Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры - Эми Уэбб

создала штаммы бактерий Bacillus subtilis (сенной палочки) и дрожжей Saccharomyces cerevisiae с уникальными биологическими штрихкодами, встроенными в споры. Такие споры инертны, долговечны и безвредны для человека. При распылении на разные поверхности – мясо и пищевые продукты, а также на дерево, напольные покрытия и почву – даже после воздействия ветра, дождя, кипячения, жарки во фритюре и обработки в микроволновой печи эти споры можно обнаружить спустя месяц. (Многие фермеры, в том числе занимающиеся «органическим» земледелием, уже опрыскивают свои посевы спорами Bacillus thuringiensis для уничтожения вредителей, а значит, вполне возможно, что эти споры вы когда-нибудь глотали.) Помимо обнаружения контактов синтетические штрихкоды можно использовать для борьбы с фальсификацией продуктов питания и с их неправильной маркировкой{270}. В середине 2010-х гг. на рынке появилось большое количество поддельного оливкового масла Extra Virgin. В Лаборатории функциональных материалов Федеральной высшей технической школы Цюриха было разработано решение: использовать штрихкоды ДНК, позволяющие выявлять производителя и другую ключевую информацию о масле.

Более здоровая планета

На необходимые современному обществу сырьевые материалы – топливо, волокна и химикаты – расходуется огромное количество ресурсов, что способствует загрязнению окружающей среды и росту уровня выбросов углекислого газа. До недавнего времени альтернатив здесь не существовало: легковые и грузовые автомобили работали на углеводородном сырье; для производства одежды требовались выращиваемый традиционными методами хлопок, коровья кожа и огромное количество воды; а сокращение выбросов парниковых газов подразумевало регламентирование деятельности промышленных предприятий. Биоэкономика обеспечит инженерные альтернативы сырью и новые решения все более обостряющейся проблемы с выбросами CO2.

Биотопливо

После провала компании Amyris, о чем рассказывалось в третьей главе, стали раздаваться голоса усомнившихся в том, что биотопливо должно быть предметом устремлений синтетической биологии. Хотя еще со времен энергетического кризиса 1970-х гг. морские водоросли изучались как менее опасная с геополитической точки зрения альтернатива топливу, нефтедобывающие компании противились идее их использования. В период с 2009 по 2016 г. Chevron, Shell и British Petroleum выделяли небольшие средства на исследования биотоплива из водорослей, однако большинство этих программ теперь закрыты. В ExxonMobile небольшая группа исследователей занимается генной инженерией и водорослями, но в 2013 г. Рекс Тиллерсон, который тогда был директором компании, признал, что биотопливо выйдет на уровень коммерческой состоятельности не ранее чем через три десятка лет{271}. Применению биотоплива мешают не только недоработки в технологии, но и сопротивление рынка. Традиционные его участники из числа нефтяных компаний не горят желанием менять основные методы ведения бизнеса, а без них невозможно выстроить экосистему, в отсутствие которой у будущего биотоплива очень мало шансов на коммерческий успех. В правительственных структурах тем не менее все еще поддерживаются исследовательские проекты. Так, Министерство энергетики США предоставило Институту Крейга Вентера[15] пятилетний грант в размере 10,7 млн долларов на получение биотоплива{272}, а Управление биоэнергетических технологий, входящее в состав того же Министерства энергетики, реализует научно-исследовательскую программу по изучению водорослей как возможного источника топлива{273}. Даже при переходе автомобильной промышленности на новые типы батарей для питания электромобилей, новые знания, полученные из текущих проектов по производству биотоплива, могут быть применены и в других секторах, например в авиастроении.

Более экологичная мода

Общеизвестно, что текстильная промышленность загрязняет окружающую среду, однако индустрия моды работает над тем, чтобы повысить экологическую безопасность своих производственных технологий. Для переработки хлопка в волокна и текстиль по-прежнему используется уголь; на этот процесс приходится 10 % мировых выбросов углерода. На производство одежды уходит огромное количество воды, а после стирки одежды из синтетических материалов, таких как полиэстер, в океан ежегодно выбрасывается 500 000 тонн микроволокон. Это равнозначно 50 млрд пластиковых бутылок. На свалке ежегодно оказывается около 85 % текстиля – одежды, не проданной в магазинах или выброшенной людьми. Такого объема достаточно для ежегодного заполнения Сиднейской гавани – самой большой и самой глубокой из естественных гаваней мира{274}.

