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우리가 원하는 것을 생성하기 위해 유기체를 합성할 수 있는 과학인 합성 생물학과 그것이 환경과 어떻게 관련될 수 있는지에 대해 자세히 알아보십시오.

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당신이 입는 옷을 만드는 거미와 곤충? 이상하게 들릴지 모르지만 이미 이를 수행하는 회사가 있습니다. 연구자들은 거미의 DNA를 연구하고 그들이 실크 섬유를 생산하는 방법을 분석했습니다. 따라서 그들은 실험실에서 물, 설탕, 소금 및 효모로 만든 섬유를 현미경으로 볼 때 천연 섬유와 동일한 화학적 특성을 갖는 섬유를 재생산할 수 있었습니다. 이미 소에서 나오지 않은 '우유'도 있고, 물고기의 점성 물질로 만든 철보다 강한 필라멘트도 있다. 이것들은 모두 합성 생물학 적용의 예입니다.

합성생물학

20세기 말에 생명공학 혁명이 시작되어 새로운 생물학 분야가 등장했습니다. 합성생물학은 2003년 공식적으로 등장한 이후로 각광을 받고 있는 분야로 산업, 환경 및 인간 건강에 주요 응용 가능성이 있습니다.

합성 생물학의 정의는 다양한 연구 분야(화학, 생물학, 공학, 물리학 또는 컴퓨터 과학)를 새로운 생물학적 구성 요소의 구성과 통합하고 이미 존재하는 자연 생물학 시스템의 재설계를 포함하여 제공됩니다. 재조합 DNA 기술(다른 출처의 DNA 서열)을 사용하는 것은 이미 발생하고 있는 것처럼 합성 생물학에 대한 도전이 아닙니다. 내기는 인류의 현재 요구를 충족시키는 유기체를 설계하는 것입니다.

합성 생물학의 동맹은 자연에서 영감을 얻은 우리의 요구에 대한 솔루션을 찾는 생체 모방입니다. 합성 생물학을 사용하면 일부가 아닌 전체 시스템을 재현할 수 있습니다.

합성생물학이 유명해진 것은 2010년부터다. 그 해에 미국 과학자 존 크레이그 벤터(John Craig Venter)는 기발한 일을 해냈습니다. 그는 역사상 최초의 인공 생명체를 만들었습니다. 그는 새로운 형태의 생명체 자체를 창조한 것이 아니라 디지털 데이터에서 생성된 DNA를 "인쇄"하여 살아있는 박테리아에 도입하여 박테리아의 합성 버전으로 변형시켰습니다. 마이코플라스마 마이코이데스. Venter는 이것이 "부모가 컴퓨터인 최초의 살아있는 유기체"라고 주장합니다.

오늘날 인터넷에는 수천 개의 DNA "레시피"가 인쇄되어 있는 데이터베이스가 있습니다. 바이오브릭. 합성 게놈을 가진 박테리아는 자연 상태와 똑같은 방식으로 행동합니다. 이것이 우리가 박테리아를 재프로그래밍하고 실크와 우유와 같은 특정 물질을 생산하기 위해 원하는 방식으로 행동하게 할 수 있는 방법입니다.

이 글의 서두에 언급된 거미 관찰로부터 실크 섬유 생산을 담당하는 회사는 Bolt Threads입니다. 인공 "소의 우유"는 두 명의 완전채식 생명공학자가 만든 Muufri입니다. 맥주와 동일한 원리로 생산되며 성분(효소, 단백질, 지방, 탄수화물, 비타민, 미네랄 및 물)의 혼합물입니다. 이 "합성 우유"는 원래와 같은 맛과 영양 특성을 가지고 있습니다. 극내강 필라멘트는 이 필라멘트를 통해 로프, 포장, 의류, 건강제품 등 다양한 소재를 제조하는 Benthic Labs 연구소의 작품입니다. 먹튀 (myxini라고도 알려진 물고기 종). 물고기의 DNA 코드는 필라멘트 합성을 시작하는 박테리아 식민지에 도입됩니다. 머리카락보다 10배 가늘고 나일론, 강철보다 강하며 흡수성 및 항균성을 가지고 있습니다.

연구가 진행됨에 따라 그러한 "천연" 자원을 재생산할 수 있다면 합성 생물학이 일부 원료의 사용을 대체할 수 있습니다. 따라서 이 기술은 기름 유출이나 플라스틱을 먹는 박테리아를 흡수하는 기술의 경우와 마찬가지로 순환 경제 개념에 매우 중요한 요소로 도입될 수 있습니다.

순환 경제에 합성 생물학 통합

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순환 경제는 손실이나 낭비가 없는 닫힌 순환을 나타내는 구조적 모델입니다. Ellen Macarthur Foundation에 따르면 순환 경제의 세 가지 원칙은 다음과 같습니다.

1. 천연 자본을 보존 및 늘리고 유한한 자원을 통제하며 재생 가능한 자원 흐름의 균형을 유지합니다.
2. 기술 및 생물학적 주기 모두에서 항상 최고 수준의 유틸리티, 순환 제품, 구성 요소 및 재료의 생산을 최적화합니다.
3. 시스템 효율성을 장려하고 부정적인 외부 효과를 드러내고 프로젝트에서 제외합니다.

우리는 현재 선형 생산 시스템에 살고 있습니다. 우리는 추출, 생산, 소비 및 폐기합니다. 그러나 천연 자원은 유한하고 우리는 그것을 보존해야 합니다. 이것이 순환 경제의 첫 번째 원칙입니다.

