מולקולות טלפורטיות, גנום בהתאמה אישית וחידושים אחרים שיספקו את ההבטחות הגדולות ביותר של הטכנולוגיה.

ביולוגיה סינתטית - מה שהופך דברים מאפס למרכיבים ביולוגיים - פורחת כבר עשרות שנים. אולם כעת, שיפורים ברצף DNA וטכנולוגיית סינתזה מובילים את הביולוגים הסינתטיים להציע הצעות גדולות יותר, נועזות יותר ויותר מתקבלות על הדעת לפתור כמה מהבעיות הגדולות ביותר של האנושות.

חברות תרופות, אנרגיה וחקלאות השתמשו במידה רבה בהנדסה גנטית לייצור מולקולות מסובכות לבנייה. אולם כיום, הביולוגיה הסינתטית מוכנה ליצור דברים רבים שלא יתאפשרו אחרת ביישומים מגוונים כמו דשן צמחים, טקסטיל ואחסון נתונים דיגיטלי.

"אני חושבת ש- DNA יהיה החומר החשוב ביותר של המאה ה -21," אומרת אמילי לצרוסט, מנכ"לית Twist Bioscience, שמייצרת קווצות DNA בהתאמה אישית שניתן להשתמש בהן למגוון מטרות, כולל אחסון נתונים צפוף במיוחד. "המאה שעברה הייתה בנושא מחשבים, ועכשיו אנו נכנסים לעידן של ביולוגיה."

גוגל, אמזון, פרוקטר וגמבל, אפל ואיקאה שלחו כולם נציגים לכנס SynBioBeta 7.0 שנערך לאחרונה בסן פרנסיסקו. "כל החברות האלה שלא הייתם מצפים באמת לראות בכנס ביולוגיה סינתטית מתכוונות כעת לבצע עסקאות, שותפויות, כדי להשתלב בתעשייה החדשה הזו", אומר מייסד שותף SynBioBeta ג'ון צ'אמברס.

"אם אתה חושב אחורה לשנות השישים, אז רק המצאנו את הטרנזיסטור ואז עברנו את ההיסטוריה של עמק הסיליקון, המעבד, האינטרנט, האינטרנט - עכשיו 25 אחוז מהכלכלה העולמית בנויה על אותה טכנולוגיה," דבורים אומר. "קשה לומר את ציר הזמן, אבל בואו נגיד ב 25- השנים הבאות, ערימת הביולוגיה וכמות הערך שנבנה עליו יהיה ללא ספק יותר מ 25- אחוזים מהכלכלה העולמית."

אז על מה כל המהומה? להלן שישה מהטרנדים והפיתוחים שכדאי לצפות בהם בשנים הבאות:

בריחה מדשני חנקן היא מקור עיקרי לזיהום מים ובעיה סביבתית מתמשכת. מה אם לא היינו צריכים למרוח כל כך הרבה דשן?

צמחים מסוימים, כמו אפונה ופולי סויה, מייצרים דשן משלהם - או ליתר דיוק, חיידקים המשגשגים על אותם צמחים עושים זאת עבורם על ידי "לתקן" את החנקן שנמצא באוויר באדמה. חיידקים אלה לא מצליחים היטב בגידולים נפוצים אחרים, כך שביולוגים סינתטיים ינסו ליצור כאלה שכן. חברת סטארט-אפ בשם גינקו ביואורקס והענק הכימי באייר מכניסים 100 מיליון דולר לשותפות לפיתוח אורגניזמים סינתטיים המספקים חנקן לשורשי הצמח, ומפחיתים את הצורך בדשנים. בינתיים Pivot Bio מנסה לשפר את יכולות קיבוע החנקן של החיידקים. "מה שכולם רוצים לראות עם חיידקים זו דרך מתחדשת ובת קיימא לייצור דשן זה", אומר קרסטן טממה, מנכ"ל Pivot Bio. "זו באמת הייתה יעד ארוך וחמקמק בתחום."

