КАК СИНТЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ МЕНЯЕТ ЖИЗНЬ?

Синтетическая биология – это область науки, занимающаяся биоинженерией во благо человека. Она обладает потенциалом для переопределения многих столпов общества – от методов производства пищи до выявления и лечения заболеваний.

Это направление продолжает стремительно развиваться. Ожидается, что к 2026 году общемировой размер выручки рынка синтетической биологии достигнет 34,5 миллиардов долларов США, а среднегодовой темп роста составит 21,9%.

Хотя эта увлекательная область исследований заслуживает внимания, она может показаться сложной для понимания, особенно если у Вас нет научного образования. Поэтому мы предлагаем Вашему вниманию вводную информацию о синтетической биологии и о том, как она работает.

Что представляет собой синтетическая биология?

Как мы уже отметили во введении, синтетическая биология - это область научных исследований, которая занимается редактированием и модификацией биологических компонентов, систем и взаимодействий, обеспечивающих жизнедеятельность. Таким образом, с помощью нее можно дать организму новые способности, полезные для человека.

Она схожа с генной инженерией, но имеет несколько более узкую специализацию. В то время как генная инженерия переносит готовый генетический материал между организмами, синтетическая биология создает новый генетический материал с нуля.

Данная область исследований охватывает все сферы - от освоения космоса до разработки лекарств. Ниже мы рассмотрим пять реальных примеров ее применения:

Медицинские технологии

Синтетическая биология находит широкое применение в медицине, включая разработку лекарств, производство антител и инновационных вакцин (она сыграла ключевую роль в борьбе с пандемией COVID-19). Она также занимает важное место в создании "живых лекарств", которые предполагают использование живых микробов для лечения хронических или тяжелых заболеваний.

Устойчивая энергетика

Биотопливо, которое представляет собой возобновляемую энергию, получаемую из живой материи, может заменить нефть и дизель в ближайшем будущем, а технологии синтетической биологии помогают разработать процессы ферментации для более эффективного производства биотоплива.

Биоремедиация

При биоремедиации используются живые организмы для восстановления загрязненных территорий до их первоначального состояния. В этой области синтетическая биология используется для повышения эффективности процесса очистки и расширения перечня загрязняющих веществ, с которыми может справиться биоремедиация.

Пищевая промышленность и сельское хозяйство

Синтетическая биология занимает важное место в клеточном сельском хозяйстве, то есть в производстве сельскохозяйственной продукции из клеток, а не из домашнего скота или растений. Такие модифицированные продукты могут обладать более высокой питательной ценностью и не содержать аллергенов. К примеру, с помощью этого метода можно сделать вкус вегетарианских бургеров более похожим на мясные.

Космические системы и исследование космоса

Синтетическая биология и технология трехмерной печати таят в себе огромный потенциал для поддержания жизни во время космических миссий. С помощью синтетической биологии клетки и бактерии можно модифицировать для производства огромного количества материалов - от пластика до лекарств и даже продуктов питания, а астронавты смогут печатать эти синтетические материалы, находясь в космосе, по мере необходимости.

В деталях: наука, стоящая в основе синтетической биологии

Теперь, когда мы обсудили применение синтетической биологии в самых разных областях, давайте познакомимся с ее научной основой. Чтобы понять механику этой сферы научных исследований, важно изучить взаимосвязь между ДНК и процессом производства белков.

Белки служат движущей силой жизни внутри клетки - они отвечают за выполнение всех жизненно важных функций. Их образование происходит в ходе процесса, называемого синтезом белка, который во многом зависит от структуры ДНК. Почему ДНК так важна для производства белков? Потому что в ней содержится вся информация, необходимая клетке для синтезирования белка.

После формирования белка он отправляется в свой сложный путь по клетке, взаимодействуя с множеством других белков и клеточных компонентов для выполнения функций, необходимых для выживания клетки.

Этот процесс производства белка и взаимодействия клеток представляет собой пример биологической системы. Синтетические биологи исследуют именно эту биологическую систему и пытаются ею управлять.

Пять основных направлений исследований

Изучив литературные источники, мы выделили пять основных направлений исследований в области синтетической биологии:

Виртуальная (in silico) синтетическая биология

В буквальном переводе "in silico" означает "через компьютер". Это направление исследований синтетической биологии предполагает использование виртуального моделирования для проектирования и прогнозирования новых биологических систем. Это аналогично работе с чертежной доской перед началом проекта.

"Неестественная" молекулярная биология

Область исследований, занимающаяся изменением мельчайшей единицы ДНК - нуклеотидов.

Биоинженерия

Эта область исследований затрагивает более крупные сегменты ДНК, такие как гены или хромосомы, а иногда и другие клеточные компоненты, взаимодействующие с ДНК. Она занимается созданием новых белков или белковых систем и является наиболее популярной областью исследований в сфере синтетической биологии.

Синтетическая геномика

В центре внимания этого направления находится изменение и управление целыми геномами (это полный набор ДНК клетки).

Протоклеточная синтетическая биология

Целью этой области исследований является создание целых клеток, а это шаг к созданию полностью синтетических организмов.

Если на ранних этапах исследований в области синтетической биологии с трудом удавалось осуществлять реальные проекты, то в последнее десятилетие инновации в этой области развиваются быстрыми темпами.

Продукты синтетической биологии все чаще встречаются в повседневной жизни, и по мнению некоторых ученых, к 2030 году большинство людей будут питаться, одеваться или пользоваться изделиями, созданными с помощью синтетической биологии.