Все, что вам следует знать о синтетической биологии

Биология и технологии делают успехи и трансформируют то, как мы думаем о жизни и инновациях. Сегодня у нас есть синтетическая биология или синбио — термин, впервые появившийся в 70-х годах, но его потенциал только начинает реализовываться.

По сути, это генная инженерия, которая производит решения, улучшающие все, от здравоохранения до сельского хозяйства. Эта захватывающая область быстро растет, и ожидается, что рынок увеличится на 55,61 млрд долларов США между 2023 и 2028 годами.

Но что именно представляет собой синтетическая биология и как она развивалась на протяжении многих лет? В этой статье рассматриваются фундаментальные идеи синтетической биологии, практическое применение, моральные дилеммы и будущее этой отрасли.

Что такое синтетическая биология?

Синтетическая биология — это применение инженерных концепций к изучению биологии. Она позволяет ученым создавать, конструировать и изменять биологические компоненты, инструменты и системы, которые не встречаются в естественном мире. Это может включать создание новых видов жизни, модификацию генов для выполнения определенных задач или даже создание синтетических организмов.

В его основе лежат два основных принципа:

• Генная инженерия: Процесс изменения ДНК организма для получения желаемых характеристик, например, для выработки определенного белка или предотвращения заболевания.
• Системная биология:Понимание и изменение сложных биологических систем для обеспечения их гармоничного функционирования внутри живого организма или системы.

Однако что делает его таким важным? Речь идет не только о возне с генами и ДНК. Подобно тому, как компьютеры и программное обеспечение изменили мир в 20 веке, цель состоит в том, чтобы превратить биологию в платформу для технологий.

Развитие синтетической биологии

Чтобы нам было легко понять синтетическую биологию, мы должны знать ее эволюцию. Это не совсем новая идея. Ее истоки можно проследить до появления генной инженерии в 1970-х годах.

Но за последние 20 лет достижения в области синтеза и секвенирования ДНК вывели это на совершенно новый уровень. В настоящее время эта тема вышла за рамки простых генетических манипуляций и перешла к созданию совершенно новых видов со специализированными ролями.

Например, знаете ли вы, что в 2010 году ученые попали в заголовки газет, когда использовали синтетический геном для создания «Синтия», первый синтетический организм? Идея о том, что жизнь может быть создана как программное обеспечение, родилась из этого прорыва. Он продемонстрировал, что жизнь может быть спроектирована с нуля. С тех пор синтетическая биология быстро развивалась, находя применение во всем: от экологической устойчивости до медицины.

Каково современное применение синтетической биологии?

Благодаря своему быстрому развитию он готов трансформировать ряд секторов. Но каким видится будущее? Ожидается, что он станет ключевым компонентом в решении глобальных проблем, согласно нескольким тенденциям. Сегодня он оказывает влияние в следующих важных областях:

Наркотики

Создание новых методов лечения — один из лучших ответов, которые дает синтетическая биология. Например, разработка микробов, которые могут бороться с такими болезнями, как рак, и генная терапия в значительной степени зависят от нее.

Становится еще интереснее. Знаете ли вы, что синтетическая биология может создавать персонализированные лекарства для пациентов? Курс лечения подбирается на основе уникального генетического состава пациента. И одним из таких примеров является терапия CAR-T, которая лечит определенные виды рака с помощью измененных Т-клеток. Более того, она также участвует в создании вакцин с использованием биореакторы вакцинЕго применение в фармацевтической промышленности не может остаться незамеченным.

Сельское хозяйство

Как показывают данные из Агентство по охране окружающей среды США показывает, что сельское хозяйство очень чувствительно к изменению климата. Существуют также другие факторы, которые влияют на сельское хозяйство, такие как вредители и болезни. Это, в свою очередь, влияет на качество урожая и производство. Синтетическая биология является ответом на эту проблему, помогая создавать культуры, которые более устойчивы к этим факторам. По этой причине в будущем сельское хозяйство может меньше нуждаться в опасных удобрениях и пестицидах благодаря этим генетически модифицированным культурам.

Также с помощью synbio можно использовать концепцию азотфиксирующих бактерий. Она подразумевает создание искусственных микроорганизмов, которые могут фиксировать азот из воздуха и давать растениям жизненно важные питательные вещества. В конечном итоге, это снижает потребность в химических удобрениях, что означает более здоровое население в долгосрочной перспективе.

