Тэлепортаваныя малекулы, карыстацкія геномы і іншыя новаўвядзенні, якія дазволяць рэалізаваць найбольшыя абяцанні тэхналогіі.

Сінтэтычная біялогія - вырабляць рэчы з нуля з біялагічных кампанентаў - квітнее дзесяцігоддзямі. Але цяпер удасканаленне тэхналогій паслядоўнасці і сінтэзу ДНК прымушае вядучых сінтэтычных біёлагаў зрабіць вялікія, больш смелыя і больш праўдападобныя прапановы для вырашэння некаторых найбуйнейшых праблем чалавецтва.

Фармацэўтычныя, энергетычныя і сельскагаспадарчыя кампаніі ў асноўным выкарыстоўвалі генную інжынерыю для вырабу складаных малекул. Аднак сёння сінтэтычная біялогія гатовая да стварэння шматлікіх рэчаў, якія інакш былі б магчымыя ў такіх разнастайных галінах, як раслінныя ўгнаенні, тэкстыль і лічбавае захоўванне дадзеных.

"Я думаю, што ДНК стане самым важным матэрыялам 21-га стагоддзя", - кажа Эмілі Лепруст, генеральны дырэктар Twist Bioscience, якая вырабляе індывідуальныя ніткі ДНК, якія можна выкарыстоўваць у самых розных мэтах, уключаючы звышгустае захоўванне дадзеных. "У мінулым стагоддзі размова ішла пра кампутары, а зараз мы ўступаем у эру біялогіі".

Google, Amazon, Procter & Gamble, Apple і IKEA накіравалі прадстаўнікоў на нядаўнюю канферэнцыю SynBioBeta 7.0 у Сан-Францыска. "Усе гэтыя кампаніі, якія вы сапраўды не чакалі б убачыць на канферэнцыі па сінтэтычнай біялогіі, зараз патрабуюць заключыць здзелкі, партнёрскія адносіны, інтэгравацца ў гэтую новую галіну", - кажа сузаснавальнік SynBioBeta Джон Камберс.

"Калі вы ўспомніце 1960-я гады, калі мы толькі вынаходзілі транзістар, а потым праходзілі гісторыю Сіліконавай даліны, мікрапрацэсара, Інтэрнэту, Інтэрнэту - зараз 25 працэнтаў сусветнай эканомікі пабудавана на гэтай тэхналогіі", Камберс кажа. "Цяжка сказаць тэрміны, але скажам, што ў наступныя 25 гадоў біялагічны стэк і колькасць каштоўнасцей, якія будуюцца на яго, вызначана будуць складаць больш за 25 працэнтаў сусветнай эканомікі".

Дык у чым наогул мітусня? Вось шэсць тэндэнцый і падзей, якія варта паглядзець у бліжэйшыя гады:

Адток ад азотных угнаенняў - асноўная крыніца забруджвання вады і пастаянная экалагічная праблема. Што рабіць, калі нам не трэба было ўносіць так шмат угнаенняў?

Некаторыя расліны, такія як гарох і соя, уносяць ўласнае ўгнаенне - і больш дакладна, мікробы, якія адчуваюць сябе на гэтых раслінах, робяць для іх, "фіксуючы" азот, які знаходзіцца ў паветры ў глебе. Гэтыя бактэрыі не спраўляюцца з іншымі звычайнымі культурамі, таму сінтэтычныя біёлагі паспрабуюць зрабіць такія, што і робяць. Стартап пад назвай Ginkgo Bioworks і хімічны гігант Bayer ўкладаюць 100 мільёнаў долараў у партнёрскія распрацоўкі для стварэння сінтэтычных арганізмаў, якія забяспечваюць азот для каранёў раслін, зніжаючы патрэбу ў угнаеннях. Між тым, Pivot Bio спрабуе павысіць здольнасці фіксацыі азоту ў мікробаў. "Тое, што ўсе хацелі б бачыць з мікробамі, з'яўляецца аднаўляльным і ўстойлівым спосабам атрымання гэтага ўгнаенні", - кажа Карстэн Тэмм, генеральны дырэктар Pivot Bio. "Гэта сапраўды была доўгатэрміновай, няўлоўнай мэтай для вобласці".