נגיף שפעת יכול להתפשט ברחבי העולם תוך ימים ספורים, אך בדרך כלל חיסוני שפעת מפגרים הרחק מאחורי זנים חדשים. על מנת לייצר חיסון חדש, על החוקרים לאתר את הזן המתהווה, לארוז אותו ולשלוח אותו לחברת פיתוח חיסונים, אשר מזריקה את החלקיקים הנגיפיים לביצי עוף כדי לייצר כמויות גדולות של נוגדנים ואז אורזת אותם כחיסונים. כל התהליך לוקח לפחות חודש, לעיתים קרובות יותר. אבל מה אם מפתחי החיסונים יכולים לקצר את זמן הנסיעה על ידי שליחת DNA ויראלי באותה קלות כמו שהם שולחים דוא"ל?

חברת Synthetic Genomics של קרייג וונטר החלה לאחרונה לרכל את ה- BioXP, מכונה שיכולה "להדפיס" נתוני רצף דיגיטלי כגדילי DNA או RNA ולהוסיף אותם לחיידקים. הדפסת גנים עם מכונות BioXP דורשת עדיין ערכות רכיבים בהתאמה אישית - לרוב במעבדות הביולוגיה לא היו הכימיקלים הנכונים בכמויות הנכונות בהישג יד, ולכן חוקרים מזמינים מראש קבוצות רכיבים מ- Synthetic Genomics. אך גלגולים מאוחרים יותר של ממירים ביולוגיים לדיגיטליים עשויים להיות מסוגלים ליצור וירוסים שלמים מנתונים דיגיטליים שנשלחים כקבצים מצורפים לדוא"ל. זה דומה למולקולות טלפורטיות.

סגן נשיא טכנולוגיית ה- DNA של סינטטי ג'נומיקס, דן גיבסון, חוזה עתיד בו ממירים דיגיטליים-ביולוגיים יהפכו למקובל בבתי חולים, ויאפשרו לרופאים "להדפיס" תרופות בהתאמה אישית לחולים. "יש רק מגוון רחב של יישומים: תרופות, ביוכימיקלים, דלקים ביולוגיים," הוא אומר. "DNA הוא באמת רק ההתחלה לייצר כל דבר במורד הזרם מ- RNA לחלבון לגנום חיידקי שלם."

במהלך ארגון ועידת SynBioBeta, הבחינו המבקרים בנושא נפוץ בחברות החדשות: אוכל. באופן ספציפי, גרסאות סינתטיות של מוצרים מהחי עשירים בחלבון.

הרעיון של בשר ומוצרי חלב מגדלים במעבדה קיים כבר שנים, אך ב -2017 התרחש מימון משמעותי במימון חברות הסינביו המייצרות מוצרים חקלאיים מתאים ומיקרובים. חברות אלה מהמרות כי הן יכולות לעמוד בביקוש הרקיע בעולם לבשר, ביצים, דגים וגבינות בדרך ברת קיימא ורווחית. בעוד חברות כמו ממפיס בשרים ומזונות בלתי מוגדרים מפתחות בשרים המיועדים למעבדה לצריכה אנושית, חברות אחרות פועלות למען הפיכת חוות הדגים לקיימות יותר והדגים שבתוכן בריאים יותר. מיקרוסינביוטיקס הוא אצות הנדסיות גנטית לייצור חיסונים אכילים להגנה על דגים מעובדים.

אנו נוטים לקחת את הכחול בג'ינס שלנו כמובן מאליו, אבל הצבעים התעשייתיים המציגים בגדים המיוצרים בהמונים בצבעם אינם בדיחה. עובדים השואפים אדי צבע לרוב סובלים מבעיות ריאה, וצמחי טקסטיל הם אחד המקורות המובילים לזיהום מים ברחבי העולם.

עם זאת, המעצב נאטסאי צ'ייזה רואה פיתרון פוטנציאלי בכתמים הצבעוניים שהשאירו חיידקים. היא משתמשת בתרבויות חיידקים כדי לצבוע צעיפים בתבניות צבעוניות. בתפקידה הנוכחי כמעצבת בבית גינקו ביו -וורקס, היא עובדת עם מדענים כדי למצוא דרכים להגדיל את התהליך.