Но представьте, что микроволокна можно выращивать на биофабрике. Компания Bolt Threads на основе ДНК паука разработала синтетическую ткань микрошелк, которая была использована на показе коллекции Стеллы Маккартни в 2017 г. Японский стартап Spiber синтезировал достаточное количество волокон для производства эксклюзивной парки. Процессы синтетической биологии могут превратить мицелий – ворсистые, волокнистые структуры, которые помогают грибам расти, – в прочный, напоминающий кожу материал. Если корове требуются годы, чтобы созреть для забоя, и в течение всего этого времени нужно ее кормить, содержать и ухаживать за ней, то споры всего за несколько недель из мицелия вырастут в кожу. В 2021 г. компания Hermès, выпускающая супермодные кожаные сумки, установила партнерские связи со стартапом MycoWorks для разработки экологичного текстиля из мицелия{275}. Если волокна будут разрабатывать и выращивать, а не добывать и подвергать обработке, то на горизонте появятся и другие возможности: пигменты на биологической основе для окрашивания текстиля можно отредактировать так, чтобы наносить оптимальное количество краски с меньшим количеством воды (или вообще без воды) и чтобы эти пигменты полностью поддавались биологическому разложению.

Нейлон отличается дешевизной изготовления и прочностью, поэтому его используют для производства множества вещей: обуви, резиновых шин, посуды, походных палаток, чемоданов, бронежилетов, рюкзаков, теннисных ракеток. При его производстве ежегодно образуется более 60 млн т парниковых газов. Но теперь появилась возможность производить нейлон с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. Именно этим и занимаются два стартапа – Aquafil и Genomatica{276}.

Небьющееся всё

Несколько компаний разрабатывают сверхпрочные твердые покрытия на биологической основе, чтобы ушли в прошлое проблемы со сломанными ногтями, поцарапанной краской и треснувшими экранами. Компания Zymergen создала прозрачную биопленку, которая распознает касания и выдает информацию о них, не плавится на жаре, достаточно тонкая и гибкая, чтобы покрывать разные поверхности, в том числе телефоны, экраны телевизоров и кожу. Среди возможных областей применения – почти невидимая печатная электроника, сгибающаяся и подвижная. Представьте себе футбольный мяч, покрытый биопленкой, которая в режиме реального времени может показать число оборотов и скорость движения мяча, а также положение руки квотербека. Биопленки способны привести к изменению нынешних конструктивных параметров экранов и портативных устройств: вместо плоских и складных телефонов могут появиться рулонные. Вообразите устройство, размером и формой напоминающее механический карандаш, при нажатии на верхушку которого выдвигается экран. После этого экран фиксируется в нужной позиции и позволяет читать книгу, новости или смотреть фильм. Закончив, вы вернете экран в исходное положение, положите «карандаш» в карман или в сумочку и займетесь другими делами.

Это также свидетельствует, что в будущем материалы для упаковки и транспортировки грузов могут быть гораздо более экологичными, чем сегодня. Возможно, внутреннюю поверхность банок с газировкой будут полностью покрывать биоразлагаемой пленкой, а не пластиком, как сейчас. Возможно, новая упаковка будет выдерживать высокие и низкие температуры и кардинальным образом изменит нынешнюю сложную с точки зрения логистики, энергоемкую и экологически вредную холодильную цепь. Даже батарейки в далеком будущем могут выглядеть совершенно иначе, чем мы привыкли. Если мы уже знаем, как откармливать питающиеся от солнечной энергии батарейки, почему бы нам не создать плантации искусственных, покрытых листьями биомашин, питающихся сахаром и производящих энергию как побочный продукт? Биологические батарейки могли бы стать богатым источником чистой энергии и заменить собой традиционные, которые при разложении загрязняют окружающую среду ртутью, свинцом, кадмием и другими вредными металлами.

Биоутилизация углерода

Не вызывает сомнений, что первопричина изменения климата – углекислый газ. А если бы у нас была возможность просто удалять его из воздуха? В природе этим занимаются деревья, однако многолетние вырубки привели к тому, что теперь их просто не хватает для существенного влияния на весь объем CO2, которым люди накачивают атмосферу. Ученые из Колумбийского университета работают над созданием пластиковых деревьев, пассивно впитывающих углекислый газ из воздуха и хранящих его в листьях из карбоната натрия (пищевой соды), форма которых напоминает пчелиные соты. Эти искусственные деревья уже в тысячу раз эффективнее натуральных поглощают CO2. Чтобы выросло дерево, нужны десятилетия, однако многолетние растения с крупными листьями – хоста, бадан толстолистный,