Synthetisch bioloog Tom Knight zei: "De 21e eeuw zal de eeuw van de biotechnologie zijn." Hij is een van de grondleggers van de synthetische biologie en een van de vijf oprichters van Ginkgo Bioworks, een toonaangevend bedrijf in de synthetische biologie. Het bedrijf werd op 18 september genoteerd aan de New York Stock Exchange en bereikte een waarde van 15 miljard dollar.
De onderzoeksinteresses van Tom Knight zijn verschoven van informatica naar biologie. Al vanaf zijn middelbareschooltijd gebruikte hij de zomervakantie om informatica en programmeren te studeren aan MIT, en hij heeft er ook zijn bachelor- en masteropleiding doorgebracht.
Tom Knight besefte dat de wet van Moore de grenzen voorspelde van de menselijke manipulatie van siliciumatomen en richtte zijn aandacht daarom op levende organismen. "We hebben een andere manier nodig om atomen op de juiste plaats te krijgen... Wat is de meest complexe chemie? Dat is biochemie. Ik denk dat je biomoleculen kunt gebruiken, zoals eiwitten, die zichzelf kunnen samenstellen en kristalliseren binnen het gewenste bereik."
Het gebruik van kwantitatief en kwalitatief denken uit de ingenieurswetenschappen voor het ontwerpen van originele biologische systemen is een nieuwe onderzoeksmethode geworden. Synthetische biologie is als een sprong voorwaarts in de menselijke kennis. Als interdisciplinair vakgebied van onder meer ingenieurswetenschappen en informatica, wordt het begin van de synthetische biologie vaak in het jaar 2000 genoemd.
In twee dit jaar gepubliceerde studies is het idee van circuitontwerp voor biologen succesvol gebleken in het beheersen van genexpressie.
Wetenschappers van de Boston University hebben een gen-schakelaar in E. coli geconstrueerd. Dit model gebruikt slechts twee genmodules. Door externe prikkels te reguleren, kan de genexpressie aan- of uitgezet worden.
In hetzelfde jaar gebruikten wetenschappers van Princeton University drie genmodules om de "oscillatie"-modus in het circuitsignaal te bereiken door middel van wederzijdse remming en opheffing van die remming.
Gene-schakelaardiagram
Cell Workshop
Tijdens de vergadering hoorde ik mensen praten over "kunstmatig vlees".
Naar het voorbeeld van een computerconferentie, de "unconference zelfgeorganiseerde conferentie" voor vrije communicatie, drinken sommige mensen bier en kletsen: Welke succesvolle producten zijn er in de "synthetische biologie"? Iemand noemde het "kunstvlees" van Impossible Food.
Impossible Foods heeft zichzelf nooit een "synthetische biologie"-bedrijf genoemd, maar het belangrijkste verkoopargument dat het onderscheidt van andere kunstmatige vleesproducten - de hemoglobine die vegetarisch vlees die unieke "vleesgeur" geeft - is zo'n 20 jaar geleden door dit bedrijf ontwikkeld. Het is een van de opkomende disciplines.
De gebruikte technologie maakt gebruik van eenvoudige genbewerking om gist in staat te stellen "hemoglobine" te produceren. In de terminologie van de synthetische biologie wordt gist een "cellenfabriek" die stoffen produceert volgens de wensen van de mens.
Wat zorgt ervoor dat het vlees zo helderrood is en zo'n speciaal aroma heeft? Volgens Impossible Foods komt dat door de rijke "hemoglobine" in het vlees. Hemoglobine is te vinden in diverse voedingsmiddelen, maar het gehalte is met name hoog in dierlijke spieren.
Daarom koos Patrick O. Brown, de oprichter en biochemicus van het bedrijf, hemoglobine als het "belangrijkste ingrediënt" voor het simuleren van dierlijk vlees. Om deze "smaakmaker" uit planten te winnen, koos Brown voor sojabonen die rijk zijn aan hemoglobine in hun wortels.
De traditionele productiemethode vereist de directe extractie van "hemoglobine" uit de wortels van sojabonen. Voor één kilogram "hemoglobine" is 6 hectare sojabonen nodig. Extractie uit planten is kostbaar, en Impossible Foods heeft een nieuwe methode ontwikkeld: het gen dat hemoglobine kan aanmaken, wordt in gist geïmplanteerd. Naarmate de gist groeit en zich vermenigvuldigt, groeit ook de hoeveelheid hemoglobine. Om een analogie te gebruiken: dit is alsof je een gans eieren laat leggen, maar dan op de schaal van micro-organismen.
Heme, dat uit planten wordt gewonnen, wordt gebruikt in hamburgers van "kunstmatig vlees".
