کمربند و جاده: همکاری، هماهنگی و برد-برد
اخبار

اخبار

زیست‌شناسی مصنوعی چیست؟ چه دستاوردهایی می‌تواند داشته باشد؟

تام نایت، زیست‌شناس مصنوعی، گفت: «قرن بیست و یکم، قرن زیست‌شناسی مهندسی خواهد بود.» او یکی از بنیانگذاران زیست‌شناسی مصنوعی و یکی از پنج بنیانگذار Ginkgo Bioworks، یک شرکت ستاره در زیست‌شناسی مصنوعی است. این شرکت در ۱۸ سپتامبر در بورس اوراق بهادار نیویورک ثبت شد و ارزش آن به ۱۵ میلیارد دلار آمریکا رسید.

علایق تحقیقاتی تام نایت از کامپیوتر به زیست‌شناسی تغییر یافته است. او از دوران دبیرستان، از تعطیلات تابستانی برای مطالعه کامپیوتر و برنامه‌نویسی در MIT استفاده می‌کرد و سپس مقاطع کارشناسی و کارشناسی ارشد خود را نیز در MIT گذراند.

تام نایت با درک اینکه قانون مور محدودیت‌های دستکاری انسان در اتم‌های سیلیکون را پیش‌بینی کرده است، توجه خود را به موجودات زنده معطوف کرد. «ما به روش متفاوتی برای قرار دادن اتم‌ها در جای مناسب نیاز داریم... پیچیده‌ترین شیمی چیست؟ این بیوشیمی است. من تصور می‌کنم که می‌توانید از مولکول‌های زیستی مانند پروتئین‌ها استفاده کنید که می‌توانند خود را جمع کنند و در محدوده مورد نیاز شما جمع شوند. تبلور.»

استفاده از تفکر کمی و کیفی مهندسی برای طراحی نمونه‌های اولیه بیولوژیکی به یک روش تحقیق جدید تبدیل شده است. زیست‌شناسی مصنوعی مانند جهشی در دانش بشری است. به عنوان یک حوزه میان‌رشته‌ای از مهندسی، علوم کامپیوتر، زیست‌شناسی و غیره، سال شروع زیست‌شناسی مصنوعی سال ۲۰۰۰ تعیین شده است.

در دو مطالعه‌ای که امسال منتشر شد، ایده طراحی مدار برای زیست‌شناسان به کنترل بیان ژن دست یافته است.

دانشمندان دانشگاه بوستون یک کلید تغییر وضعیت ژن در E. coli ساختند. این مدل تنها از دو ماژول ژنی استفاده می‌کند. با تنظیم محرک‌های خارجی، بیان ژن می‌تواند روشن یا خاموش شود.

زیست‌شناسی مصنوعی چیست؟1

در همان سال، دانشمندان دانشگاه پرینستون از سه ماژول ژنی برای دستیابی به خروجی حالت «نوسان» در سیگنال مدار با استفاده از مهار متقابل و آزادسازی مهار بین آنها استفاده کردند.

نمودار سوئیچ تغییر وضعیت ژن

کارگاه سلولی

در جلسه، شنیدم که مردم درباره «گوشت مصنوعی» صحبت می‌کردند.

با پیروی از مدل کنفرانس کامپیوتری، «کنفرانس خودسازمانده غیرکنفرانسی» برای ارتباط آزاد، برخی افراد آبجو می‌نوشند و گپ می‌زنند: چه محصولات موفقی در «زیست‌شناسی مصنوعی» وجود دارد؟ شخصی در بخش «غذای غیرممکن» به «گوشت مصنوعی» اشاره کرد.

شرکت Impossible Food هرگز خود را یک شرکت «زیست‌شناسی مصنوعی» ننامیده است، اما نقطه قوت اصلی فروش آن که آن را از سایر محصولات گوشتی مصنوعی متمایز می‌کند - هموگلوبینی که باعث می‌شود گوشت گیاهی بوی منحصر به فردی داشته باشد - حدود 20 سال پیش توسط این شرکت مطرح شد. این شرکت از رشته‌های نوظهور است.

