זכויות יוצרים על התמונה: תרמו פישר מדעי

5 דרכים מעוררות השראה ביולוגיה סינתטית תחולל מהפכה בתחום המזון והחקלאות

ביולוגיה סינתטית היא אחד התחומים הצומחים והמלהיבים ביותר במדע - ודוגמה מושלמת לחדשנות מהדור הבא. שילוב דיסציפלינות כמו ביולוגיה, עיצוב, הנדסה ופיתוח תוכנה, סינביו מאפשר לנו לעצב מערכות טבעיות ואפילו ליצור חדשות לחלוטין מאפס.

חוקרים, מהנדסים ויזמים כבר משתמשים בסינביו בדרכים מעוררות השראה. בשנים האחרונות הם יצרו תהליך פוטוסינתזה מלאכותי, חיידק מהונדס כדי לפלוש לתאים סרטניים, ואף הופכים את הפסולת החקלאית לכימיקלים ידידותיים לסביבה - והדוגמאות הללו בקושי מגרדות את פני השטח. שוק הביולוגיה הסינתטית העולמית צומח במהירות, והוא צפוי לגדול עד 16 מיליארד דולר עד 2018.

כל טכנולוגיה חדשה או משבשת שמאיימת על הסטטוס קוו יכולה לגרום לבלבול ואף לעורר מחלוקת, אבל במקרה של סינביו, אני נרגשת מהפוטנציאל שלה לסייע בפתרון כמה מהבעיות הגדולות ביותר העומדות בפנינו בתעשיית המזון והחקלאות.

בעבודתי ובמחקר שלי בקרן Thought For Food, ראיתי ממקור ראשון כיצד מחדשים ברחבי העולם מתקרבים לתחום זה עם הלך רוח יזמי - שילוב דיסציפלינות, עקירת הנחות מעובדות, ועידוד פתיחות ושיתוף פעולה - ליצירת השפעה חיובית, במיוחד בתחום ביטחון המזון.

להלן חמש מהדרכים המרגשות ביותר לביולוגיה סינתטית להפוך את ענף המזון וה- ag, וסלילת הדרך לעתיד בו אנו יכולים למגר רעב ותזונה, תוך הגנה על שיפור הסביבה שלנו.

1. אנו יכולים לעצב צמחים מהיסוד.

דמיין עצים זוהרים במקום פנסי רחוב. פטריות שגדלות לרהיטים. גידולים הדורשים פחות חומרי הדברה ועמידים בפני בצורת. אלה רק חלק מהדרכים בהן אנו יכולים לפתח עתיד בר-קיימא ומרגש יותר באמצעות גישות ביולוגיה סינתטיות בצמחים.

אנו נכנסים לעידן ביולוגי. אם העשורים האחרונים הוגדרו על ידי המהפכות התעשייתיות והדיגיטליות, העתיד הוא הכל על יצירת ביולוגיה לעבוד עבורנו ואיתנו.

ביולוגיה סינתטית מאפשרת לנו להחיל עקרונות עיצוב והנדסה על מדעי הצומח. אנחנו יכולים להצביע על מה שאנחנו רוצים שצמחים יעשו ואז ליצור את התהליך הזה על ידי הנדסת מערכות ביולוגיות.

הביולוגיה עוקבת אחר צעדים כלליים של ענף המחשבים - למעט במקרה זה, ה- DNA היא שפת התכנות שלנו. בעזרת רצפי גנום אנו יכולים לקרוא DNA, המספק לנו מידע רב וחשוב. לאחר שקראנו את המידע הזה, עלינו להבין מה אומר הקוד. למידת מכונות וניתוח נתונים עוזרים לנו בעניין זה, אך כתיבת הקוד היא המקום בו הדבר הכי מעניין. אחרי הכל, הכתיבה היא המקום בו אנו יכולים להשתמש בדמיונות שלנו ולהיות יצירתיים!

בימים הראשונים, שילוב הדנ"א מחדש היה איטי וקשה. אבל הטכנולוגיה מתחילה להיות מהירה, טובה יותר וזולה יותר בכל יום. אתה אפילו לא צריך מעבדה - הכל נעשה דיגיטלי. כלי תוכנה בשילוב טכנולוגיות עריכת גנום מאפשרים לנו לעשות דברים שפשוט אי אפשר היה לדמיין רק לפני 15 שנה.

2. אנו יכולים למצוא פתרונות אתיים, בר קיימא ויעילים לצרכי המזון שלנו.