Вірус грыпу можа распаўсюджвацца па свеце на працягу некалькіх дзён, але вакцыны супраць грыпу звычайна адстаюць ад новых штамаў. Каб зрабіць новую вакцыну, даследчыкі павінны знайсці які нарадзіўся штам, запакаваць яго і адправіць яго ў кампанію, якая займаецца распрацоўкай вакцын, якая ўпырсквае вірусныя часціцы ў курыныя яйкі, каб выпрацаваць вялікую колькасць антыцелаў, а потым упакаваць іх у якасці вакцыны. Увесь працэс займае не менш за месяц, а часта і больш. Але што рабіць, калі распрацоўшчыкі вакцын могуць скараціць час у дарозе, адправіўшы вірусную ДНК так жа проста, як і адправіць ліст?

Кампанія Крэйга Вэнтэра Synthetic Genomics нядаўна пачала разглядаць BioXP, машыну, якая можа "раздрукоўваць" лічбаваныя дадзеныя паслядоўнасці, як ДНК ці РНК, і дадаваць іх у бактэрыі. Друк генаў на машынах BioXP па-ранейшаму патрабуе індывідуальных набораў інгрэдыентаў - у большасці біялабараторый не будзе патрэбных хімікатаў у патрэбных колькасцях, таму даследчыкі загадзя загадваюць наборы інгрэдыентаў з Synthetic Genomics. Але пазней увасабленні бія-лічбавых пераўтваральнікаў могуць узнавіць цэлыя вірусы з лічбавых дадзеных, якія адпраўляюцца ў выглядзе ўкладання электроннай пошты. Гэта падобна на тэлепортаванне малекул.

Віцэ-прэзідэнт па тэхналогіі ДНК Synthetic Genomics Дэн Гібсан прадугледжвае будучыню, у якой лічбава-біялагічныя пераўтваральнікі становяцца звычайнай з'явай у бальніцах, што дазваляе лекарам "раздрукоўваць" спецыяльныя лекі для пацыентаў. "Ёсць проста шырокі спектр прымянення: лекі, біяхімічныя рэчывы, біяпаліва", - кажа ён. "ДНК - гэта толькі пачатак унясення чаго-небудзь ніжэйшага шляху ад РНК да бялку да цэлых бактэрыяльных геномаў."

Пры арганізацыі канферэнцыі SynBioBeta, Камберс заўважыў агульную тэму ў кампаніях пачаткоўцаў: харчаванне. У прыватнасці, сінтэтычныя версіі прадуктаў, багатых бялком.

Ідэя лабараторнага вырошчвання мяса-малочных прадуктаў існуе ўжо шмат гадоў, але ў 2017 годзе сур'ёзныя змены ў фінансаванні харчовых кампаній synbio, якія вырабляюць сельскагаспадарчую прадукцыю з клетак і мікробаў. Гэтыя кампаніі робяць стаўку на тое, што яны могуць забяспечыць устойлівы і прыбытковы задавальненне сусветнага попыту на мяса, яйкі, рыбу і сыр. У той час як такія кампаніі, як "Мемфіс мяса" і "бясконцыя прадукты" распрацоўваюць лабараторнае мяса для спажывання чалавекам, іншыя кампаніі працуюць над тым, каб зрабіць рыбгасы больш устойлівымі, а рыба ў іх больш здаровай. Microsynbiotix - гэта генна-інжынерныя багавінне, каб зрабіць ядомыя вакцыны для абароны рыб, якія вырошчваюцца.

Мы схільныя ўспрымаць сіні нашых джынсаў як належнае, але прамысловыя фарбавальнікі, якія насычаюць вопратку масавага вытворчасці сваім колерам, не жартуюць. У рабочых, якія ўдыхаюць выпарэнне фарбавальнікаў, часта ўзнікаюць праблемы з лёгкімі, а тэкстыльныя заводы - адна з вядучых крыніц забруджвання вады ва ўсім свеце.

Аднак дызайнер Natsai Chieza бачыць магчымае рашэнне ў рознакаляровых плямах, пакінутых мікробамі. Яна выкарыстоўвае бактэрыяльныя культуры, каб афарбаваць шалікі ў рознакаляровыя ўзоры. У сваёй цяперашняй ролі ў якасці рэзідэнцыі дызайнера ў Ginkgo Bioworks яна працуе з навукоўцамі, каб знайсці спосабы маштабавання працэсу.

