Các phân tử dịch chuyển, bộ gen tùy chỉnh và các cải tiến khác sẽ mang đến những lời hứa lớn nhất của công nghệ.

Sinh học tổng hợp - làm cho mọi thứ từ đầu ra khỏi các thành phần sinh học - đã phát triển mạnh mẽ trong nhiều thập kỷ. Nhưng giờ đây, những cải tiến trong công nghệ giải trình tự và tổng hợp DNA đang khiến các nhà sinh học tổng hợp hàng đầu đưa ra những đề xuất lớn hơn, táo bạo hơn và hợp lý hơn để giải quyết một số vấn đề lớn nhất của nhân loại.

Các công ty dược phẩm, năng lượng và nông nghiệp đã sử dụng phần lớn kỹ thuật di truyền để sản xuất các phân tử phức tạp để xây dựng. Tuy nhiên, ngày nay, sinh học tổng hợp đã sẵn sàng để tạo ra nhiều thứ không thể có trong các ứng dụng đa dạng như phân bón thực vật, dệt may và lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số.

Emily Tôi nghĩ rằng DNA sẽ là vật liệu quan trọng nhất của thế kỷ 21, Emily nói, Lep Lepstst, CEO của Twist Bioscience, tạo ra các chuỗi DNA tùy chỉnh có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm lưu trữ dữ liệu cực kỳ dày đặc. Thế kỷ trước là về máy tính, và bây giờ chúng ta đang bước vào kỷ nguyên sinh học.

Google, Amazon, Procter & Gamble, Apple và IKEA đều cử đại diện tham dự hội nghị SynBioBeta 7.0 gần đây tại San Francisco. John Tất cả các công ty mà bạn không thực sự mong đợi sẽ thấy tại một hội nghị sinh học tổng hợp hiện đang kêu gọi thực hiện các giao dịch, quan hệ đối tác, để được tích hợp vào ngành công nghiệp mới này, ông John Cumbers, người đồng sáng lập SynBioBeta cho biết.

Nếu bạn nghĩ lại những năm 1960, khi chúng ta chỉ phát minh ra bóng bán dẫn và sau đó đi qua lịch sử của Thung lũng Silicon, bộ vi xử lý, Internet, Web - hiện 25% nền kinh tế toàn cầu được xây dựng trên công nghệ đó, đó là Cum Cumbers nói. Thật khó để nói dòng thời gian, nhưng hãy nói trong 25 năm tới, ngăn xếp sinh học và lượng giá trị được xây dựng trên nó chắc chắn sẽ chiếm hơn 25% nền kinh tế toàn cầu.

Vì vậy, tất cả những gì ồn ào về? Dưới đây là sáu trong số các xu hướng và sự phát triển đáng xem trong những năm tới:

Thoát khỏi phân bón nitơ là một nguồn ô nhiễm nước lớn và một vấn đề môi trường dai dẳng. Điều gì xảy ra nếu chúng ta không cần phải bón nhiều phân?

Một số thực vật, như đậu Hà Lan và đậu nành, tự làm phân bón - hoặc hơn thế nữa, các vi khuẩn phát triển mạnh trên những cây đó làm điều đó cho chúng bằng cách cố định nitơ trong không khí trong đất. Những vi khuẩn này không làm tốt trên các loại cây trồng thông thường khác, vì vậy các nhà sinh học tổng hợp sẽ cố gắng tạo ra những cây trồng đó. Một công ty khởi nghiệp có tên Ginkgo Biowork và gã khổng lồ hóa học Bayer đang hợp tác 100 triệu đô la để phát triển các sinh vật tổng hợp cung cấp nitơ cho rễ cây, giảm nhu cầu phân bón. Trong khi đó, Pivot Bio đang cố gắng tăng cường khả năng cố định đạm của vi khuẩn. Karves Temme, Giám đốc điều hành của Pivot Bio cho biết, những gì mọi người trong lĩnh vực này muốn thấy với vi khuẩn là một cách tái tạo và bền vững để sản xuất phân bón đó. Càng thực sự là một mục tiêu dài hạn, khó nắm bắt cho lĩnh vực này.