בעזרת ביולוגיה סינתטית נוכל לחשוב מחדש על כל מה שאנחנו יודעים על אופן ייצור המזון. לדוגמה, אנו יכולים לייצר חלב פרה מבלי להזדקק לפרה, או לביצים שלא הונחו על ידי תרנגולות. חברה אחת הנקראת גבינה טבעונית אמיתית מורכבת מצוות של ביולוגים היוצרים חומר בעל אותה זהות מולקולרית כמו חלב פרה. לאחר מכן משתמשים בחלב זה להכנת גבינה טבעונית - גבינה העשויה ממה שהוא בעצם חלב פרה אמיתי - רק ללא אפס מעורבות של בעלי חיים!

ואז יש יוזמת New Harvest. בראשות אישה דטר, אשת כוח שהייתה לי ההזדמנות לחלוק איתה את הבמה לאחרונה בוועידת שלום מחר בפריס, הארגון הזה מממן מחקר פתוח, ציבורי ושיתופי פעולה, כדי לחולל מהפכה בייצור מוצרים מן החי ללא בעלי החיים בפועל. חלק מהפרויקטים שלהם כוללים מזון מושלם (Perfect Day Foods), חברה המייצרת מוצרי חלב ללא פרות; אוכל קלרה, שמשתמש בתרבית תאים להכנת חלבוני ביצה; ופרויקט מחקר רקמות עופות במטרה לייצר בשר הודו ועוף ללא בעלי חיים.

ביולוגיה סינתטית עוזרת לנו לייעל את הבלתי נראה.

לחקלאות הסלולארית אין סוף אפשרויות, כולל היכולת להכין אוכלים ארוזים יותר בחומרים מזינים עם חיי מדף ארוכים יותר, כמו גם מזונות המותאמים לשימושים והעדפות ספציפיות, כמו בשר עם שומן רווי נמוך, חלב ללא לקטוז, ביצים נטולות כולסטרול , או חלבוני ביצה המיועדים במיוחד למוצרי אפיה שונים כמו מרנג או עוגות אוכל מלאכותיות.

3. אנו יכולים להפוך מזון בטוח יותר ומזין יותר.

ביולוגיה סינתטית עוזרת לנו לייעל את הבלתי נראה. אנו יכולים לשפר את הטעם ואת התכונות התזונתיות, וליצור מזונות חדשים כמו חמאת אצות ובוטנים היפואלרגניים. אנו יכולים לעזור לצמחים לצמוח עם פחות מים או אדמה, ולתכנן מערכות רגישות יתר ברמת הייצור כדי לשמור על בטיחות המזון שאנו אוכלים.

חברה אחת, Sample6, פועלת למציאת וחיסול פוטנציאלי מסכן חיים במזון לפני שהוא פוגע במדפים. המערכות המשולבות שלה מגלות במהירות ובקלות חיידקים מזיקים או לא רצויים במוצרים במגוון רחב של תעשיות, כולל מזון ובריאות. לדוגמה, הם פיתחו ערכת בדיקה שיכולה לאתר ליסטריה בזמן שהאוכל עדיין נמצא במפעל העיבוד. ערכות כאלה מספקות תוצאות תוך שלוש עד ארבע שעות בלבד, בעוד התהליך המסורתי יכול לארוך עד 48 שעות.

חברה מרגשת הפועלת לייצור מזון עשיר יותר בחומרים מזינים היא יוניביומה (לשעבר פרוביוטיקה של עמיתים לעצמם), גמר אתגר TFF 2015. הם חיידקים הנדסיים לשיפור תכולת הוויטמין במזון מותסס כמו יוגורט, גבינה ומזון מבוסס דגנים. מכיוון שמדובר במאכלים מסורתיים בכל רחבי העולם, יצירת גרסאות עם תכולה מיקרוביאלית בריאה יותר תבטיח שלאנשים באזורים שונים תהיה גישה לחומרים תזונתיים חיוניים. החברה בונה מודל שיתוף קוד פתוח, עמיתים לעמית, להפצת הפרוביוטיקה שלהם במדינות מתפתחות.

4. לכל אחד - כולל אותך - יש כלים לעבוד עם טכנולוגיה זו.

מבחינתי, ההיבט הכי מעורר השראה בסינביו הוא שאינדיבידואלים וסטארט-אפים - לא חברות רב-לאומיות גדולות - הם החלוצים של התחום הזה. תנועת עשה זאת בעצמך (עשה זאת בעצמך) צברה תאוצה במרחב זה, במטרה לאפשר ליותר אנשים להשתמש בגישות סינו ביו באמצעות פתיחות מוגברת ושיתוף מוגבר. (עיין בקוד ההתנהגות DIY Bio Bio, הכולל התחייבות לחינוך, שקיפות ואחריות.)