فناوری مورد استفاده، استفاده از ویرایش ساده ژن است تا به مخمر اجازه تولید «هموگلوبین» را بدهد. به عبارت دیگر، مخمر به یک «کارخانه سلولی» تبدیل می‌شود که مواد را مطابق میل افراد تولید می‌کند.

چه چیزی باعث می‌شود گوشت اینقدر قرمز روشن باشد و وقتی مزه می‌کند عطر خاصی داشته باشد؟ غذای غیرممکن به عنوان "هموگلوبین" غنی در گوشت در نظر گرفته می‌شود. هموگلوبین در غذاهای مختلفی یافت می‌شود، اما محتوای آن به ویژه در ماهیچه‌های حیوانات زیاد است.

بنابراین، هموگلوبین توسط پاتریک او. براون، بنیانگذار و بیوشیمیست شرکت، به عنوان "چاشنی کلیدی" برای شبیه سازی گوشت حیوانات انتخاب شد. براون با استخراج این "چاشنی" از گیاهان، سویا را انتخاب کرد که در ریشه خود سرشار از هموگلوبین است.

روش تولید سنتی نیاز به استخراج مستقیم «هموگلوبین» از ریشه‌های سویا دارد. یک کیلوگرم «هموگلوبین» به ۶ هکتار زمین سویا نیاز دارد. استخراج از گیاه پرهزینه است و شرکت Impossible Food روش جدیدی را توسعه داده است: ژنی را که می‌تواند هموگلوبین را در مخمر ترکیب کند، کاشت کنید و با رشد و تکثیر مخمر، هموگلوبین نیز رشد خواهد کرد. به عنوان یک تشبیه، این مانند این است که اجازه دهید غاز در مقیاس میکروارگانیسم‌ها تخم‌گذاری کند.

زیست‌شناسی مصنوعی چیست؟2

هِم، که از گیاهان استخراج می‌شود، در برگرهای «گوشت مصنوعی» استفاده می‌شود.

فناوری‌های جدید، ضمن کاهش منابع طبیعی مصرف‌شده توسط کاشت، راندمان تولید را افزایش می‌دهند. از آنجایی که مواد اصلی تولید، مخمر، شکر و مواد معدنی هستند، ضایعات شیمیایی زیادی وجود ندارد. با فکر کردن به آن، این واقعاً فناوری‌ای است که «آینده را بهتر می‌کند».

وقتی مردم در مورد این فناوری صحبت می‌کنند، احساس می‌کنم که این فقط یک فناوری ساده است. از نظر آنها، مواد زیادی وجود دارد که می‌توانند از سطح ژنتیکی به این روش طراحی شوند. پلاستیک‌های تجزیه‌پذیر، ادویه‌ها، داروها و واکسن‌های جدید، آفت‌کش‌ها برای بیماری‌های خاص و حتی استفاده از دی‌اکسید کربن برای سنتز نشاسته... من شروع به داشتن تصورات عینی در مورد امکاناتی کردم که بیوتکنولوژی به ارمغان می‌آورد.

خواندن، نوشتن و تغییر ژن‌ها
DNA تمام اطلاعات حیات را از منبع خود حمل می‌کند و همچنین منبع هزاران ویژگی حیات است.

امروزه، انسان‌ها می‌توانند به راحتی توالی DNA را بخوانند و توالی DNA را طبق طراحی سنتز کنند. در کنفرانس، بارها از مردم در مورد فناوری CRISPR که جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۰ را به دست آورد، شنیدم. این فناوری که "قیچی جادویی ژنتیکی" نامیده می‌شود، می‌تواند DNA را به طور دقیق پیدا کرده و برش دهد و در نتیجه ویرایش ژن را محقق کند.