Экологическая устойчивость

Инновации в области экологической устойчивости продвигаются синтетической биологией. Например, разрабатываются искусственные микробы для помощи в ликвидации разливов нефти и разложении пластикового мусора.

В качестве возможной замены ископаемому топливу компании также используют синтетическую биологию для производства биотоплива из водорослей и других возобновляемых ресурсов. Благодаря синтетической биологии наша зависимость от невозобновляемых источников энергии может быть значительно уменьшена за счет этого биотоплива, улучшающего наши цели в области экологической устойчивости.

Промышленная биотехнология

Синтетическая биология также находится на переднем крае трансформации промышленных процессов. Для повышения эффективности химических реакций в таких секторах, как производство продуктов питания, косметики и фармацевтики, внедряются синтетические ферменты, созданные с помощью синтетической инженерии.

Известный пример — производство заменителей мяса. Он использовался предприятиями для производства заменителей мяса на растительной основе, которые имеют вкус и консистенцию настоящего мяса.

Другим примером является производство инсулина путем биосинтеза. Раньше инсулин получали из поджелудочных желез животных, этот процесс был дорогим и неэффективным. Сегодня фармацевтическая промышленность использует биосинтез, раздел синтетической биологии, для генетической модификации бактерий с целью создания инсулина. Помимо того, что этот процесс более экономичен, он позволяет производить его в больших масштабах.

Будущее синтетической биологии

Ожидается, что синтетическая биология преобразует ряд отраслей промышленности из-за своего взрывного расширения. Однако каково ее будущее? Согласно ряду тенденций, синтетическая биология останется необходимой для решения глобальных проблем.

Передовое производство и биоинженерия

Использование живых систем для производства материалов и синтеза биомолекул по требованию может трансформировать такие секторы, как фармацевтика, сельское хозяйство и энергетика. Производители могут создавать многофункциональные, отзывчивые материалы, которые могут воспринимать и реагировать на изменения в окружающей среде, используя синтетическую жизнь.

Однако некоторые вопросы остаются нерешенными, особенно в отношении масштабирования производственных возможностей, улучшения хост-платформ и общих промышленных практик. Это барьеры, которые необходимо преодолеть, чтобы полностью раскрыть ценность синтетической биологии.

Точная медицина

Шанс сделать точную медицину дешевле и доступнее может быть скрыт в синтетической биологии. Поскольку стоимость секвенирования ДНК продолжает падать, все больше пациентов получат доступ к индивидуальным лекарствам, разработанным специально для них на основе их собственного уникального генетического состава.

Экологическое производство

Синтетическая биология может декарбонизировать производство, заменив биологические процессы на те, которые основаны на бензине. Это может привести к круговой и более устойчивой экономике с меньшим количеством отходов, поскольку это позволит оптимально использовать ресурсы.

Интеграция с ИИ и автоматизацией

Есть все шансы, что синтетическая биология потребует использования искусственного интеллекта и систем автоматизации в ближайшем будущем. Синтетическая биология будет выводить новые биологические системы быстрее и точнее, сокращая циклы проектирования-сборки-тестирования в биоинженерии с помощью этих технологий.

Преимущества синтетической биологии

• Благодаря синтетической биологии появилась возможность разрабатывать новые методы лечения таких заболеваний, как рак: генную терапию, персонализированные препараты и перепрограммируемые Т-клетки.
• Синтетическая биология может быть использована для разработки альтернативных удобрений, которые оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, повышают урожайность и выводят культуры, устойчивые к вредителям.
• Этот процесс делает разработку микробов, которые могут уменьшать загрязнение окружающей среды или вырабатывать энергию из отходов, более осуществимой, тем самым способствуя производству более чистой энергии и минимизации отходов.
• Синтетическая биология позволяет нам производить вещества, которые были бы дорогими, если бы их получать из природы в готовом виде, что позволяет производить сложные химические вещества, лекарства и материалы с использованием меньшего количества природных ресурсов.
• Он помогает поставлять высококачественные биоматериалы для создания устойчивых и универсальных замен традиционных материалов в различных отраслях промышленности, таких как: электроника, строительство или текстильная промышленность;
• Благодаря синтетической биологии устойчивые альтернативы традиционному сельскому хозяйству создаются с помощью биоинженерных организмов, которые могут помочь в производстве синтетических белков и других пищевых ингредиентов.

