Как синтетическая биология может помочь окружающей среде

Геохимик Бен Бостик отмечает, что большая часть экологических исследований сосредоточена на том, чтобы повернуть время вспять, а не двигаться вперед. Синтетическая биология (synbio) — конструирование биологических компонентов, функций и организмов, не существующих в природе, или их перепроектирование для выполнения новых задач — предлагает потенциал для позитивного воздействия. С 2011 года область быстро развивается благодаря таким инструментам, как CRISPR-Cas9 (впервые применен в 2013 году) и каталогу Registry of Standard Biological Parts, содержащему более 20 000 генетических частей (BioBricks). В 2018 году инвестиции в компании synbio составили $3,8 млрд, а к 2022 году глобальный рынок прогнозируется на уровне $13,9 млрд.

Эта технология предлагает решения для ключевых экологических проблем. В борьбе с загрязнением создаются микробные биосенсоры для обнаружения токсинов (мышьяк, кадмий, тяжелые металлы) и микроорганизмы, способные разлагать загрязнители или преобразовывать их в полезные наночастицы. Для сохранения биоразнообразия ведутся работы по созданию генетически модифицированного каштана, устойчивого к грибку, и изучается возможность редактирования генома черноногого хорька для защиты от чумы. Также рассматриваются генные драйвы для контроля инвазивных видов, например, золотистой мидии.

В сельском хозяйстве synbio помогает создавать засухоустойчивые культуры (например, томаты) и растения с более глубокой корневой системой для секвестрации углерода. Компания Pivot Bio создала микроб, живущий на корнях кукурузы, пшеницы и риса, который фиксирует атмосферный азот, повышая урожайность. Для производства более устойчивой пищи используются модифицированные микробы: например, для создания гема в растительном бургере Impossible Foods (снижает выбросы парниковых газов на 87% по сравнению с говяжьим) или белков из CO₂ для рыбных кормов.

Synbio также способствует созданию экологичных материалов. Исследуются ферменты для разложения пластика PET. Компания Newlight Technologies использует биокатализатор для превращения парниковых газов в биополимер AirCarbon. Ведутся работы по использованию лигнина для производства биопластиков и созданию ДНК-нанопроводов для замены драгоценных металлов в электронике. В строительстве бактерии используются для "выращивания" кирпичей (bioMASON), а в текстильной промышленности — для производства биологических красителей (Pili) и искусственного паучьего шелка (Microsilk от Bolt Threads).

Несмотря на потенциал, существуют риски, включая возможное неконтролируемое распространение модифицированных организмов в природе и потенциальное использование в биотероризме. Регулирование в США осуществляют EPA, USDA и FDA, но скорость развития технологии вызывает вопросы об эффективности контроля. Особую озабоченность вызывает использование искусственного интеллекта в биофабриках для создания тысяч организмов, где сбой может быть непредсказуем. Однако, как подчеркивает Бостик, для решения масштабных экологических проблем необходимо рассматривать все возможные варианты, включая синтетическую биологию.