تصميم النظم البيولوجية الاصطناعية لتعزيز الأمن الغذائي

وثمة حدود مثيرة أخرى هي إنتاج المغذيات الأساسية في نظم التخصيب الميكروبي، ويمكن برمجة اليورت والبكتيريا لتجميع حمضات الأوميغا - ٣ الدهونية، وفيتامينات، وحمض الأمينو على نطاق واسع، مما يوفر بديلا مستداما لزيت الأسماك أو التوليف الكيميائي، ويمكن نشر هذه المصانع المجهرية في مرافق لا مركزية في مناطق انعدام الأمن الغذائي، مما يوفر مصدرا محليا للزيوت.

نظم النمو المتحكم فيها والمنظومات التكيفية

كما أن البيولوجيا التركيبية تتيح الزراعة الدقيقة من خلال تصميم الكائنات الحية التي تستجيب بصورة دينامية للظروف البيئية، فعلى سبيل المثال، يمكن هندسة النباتات بمستشعرات حيوية اصطناعية تبلغ عن حالة المغذيات أو توافر المياه أو وجود مسببات للأمراض عن طريق تغيرات الألوان أو الفلور، مما يتيح للمزارعين التدخل في الأوقات المثلى، ويمكن للمستشعرات الدقيقة التي توضع في التربة أن تشير إلى انخفاض مستويات النيتروجين إلى أدنى من عتبة.

وفي مجال الزراعة القائمة على البيئة الخاضعة للرقابة (المزارع الخضراء والمزارع الرأسية)، توفر البيولوجيا الاصطناعية القدرة على تصميم مجمعات للصيد الخفيف، والحد من استجابات الظل، والتعجيل بدورات النمو، وقد استخدم الباحثون في جامعة واغنينغنين دوائر الجيني الاصطناعية لجعل الخس يترك أكثر سميكة وأكثر غذائية تحت ظروف الزراعة المنخفضة، مما يؤدي إلى تحسين العائدات في المناطق الحضرية.

التحديات والبعديات الأخلاقية

وعلى الرغم من وعدها، فإن نشر النظم البيولوجية الاصطناعية في الزراعة يواجه عقبات تقنية وبيئية واجتماعية كبيرة، ويتطلب الابتكار المسؤول النظر بعناية في كل منها.

السلامة البيولوجية والمخاطر الإيكولوجية

ويمكن أن تنشر الكائنات الحية المتطورة التي تُطلق في البيئة تعديلاتها الجينية على الأقارب البريين أو تعطل النظم الإيكولوجية الطبيعية، فعلى سبيل المثال، قد يكون المحصول المتحمل للجفاف خارج نطاق الأنواع الأصلية إذا كانت صفاته الهندسية تعطي ميزة انتقائية، ومن أجل التخفيف من ذلك، يقوم عالمو الأحياء الاصطناعية بوضع استراتيجيات " احتواء " مثل دوائر الاحتواء البيولوجي التي تتطلب مغذيات محددة أو مفاتيح للقتل تنشطة إذا ما كانت البيئة الكائنة.

الأطر التنظيمية والحوكمة

وتختلف النظم التنظيمية القائمة للمحاصيل المصممة جينيا اختلافا كبيرا، ففي الولايات المتحدة، تتقاسم وكالة الفضاء الأوروبية، وهيئة تشجيع الاستثمار والتنمية الحرجية، الرقابة، ولكن منتجات البيولوجيا الاصطناعية - ولا سيما تلك التي تنطوي على دوائر جديدة للجين أو اتحادات صغيرة - والتي غالبا ما تسقط في ثغرات تنظيمية، وتعالج أنظمة الاتحاد الأوروبي الصارمة المنظمة العالمية للأرصاد الجوية الكثير من الكائنات الحية ذات الاصطناعية بوصفها " متغيرة جينيا " ، مما يتطلب اتباع أساليب واسعة النطاق للتبسيط في مجال التنوع البيولوجي.

