什么是合成生物学它将如何改变制造业

什么是合成生物学?它将如何改变制造业?

合成生物学是一个将工程原理应用于生物学的新兴领域，有朝一日可能意味着我们以类似于电子和机械设备的方式创造我们的食品和其他生物材料。

当工程师考虑原材料时，他们通常会想到构成我们设备及其组件的各种矿石和矿物质。另一方面，生物学家考虑构成各种生物的基本构件的细胞。

但由于一个名为合成生物学的新兴领域，这种区别可能正在消失。这是一个结合了工程原理和生物学的领域。如果它的想法激增，我们有朝一日可能会在我们的设备中使用越来越多的生物材料......我们可能会以类似于我们在工厂中组装电子和机械组件的方式制作这些材料。想象一下，通过组合标准化和可靠的基本组件，我们能够以与组装手机或汽车相同的方式组装食品。

“世界正在发生变化，传统的制造和生存方式无法让我们走到我们需要的地方，”Sridhar Iyengar是Elemental Machines的首席执行官，Elemental Machines是数据科学和物联网(IoT)解决方案提供商，为合成公司提供服务生物产业等在最近的2019年太平洋设计与制造展上向观众讲述。“据估计，到2050年，地球上将有100亿人口。这在运输，食品，可持续性，住房和建筑材料方面都存在问题......我们无法继续按照我们的方式生产人类食品。 ”

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通过3D打印从原型设计到验证降低成本

各行各业的工程师和设计师正在利用内部3D打印来缩短设计周期并降低成本。在本次网络研讨会中，了解电力行业制造商Cutsforth 25年来如何使用3D打印快速验证设计并简化制造。

但是合成生物学提供了一种旨在利用生物学来制造产品的解决方案，Iyengar说。例如，想象一下，如果可以在工厂中使用可以使用人工方法构建生物系统的机器来创建生物材料。

艾扬格首先承认这个概念听起来像科幻小说。但实际上，他向观众指出了合成生物学的一些鲜明例子。

鸡还是鸡蛋

你能没有鸡蛋吗?根据旧金山的Just you can。公司也这样做。其中一种产品Just Egg是一种由植物制成的蛋制品。“鸡蛋只是一堆分子和蛋白质，”艾扬格说。“[合成生物学]将动物视为制造商。如果你解构它，鸡蛋就是一堆蛋白质。蛋白质很难在实验室中制作，但猜测什么是非常擅长制造蛋白质......细胞。“

通过从绿豆中剔除蛋白质，该公司能够使用这些蛋白质来制造具有蛋黄质地，稠度和味道的物质。Just说，它也不含胆固醇，比养鸡更少水和更少的碳排放。

另一家公司，Not Company，采取类似的方法来制作牛奶，制作没有奶牛的牛奶(称为非牛奶)。从生物学的角度来看，“牛奶是一堆含有脂肪和碳水化合物等额外分子的蛋白质，”Iyengar指出，这意味着它可以使用重新配置的细胞的正确组合来生产。

他补充说，广泛使用和生产无牛奶也会产生积极的环境影响。“奶牛放出甲烷。甲烷对环境的破坏性比汽车产生的二氧化碳高约20倍。从这个意义上讲，奶牛比汽车更危险。“

如果你认为所有这些仅限于不那么丰盛的食物，Just和其他公司如旧金山的Memphis Meats正在开发不需要动物的细胞肉。

总部位于加利福尼亚州埃默里维尔的Bolt Threads使用酵母蛋白制造织物和其他材料，以制造出synethic蜘蛛丝。除了制造价格为314美元(Bolt Threads销售)之外，蜘蛛丝因其抗拉强度和其他性能而受到许多研究人员的欢迎，这可能会导致下一代复合材料的发展。

癌症问题

合成生物学可以利用植物或动物细胞。将每个单元视为工厂，只有一个制造生物产品而不是电气和机械组件和零件。通过插入新的原材料(在这种情况下是DNA，而不是原始矿物质)修改实验室中的细胞，可以配置和重新配置细胞以产生所需的任何物质。因此，植物细胞可以产生蛋样蛋白质，或者动物细胞可以生产肉类而不需要饲养和屠宰动物。

但Iyengar认为，这也是限制和挑战的来源。“使用动物细胞的一个问题是它们变老并死亡。因此，一方面你需要不断获得越来越多的供体细胞，当你这样做时，生长期可能非常棘手，“他说。

“理想情况下，你想要的是一遍又一遍的相同细胞，”艾扬格补充道。这是因为不同的单元就像它们自己的独立工厂，每个工厂都需要独特的协议。一旦你区分细胞，它就需要自己的过程，这会破坏合成生物学提供的所有效率。

然而，有一种类型的动物细胞不会死亡 - 癌细胞。癌细胞将无限生长，为合成生物学提供无数的工厂和材料。“但为了使这项工作，你正在使用癌症的捐赠细胞...这不是很吸引人，”艾扬格说。

他说，目前的解决方案是采集供体细胞并在生物反应器内生长，促进它们的发育，就好像它们处于自然环境中一样。他还表示，较大的行业正在转向创建干细胞库的想法，干细胞可用于创造合成生物学所需的任何类型的细胞。

你会做晚餐吗?

合成生物学仍然存在重大的技术和社会障碍，艾扬格说，今天最大的障碍与公众认知有关。毕竟，告诉别人他们的牛排晚餐是用癌细胞制作的，这并不是很开心。

还有成本问题。3D打印已被建议作为生产肉类的可行方法，例如西班牙的Nova Meat公司，其创造具有真正肉的质地和味道的肉类，但使用基于植物的手段。

“3D打印面临的挑战是成本，”艾扬格说。“大规模生产的食品价格昂贵，不会随着3D打印而扩展。”但他指出，成型是一种可扩展的选择。“[合成生物公司]实际上是从注塑塑料和类似的东西中借鉴了很多想法，”他说。

但即使有这样的规模，仍然需要降低整体制造成本。“制造第一个实验室种植的汉堡需要花费3000美元，这是七八年前的事。他说，现在它仍然需要几百美元。“价格随着新工具而下降。”

在监管方面，这甚至都不是因素。Iyengar指出，FDA，FTC，各种游说团体以及更多人将对该技术产生既得利益。实验室生长的牛排还是牛排吗?那么它应该像肉一样受到监管吗?

好的一面是，已经有合成生物学的例子从自组装转向大规模生产。啤酒可能是最古老的例子之一。“大多数啤酒都经过基因改造，”艾扬格说。“酿造牛排晚餐的想法可能不是很有吸引力，但人类已经这样做了数百年。您可以像酿造啤酒一样酿造晚餐。这是合成生物学将大规模改变可持续性的一种方式。“

Chris Wiltz是Design News的高级编辑，负责新兴技术，包括AI，VR / AR，区块链和机器人技术。