Vi-rút cúm có thể lây lan trên toàn thế giới trong vài ngày, nhưng vắc-xin cúm thường tụt hậu rất xa so với các chủng mới. Để tạo ra một loại vắc-xin mới, các nhà nghiên cứu phải xác định được chủng mới nổi, đóng hộp và chuyển nó đến một công ty phát triển vắc-xin, tiêm các hạt virus vào trứng gà để tạo ra một lượng lớn kháng thể và sau đó đóng gói chúng dưới dạng vắc-xin. Toàn bộ quá trình mất ít nhất một tháng, thường dài hơn. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu các nhà phát triển vắc-xin có thể cắt giảm thời gian đi lại bằng cách gửi DNA virus dễ dàng như họ gửi email?

Công ty tổng hợp Genomics của Craig Venter gần đây đã bắt đầu bán lẻ BioXP, một cỗ máy có thể in ra dữ liệu chuỗi số hóa của LINE thành chuỗi DNA hoặc RNA và thêm chúng vào vi khuẩn. In gen bằng máy BioXP vẫn yêu cầu bộ dụng cụ thành phần tùy chỉnh. Hầu hết các phòng thí nghiệm sinh học sẽ không có hóa chất phù hợp với số lượng phù hợp trong tay, vì vậy các nhà nghiên cứu đã đặt hàng bộ thành phần từ Bộ gen tổng hợp trước. Nhưng các hóa thân sau này của các bộ chuyển đổi sinh học sang kỹ thuật số có thể có thể tạo lại toàn bộ virus từ dữ liệu số được gửi dưới dạng tệp đính kèm email. Nó giống như dịch chuyển tức thời các phân tử.

Dan Gibson, phó chủ tịch công nghệ DNA của Genomics, Dan Gibson, đã hình dung ra một tương lai nơi các bộ chuyển đổi từ kỹ thuật số sang sinh học sẽ trở nên phổ biến trong các bệnh viện, cho phép các bác sĩ in ra các loại thuốc tùy chỉnh cho bệnh nhân. Chỉ có một loạt các ứng dụng: thuốc, hóa sinh, nhiên liệu sinh học, ông nói. DNA DNA thực sự chỉ là sự khởi đầu của việc tạo ra bất cứ thứ gì xuôi dòng từ RNA thành protein đến toàn bộ bộ gen của vi khuẩn.

Trong khi tổ chức hội nghị SynBioBeta, Cumbers nhận thấy một chủ đề phổ biến trong các công ty của người mới: thực phẩm. Cụ thể, phiên bản tổng hợp của các sản phẩm động vật giàu protein.

Ý tưởng về thịt và sữa được nuôi trong phòng thí nghiệm đã xuất hiện từ nhiều năm nay, nhưng năm 2017 đã chứng kiến ​​sự tăng trưởng lớn trong việc tài trợ cho các công ty thực phẩm synbio đang sản xuất các sản phẩm nông nghiệp từ tế bào và vi khuẩn. Các công ty này đang đặt cược rằng họ có thể đáp ứng nhu cầu tăng vọt về thịt, trứng, cá và phô mai của thế giới một cách bền vững và có lợi nhuận. Trong khi các công ty như Memphis Meats và Finless Food đang phát triển các loại thịt được trồng trong phòng thí nghiệm để tiêu thụ cho con người, các công ty khác đang nỗ lực để làm cho các trang trại cá bền vững hơn và cá trong đó khỏe mạnh hơn. Microsynbiotix là tảo kỹ thuật di truyền để tạo ra vắc-xin ăn được để bảo vệ cá nuôi.

Chúng ta có xu hướng coi màu xanh của quần jean là điều hiển nhiên, nhưng thuốc nhuộm công nghiệp làm nổi bật quần áo sản xuất hàng loạt với màu sắc của nó không phải là trò đùa. Công nhân hít phải khói thuốc nhuộm thường có vấn đề về phổi và các nhà máy dệt là một trong những nguồn gây ô nhiễm nước hàng đầu trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, nhà thiết kế Natsai Chieza nhìn thấy một giải pháp tiềm năng trong các vết bẩn đầy màu sắc do vi khuẩn để lại. Cô sử dụng nuôi cấy vi khuẩn để nhuộm khăn quàng cổ trong các mô hình đầy màu sắc. Trong vai trò hiện tại là nhà thiết kế cư trú tại Ginkgo Biowork, cô đang làm việc với các nhà khoa học để tìm cách mở rộng quy trình.