Учитывая все вышесказанное, синтетическая биология способствует инновациям, устойчивому развитию и эффективности в различных секторах.

Проблемы в отрасли синтетической биологии

Хотя синтетическая биология имеет большой потенциал, есть ряд вопросов, которые следует тщательно рассмотреть. Каковы эти препятствия и как они могут повлиять на будущее этой развивающейся области?

1. Вопросы безопасности

Безопасность — это главная проблема. Часто возможно, что организмы, которые ученые используют для генетических модификаций или те, которые они разрабатывают для себя, могут вести себя непредсказуемым образом. Что произойдет, например, если искусственные микробы будут выпущены в окружающую среду? Может ли это нанести вред людям, животным или растениям или даже нарушить экологические системы?

Даже когда эксперты пытаются включить функции безопасности в свое творение, сами ученые не могут предсказать все. Это делает законы биобезопасности жесткими и постоянным контролем обязательным для того, чтобы гарантировать, что искусственные организмы не нанесут вреда при взаимодействии.

2. Этические дилеммы

Этические последствия синтетической биологии представляют собой еще одно существенное препятствие. Является ли создание новых форм жизни морально приемлемым? Некоторые опасаются, что существует предел манипуляции фундаментальными компонентами жизни.

Например, дилемма о том, насколько далеко человечество должно зайти в «игре в Бога», возникает, когда ученые создают синтетическую жизнь. Она становится еще более тревожной, когда речь идет о разработке живых форм, которые могли бы использоваться людьми, например, искусственных органов или методов генной инженерии.

Кроме того, чьи права имеют эти новые формы жизни? Имеют ли ученые или предприятия право патентовать биологические вещи? Поскольку не у всех будет равный доступ к этим новаторским технологиям, это вызывает опасения по поводу интеллектуальной собственности и глобальной справедливости.

3. Нормативные препятствия

Нормативная среда представляет дополнительные трудности в дополнение к вопросам безопасности и морали. Как регулируется синтетическая биология?

Сложность этих технологий часто неадекватно рассматривается текущими рамками и правилами, поскольку эта область так молода. Пока правительства по всему миру работают над тем, чтобы наверстать упущенное, синтетическая биология развивается с головокружительной скоростью.

Например, синтетическая биология — это шаг вперед по сравнению с генетически модифицированными организмами (ГМО), которые контролировались десятилетиями. Регулирующие органы должны сбалансировать общественную безопасность и научный прогресс, создавая новые правила и следя за тем, чтобы они могли идти в ногу со скоростью инноваций.

4. Технические ограничения

Несмотря на то, что синтетическая биология значительно продвинулась вперед, технические трудности все еще существуют. Например, создание новых биологических систем сложнее, чем сборка компонентов инженерной системы, такой как автомобиль. Системы в биологии гораздо более сложны и неопределенны. Вся система синтетического организма может быть затронута непредвиденным образом, если изменяется один компонент.

Более того, даже несмотря на то, что синтез ДНК становится менее затратным, его высокая стоимость может по-прежнему ограничивать доступ к исследованиям в области синтетической биологии. Хотя исследователи работают над более эффективными инструментами и методами для более быстрого создания и тестирования этих систем, этот процесс по-прежнему остается дорогим и требует много времени.

5. Восприятие и принятие общественностью

Общественное восприятие представляет собой еще одно существенное препятствие. Большинство людей не знают многого о синтетической биологии, и это довольно неудобно, особенно если речь идет о генетической модификации видов или изменении ДНК человека. Неправильное восприятие или страх общественности — это билет на противодействие технологии, и это большое препятствие для ее внедрения и продвижения.

Способность научного сообщества эффективно доносить преимущества синтетической биологии и обеспечивать публичные страхи будет иметь решающее значение для его успеха. Развитие открытости и доверия будет иметь решающее значение для завоевания многих людей.

6. Экологические риски

Мы не можем отрицать экологические опасности, связанные с синтетической биологией. Подумайте, что произойдет, если искусственные организмы случайно вырвутся и вытеснят дикие виды. В то время как некоторые организмы, созданные в лабораториях, разлагаются после выполнения своего предназначения, другие могут выживать и распространяться неожиданными способами.

Возьмем, к примеру, искусственные микроорганизмы, предназначенные для разложения пластика. Они могут нарушить естественные экосистемы неожиданным образом, если выйдут из-под контроля. Мой совет: синтетическим биологам нужно найти баланс между защитой окружающей среды и инновациями.

