóa đói và suy dinh dưỡng, đồng thời bảo vệ và cải thiện môi trường của chúng ta.

1. Chúng tôi có thể thiết kế các nhà máy từ mặt đất lên.

Hãy tưởng tượng cây phát sáng ở vị trí của đèn đường. Nấm mọc thành đồ nội thất. Cây trồng cần ít thuốc trừ sâu và chống hạn hán. Đây chỉ là một số cách chúng ta có thể phát triển một tương lai bền vững và thú vị hơn bằng cách sử dụng các phương pháp sinh học tổng hợp trong thực vật.

Chúng ta đang bước vào kỷ nguyên sinh học. Nếu những thập kỷ qua được xác định bởi các cuộc cách mạng công nghiệp và kỹ thuật số, thì tương lai sẽ tập trung vào việc làm cho sinh học hoạt động và với chúng ta.

Sinh học tổng hợp cho phép chúng ta áp dụng các nguyên tắc thiết kế và kỹ thuật cho khoa học thực vật. Chúng ta có thể xác định chính xác những gì chúng ta muốn thực vật làm, và sau đó tạo ra quá trình đó bằng các hệ thống sinh học kỹ thuật chính xác.

Sinh học đang theo bước chân chung của ngành công nghiệp máy tính - ngoại trừ trong trường hợp này, DNA là ngôn ngữ lập trình của chúng tôi. Với trình tự bộ gen, chúng ta có thể đọc DNA, cung cấp cho chúng ta nhiều thông tin quan trọng. Khi chúng tôi đọc thông tin này, chúng tôi phải hiểu những gì mã đang nói. Học máy và phân tích dữ liệu đang giúp chúng ta trong vấn đề này, nhưng viết mã là nơi nó trở nên thú vị nhất. Rốt cuộc, viết là nơi chúng ta có thể sử dụng trí tưởng tượng của mình và sáng tạo!

Trong những ngày đầu, DNA tái tổ hợp rất chậm và khó khăn. Nhưng công nghệ đang ngày càng nhanh hơn, tốt hơn và rẻ hơn mỗi ngày. Bạn thậm chí không cần một phòng thí nghiệm - tất cả đều biến thành kỹ thuật số. Các công cụ phần mềm kết hợp với các công nghệ chỉnh sửa bộ gen cho phép chúng ta làm những điều mà đơn giản là không thể tưởng tượng được chỉ 15 năm trước.

2. Chúng ta có thể tìm thấy các giải pháp đạo đức, bền vững và hiệu quả cho nhu cầu thực phẩm của mình.

Với sinh học tổng hợp, chúng ta có thể suy nghĩ lại mọi thứ chúng ta biết về cách thức sản xuất thực phẩm. Ví dụ: chúng ta có thể sản xuất sữa bò mà không cần bò thật hoặc trứng chưa được đẻ bởi gà. Một công ty có tên Real Vegan Cheese được tạo thành từ một nhóm các nhà sinh vật học đang tạo ra một chất có bản sắc phân tử giống như sữa bò. Sữa này sau đó được sử dụng để làm phô mai thuần chay - một loại phô mai được làm từ sữa bò thật - chỉ với sự tham gia của động vật!

Sau đó, có sáng kiến ​​Thu hoạch mới. Được lãnh đạo bởi Isha Datar, một người phụ nữ quyền lực mà tôi có cơ hội chia sẻ sân khấu gần đây tại Hội nghị thượng đỉnh Hello Tomorrow ở Paris, tổ chức này tài trợ cho nghiên cứu mở, công khai, hợp tác để cách mạng hóa việc sản xuất các sản phẩm động vật mà không có động vật thực tế. Một số dự án của họ bao gồm Perfect Day Food, một công ty sản xuất các sản phẩm sữa không có bò; Clara Food, người đang sử dụng nuôi cấy tế bào để làm lòng trắng trứng; và một dự án nghiên cứu mô gia cầm với mục tiêu sản xuất thịt gà tây và thịt gà không có động vật.

Sinh học tổng hợp giúp chúng ta tối ưu hóa vô hình.