У будучыні сінтэтычныя арганізмы таксама могуць быць утвораны ў тканіну нашага адзення. Прадпрыемства пад назвай bioLogic, якое ўзначальвае Lining Yao і заснаванае ў MIT Media Lab, выкарыстоўвае бактэрыі, якія пашыраюцца пры сутыкненні з вільгаццю, каб зрабіць тканіну, якая рэагуе на пот, адкрываючы "адтуліны" ў тканіны.

Сінтэтычныя біёлагі, якія важдаюцца з бактэрыямі, маюць абмежаваны набор інструментаў. Звычайна яны працуюць з бактэрыяй кішачнай палачкі. Калі вы хочаце, каб ген быў пераведзены ў бялок, кланіруйце яго і ўкладвайце яго ў кішачную палачку - гэта традыцыйная логіка. Кішачная палачка - гэта від, з якім пабудавана лабараторнае абсталяванне. Але што, калі ген, які вы хацелі б дадаць, не супадае з генетычнай машынай кішачнай палачкі? Ген можа працаваць лепш у іншым арганізме.

Калі сінтэтычныя біёлагі маглі б скарыстацца прыроднымі талентамі большай колькасці відаў, яны маглі б вырасціць біяфабрыкі з больш высокімі ўраджаямі, чым E.coli, і можа з'явіцца шмат новых прадуктаў сінтэтычнай біялогіі, кажа Сара Рычардсан, сузаснавальнік MicroByre. Каб палегчыць навукоўцам маніпуляванне іншымі відамі бактэрый, MicroByre распрацоўвае лабараторнае абсталяванне, у якім могуць знаходзіцца іншыя мікробы. "Абсалютна выпадковасць гісторыі ў тым, што мы былі сканцэнтраваны [E.coli]", - кажа яна. "Мы літаральна выцягнулі яго з недакурак".

Наладка генаў бактэрый - гэта адно. Што можна зрабіць, запраграмаваўшы бактэрыі - альбо больш складаныя арганізмы - цалкам з нуля?

Гэта вялікае пытанне - кіраванне праекта Genome Project-write (GP-write), наступнае выкананне праекта "Геном чалавека". Яго лідэры разлічваюць, што разняцце геномаў і напісанне новых дазволіць паглыбіць іх разуменне біялогіі і забяспечыць аснову для будучых тэхналогій. Яны могуць сінтэзаваць геном дражджавых вырабаў да канца года.

У цяперашні час толькі некалькі элітных лабараторый synbio могуць запісваць цэлыя бактэрыяльныя геномы, але мэтай GP-write з'яўляецца зрабіць танней і больш даступнай напісанне генаў. Іх заяўленая мэта складаецца ў тым, каб знізіць кошт напісання геному менш чым на тысячную частку таго, што каштуе сёння.

Камерцыйную работу ажыццяўляе некамерцыйны цэнтр павышэння кваліфікацыі сінтэтычнай біялогіі пад кіраўніцтвам Джэфа Бойка; Гарвардская Георгіеўская царква; Эндру Гесэль з Autodesk; і Нэнсі Дж. Кэлі, былы выканаўчы дырэктар Нью-Йоркскага геному-цэнтра. Некалькі пілотных праектаў збіваюцца з зямлі, у тым ліку спроба стварыць чалавечыя клеткі (у кубках Петры), якія самі могуць зрабіць усе неабходныя вітаміны і пажыўныя рэчывы. Некаторыя групы ў рамках GP-write сканцэнтраваны на тэхналагічных пытаннях, напрыклад, як сабраць нітку ДНК храмасом даўжынёй. Іншыя засяроджаныя на грамадскай працы і пошуку спосабаў уключыць больш людзей у біяэтычныя размовы вакол інжынерыі геному.

Кэлі лічыць, што грамадскае ўспрыманне геннай інжынерыі - адно з самых вялікіх перашкод для ініцыятывы. "Калі людзі задумваюцца над інжынерыяй або сінтэзам генома чалавека, яны адразу ж пераходзяць у Новы адважны свет дызайнераў", - кажа яна. "Тут не ідзе гэты праект". Яна дадае, што праца ў чалавечых клетках - але не ў рэальных людзях - "прасуне этычную і сацыяльную размову пра тое, як мы хочам выкарыстоўваць гэтыя тэхналогіі".