Как синтетическая биология производит революцию в косметических ингредиентах?

С ростом синтетической биологии косметический бизнес получил огромную выгоду. Это стало возможным, поскольку синтетическая биология сделала возможным производство основных химических веществ более этичным, эффективным и экологичным способом. Например, коллаген, пальмовое масло, сквален, биоактивные пептиды и несколько инъекционных препаратов являются обычными веществами, которые встречаются в косметических продуктах. Что ж, эти продукты теперь можно производить с помощью синтетической биологии, как обсуждалось:

Коллаген

Коллаген имеет решающее значение для ухода за кожей. Он сделает вашу кожу эластичной и структурированной. Коллаген исторически происходит от животных, но сегодня есть новые инновации с помощью синтетической биологии, которые меняют ситуацию. Корпорации теперь могут производить рекомбинантный коллаген в лабораториях. Этот синтетический коллаген более безопасен, чист и биоидентичен натуральному коллагену человеческой кожи, что делает его превосходной заменой косметике. В отличие от коллагена, полученного от животных, он производится путем точной ферментации, что также снижает его воздействие на окружающую среду.

Пальмовое масло

В соответствии с Центр устойчивого развития CTPA, около 70% косметических товаров содержат пальмовое масло. Однако использование пальмового масла представляет серьезную проблему для нашей окружающей среды и с этической точки зрения. Компании, использующие синтетическую биологию, создают устойчивые заменители пальмового масла в ответ на это. Они могут производить вещества, которые напоминают пальмовое масло, не подвергая опасности окружающую среду, которая вызывает вырубку лесов. Этот метод использует модифицированные микроорганизмы.

Сквалан

Помимо увлажнения, сквалан обладает прекрасными смягчающими свойствами. Этот продукт получают из липидов, содержащихся в растениях, животных и даже в организме человека, но в основном из печени акулы. И это на протяжении многих лет поднимало моральные вопросы. Но благодаря синтетической биологии предприятия теперь могут ферментировать сахарный тростник для создания биоидентичного сквалана. Помимо того, что этот метод предлагает устойчивую замену, он ежегодно спасает миллионы акул.

Биоактивные пептиды

Хотите снизить уровень холестерина, бороться с бактериями, уменьшить окислительный стресс и улучшить состояние кожи и волос? Тогда в вашем организме должны быть биоактивные пептиды. Эти пептиды распространены в белках, таких как молоко, мясо, рыба и яйца. Тем не менее, синтетическая биология предлагает больше способов получить доступ к этим белкам. Кроме того, эти биотехнологически разработанные пептиды весьма полезны в таких товарах, как средства для ухода за волосами и лосьоны против старения, поскольку они восстанавливают повреждения на молекулярном уровне.

Инъекционные препараты

С помощью генетически модифицированных бактерий ученые могут создавать инъекционную гиалуроновую кислоту. Кроме того, точная ферментация используется в синтетической биологии для создания косметических инъекций, таких как ботокс. Эти инъекции безопасны и являются высококачественными инъекциями, используемыми в косметических процедурах.

Заключение

Благодаря своей способности обрабатывать загрязняющие вещества окружающей среды, производить устойчивую пищу, лечить болезни и уменьшать зависимость от ископаемого топлива, синтетическая биология обладает потенциалом полностью преобразовать земной шар. Несмотря на то, что эта область все еще относительно новая, ее быстрое развитие указывает на то, что она окажет большое влияние. Но важно действовать осторожно, как и с любой новой технологией.

Этические последствия создания новых форм жизни, возможные экологические опасности и трудности управления и регулирования должны быть надлежащим образом приняты во внимание. Для того, чтобы преимущества синтетической биологии были реализованы безопасным и справедливым образом, необходимы открытые и инклюзивные диалоги между учеными, лицами, принимающими решения, и широкой общественностью.

Вы готовы продвинуться в своих начинаниях в области синтетической биологии? Ферментер Китай, найдите широкий выбор превосходного оборудования, созданного для удовлетворения всех ваших требований к ферментации! Изучите наши передовые решения для улучшения ваших производственных и исследовательских возможностей прямо сейчас. Не ждите; заходите прямо сейчас, чтобы узнать, как мы можем помочь вам в вашем путешествии в синтетическую биологию!