מעבדות ביולוגיות DIY כמו BioCurious ו- Genspace צצות בכל העולם. חלק מהקומפניאיות מציעות אפילו מוצרים וערכות ברמת הצרכן המכילות חומרים, כך שכל אחד יכול להתנסות ולשחק עם ביולוגיה מבלי להזדקק למעבדה. במעבדות אמינו, למשל, יש סימולטור שמאפשר לך להפוך לביו-הנדסאי וירטואלי ושולח ערכה המאפשרת לך להקים מעבדה משלך. באופן דומה, אודין מציע ערכת CRISPR להנדסת גנים בקטריאליים DIY, המלמדת ביולוגיה מולקולרית וטכניקות הנדסת גנים עם מספיק חומר לביצוע חמישה ניסויים בבית. ואז יש מעבדות בנטו, המציעה מעבדת DNA ניידת המאפשרת לחלץ, להעתיק ולדמיין DNA - בכל מקום שתרצו.

הדמוקרטיזציה של הסינביו מאפשרת לחדשנים "לשחק עם האוכל שלהם" בדרכים שפשוט לא ניתן היה להעלות על הדעת לפני כן - אפילו לעדכן ולשפר את האופן בו אנו מכינים אוכל בבית לצריכה. גסטרונומיה מולקולרית וטכניקות בישול מבוססות מדע כמו אמבטיות טבילה הן רק ההתחלה. ידידי ג'ון Cumbers, שהקים את SynBioBeta, מרכז הפעילות לתעשיית הביולוגיה הסינתטית, נרגש במיוחד מההשפעה של התסיסה על עתיד המזון. "מקומבוצ'ה, לבירה וגבינה, היכולת של חיידקים לבשל את האוכל שלנו ולעשות טעמים ומרקמים ממסלולי ביולוגיה בתוך שמרים וחיידקים היא ממש מרגשת," הוא אמר לי.

בעתיד כל אחד מכל מקום יכול לקבל רעיונות ולהפוך אותם למציאות באותה דרך בה אנו יכולים ליצור יישומים ניידים במהירות כיום.

5. זו רק ההתחלה. גל חדשנות עומד עלינו.

התחרויות מטפחות גם קהילות של חדשנים צעירים המעוניינים לעבוד ולשתף פעולה בתחום הביולוגיה הסינתטית.

כמובן שיש אתגר ה- TFF שלנו (למידע נוסף כאן), בו אנו מחפשים באופן פעיל פרויקטים של סינביו!

תחרות נוספת שהתמקדה במיוחד במעורבות במוחות חדשים ובבניית רעיונות חדשים בתחום זה היא תחרות iGEM (International Genetically Machine Engineered Machine), המעודדת את התלמידים לעבוד ולבנות בתוך מערכות ביולוגיות. צוות ה- TFF שלנו נרגש להשתתף השנה בג'מברי iGEM, המתקיים בבוסטון בין התאריכים 27-31 באוקטובר 2016.

הערה: אם אתה חוקר סינביו או חובב המחפש להוציא את החדשנות שלך מהמעבדה ולעולם האמיתי, בוא לדבר איתנו - אנחנו יכולים לעזור! צוות ה- iGEM של השנה שעברה, פרוביוטיקה של עמית-לעמית (שכונה כיום יוניביומה), הצטרף לאתגר שלנו, זכה בפרס מזומן והמשיך להשתתף במאיץ Indie Bio כדי לקבל תובנה וניסיון נוסף בפיתוח מיזם ההפעלה שלהם.

סיכום

ביולוגיה סינתטית היא תחום מתעורר ומלהיב עם פוטנציאל לפתור כמה מהבעיות הדוחקות ביותר על פני כדור הארץ. עם זאת, כל שינוי פרדיגמה מגיע עם מערכת אתגרים משלו. נצטרך לטפל בסוגיות מרכזיות הקשורות לתפיסה הציבורית, האתיקה והרגולציה הממשלתית, כהתחלה.

יש הרבה מקום לחדשנים צעירים נלהבים להסתבך בעיצוב עתיד הטכנולוגיה הזו. בעתיד אליו אנו עובדים, לכל גבר, אישה וילד יש גישה מספקת למזון בטוח ומזין. אנו מסוגלים להאכיל כוכב לכת של 9+ מיליארד אנשים מבלי לפגוע במשאבי הטבע שלנו. וכל יום שעובר אנו מגלים דרכים חדשות ומפתיעות לשיפור מערכות המזון שלנו.

פתק! אם אתה רוצה לשמוע יותר על תנועת הביו-טי-DIY, האזן לפודקאסט TFF שלנו בנושא ערכי האקר, ובו דניאל גרושקין מ- GenSpace ו- Biodesign Challenge!