Sinh học người máy là gì và tại sao chất dẻo lại quan trọng?

Sinh học tổng hợp là một lĩnh vực liên ngành áp dụng các nguyên tắc kỹ thuật cho sinh học nó bao gồm thiết kế lại các sinh vật cho các mục đích hữu ích bằng cách thiết kế chúng với những khả năng mới các nhà nghiên cứu có thể viết những mã di truyền mới giống như viết phần mềm tạo ra các vi khuẩn sản xuất hóa chất, nhiên liệu và vật liệu từng được tạo ra từ các nguồn hóa thạch trong bối cảnh của nhiên liệu hóa thạch sinh học tổng hợp làm cho chúng có thể lập trình tái tạo sinh vật liệu tái tạo trực tiếp từ các chất tái tạo như đường, mía, thậm chí các bon dioxide

Công cụ chính bao gồm sự tổng hợp ADN, biên tập gen (đặc biệt CRISPR-Cas9) và kỹ thuật trao đổi chất. Bằng cách lắp ráp những kết hợp mới lạ của gen, các nhà khoa học có thể tạo ra các nhà máy tế bào có giá trị cao, tạo ra những hợp chất có giá trị cao với độ chính xác chính xác cao. Điều này mở cửa để tạo ra chất dẻo dựa trên sinh học, cả hai đều cạnh tranh chức năng với chất dẻo và bền vững.

Thí dụ, một nghiên cứu [FLT: 0] trong [FLT: 1] công nghệ sinh học [FLT:] [FLT:] [FLT: 0] [FLT:] [FLT:]] mà sản xuất polyhydoxykates [FHAcykates] tại sản xuất thích hợp cho quy mô thương mại. Những đột phá như vậy là tăng tốc độ thời gian cho chất dẻo sinh học để đạt được thị trường.

Công nghệ sinh học tổng hợp điều khiển sự phát triển chất dẻo sinh học

Kỹ thuật đường hầm kỳ diệu

Các nhà khoa học thiết kế những con đường mới trong các sinh vật như [FLT: 0], coli , men, hoặc cyanobacteria để chuyển đổi đường đơn giản thành các tuyến tiền tố. Đối với polyhydracykates (PHAT), con đường bao gồm các enzyme có chất lỏng có chứa chất hydroxy trong tế bào.

Một phương pháp tương tự được dùng cho axit đa hợp (PLA), mặc dù PLA thường được sản xuất bằng cách lên men của axit hóa chất theo sau bởi hóa chất hóa học. Sinh học tổng hợp bây giờ cho phép trực tiếp sản xuất dung dịch lctide, chất làm mờ đi axit hóa học, có thể được trộn lẫn mà không cần bước hóa học riêng biệt. [FLT: 0] Genma [FL:1], một nhà lãnh đạo công nghiệp công nghiệp, đã tiên phong cho các tuyến đường đơn bào sinh học dùng để thay thế nmer và ner.

RISPR và Genome sửa

CRISPR-Cas9 đã làm giảm đáng kể chu kỳ học thiết kế. Ở đây kỹ thuật di truyền truyền truyền thống mất nhiều tháng để sửa đổi một gen duy nhất, CRISPR có thể chỉnh sửa nhiều thứ trong một tuần. Điều này cho phép việc sắp xếp nhanh các con đường tổng hợp. Ví dụ, các đội ở Đại học California đã sử dụng CRISPR để kỹ sư Pudomonas [FL:1] để sản xuất các đường dẫn trung bình- PBA với các tính chất cơ học có tính linh hoạt từ các bộ phim cứng nhắc đến các cột cứng.

Hệ thống tự do tế bào

Một cách tiếp cận mới nổi là sinh học tổng hợp tế bào, nơi mà enzyme được lắp ráp trong ống nghiệm để tạo ra các hệ thống kết hợp không có chất độc và chất chuyển hóa.

Cơ chế nhựa sinh học Key-Bassed được bật bởi sinh học tổng hợp

Đa thức oxy- ni- a (PHA)

Loài voi là loài đa bào được vi khuẩn sản xuất ra để lưu trữ năng lượng, chúng có thể phân hủy hoàn toàn trong môi trường biển và đất. Sinh học tổng hợp đã giúp cho việc sản xuất các vật chủ khác nhau như men, dễ dàng hơn. Các công ty như Danimer Science và CJilJedang đang thương mại hóa PHA để đóng gói, rơm và phủ.

Name

Công nghệ này hiện nay là chất nhựa thông dụng nhất từ thực vật có men. sinh học tổng hợp đã cải thiện hiệu quả của sản xuất axit trong vi sinh vật, giảm chi phí và năng lượng gần đây cho phép sản xuất ra axit L-ltic, chất lượng cao hơn PLA. kỹ sư công nghệ sinh học ở khu vực trung tâm sinh học tổng hợp đã đạt được sản xuất 95% hoặc tốt hơn trong các loại men tối ưu.

Đa ngữ và đa ngữ sinh học

Sinh học tổng hợp bây giờ được dùng để tạo ra các vi khuẩn ethlen trực tiếp từ đường, bỏ qua bước pha lê [FT: 1] sử dụng khí ga [FL] để chuyển hóa khí ga để thải ra các chất lỏng thành chất lỏng, chất lỏng thành chất lỏng, chất lỏng, chất lỏng này có thể tạo ra chất độc.

