زیست شناسی مصنوعی چیست و چرا برای پلاستیک ها مهم است؟

زیست شناسی مصنوعی یک زمینه بین رشته ای است که اصول مهندسی را به زیست شناسی اعمال می کند.این شامل بازطراحی ارگانیسم ها برای اهداف مفید توسط مهندسی آنها برای توانایی های جدید است. محققان می توانند کد ژنتیکی جدید را بنویسند - مانند نوشتن نرم افزار - برای تولید میکروب ها مواد شیمیایی، سوخت و مواد که قبلا از منابع فسیلی مشتق شده بودند.

ابزار اصلی شامل سنتز DNA، ویرایش ژن (به ویژه CRISPR-Cas9) و مهندسی مسیر متابولیک است که با ترکیب های جدید ژن ها، دانشمندان می توانند کارخانه های سلولی را ایجاد کنند که ترکیبات با ارزش بالا را با دقت بالا می ریزند.این درب را برای تولید پلاستیک های مبتنی بر زیست محیطی باز می کند که هر دو به طور عملکردی با پلاستیک های پتروشیمی و به طور واقعی پایدار هستند.

برای مثال، مطالعه 2021 در بیوتکنولوژی طبیعت نشان داد که مهندسی E.coli که تولید پلی هیدروکسیالک (PHAs) در بازده مناسب برای مقیاس تجاری.

تکنیک های زیست شناسی مصنوعی رانندگی با توسعه پلاستیک مبتنی بر Bio

مهندسی Pathway

مهندسی متابولیک پایه است. دانشمندان مسیرهای جدیدی را در ارگانیسم هایی مانند E. coli ، مخمر، یا سیانووباکتریا طراحی می کنند تا قندهای ساده را به پیش سازهای پلیمری تبدیل کنند، زیرا مسیرهای پلی هیدروکسیالناس (PHAs)، مسیر شامل آنزیم هایی است که هیدروکسیل مونومر را در داخل تجمع وزن سلول های مرطوب، و مسدود کننده، به سمت مسدود کردن مسیرهای هیدروژن خشک، و گاهی اوقات دستیابی به مسیرهای مسدود کننده هیدروژن، پلیمر، پلیمر، پلیمر، پلیمرینگ، پلیمر، پلیمری، پلیمر، پلیمر، پلیمر، و مسدود کننده، پلیمر، می کنند.

یک رویکرد مشابه برای اسید پلیلاکتیک (PLA) استفاده می شود، اگرچه PLA به طور معمول از طریق تخمیر اسید لاکتیک و پس از پلیمریزاسیون شیمیایی تولید بیولوژیکی مستقیم lactide تولید می شود، اما کم کننده چرخه اسید لاکتیک، که می تواند بدون گام های شیمیایی جداگانه پلیمریزه شود. Genomatica [F]

دانلود بازی اندروید and CRISPR

کریسپر کاس9 به طور چشمگیری چرخه طراحی-ساخت-تقررات-یاد را کوتاه کرده است، جایی که مهندسی ژنتیک سنتی ماه ها طول کشید تا یک ژن واحد را تغییر دهد، کریسپر می تواند چندین ویرایش در یک هفته انجام دهد.این اجازه می دهد تا سرعت سریع مسیرهای مصنوعی را تولید کند، به عنوان مثال، تیم های دانشگاه کالیفرنیا از کریسپر استفاده کرده اند تا مهندسی کنند (FLT:0Pdomonasida).

سیستم های بدون سلول

یک رویکرد نوظهور زیست شناسی مصنوعی بدون سلول است، جایی که کوکتل های آنزیم در داخل آزمایشگاه جمع می شوند تا پلیمر ها را در خارج از سلول های زنده تولید کنند، این از مسائل سمیت و بار متابولیک جلوگیری می کند. استارت آپ ها مانند EnginZyme] [FLT 1 در حال توسعه سیستم عامل های بدون سلول برای تولید بیولوژیکی قابل مقیاس پذیر است که می تواند به طور مداوم، کاهش و مصرف انرژی.

