Ano ba ang Synthetic Biology at Bakit Mahalaga Ito sa Plastiks?

Ang biyolohiyang pang-anatomiya ay isang larangang interdisciplinaryo na naglalapat ng mga prinsipyong pang-inhinyeriya sa biyolohiya. kasangkutan ito ng muling pag-eebolb ng mga organismo para sa mga layuning kapaki-pakinabang sa pamamagitan ng inhinyeriya upang magkaroon ng mga bagong kakayahan.Ang mga mananaliksik ay maaaring magsulat ng bagong kodigong henetikong ekwasyon na katulad ng pagsulat ng software na periperto na gumagawa ng mga mikrobyong direkta mula sa mga renew na mga karniboro gaya ng asukal, tubo, o nakuhang carbon dioxide.

Ang core toolkit ay kinabibilangan ng DNA synthesis, pag-aayos ng gene (lalo na ang CRISPR-Cas9), at metabolikong pag-iinhinyero ng mga calway. Sa pamamagitan ng pagbuo ng mga nobelang kombinasyon ng mga gene, ang mga siyentipiko ay maaaring lumikha ng mga pabrikang selular na gumagawa ng mga mataas-halagang compound nang may prekwensiya.Ito ay nagbubukas ng daan sa paggawa ng mga plastik na bio-based na parehong functional na katunggali sa mga petrokemikal na plastik at tunay na hindi nagbabago.

Halimbawa, [[21]] Nature Biochnology[]] ay nagpakita ng binagong E. coli na lumikha ng mga polyhydroxyalkanoate (PHAs) na nasa mga ani para sa komersiyal na sukatan. Ang gayong mga tagumpay ay nagrereresulta ng oras para sa mga plastik na pag-e-exposeng-expose na pamilihan.

Mga Pamamaraan sa Pag - opera ng Sintetikong Biyolohiya na Nag - uudyok sa Pag - unlad ng Bio-Based Plastic

Inhinyeriya sa Malalayong Landas

Ang inhinyeriyang metaboliko ang pundasyon. ang mga siyentipiko ay nagdidisenyo ng mga bagong landas sa mga organismong katulad ng E. coli, yeast, o cyanobacteria upang gawing mga polimero ang mga simpleng asukal sa loob ng selula.Para sa polyhydroxyalkarates (PHAS), ang landas ay kinasasangkutan ng mga enzyme na ginagawang polymeral ang hydroxyacyl-CoAmers sa loob ng selula. bytthemainthemaintheam-tuning enzyme expressioning expression at runcing mananaliksik, ang mga tulak sa carbonx na na na na na na na na na na na na na na na na na na na na na na na na na na napagtitipon ng mga spestanggagaling sa mga spes ng mga selulangangkat ng mga selulangkax, kung minsan ay umaabot sa mga selulangastangkat ng 80% ng mga selulang hy.

Ang isang katulad na pamamaraan ay ginagamit ngayon para sa polylactic acid (PLA), bagaman ang PLA ay karaniwang ginagawa sa pamamagitan ng permentasyon ng lactic acid na sinusundan ng kemikal na polymerisasyon. ang Synthetic biology ay nagpapangyari sa direktang biolohikal na produksiyon ng lacticade, ang cyclic diper ng lactic acid, na maaaring i-ebolusyon nang walang hiwalay na kemikal na mga hakbang. [Genomatica[, isang lider sa bioteknolohiya, ay nag-imula sa mga rutang biymomerong ginagamit sa mga polyer at polyer.

Pag - aayos ng CRISPR at Genome

Ang CRISPR-Cas9 ay lubhang nagpaikli ng design-build-test-learning cycle. Kung saan ang tradisyonal na henetikong inhenyeriya ay gumugol ng mga buwan upang baguhin ang isang gene, ang CRISPR ay maaaring gumawa ng maramihang mga pagsasaayos sa isang linggo.Ito ay nagpapahintulot sa mabilisang pag-eebolb ng sintetikong mga daanan.[1] Halimbawa, ang mga koponan sa Unibersidad ng California ay gumamit ng CRISPR upang i-CRISPR sa inhinyero Ang mga intrucructual ential processing totistics ay mula sa mga pelikulang staintics.

Sistema ng Cell-Free

Ang isang lumilitaw na paraan ay ang cell-free synthetic biology, kung saan ang mga enzyme cocktail ay binuo sa vitro upang gumawa ng mga polymer sa labas ng mga nabubuhay na selula.[1] Ito ay umiiwas sa mga isyu ng lason at metabolikong pabigat. Ang mga startups tulad ng EnginZyme ay ang pagbuo ng mga cell-free facle platforms para sa spiral na bioplastic production na maaaring gumana nang patuluyan, pagbabawas ng gastos at paggamit ng enerhiya.