بر اساس این فناوری ویرایش ژن، بسیاری از شرکت‌های نوپا ظهور کرده‌اند. برخی از آن برای حل ژن‌درمانی بیماری‌های دشوار مانند سرطان و بیماری‌های ژنتیکی استفاده می‌کنند و برخی دیگر از آن برای کشت اندام‌ها برای پیوند به انسان و تشخیص بیماری‌ها استفاده می‌کنند.

فناوری ویرایش ژن چنان سریع وارد کاربردهای تجاری شده است که مردم چشم‌اندازهای بزرگی را برای بیوتکنولوژی می‌بینند. از منظر منطق توسعه خود بیوتکنولوژی، پس از بلوغ خواندن، سنتز و ویرایش توالی‌های ژنتیکی، مرحله بعدی طبیعتاً طراحی از سطح ژنتیکی برای تولید موادی است که نیازهای انسان را برآورده می‌کنند. فناوری زیست‌شناسی مصنوعی را می‌توان به عنوان مرحله بعدی در توسعه فناوری ژن نیز درک کرد.
دو دانشمند به نام‌های امانوئل شارپنتیه و جنیفر ای. دودنا، جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۰ را برای فناوری CRISPR دریافت کردند.

تام نایت گفت: «بسیاری از مردم شیفته‌ی تعریف زیست‌شناسی مصنوعی بوده‌اند... این نوع برخورد بین مهندسی و زیست‌شناسی رخ داده است. من فکر می‌کنم هر چیزی که از این نتیجه حاصل شود، زیست‌شناسی مصنوعی نامیده می‌شود.»
با گسترش مقیاس زمانی، از آغاز جامعه کشاورزی، انسان‌ها از طریق پرورش و انتخاب طولانی مدت، صفات حیوانی و گیاهی مورد نظر خود را غربال و حفظ کرده‌اند. زیست‌شناسی مصنوعی مستقیماً از سطح ژنتیکی شروع می‌شود تا صفاتی را که انسان‌ها می‌خواهند، تولید کند. در حال حاضر، دانشمندان از فناوری CRISPR برای پرورش برنج در آزمایشگاه استفاده کرده‌اند.

لو چی، بنیانگذار شرکت چی‌جی، یکی از برگزارکنندگان این کنفرانس، در ویدیوی افتتاحیه گفت که بیوتکنولوژی ممکن است مانند فناوری اینترنتی قبلی، تغییرات گسترده‌ای در جهان ایجاد کند. به نظر می‌رسد این موضوع تأیید می‌کند که مدیران عامل اینترنت هنگام استعفا، همگی به علوم زیستی ابراز علاقه کرده‌اند.

بزرگان اینترنت همگی توجه دارند. آیا بالاخره روند تجاری علوم زیستی از راه می‌رسد؟

تام نایت (اول از چپ) و چهار بنیانگذار دیگر Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks

موقع ناهار، خبری به گوشم رسید: شرکت یونیلیور در دوم سپتامبر اعلام کرد که تا سال ۲۰۳۰، یک میلیارد یورو برای حذف تدریجی سوخت‌های فسیلی از مواد اولیه پاک سرمایه‌گذاری خواهد کرد.

ظرف 10 سال، مواد شوینده لباسشویی، پودر لباسشویی و محصولات صابون تولید شده توسط پروکتر اند گمبل به تدریج از مواد اولیه گیاهی یا فناوری جذب کربن استفاده خواهند کرد. این شرکت همچنین 1 میلیارد یورو دیگر برای تأسیس صندوقی جهت تأمین مالی تحقیقات در زمینه بیوتکنولوژی، دی اکسید کربن و سایر فناوری‌ها برای کاهش انتشار کربن اختصاص داده است.

افرادی که این خبر را به من گفتند، مانند من که خبر را شنیدم، از محدودیت زمانی کمتر از ۱۰ سال کمی متعجب شدند: آیا تحقیق و توسعه فناوری تا تولید انبوه به این زودی به طور کامل محقق خواهد شد؟
اما امیدوارم که محقق شود.


زمان ارسال: ۳۱ دسامبر ۲۰۲۱