Nieuwe technologieën verhogen de productie-efficiëntie en verminderen tegelijkertijd het verbruik van natuurlijke hulpbronnen bij de teelt. Omdat de belangrijkste grondstoffen gist, suiker en mineralen zijn, is er weinig chemisch afval. Als je erover nadenkt, is dit echt een technologie die "de toekomst beter maakt".
Als mensen het over deze technologie hebben, heb ik het gevoel dat het gewoon een simpele technologie is. In hun ogen zijn er te veel materialen die op deze manier genetisch ontworpen kunnen worden. Afbreekbaar plastic, specerijen, nieuwe medicijnen en vaccins, bestrijdingsmiddelen tegen specifieke ziekten, en zelfs het gebruik van koolstofdioxide voor de synthese van zetmeel… Ik begon me concrete ideeën te vormen over de mogelijkheden die biotechnologie biedt.
Genen lezen, schrijven en wijzigen
DNA bevat alle informatie over het leven vanaf de bron, en het is tevens de bron van duizenden levenseigenschappen.
Tegenwoordig kunnen mensen gemakkelijk DNA-sequenties lezen en DNA-sequenties synthetiseren volgens een specifiek ontwerp. Op de conferentie hoorde ik mensen vaak praten over de CRISPR-technologie, die in 2020 de Nobelprijs voor Scheikunde won. Deze technologie, ook wel de "genetische magische schaar" genoemd, kan DNA nauwkeurig lokaliseren en knippen, waardoor genbewerking mogelijk wordt.
Op basis van deze genbewerkingstechnologie zijn veel start-ups ontstaan. Sommige gebruiken de technologie voor gentherapie bij complexe ziekten zoals kanker en erfelijke aandoeningen, terwijl andere de technologie inzetten voor het kweken van organen voor menselijke transplantatie en voor het opsporen van ziekten.
De technologie voor genbewerking heeft zo snel haar weg gevonden naar commerciële toepassingen dat mensen de grote vooruitzichten van de biotechnologie inzien. Vanuit het perspectief van de ontwikkelingslogica van de biotechnologie zelf, is de volgende logische stap, nadat het lezen, synthetiseren en bewerken van genetische sequenties is voltooid, het ontwerpen van materialen op genetisch niveau die aan menselijke behoeften voldoen. Synthetische biologie kan ook worden gezien als de volgende fase in de ontwikkeling van gentechnologie.
De twee wetenschappers Emmanuelle Charpentier en Jennifer A. Doudna wonnen in 2020 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor hun werk aan de CRISPR-technologie.
"Veel mensen zijn geobsedeerd geraakt door de definitie van synthetische biologie... Er heeft zich een soort botsing voorgedaan tussen techniek en biologie. Ik denk dat alles wat hieruit voortkomt, tegenwoordig synthetische biologie wordt genoemd," aldus Tom Knight.
Als we de tijdsschaal verbreden, zien we dat mensen sinds het begin van de landbouwmaatschappij de gewenste eigenschappen van dieren en planten hebben geselecteerd en behouden door middel van langdurige kruisingen en selectie. Synthetische biologie begint direct op genetisch niveau om de eigenschappen te genereren die mensen wensen. Momenteel gebruiken wetenschappers CRISPR-technologie om rijst in het laboratorium te kweken.
Een van de organisatoren van de conferentie, Lu Qi, oprichter van Qiji, zei in de openingsvideo dat biotechnologie, net als internettechnologie destijds, ingrijpende veranderingen in de wereld teweeg kan brengen. Dit lijkt te bevestigen dat CEO's van internetbedrijven bij hun vertrek allemaal interesse in de biowetenschappen toonden.
De grote namen in de internetwereld kijken met belangstelling toe. Is de doorbraak in de biowetenschappen nu eindelijk aangebroken?
Tom Knight (links) en vier andere oprichters van Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks
Tijdens de lunch hoorde ik een nieuwtje: Unilever had op 2 september aangekondigd dat het 1 miljard euro zou investeren om fossiele brandstoffen uit te faseren en tegen 2030 over te stappen op schone grondstoffen voor producten.
Binnen tien jaar zullen de wasmiddelen, waspoeders en zeep van Procter & Gamble geleidelijk aan plantaardige grondstoffen of koolstofafvangtechnologie gaan gebruiken. Het bedrijf heeft bovendien nog eens 1 miljard euro gereserveerd voor een fonds dat onderzoek naar biotechnologie, koolstofdioxide en andere technologieën ter vermindering van CO2-uitstoot financiert.
De mensen die me dit nieuws vertelden, waren net als ik, die het nieuws hoorde, enigszins verrast door de termijn van minder dan tien jaar: zal technologisch onderzoek en ontwikkeling zo snel volledig gerealiseerd zijn voor massaproductie?
Maar ik hoop dat het uitkomt.
Geplaatst op: 31 december 2021