التصور العام والعدالة الأخلاقية

ولا يزال القبول العام للأغذية المعدلة وراثيا منخفضا في مناطق كثيرة، مدفوعاً بالشواغل المتعلقة بمراقبة الشركات، والآثار غير المعروفة الطويلة الأجل، والرغبة في الطبيعة، وقد تواجه البيولوجيا التركيبية قدراً أكبر من التشكيل، لأنها يمكن أن تخلق كائنات غير موجودة في الطبيعة.() ولا بد من الاتصال عبر الشفاف والحوار المفتوح مع المجتمعات المحلية وتقاسم المنافع على نحو منصف(10).() وعلى سبيل المثال، فإن اتفاقات الترخيص لمحاصيل الأحياء الصناعية ذات الصلة ينبغي أن تكفل إمكانية الوصول إلى الأراضي.

الآثار الاجتماعية - الاقتصادية

وإذا كانت حلول الأحياء الاصطناعية قد طورت وتحكمت في المقام الأول من قبل عدد قليل من الشركات المتعددة الجنسيات، فإنها قد توسع الفجوة بين الدول الغنية والدول الفقيرة، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الاعتماد على الكائنات المهندسة أن يقلل التنوع البيولوجي الزراعي، حيث يعتمد المزارعون عدداً صغيراً من الأصناف الاصطناعية، ولتجنب هذه النتائج، يجب على مؤسسات البحوث العامة ومنظمات التنمية الزراعية الدولية أن تؤدي دوراً قيادياً في استحداث أدوات ابتكارية ذات مصادر مفتوحة وتوزيعها بحرية.

الاتجاهات والتكامل في المستقبل

ومن المرجح أن يشهد العقد القادم أن البيولوجيا التركيبية تشكل جزءا لا يتجزأ من الزراعة الرئيسية، مدفوعا بتقدم التصميم الذي يُسترشد به في مجال الزراعة، ومنابر الاستشعار المصغرة، والتخمير القابل للتقدير، وسيفسح مجالا ل " الزراعة القابلة للبرمجة " حيث يعاد كتابة محاصيل المحاصيل بصورة روتينية للتكيف مع الظروف المحلية في موسم واحد متنام.

وفي مجال الحلول المجهرية، يمكننا أن نتوقع من التجمعات الاصطناعية - التي تم تصميمها من البكتيريا والفطريات - التي تعمل بشكل تآزري لتعزيز نمو النباتات، ومكافحة الأمراض، والمغذيات الدورية، ويمكن أن تُخدَّن هذه الكائنات المجهرية الاصطناعية في المعاطف البذور أو تطبق كتعديلات للتربة، مما يتيح إيجاد حل بيولوجي مصمم خصيصا لكل ميدان من المجالات.

ومن الناحية الجوهرية، فإن ترجمة هذه الابتكارات من المختبر إلى الميدان ستتطلب تعاوناً متعدد التخصصات بين علماء الأحياء الاصطناعية، وعلماء الزراعة، وعلماء الإكولوجيا، وواضعي السياسات، والمزارعين أنفسهم، والاختبار الميداني السريع في ظل ظروف زراعية متنوعة أمر أساسي للتحقق من الأداء والسلامة، ويجب على وكالات التمويل والمنظمات الخيرية أن تعطي الأولوية للبحوث المتعلقة بانعدام الأمن المفتوح التي تعالج احتياجات المزارعين الذين يعانون من تغير المناخ والذين هم أكثر ضعفاً.

وفي نهاية المطاف، تقدم البيولوجيا التركيبية أكثر من التحسينات التدريجية، وتعود بإعادة التفكير الأساسي في كيفية إنتاج الأغذية، وتسخير نفس المبادئ التي تحولت الطب (التي تنتج في البكتيريا المصممة أو لقاحات الناموسيات المتعددة الارتداد) يمكن أن تصبح الزراعة أكثر مرونة وأقل كثافة من حيث الموارد وأكثر اتساقا مع الحدود الإيكولوجية للكوكب، ولكن المسار إلى الأمام ليس خاليا من المخاطر.