La tecnología de artemisinina para "preparar" tanques de fermentación ayuda a los humanos a alcanzar la "libertad creativa"
Utilizando tecnología de biología sintética, un tanque de fermentación industrial de 100 metros cúbicos puede producir artemisinina equivalente a la producción de 50.000 acres de plantación agrícola.
Si los cereales, la carne y el aceite que comemos no requieren el cultivo de la tierra ni la cría de animales, podemos deshacernos del destino de depender del cielo y de la escasez de recursos de la tierra si ya no los necesitamos; fuentes de energía basadas en carbono, como el petróleo y el gas natural. Si utilizamos gasolina y materias primas para fabricar diversos productos químicos, ya no nos preocuparemos por el agotamiento de la energía y la contaminación ambiental si muchos ingredientes farmacéuticos raros ya no se extraen de animales y plantas; , no nos preocuparemos por la extinción de especies, la caza excesiva y otras cosas aparentemente imposibles. Con el rápido desarrollo de la tecnología de la biología sintética, varios productos que necesitaremos en el futuro pueden fabricarse en talleres de fábrica, como por ejemplo la elaboración de cerveza.
Recientemente, el Ministerio de Ciencia y Tecnología aprobó la construcción de un Centro Nacional de Innovación Tecnológica en Biología Sintética, que brindará un fuerte apoyo para mejorar las capacidades de innovación de las empresas e industrias de mi país en el campo de la biología sintética.
Creación de "organismos artificiales" con funciones específicas
La biología sintética, como una de las disciplinas interdisciplinarias de vanguardia emergentes, fue seleccionada por el MIT Technology Review en 2004 como uno de los proyectos que cambiará el mundo en el futuro. Wang, subdirector del Instituto de Biotecnología Industrial de Tianjin de la Academia de Ciencias de China, dijo que la biología sintética es el uso de conceptos de diseño de ingeniería para diseñar, transformar o incluso reorganizar organismos específicos para crear "organismos artificiales" que pueden completar funciones específicas o ser dotados. con funciones antinaturales". Es la "tercera revolución biológica" después del descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN y la secuenciación del genoma. Promueve el cambio cualitativo del código de vida humano de "lectura" a "escritura", lo que permite a los humanos superar las limitaciones de la evolución natural y permitir el diseño. Es posible servir naturalmente a los humanos.
"La biología sintética es el rediseño y la transformación de los sistemas vivos a nivel molecular". Wang explicó que este proceso es muy similar a la tecnología informática. Si una computadora puede implementar una determinada función, necesita integrar muchos componentes. Los genes son componentes con diversas funciones. Utilizamos métodos de ingeniería para diseñar genes que integren las sustancias objetivo que se van a sintetizar y luego los colocamos en células chasis. Las células rediseñadas son organismos sintéticos. Tomando como ejemplo la biosíntesis de licopeno, primero podemos extraer de los tomates todos los genes necesarios para la síntesis de licopeno, luego rediseñar y combinar estos genes, y luego ponerlos en "células del chasis": E. coli o Saccharomyces cerevisiae, obtener organismos sintéticos. , y luego utilizar glucosa como materia prima para producir licopeno, que es exactamente el mismo que se extrae de los tomates, mediante un proceso similar a la elaboración de cerveza.
Este proceso aparentemente simple implica la fusión cruzada de biología y química, ingeniería, informática, bioinformática y otras disciplinas, así como secuenciación del genoma, síntesis química de genes, edición de genes, informática y modelado biológicos, proteína A. serie de tecnologías centrales como análisis estructural, diseño racional y evolución dirigida, construcción y regulación de vías sintéticas, etc.
“Desde la síntesis exitosa de la primera vida celular en 2010 hasta la síntesis de orgánulos funcionales personalizados en 2019, la biología sintética ha logrado continuamente importantes avances científicos”. Wang dijo que actualmente, la tecnología de la biología sintética se utiliza principalmente. en transducción de señales, conversión de energía, síntesis de sustancias y reconocimiento molecular. La transducción de señales se puede aplicar al diagnóstico y tratamiento inteligente del cáncer y la diabetes, y puede detectar enfermedades en el cuerpo con sensibilidad. La conversión de energía se puede utilizar para la fotosíntesis artificial. Al rediseñar el sistema de fotosíntesis en las plantas, se puede mejorar la absorción y conversión de energía por parte de las plantas durante la fotosíntesis, acortando así el ciclo de crecimiento de los cultivos y aumentando los rendimientos. La síntesis de materiales tiene como objetivo lograr una fabricación ecológica de productos químicos, materiales y energía mediante la construcción de fábricas de células sintéticas; el reconocimiento molecular se utiliza principalmente para la detección ambiental y la sensibilidad de la detección se mejora al mejorar la capacidad de reconocimiento de las señales moleculares.
Subvertir el modelo industrial tradicional
“La síntesis química tradicional utiliza principalmente fuentes de energía basadas en carbono, como el petróleo y el gas natural, como materia prima. Durante el proceso de producción, se libera una gran cantidad de carbono. Se pueden producir dióxido de carbono y sustancias tóxicas y nocivas. "Utilizando la tecnología de la biología sintética, sólo necesitamos levaduras, bacterias, etc. como 'chasis' y glucosa del almidón de maíz como materia prima, para que podamos sintetizar las diversas sustancias que necesitamos", añadió Wang. Además, también se puede utilizar paja, etc. como materia prima, e incluso se están estudiando los pasos para utilizar la fotosíntesis de las plantas para sintetizar sustancias, y el dióxido de carbono se utiliza directamente como materia prima para completar diversas biosíntesis. .