مواد شیمیایی مبتنی بر Bio-based که توسط زیست شناسی مصنوعی فعال می شوند

Polyhydroxyalkanoates (PHA)

PHAs ها توسط باکتری ها به عنوان ذخیره سازی انرژی تولید می شوند، آنها به طور کامل تجزیه و تحلیل می شوند (در محیط های دریایی و خاک) زیست شناسی مصنوعی تولید را در میزبان های ناهمگون مانند مخمر فعال کرده است، که آسان تر به پرورش و برداشت شرکت هایی مانند Danimer ScientificLT و CJ CheilJedang تایید شده اند که PHA را برای بسته بندی، نی، و پوشش (F0: FLT) استفاده می کنند.

اسید چندلاکتیک (PLA) از طریق تخمیر بیوmass

PLA در حال حاضر رایج ترین پلاستیک مبتنی بر زیست محیطی است که از شکر گیاهی تخمیر شده ساخته شده است. SOL زیست شناسی مصنوعی بهره وری تولید اسید لاکتیک را در میکروارگانیسم ها بهبود بخشیده است، کاهش هزینه و انرژی. پیشرفت های اخیر اجازه می دهد تولید اسید L-lactical-purity L، که به تولید قوی تر از مهندسان PLA. Metabolic در کل Eners Corbion به دست آورده اند یا بهتر از 95٪.

صابون و پلی اتیلن مبتنی بر Bio-based و Polys

پلی اتیلن سنتی را می توان از بیو-ethanol (ethanol from Corn یا Sugarcane) از طریق آب و برق به اتیلن ساخته شده است. SOLIC در حال حاضر به مهندسی میکروب هایی است که به طور مستقیم از شکر تولید می کنند، با استفاده از یک گام اکسید کربن به طور مشابه، پلی اتیلن مبتنی بر bioLatphthalate (bio-PET) به جلو حرکت می کند که تولید می کند.

مزایای زیست شناسی مصنوعی - هدایت پلاستیک های Bio-پلاستیک

  • (فَلْمِنَّاِنَّاِنَّاِنْ بِیِهِ الْمِنْهِ الْمِنْهِ وَهُمْهِهِ الْمِنِهُمْهِهِهِهِهِ الْمِهِهِهِهِهُوا مِهِهُمْهِهِهِهِهِهِهِهُوا مِهُوا مِهِهِهُوا مِهُوا مِنْهُوا مِهُوا مِهُمْهُوا مِهُوْهُوْهُوْهُوَهُمْهُوا مِهُمْهُوا مِنْهُمْمْهُمْهُوا مِنْهُوَهُمِنَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَهُوَاِنَهُ
  • کربن پایین تر: ارزیابی چرخه زندگی نشان می دهد که 80٪ کاهش در انتشار گازهای گلخانه ای در مقایسه با پلاستیک های معمولی است.
  • بی نظیری: بسیاری از پلاستیک های مبتنی بر زیست محیطی مانند PHA در تاسیسات صنعتی و حتی محیط های خانگی قابل استفاده هستند.
  • خواص قابل توجه مشتری: با تنظیم ترکیب مونومر، زیست شناسی مصنوعی می تواند پلاستیک هایی تولید کند که سفت، انعطاف پذیر یا قابل کشش هستند - برای کاربردهای خاص به اشتراک گذاشته می شوند.
  • اینترپراطور: سنتز DNA و غربالگری با نفوذ بالا، سرعت کشف انواع پلیمر جدید را تسریع می کند.

به عنوان مثال، یک تیم از MIT از تکامل کارگردانی شده برای ایجاد یک رمان جدید PHA پلیمر استفاده کرد که هم قوی و هم الاستیک است و هم استفاده در مدفوع پزشکی و هم فیلم های بسته بندی قابل تجزیه و تحلیل است.