Nông nghiệp tế bào có những khả năng vô tận, bao gồm khả năng tạo ra nhiều thực phẩm đóng gói chất dinh dưỡng với thời gian sử dụng lâu hơn, cũng như thực phẩm phù hợp với mục đích sử dụng và sở thích cụ thể, chẳng hạn như thịt có chất béo bão hòa thấp hơn, sữa không có đường, trứng không có cholesterol hoặc lòng trắng trứng dành riêng cho các món nướng khác nhau như bánh trứng đường hoặc bánh ngọt thiên thần.

3. Chúng ta có thể làm cho thực phẩm an toàn hơn và bổ dưỡng hơn.

Sinh học tổng hợp giúp chúng ta tối ưu hóa vô hình. Chúng ta có thể cải thiện hương vị và đặc tính dinh dưỡng, và tạo ra các loại thực phẩm mới như bơ tảo và đậu phộng không gây dị ứng. Chúng ta có thể giúp cây trồng phát triển với ít nước hoặc đất hơn và thiết kế hệ thống quá mẫn ở cấp độ sản xuất để giữ cho thực phẩm chúng ta ăn an toàn hơn.

Một công ty, Sample6, đang nỗ lực tìm kiếm và loại bỏ vi khuẩn có khả năng đe dọa đến tính mạng trong thực phẩm trước khi nó lên kệ. Các hệ thống tích hợp của nó nhanh chóng và dễ dàng phát hiện vi khuẩn có hại hoặc không mong muốn trong các sản phẩm cho nhiều ngành công nghiệp, bao gồm thực phẩm và chăm sóc sức khỏe. Ví dụ, họ đã phát triển một bộ thử nghiệm có thể phát hiện Listeria trong khi thực phẩm vẫn còn trong nhà máy chế biến. Các bộ dụng cụ như vậy cung cấp kết quả chỉ trong ba đến bốn giờ, trong khi quy trình truyền thống có thể mất tới 48 giờ.

Một công ty thú vị làm việc để làm cho thực phẩm giàu chất dinh dưỡng hơn là Unibiome (trước đây là Probiotic ngang hàng), Chung kết Thử thách TFF 2015. Chúng là các vi khuẩn kỹ thuật để cải thiện hàm lượng vitamin trong thực phẩm lên men như sữa chua, phô mai và thực phẩm dựa trên ngũ cốc. Vì đây là những thực phẩm truyền thống trên toàn thế giới, việc tạo ra các phiên bản có hàm lượng vi sinh khỏe mạnh hơn sẽ đảm bảo nhiều người ở các khu vực khác nhau có quyền truy cập vào các chất dinh dưỡng quan trọng. Công ty đang xây dựng một mô hình chia sẻ ngang hàng, nguồn mở để phân phối men vi sinh của họ ở các quốc gia đang phát triển.

4. Mọi người - bao gồm cả bạn - có các công cụ để làm việc với công nghệ này.

Đối với tôi, khía cạnh truyền cảm hứng nhất của synbio là các cá nhân và người khởi nghiệp - không phải là công ty đa quốc gia lớn - là những người tiên phong của lĩnh vực này. Một phong trào DIY (tự làm) đã đạt được động lực trong không gian này, với mục tiêu cho phép nhiều người sử dụng phương pháp tiếp cận sinh học đồng bộ thông qua tăng tính cởi mở và chia sẻ. (kiểm tra quy tắc ứng xử DIY Bio, bao gồm cam kết giáo dục, minh bạch và trách nhiệm.)

Các phòng thí nghiệm sinh học DIY như BioCpered và Genspace đang xuất hiện trên toàn thế giới. Một số companoies thậm chí còn cung cấp các sản phẩm và bộ dụng cụ ở cấp độ người tiêu dùng có chứa vật liệu để bất kỳ ai cũng có thể thử nghiệm và chơi với sinh học mà không cần truy cập vào phòng thí nghiệm. Amino Labs, chẳng hạn, có một trình giả lập cho phép bạn trở thành một nhà sinh học ảo và gửi một bộ cho phép bạn thiết lập phòng thí nghiệm của riêng mình. Tương tự, Odin cung cấp Bộ công cụ CRISPR DIY Bacterial Gene Engineering, dạy về sinh học phân tử và kỹ thuật gen với đủ nguyên liệu để thực hiện năm thí nghiệm tại nhà. Sau đó, có Bento Labs, nơi cung cấp phòng thí nghiệm DNA di động cho phép bạn trích xuất, sao chép và trực quan hóa DNA - bất cứ nơi nào bạn muốn.