“Como resultado, la aplicación de la biotecnología sintética altera los modelos industriales tradicionales en la industria, la agricultura, la alimentación y la medicina, proporciona soluciones a problemas sociales y económicos y crea nuevas industrias en el extremo superior de la cadena de valor. Punto de crecimiento económico ", dijo Wang," En la actualidad, la biotecnología sintética se está desarrollando rápidamente hacia la practicidad y la industrialización ". En términos de productos agrícolas, utilizando células microbianas como fábricas de células, mi país ha logrado la síntesis artificial de ginseng y tomate. Varios productos naturales como el pigmento rojo, la escutelarina y la gastrodina han formado un nuevo modelo de fabricación y han reducido la dependencia de la tierra y la contaminación. Tomando la gastrodina como ejemplo, su costo de biosíntesis es 1/200 de la extracción de la planta y 1/2-1/3 de la síntesis química, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la producción y puede reemplazar completamente la síntesis química. Wang dijo: “También está la salidrosida, el componente principal de la Rhodiola rosea, que sólo puede extraerse de la Rhodiola rosea cultivada a una altitud de más de 4.000 metros.
Mediante biosíntesis, se puede producir en fábricas. ”
En términos de productos petroquímicos, China ha creado un conjunto de rutas de biofabricación para la síntesis de sustancias químicas como el ácido succínico, la alanina, el ácido málico, etc., subvirtiendo la dependencia de recursos tradicionales como el petróleo y gas natural y los procesos químicos tradicionales altamente contaminantes "Tomemos la alanina como ejemplo. Mi país es el primero en el mundo en construir una ruta biosintética de L-alanina de 10.000 toneladas. En comparación con la ruta de síntesis química, los costos de producción se reducen en un 50% y las emisiones de aguas residuales y el consumo de energía se reducen en un 90% y un 40% respectivamente. "Dijo Wang Dui.
En términos de materias primas químicas, se han realizado nuevos procesos ecológicos para hidroxiprolina, mioinositol, levodopa y vitamina B12. Tomando el mioinositol como ejemplo, los métodos biológicos sintéticos y procesos tradicionales En comparación con eso, la descarga de aguas residuales con alto contenido de fósforo se reduce en más del 90% y el costo se reduce en más del 50%
En la transformación de las industrias tradicionales, la aplicación de lo verde. Los procesos biológicos como el biotextil, la biofabricación de papel y el biodesgomado han logrado una reducción de las emisiones de dióxido de carbono y promueven que las industrias tradicionales salgan de las limitaciones de recursos y del medio ambiente. desarrollo, pero existe una necesidad urgente de superar los cuellos de botella
A pesar del rápido desarrollo de la investigación internacional en biología sintética, la tecnología subyacente, la construcción del sistema biológico y la tecnología práctica de la biología sintética han experimentado cambios revolucionarios, pero Es muy importante que la tecnología de la biología sintética logre la industrialización, reduzca los costos y mejore la competitividad con los modelos de producción tradicionales. “Por ejemplo, los científicos de la biología sintética estadounidense han diseñado y construido células de levadura artificiales capaces de producir el fármaco antipalúdico artemisinina. Sus capacidades técnicas pueden lograr la producción de 100 metros cúbicos de tanques de fermentación industrial, lo que equivale a la producción de 50.000 acres de plantaciones agrícolas, reduciendo el costo de los medicamentos contra la malaria en un 90%. Es un modelo de aplicación importante de la biotecnología sintética. "Dijo Wang Dui.
"China comenzó un poco tarde en el campo de la biología sintética, pero está progresando rápidamente. En la actualidad, la investigación en biología sintética de mi país ocupa el segundo lugar en el mundo en términos de número de artículos de investigación científica básica publicados y número de solicitudes de patentes de tecnología. "Wang dijo que no hace mucho, se celebraron en Tianjin dos eventos importantes en el campo de la biología sintética: la "Conferencia Internacional sobre Ingeniería Metabólica de 2019" y el "10º Foro de la Cumbre de Desarrollo de Biotecnología Industrial de China y la 4ª Conferencia de Inversión en Bioindustria". reunión En la conferencia, Jens Nelson, uno de los fundadores de la ingeniería metabólica, dijo que China está desempeñando un papel cada vez más importante en el campo global de la ingeniería metabólica. Al mismo tiempo, se publicó el libro blanco "China Industrial Biotechnology 2019". que resume de manera integral los últimos años, veamos el progreso y los logros de la biotecnología industrial de mi país en investigación básica, investigación aplicada, transformación tecnológica y desarrollo industrial
“Pero en comparación con Estados Unidos, el país es básico. teoría, sistema central, tecnología industrial, etc. Todavía hay una gran brecha. Wang dijo con franqueza que esto se refleja principalmente en el hecho de que hay pocas obras originales emblemáticas y no hay avances importantes como la "vida artificial" y la síntesis de artemisinina, el sistema de métodos técnicos para el diseño y creación de organismos sintéticos es imperfecto y; la estandarización y versatilidad de los componentes ha llevado a un alto grado de dependencia de países extranjeros para tecnologías centrales y equipos clave, desde la investigación básica hasta la innovación tecnológica aplicada, es necesario conectar y ajustar mejor la demanda y las cuestiones científicas centrales; promover la innovación disruptiva y las aplicaciones de ingeniería de la biotecnología sintética y apoyar el desarrollo de la bioindustria.
Actualmente, en términos del mecanismo y la base molecular para la creación de fábricas de células autónomas, en términos de la construcción de tecnología central subyacente. Como la síntesis de ADN, la estandarización de componentes biológicos, los sistemas de edición de genes y el diseño racional biológico sintético, Qualcomm todavía tiene deficiencias en la construcción de plataformas tecnológicas de sistemas cuantitativos y automatizados, y existe una necesidad urgente de superar los cuellos de botella técnicos y ocupar el mando. alturas de la competencia internacional.
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