مطالعه موردی: Industrial-Scale PHA Production

یکی از پیشرفته ترین پروژه های زیست شناسی مصنوعی برای بیوپلاستیک ها تولید PHA توسط شرکت هایی مانند Newlight Technologies است، فرایند آنها از باکتری های متان-بر همراه با مدارهای ژن مصنوعی برای تبدیل متان (یک گاز گلخانه ای قوی) به پلیمرهای PHA استفاده می کند. نتیجه یک پلاستیک کربن منفی است.در همکاری با IKEA، نور جدید در حال توسعه محصولات خانگی زیست شناختی است که انسان مهندسی شده از مواد زیستی مهندسی شده است.

این پروژه ها پتانسیل مقیاس پذیری را نشان می دهند، زمانی که زیست شناسی مصنوعی با تخمیر صنعتی ترکیب می شود.کارخانه های خلبان در حال حاضر در حال اجرا هستند و اولین محصولات تجاری به قفسه ها می رسند.

چالش ها و راه حل ها

هزینه رقابت

پلاستیک های مبتنی بر بیو در حال حاضر هزینه 2 تا 3 برابر بیشتر از همتایان مبتنی بر نفت را دارند. SOLIC این را با بهبود عملکرد، تیتر و بهره وری بهینه می کند.

تغذیه پایدار

تجدید نظر در محصولات غذایی (corn, Sugarcane) نگرانی های استفاده از زمین را افزایش می دهد. ic زیست شناسی مصنوعی استفاده از بی نظیریکولوسیک بیوما (حوض های کشاورزی مانند اجاق گاز ذرت یا تراشه های چوب) را با میکروب های مهندسی که سلولز و هگزالوز را تجزیه می کنند، امکان پذیر می کند.

پایان مدیریت زندگی

همه پلاستیک های مبتنی بر زیستی قابل تجزیه نیستند.[۱] زیست شناسی مصنوعی می تواند تگ های تجزیه و تحلیل آنزیم های آنزیم پلیمری را به ستون فقرات پلیمر متصل کند، شرکت هایی مانند Carbios از آنزیم های مهندسی شده برای تجزیه PET و PLA به مونومر برای بازیافت استفاده می کنند. کاربیوها]

آینده چشم انداز: به سوی یک Bioeconomy

زیست شناسی مصنوعی برای تبدیل صنعت پلاستیک از خط خطی (تعفید های جذب) به تحولات آینده دایره ای تنظیم شده است:

  • میکروب های طراح که پلاستیک های "خود شفا" تولید می کنند که می توانند ترک ها را با استفاده از مدارهای مصنوعی جاسازی شده تعمیر کنند.
  • مواد زنده که در آن باکتری ها در محصول نهایی باقی مانده و قابلیت زیستی را در تقاضا فراهم می کنند.
  • هوش مصنوعی – طراحی هدایت شده پلیمرهای جدید با خواص برابر یا برتر از پلاستیک های پتروشیمی، مانند خواص مانع برای بسته بندی مواد غذایی.
  • ادغام با تکنولوژی های جذب کربن: تغذیه از CO جذب شده 2 تبدیل به بیوپلاستیک از طریق سیانووباکتریا مهندسی شده یا شیمی درمانی خودکارتروفیل.

حمایت از سیاست نیز در حال رشد است. قرارداد سبز اتحادیه اروپا و صندوق Bioeconomy Initiative ایالات متحده در مورد گزینه های زیستی مبتنی بر زیست، تقاضای مصرف کننده برای بسته بندی پایدار تعهدات خرده فروشی را هدایت می کند: تا سال 2030، بسیاری از مارک های اصلی قصد دارند تمام بسته بندی های قابل بازیافت، قابل استفاده مجدد یا قابل تنظیم را انجام دهند.

نتیجه گیری

زیست شناسی مصنوعی صرفاً یک بهبود تدریجی نیست – تغییر پارادایم در چگونگی تولید پلاستیک است.با برنامه ریزی مجدد میکروارگانیسم ها برای ساخت پلیمر از کربن تجدید پذیر، ما می توانیم مواد ایجاد کنیم که دارای عملکرد بالا، تجزیه و تحلیل و بی طرف کربن و یا حتی منفی هستند. این تکنولوژی از کنجکاوی آزمایشگاه به تولید تجاری واقعی منتقل شده است.