Việc dân chủ hóa synbio cho phép các nhà đổi mới chơi với thức ăn của họ theo cách mà trước đây không thể tưởng tượng được - thậm chí cập nhật và cải thiện cách chúng ta chuẩn bị thức ăn ở nhà để tiêu thụ. Ẩm thực phân tử và kỹ thuật nấu ăn dựa trên khoa học như tắm ngâm chỉ là khởi đầu. John Cumbers, người bạn của tôi, người sáng lập SynBioBeta, trung tâm hoạt động của ngành sinh học tổng hợp, đặc biệt vui mừng về tác động của quá trình lên men đối với tương lai của thực phẩm. Từ kombucha, đến bia và phô mai, khả năng vi khuẩn nấu thức ăn của chúng ta và tạo ra hương vị và kết cấu từ con đường sinh học bên trong nấm men và vi khuẩn thực sự rất thú vị, anh nói với tôi.

Trong tương lai, bất cứ ai, bất cứ nơi nào cũng có thể có ý tưởng và biến chúng thành hiện thực giống như cách chúng ta có thể nhanh chóng tạo ra các ứng dụng di động ngày nay.

5. Đây chỉ là khởi đầu. Một làn sóng đổi mới đang đến với chúng ta.

Các cuộc thi cũng đang thúc đẩy các cộng đồng của các nhà đổi mới trẻ thích làm việc và hợp tác trong lĩnh vực sinh học tổng hợp.

Tất nhiên, có Thử thách TFF của chúng tôi (tìm hiểu thêm tại đây), nơi chúng tôi đang tích cực tìm kiếm các dự án synbio!

Một cuộc thi khác đặc biệt tập trung vào việc thu hút những trí óc mới và xây dựng những ý tưởng mới trong lĩnh vực này là cuộc thi Máy biến đổi gen quốc tế (iGEM), khuyến khích sinh viên làm việc và xây dựng trong các hệ thống sinh học. Nhóm TFF của chúng tôi rất vui mừng được tham gia vào cuộc thi iGEM năm nay, diễn ra tại Boston từ ngày 27 tháng 10 năm3131, 2016.

Lưu ý: Nếu bạn là một nhà nghiên cứu hoặc người đam mê synbio muốn đưa sự đổi mới của bạn ra khỏi phòng thí nghiệm và vào thế giới thực, hãy nói chuyện với chúng tôi - chúng tôi có thể giúp bạn! Nhóm iGEM năm ngoái, Peer-to-Peer Probiotic (nay gọi là Unibiome), đã tham gia Thử thách của chúng tôi, giành giải thưởng tiền mặt và tiếp tục tham gia vào chương trình tăng tốc Indie Bio để hiểu thêm và có kinh nghiệm trong việc phát triển liên doanh khởi nghiệp.

Phần kết luận

Sinh học tổng hợp là một lĩnh vực mới nổi thú vị với tiềm năng giải quyết một số vấn đề cấp bách nhất trên hành tinh. Điều đó nói rằng, bất kỳ sự thay đổi mô hình đi kèm với các thách thức riêng của nó. Chúng ta sẽ cần phải giải quyết các vấn đề lớn liên quan đến nhận thức cộng đồng, đạo đức và quy định của chính phủ.

Có rất nhiều chỗ cho các nhà đổi mới trẻ đam mê tham gia vào việc định hình tương lai của công nghệ này. Trong tương lai chúng tôi đang hướng tới, mọi đàn ông, phụ nữ và trẻ em đều có quyền truy cập đầy đủ vào thực phẩm an toàn, bổ dưỡng. Chúng ta có thể nuôi sống một hành tinh gồm hơn 9 tỷ người mà không ảnh hưởng đến tài nguyên thiên nhiên của chúng ta. Và mỗi ngày trôi qua, chúng tôi khám phá những cách mới, đáng ngạc nhiên để cải thiện hệ thống thực phẩm của chúng tôi.

GHI CHÚ! nếu bạn muốn nghe thêm về phong trào sinh học DIY, hãy nghe podcast TFF của chúng tôi về Hacker Values, với Daniel Grushkin của GenSpace và Biodesign Challenge!