합성 생물학을 통해 미래에 우리는 특정 천연 자원의 추출을 대체할 수 있는 능력을 갖게 될 것입니다. 환경을 보존하는 것 외에도 엄청난 양의 에너지를 절약하고 요람에서 요람까지 모델(요람에서 요람으로 - 폐기물의 개념이 존재하지 않는 시스템).

재료 교체

박테리아를 제어하고 우리를 위해 작동하게 하는 능력은 다른 대체 투입물 또는 프로세스를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 순환에 다시 통합될 수 있는 새로운 생분해성 물질의 생성, 이제 다른 생명체의 영양소, 작물의 비료 역할을 합니다.

합성 생물학에 의해 생성된 일부 유형의 폴리머가 이미 있습니다. 예를 들어 설탕의 발효로 만들어지고 토양의 미생물에 의해 자연적으로 분해되는 플라스틱이 있습니다. 옥수수, 감자, 사탕수수, 목재와 같은 다른 재료도 바이오플라스틱을 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 스티로폼을 성형하고 대체할 수 있는 버섯 균사체(아래 이미지)로 만든 패키지도 있습니다.

이미지: mycobond의 농업 폐기물에서 균사체 생체 재료를 사용하여 Ecovative Design에서 만든 생분해성 포장은 (CC BY-SA 2.0)에 따라 라이선스가 부여되었습니다.

전 세계적으로 평가되고 있는 다른 응용 분야는 아직 개발 단계에 있습니다... 오늘날 합성 고무는 전적으로 석유 화학 원료에서 파생되므로 연구에서 타이어를 만들기 위해 노력하고 있습니다. 바이오이소프렌. 식물 효소는 유전자 전달에 의해 미생물에 도입되어 이소프렌을 생성합니다. 브라질에서는 통제된 조건에서 미생물을 사용하여 메탄을 생분해성 플라스틱으로 변환하는 방법을 연구하고 있습니다. 화학 물질, 아크릴, 백신 개발, 농업 폐기물 처리, 항생제 등은 순환 시스템을 생성하여 스트림에 다시 삽입할 수 있는 합성 생물학 제품의 예입니다.

순환 경제의 두 번째 원칙을 포함하기 위해 합성 생물학은 지속적인 수리, 부품 교체 또는 새 제품 구매를 자주 필요로 하지 않고 더 저항력이 있고 더 오래 지속되는 재료를 만들 수 있습니다. 다른 공정에서 쉽게 재사용하거나 새로운 제품을 만들거나 재활용하기 쉬운 재료를 만듭니다. 이 모든 가상의 물질이 이러한 조건을 갖는다면 쓰레기가 되지 않고 오염이 감소하고 매립지에서 처리됩니다. 즉, 사용을 위해 계속 순환할 것입니다.

이야기의 반대편

이 기술은 여전히 ​​최근이며 합성 물질로 대체 할 수있는 점점 더 많은 용도와 재료가 발견됨에 따라 환경에서 자원 추출이 줄어들어 자연적으로 회복됩니다. 환경의 회복력을 회복함으로써 균형이 회복되고 우리는 보다 지속 가능한 지구에서 살 수 있게 될 것입니다.

그러나 모든 것이 좋은 것처럼 약간의 확률도 있습니다. 극단적인 유전 공학으로 간주되는 이 과학 분야는 공식 의견이 필요합니다. 제품에는 오류 가능성을 피하기 위해 상세한 규정과 권장 사항이 있어야 제품이 상용화되기 전에 위험과 이점이 분명해집니다. 합성생물학의 초기 실험은 경제적으로 매우 유망했기 때문에 아직 많은 제한이 없어 문제가 될 수 있습니다.

발생할 수 있는 부정적인 영향 중 하나는 환경에서 예측할 수 없는 행동을 할 수 있는 인공 미생물의 생성으로 생물 다양성의 손실입니다. 예를 들어, 의도적이든 아니든 합성 미생물을 방출하는 경우(때로는 자연에서는 들어보지도 못한 경우가 있음), 침입자처럼 행동하여 확산되어 전체 생태계를 교란할 수 있으며, 모든 박테리아를 "사냥"하고 제거하는 것은 불가능합니다. 환경.

사회적 문제에서 가난한 나라는 선진국보다 훨씬 더 많은 고통을 겪을 수 있습니다. 특정 제품의 대량 생산을 위해 미생물을 사용하면 전체 자연 작물을 대체하여 수백만 가구를 실직 상태로 만들 수 있습니다. 그러나 에너지원이 바이오매스이기 때문에 박테리아에게 먹이를 주기 위한 단일 배양이 필요합니다.

대규모로 특정 제품에는 설탕과 같은 많은 유기물이 필요합니다. 아마도 실직한 가정은 사탕수수만 심기 시작할 것이며(바이오연료는 이미 토지 이용에 큰 변화를 가져옴), 토지, 물, 살충제 사용 증가 등에 영향을 미칠 수 있습니다.

이 모든 질문은 생명윤리와 직접적으로 관련되어 있습니다. 합성생물학의 힘은 엄청나다. 우리가 원하는 방식으로 유기체를 설계하면 예측할 수 없으므로 과학자와 사회는 정부의 지원을 받아 이 힘을 책임감 있고 안전하게 사용해야 합니다. 이것은 항상 어려운 질문입니다.

이러한 긍정적이거나 부정적인 모든 요인은 순환 경제와 지구를 돕거나 해칠 수 있습니다. 그러나 여전히 이 주제에 대해 많은 토론과 지식이 필요합니다. 합성생물학이 미래의 트렌드라는 점은 부정할 수 없지만, 가장 중요한 것은 이 첨단 기술을 어떻게 적용할지 정의하는 것입니다.

합성 생물학의 결과에 대한 중요한 비디오를 확인하십시오.