Trong tương lai, các sinh vật tổng hợp cũng có thể được dệt vào vải quần áo của chúng ta. Một liên doanh có tên bioLogic, dẫn đầu bởi Lining Yao và có trụ sở tại MIT Media Lab, sử dụng vi khuẩn mở rộng khi gặp độ ẩm để tạo ra một loại vải phản ứng với mồ hôi bằng cách mở lỗ thông hơi trên vải.

Các nhà sinh học tổng hợp tinker với vi khuẩn có một bộ công cụ hạn chế. Nói chung, họ làm việc với vi khuẩn E. coli. Nếu bạn muốn một gen được dịch thành protein, hãy sao chép nó và đưa nó vào E. coli là cách logic truyền thống diễn ra. E. coli là loài mà thiết bị phòng thí nghiệm được chế tạo để xử lý. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu gen bạn muốn thêm không kết hợp với bộ máy di truyền của E. coli? Các gen có thể hoạt động tốt hơn trong một sinh vật khác.

Nếu các nhà sinh học tổng hợp có thể tận dụng tài năng thiên bẩm của nhiều loài hơn, họ có thể phát triển các sản phẩm sinh học với năng suất cao hơn E.coli, và nhiều sản phẩm sinh học tổng hợp mới có thể xuất hiện, Sarah Richardson, đồng sáng lập MicroByre nói. Để giúp các nhà khoa học dễ dàng thao túng các loài vi khuẩn khác, MicroByre đang phát triển thiết bị phòng thí nghiệm có thể chứa các vi khuẩn khác. Đây thực sự là một tai nạn của lịch sử mà [E.coli] là người mà chúng tôi tập trung vào, cô nói. Chúng tôi thực sự đã kéo nó ra khỏi butts của mình.

Tinh chỉnh các gen của vi khuẩn là một điều. Bạn có thể làm gì bằng cách lập trình vi khuẩn, hay các sinh vật phức tạp hơn hoàn toàn từ đầu?

Câu hỏi lớn đó đang thúc đẩy Genome Project-write (GP-write), một phần tiếp theo của Dự án bộ gen người. Các nhà lãnh đạo của nó hy vọng rằng việc tách rời bộ gen và viết những cái mới sẽ giúp hiểu sâu hơn về sinh học và cung cấp nền tảng cho các công nghệ trong tương lai. Họ có thể tổng hợp một bộ gen nấm men vào cuối năm nay.

Hiện tại, chỉ có một số ít phòng thí nghiệm synbio ưu tú có thể viết toàn bộ bộ gen của vi khuẩn, nhưng mục tiêu của GP-write là làm cho việc viết gen rẻ hơn và dễ tiếp cận hơn. Mục tiêu đã nêu của họ là giảm chi phí viết bộ gen xuống dưới một phần nghìn so với chi phí hiện nay.

Trung tâm phi lợi nhuận xuất sắc về sinh học tổng hợp đang điều phối công việc, do Jef Boeke của NYU đứng đầu; Nhà thờ George của Harvard; Andrew H Tàu của Autodesk; và Nancy J Kelley, cựu giám đốc điều hành sáng lập của Trung tâm bộ gen New York. Một vài dự án thí điểm đang khởi đầu, bao gồm cả nỗ lực tạo ra tế bào người (trong đĩa petri) có thể tự tạo ra tất cả các vitamin và chất dinh dưỡng thiết yếu. Một số nhóm trong GP-write tập trung vào các vấn đề công nghệ như cách lắp ráp chuỗi DNA có chiều dài nhiễm sắc thể. Những người khác tập trung vào việc tiếp cận cộng đồng và tìm cách đưa nhiều người hơn vào các cuộc trò chuyện đạo đức sinh học xung quanh kỹ thuật bộ gen.

Kelley nói rằng nhận thức của công chúng về kỹ thuật gen là một trong những trở ngại lớn nhất của sáng kiến. Khi mọi người đang nghĩ về kỹ thuật hoặc tổng hợp bộ gen của con người, họ lập tức nhảy vào Thế giới mới của những đứa trẻ thiết kế dũng cảm, cô nói. Đây không phải là nơi dự án này sẽ diễn ra. Cô cho biết thêm, làm việc trong các tế bào của con người, nhưng không phải ở người thực tế, sẽ giúp thúc đẩy cuộc trò chuyện về đạo đức và xã hội về cách chúng ta muốn sử dụng các công nghệ này.