Lợi thế của sinh học tổng hợp–Diven Bio-Plastics

  • Các nguyên liệu có thể tái tạo: dùng chất thải nông nghiệp, mía, hoặc CO thay vì dầu hóa thạch.
  • Dấu chân các bon lỏng :) Đánh giá vòng đời cho thấy 80% lượng khí nhà kính giảm so với chất dẻo thông thường.
  • Khả năng phân hủy:) Nhiều chất dẻo dựa trên sinh học như PHA có thể phân giải trong cơ sở công nghiệp và thậm chí là môi trường gia đình.
  • Tính chất có thể phân tách: ) Bằng cách điều chỉnh cấu tạo đơn sắc, sinh học tổng hợp có thể sản xuất chất dẻo cứng, linh hoạt, hoặc có thể kéo giãn cho ứng dụng cụ thể.
  • Sự lặp lại: sự tổng hợp ADN và sự kiểm tra nhanh chóng tăng tốc phát hiện các biến thể mới.

Ví dụ, một đội từ MIT đã hướng sự tiến hóa để tạo ra một máy tạo hình PHA vừa mạnh vừa co giãn, dùng trong khâu y tế và băng bó có thể bị hủy hoại sinh học.

Nghiên cứu trường hợp: Công nghiệp sản xuất PHA

Một trong những dự án sinh học tổng hợp tối tân nhất cho việc tái tạo chất PHA là sản xuất PHA bởi các công ty như Newlight Technology. Quá trình sử dụng các vi khuẩn tiêu hóa khí mêtan kết hợp với các mạch gen tổng hợp để chuyển đổi khí mêtan (một loại khí nhà kính mạnh mẽ) thành chất PHA. Kết quả là chất dẻo có màu cacbon. Trong sự hợp tác với IKEA, ánh sáng mới đang phát triển các sản phẩm nhà có thể nâng cấp sinh học. Ví dụ khác là các chất mango, dùng chất liệu chế biến đổi đá để tạo ra chất đá từ chất thải sinh học.

Những dự án này cho thấy tiềm năng tính toán khi sinh học tổng hợp với việc lên men công nghiệp. các nhà máy phi công đang hoạt động, và những sản phẩm thương mại đầu tiên đang chạm tới kệ.

Những thử thách và giải pháp

Phải trả giá đắt để thi đấu

Chất dẻo dựa trên sinh học hiện nay đắt hơn gấp 2–3 lần so với các chất tương ứng dựa trên dầu hỏa. địa chỉ sinh học tổng hợp bằng cách cải thiện sản lượng, couter và năng suất. Ví dụ, các chủng kỹ thuật để chịu đựng sự tập trung sản phẩm cao giảm chi phí xử lý xuống phía dưới.

Khả năng duy trì chất dinh dưỡng

Dựa vào cây lương thực (corn, mía) làm tăng thêm mối quan tâm về đất. Sinh học tổng hợp giúp sử dụng các sinh vật sinh học vô danh (một chất dinh dưỡng như nồi ngô hoặc khoai tây) bằng cách tạo ra vi khuẩn kỹ thuật phân hủy các chất hữu cơ và chất độc emiceluse. Các chủng cấp cao [FLT: 0] Yarrowia lilytica [FLT1] đã được thiết kế để coulix- xylose và grammas hydrolyse, đạt được sản xuất cao hơn nữa mà không cần có thức ăn.

Quản lý sự sống cuối cùng

Không phải tất cả các chất nhựa dựa trên sinh học đều có thể bị phân hủy. Sinh học tổng hợp có thể kết hợp các thẻ bị hỏng hóc vào xương sống sau khi lọc chất béo, cho phép các công ty như Carbios sử dụng enzyme đã được thiết kế để giảm phân hủy các chất vitamin và PLA thành đơn sắc để tái chế. [FLT: 0] tiến trình tái tạo khí [FLT: 0] tiến trình tái tạo [FL:1] hoạt động trên các chất phát quang hợp thông thường, kết hợp sinh học với nền kinh tế hình tròn.

Trong tương lai: Về sinh học hình tròn

Sinh học người máy được thiết lập để biến đổi ngành công nghiệp nhựa từ tuyến tính (lấy-làm-một-một-vật-vật-chính) thành hình tròn.

  • Vi khuẩn thiết kế tạo ra “các chất dẻo tự chữa lành có thể sửa chữa các vết nứt bằng các mạch tổng hợp.
  • Các vật liệu sống nơi mà vi khuẩn vẫn còn trong sản phẩm cuối cùng, cung cấp khả năng phân hủy sinh học theo nhu cầu.
  • Trí thông minh nhân tạo thiết kế các chất lỏng mới với đặc tính tương đương hoặc cao cấp hơn so với chất dẻo hóa dầu, chẳng hạn như tính chất rào cản cho gói thức ăn.
  • Hợp nhất với công nghệ thu carbon: chất liệu từ CO [FLT: 0] 2 [FLT: 1] chuyển đổi thành chất hóa sinh thông qua chất cyanobacteria hoặc hóa trị hóa học.

Sự hỗ trợ chính sách cũng đang tăng lên.

Kết luận

Sinh học tổng hợp không chỉ đơn thuần là một sự cải tiến tăng dần - nó là một sự thay đổi mô hình trong cách chúng ta tạo ra nhựa. bằng cách lập trình lại vi sinh vật để xây dựng các chất lỏng từ các bon tái tạo, chúng ta có thể tạo ra các vật liệu có khả năng tái tạo cao, có thể phân hủy sinh học, trung lập carbon hay thậm chí tiêu cực. công nghệ đã di chuyển từ sự tò mò phòng thí nghiệm đến việc sản xuất thương mại thực sự. khi mà chi phí tiếp tục giảm và chất dinh dưỡng mới trở thành khả thi, chất dẻo dựa trên sinh học tổng hợp sẽ trở thành một phần tiêu chuẩn của các vật liệu tổng hợp, giúp giảm thiểu các chất dẻo từ hóa thạch và giảm thiểu sự khủng hoảng môi trường ô nhiễm chất dẻo.