Pangunahing Bio-Based Plastics na Ipinakilala ng Synthetic Biology

Polyhydroxyalkanoates (PHA)

Ang mga pha ay mga polyester na ginagawa ng baktirya bilang imbakan ng enerhiya.Ang mga ito ay lubusang natutunaw sa mga kapaligiran ng dagat at lupa. nagagawa ng sintetikong biyolohiya na gawing komersiyal ang PHA para sa pag - iimpake, dayami, at mga pambalot.

Polylactic Asido (PLA) sa pamamagitan ng Biomass Fermentation

Ang PLA ay kasalukuyang ang pinaka-karaniwang bio-based plastic, na gawa mula sa mga pinaasim na asukal ng halaman. Ang Sintetikong biyolohiya ay nagpabuti ng kahusayan ng produksiyon ng lactic acid sa mga mikroorganismo, pagbabawas ng halaga at enerhiya. Ang mga kamakailang pagsulong ay pumapayag sa produksiyon ng mataas-optical-purity L-lactic acid, na nagbibigay ng mas malakas na PLA. Metabolikong mga inhinyero sa TotalEnergies Corbion na makakuha ng mga ani ng 95% o mas mainam sa mga superproducated yeast buls.

Biy-Based Polyethylene at Polyesters

Ang tradisyonal na polyethylene ay maaaring gawin mula sa bio-etanol (etalanol mula sa mais o tubó) sa pamamagitan ng dehydration hanggang sa ethylene. Ang sintetikong biyolohiya ay ginagamit ngayon upang i-inhinyero ang mga mikrobyo na gumagawa ng ethylene nang direkta mula sa asukal, na nalalampasan ang hakbang na ethanol. Gayon din, ang bio-based polyethylene terephthalate (bio-PET) ay gumagalaw na pasulong na may binagong mga organismo na gumagawa ng terephthalic acid mula sa biomas. T]L&T ⁇ [T:T][TL] Ang carbon ay ginagamitanclease ay isang gas na lumilikha ng elementalc.

Mga Pakinabang ng Synthetic Biology–Driven Bio-Plastics

  • Mga renewable feedstock: Ginagamit ang basurang agrikultural, tubo, o nakuha CO2 sa halip na langis na fossil.
  • AngLower carbon footprint: Ang mga pagtasa ng Life-siklo ay nagpapakita ng hanggang 80% pagbawas sa mga emisyon ng greenhouse gas kumpara sa mga kombensiyunal na plastik.
  • [Biodegradable: Maraming bio-based plastics tulad ng PHA ay maaaring i-produced sa mga pasilidad pang-industriya at kahit na mga kapaligirang pantahanan.
  • Mga katangiang maaaring baguhin: Sa pamamagitan ng pag-aangkop ng monomer na komposisyon, ang sintetikong biyolohiya ay maaaring gumawa ng mga plastik na matigas, nababaluktot, o mabanat na ⁇ tailored para sa espesipikong mga aplikasyon.
  • Faster terration: Ang DNA synthesis at high-roughput screening ay nag-aambag sa pagtuklas ng mga bagong polymer variant.

Halimbawa, isang pangkat mula sa MIT ang gumamit ng direksiyon ng ebolusyon upang lumikha ng isang nobelang PHA copolymer na parehong malakas at elastiko, panimulang gamit sa mga sutures na pangmedisina at mga pelikulang pang-extrenation.

Araling Kaso: Produksiyon ng Industriyal-Scale PHA

Isa sa mga pinaka-masulong na sintetikong mga proyekto ng biyolohiya para sa bio-plastics ay ang paggawa ng PHA ng mga kompanyang katulad ng Newlight Technologies. Ang kanilang proseso ay gumagamit ng methane-consumpsiyon na baktirya na sinamahan ng sintetikong mga sirkito ng gene upang gawing mga repinasyonal na mga produktong pantahanan ang mga produktong methane (isang matapang na greenhouse gas) sa PHA polymer. Ang resulta ay isang carbon-negative plastic. Sa pakikipagsosyo sa IKEA, ang Bagonggaan ay ang paggawa ng referiflease ay ang mga materyal na Mango, na nag-e-reresultaintang pang-intto ay ang mettronghalo upang gumawa ng mga basurang-antanggong PHA mula sa mga basurang-anthayal mula sa mga biogas.

Ipinakikita ng mga proyektong ito ang potensiyal na makalkula kapag pinagsama ang sintetikong biyolohiya at ang industriyal na permentasyon.