בעתיד, אורגניזמים סינתטיים עשויים להיות ארוגים גם במרקם הבגדים שלנו. מיזם שנקרא bioLogic, בהובלת Lining Yao ובסיס במעבדת המדיה של MIT, משתמש בחיידקים שמתרחבים כאשר הם נתקלים בלחות לייצור בד המגיב לזיעה על ידי פתיחת "פתחי אוורור" בבד.

לביולוגים סינתטיים שמתעסקים עם חיידקים יש ערכת כלים מוגבלת. בדרך כלל הם עובדים עם החיידק E. coli. אם אתה רוצה גן שמתורגם לחלבון, שיבט אותו והכניס אותו ל- E. coli, כך ההיגיון המסורתי הולך. E. coli הוא המין שציוד המעבדה בנוי לטפל בו. אבל מה אם הגן שתרצה להוסיף לא יתערבב במכונות הגנטיות של אי קולי? הגן עשוי לעבוד טוב יותר באורגניזם אחר.

אם ביולוגים סינתטיים יוכלו לנצל את הכישרונות הטבעיים של מינים רבים יותר, הם היו יכולים לגדל מפעלים ביולוגיים עם תפוקה גבוהה יותר מאשר E.coli, ומוצרים רבים חדשים של ביולוגיה סינתטית עשויים לצוץ, אומרת שרה ריצ'רדסון, מייסדת שותפה של MicroByre. כדי להקל על המדענים לתפעל מינים אחרים של חיידקים, MicroByre מפתחת ציוד מעבדה שיכול לארח חיידקים אחרים. "זו בהחלט תאונה של ההיסטוריה שהיא [אי.קולי] בה התמקדנו," היא אומרת. "ממש הוצאנו את זה מהדבקות שלנו."

לצבוט את הגנים של החיידקים זה דבר אחד. מה יכולת לעשות על ידי תכנות חיידקים - או אורגניזמים מורכבים יותר - לגמרי מאפס?

השאלה הגדולה הזו היא מניעה לכתוב פרויקט הגנום (GP-לכתוב), מעקב אחר פרויקט הגנום האנושי. מנהיגיה צופים כי פירוק גנום וכתיבה חדשים יעמיק את הבנתם בביולוגיה ויספק בסיס לטכנולוגיות עתידיות. הם עשויים לסנתז גנום שמרים עד סוף השנה.

נכון לעכשיו, רק קומץ מעבדות סינביו מובחרות יכולות לכתוב גנום שלם של חיידקים, אך מטרתה של GP-skriuw היא להפוך את כתיבת הגנים לזולה ונגישה יותר. המטרה המוצהרת שלהם היא להפחית את עלות כתיבת הגנום לפחות מאלף ממה שהיא עולה היום.

המרכז למצוינות בביולוגיה סינתטית ללא כוונת רווח מתאם את העבודה בהובלת Jef Boeke של NYU; כנסיית ג'ורג 'של הרווארד; אנדרו הס מאוטודסק; וננסי ג'יי קלי, המנכ"ל המייסד לשעבר של מרכז הגנום של ניו יורק. כמה פרויקטים של טייס יורדים מהאדמה, כולל ניסיון ליצור תאים אנושיים (בכלי פטרי) שיכולים להכין את כל הוויטמינים והחומרים המזינים עצמם. קבוצות מסוימות בתחום הכתיבה מתמקדות בסוגיות טכנולוגיות כמו הרכבת גדיל DNA באורך כרומוזום. אחרים מתמקדים בהצגת הציבור ובמציאת דרכים לכלול יותר אנשים בשיחות הביו-אתיות סביב הנדסת גנום.

קלי טוענת שתפיסות הציבור של הנדסת גנים הן המכשולים הגדולים ביותר של היוזמה. "כשאנשים חושבים על הנדסה או סינתזה של הגנום האנושי, הם מייד קופצים לעולם חדש ואמיץ של תינוקות מעצבים," היא אומרת. "לא לשם פרויקט זה הולך." היא מוסיפה כי עבודה בתאים אנושיים - אך לא בבני אדם בפועל - "תקדם את השיחה האתית והחברתית על האופן בו אנו רוצים להשתמש בטכנולוגיות אלה."