Mga Hamon at Lunas

Magastos ang Pagiging Kompetetibo

Ang bio-based plastics ay kasalukuyang nagkakahalaga ng 2–3 beses na higit kaysa sa petrolyo-based na mga katumbas. Ang synthetic biology ay nagreresulta dito sa pamamagitan ng pagpapabuti ng ani, titer, at produksyon. halimbawa, ang mga uri ng inhenyeriya upang matiis ang mataas na mga konsentrasyon ng produkto ay nakababawas sa mga gastos ng droving processing. ang Metabolic fluxes ay maaaring maging mahusay na gamitin ang mga modelo ng pagkatuto ng makina na humuhula ng mga enzyme na botsneck.

Kakayanang Makain ng mga Hayop

Ang pag-asa sa mga pananim na pagkain (corne, tubó) ay nagpapataas ng mga pagkabahalang pang-lupain. ang biyolohiyang pang-inhinyeriya ay nagpapangyari sa paggamit ng lignocellulosic biomass (isang pang-agricultural na mga tira tulad ng kalang-bakal o mga chip ng kahoy) sa pamamagitan ng inhinyeriya na sumisira sa cellulose at hemselulose. ang mga progresibong uri ng Yarrowia labiolytica ay naidisenyo upang mag-bisalisensiya sa mga x-milise at glucose mula sa mga hydroma, na nagkakaroon ng mga ani ng pagkain na walang mga aning pang-na.

Wakas-of-Life Management

Hindi lahat ng bio-based plastics ay elastiko. Ang synthetic biology ay maaaring isama ang mga enzymatic breakdown tag sa polymer final, na nagdudulot ng bunsod na pagkasira.Ang mga kompanya tulad ng Carbios ay gumagamit ng mga transporized enzyme upang i-depomerize ang PET at PLA sa mga monomers para sa recycling. Carbiosific recycling proseso[[ Ang mga akda ay gumagana sa karaniwang PET, na nag-ugnay din ng biolohiya sa isang sirkusidibidwal na ekonomiyang plastik.

Hinaharap: Tungo sa Isang Sirkus na Bioekinomiya

Ang Sintetikong biyolohiya ay nakatakdang baguhin ang industriya ng plastik mula sa linear (take-make-waste) tungo sa sirkular. ang mga pag-unlad sa hinaharap ay kinabibilangan ng:

  • Mga mikrobyong pangdisenyo na gumagawa ng mga ⁇ self-healing ⁇ plastics na maaaring magkumpuni ng mga lamat gamit ang mga nakapaloob na sintetikong sirkito.
  • Ang buháy na mga materyales kung saan nananatili ang baktirya sa pangwakas na produkto, anupat naglalaan ng biodegradable kung kinakailangan.
  • Ang artipisyal na katalinuhan–gulaang disenyo ng mga bagong polymer na may mga katangiang katumbas o superior sa mga petrokemikal na plastik, katulad ng mga katangiang harangan para sa pag-impake ng pagkain.
  • Integration na may mga teknolohiyang pag-aartista ng karbon: mga feedstock mula sa nabihag na CO[ [publish] na ginawang bio-plastiko sa pamamagitan ng mga binagong cyanobacteria o chemolathoautotrophs.

Dumarami rin ang mga suportang moral.Ang European Unioniviers Green Deal at ang E.U. Bioekonomy Initiative fund research sa bio-based refertations.Ang pangangailangan ng mga mamimili para sa magagamit na pag-impake ay pagmamaneho ng mga retailerment: sa pamamagitan ng 2030, maraming mga pangunahing brand na naglalayong gawing lahat ang pag-e - stack recyclic, reusable, o compostable. Ang synthetic biology ay ang makina na maaaring maghatid ng mga materyales na iyon sa lawak.

Pagsasaayos

Ang Sintetikong biolohiya ay hindi lamang isang inkretong pagpapabuti ng katawan na ekwilibrium ay isang paradigmong paglipat sa kung paano tayo gumagawa ng mga plastik. sa pamamagitan ng muling pag-ebolb ng mga mikroorganismo upang gumawa ng mga polymer mula sa renewableng karbon, tayo ay maaaring lumikha ng mga materyal na mataas na-paggawa, regulatoryo, at karbon neutral o kaya ay negatibo pa nga. Ang teknolohiya ay lumipat mula sa laber curld adylation tungo sa real-world komersiyal na produksiyon. Habang gastos at bagong mga feedstocks ay nagiging posible, ang bio-based plastic plastic na mga plastic na pinapatakbo ng biolohiya ay magiging isang pamantayan ng mga materyal na pang-intomikong mga materyal na pang-intomiko at mga mapagkukunang ektomiko at mga termal.