Ang Rebolusyon ng BioTechnology para sa mga Industriya ng Materyales, Enerhiya at Pagkain

BioTechnology Lampas sa Medikal na Sektor

Karamihan ng atensyon sa sektor ng BioTechnology ay nakatuon sa medisina at mga parmasyutiko. Ang mga dahilan ay halatang-halata: Maaaring mapuksa ng mga bioteknolohiya ang mga bihirang at pangmatagalang sakit, labanan ang pagtanda, at pagalingin ang kanser at mga nakakahawang sakit.

Ito ay isang napakaprofitable na sektor, kung saan maraming pinakamalalaking kumpanya sa mundo ay nakatuon sa sektor ng parmasyutiko.

Gayunpaman, hindi ito ang tanging larangan ng aplikasyon para sa BioTechnology. Sa katunayan, ang biospera bilang kabuuan ay halos isang koleksyon ng mga nanomakina (mga protina at selula) na kayang iproseso ang sikat ng araw at hangin tungo sa materyal, pagkain, at enerhiya. Maging ang buong industriya ng fossil fuels ay nakabatay sa milyun-milyong taon ng aktibidad na biyolohikal na lumikha ng karbon, langis, at gas.

Kaya, ang patuloy na pag-unlad ng ating kakayahan sa buhay, hanggang sa antas ng genetika at molekular, ay maaaring magdulot ng maraming prosesong industriyal na mapalitan ng mas napapanatiling teknolohiyang pinapagana ng bioteknolohiya.

Produksyon ng Pagkain

Ang unang hindi-medikal na larangan kung saan direktang naaangkop ang bioteknolohiya ay ang produksyon ng agrikultura. Ang mga GMO na pananim ay ilang dekada na at mabilis na umuunlad upang maging mas napapanatili at mas kaunti ang kontrobersiya.

Tinatayang tataas ang agricultural biotechnology mula $79.9 bilyon noong 2023 hanggang $119.6 bilyon pagsapit ng 2028.

Isang simpleng aplikasyon ay ang pag-develop ng mga bagong uri ng pananim na tumatagal sa mga sakit at peste o mas matibay laban sa tagtuyot, heat wave, pagbaha, at iba pang mga pagbabago sa klima.

Isa pang posibilidad ay ang pagbabago ng bakterya at mikroorganismo sa mga halaman, sa loob ng mga halaman, at sa lupa. Maaari nitong palitan ang pangangailangan para sa kemikal na pataba at pestisidyo gamit ang bakterya. Tinalakay namin kung paano mababago ang plant microbiome sa aming artikulong “Engineered Plant Microbiomes—Protecting Crops with Bacteria.”

Pinagmulan: Energy.gov

Sa larangang ito, ilang mga nangunguna ang lumitaw, partikular na ang Bayer (BAYRY). Ang kumpanya ay isang halimbawa ng malabong hangganan sa pagitan ng mga parmasyutiko at agrikultural na kumpanya, na may mga aktibidad sa parehong segment.

Tinatalakay namin ang paksa na ito at ang Bayer sa aming mga artikulong “Advancing Agriculture with AI and Genetic Engineering – The Future of Cultivation” at “Minichromosome Technology – The Best Way to Sustainable Growth in Crop Yield?”.

Alternatibong Pagkain

Maaaring gamitin ang gene editing upang lumikha ng mga bagong uri ng pagkain. Halimbawa, ganap na bagong pananim na nilikha mula sa mga damo ay maaaring maging isang opsyon.

Ang mga kapalit ng karne na may pakiramdam at lasa tulad ng karne, habang may mas mahusay na profile sa kalusugan, ay maaari ring likhain sa pamamagitan ng pagbabago ng genome ng mga kabute.

Biofuels at Enerhiya

Kung ang mga halaman ay orihinal na pinagmumulan ng fossil fuels milyong taon na ang nakalipas, maaari bang ang bagong tanim na biomass ay magbigay ng enerhiya sa hinaharap?

Ito ang pangako ng biofuels. Ang unang dalawang henerasyon ng biofuels ay gumagamit lamang ng mga produkto mula sa tradisyunal na pagsasaka (1^st henerasyon gamit ang mga produktong pagkain tulad ng mais, ang 2^nd henerasyon ay agrikultural na basura).

Ngunit ang 3^rd henerasyon ng biofuels ay naglalayong gumamit ng mga pasadyang organismo upang direktang lumikha ng gasolina nang mas epektibo habang iniiwasan ang paglagay ng presyon sa produksyon ng pagkain at suplay ng sariwang tubig.

Kadalasang ethanol ang biofuels ngunit maaari ring isama ang iba’t ibang iba pang molekula, kabilang ang long-chain fatty acids (katulad ng langis), biogas, hydrogen, at ammonia.

Isang opsyon ay ang paggamit ng algae, na maaaring itanim sa karagatan o sa mga disyerto gamit ang tubig-dagat. Inilantad namin ang posibilidad na ito sa “Algal Biofuel: Ang Susunod na Rebolusyon sa Enerhiya?”.

Pinagmulan: Exxon

Isa pang opsyon ay ang pag-turn ng mga kilalang organismo tulad ng yeast sa mga photosynthetic machine, tulad ng aming sinuri sa “Light Happy Yeast Maaaring Baguhin ang Aming Lapit sa Biofuels”.

Sa huli, ang pagsasama ng bioteknolohiya at nanoteknolohiya ay maaaring lumikha ng 4^th henerasyon ng biofuels. Tinatawag din ito minsan na “photobiological solar fuel”. Ito ay mag-aalis ng pangangailangan para sa buong organismo at muling lilikha ng biological photosynthesis sa malaking sukat sa pamamagitan ng nanoteknolohiya.

Pagbabago ng Klima

Bagaman ang biofuels ay maaaring maging seryosong kontribyutor sa paglaban sa pag-init ng mundo at pagbawas ng paggamit ng fossil fuel, hindi ito ang tanging paraan kung paano makakatulong ang mga bioteknolohiya.

Sa “Pamumuhunan sa mga Biotech Stock na Nagtatrabaho sa mga Solusyon sa Pag-init ng Mundo” tinalakay namin ang ilang iba pang posibilidad:

• Pagkuha ng carbon, kabilang ang sa pamamagitan ng genetically modified trees, biochar (pagkakulong ng carbon sa uling at lupa), kelp seaweed farms, pagpapabunga ng microalgae ng karagatan gamit ang bakal, atbp.
• Pagbabawas ng emisyon ng greenhouse gases mula sa pagsasaka.
• Paglikha ng mga mataas na halaga na compound tulad ng pabango, pampalasa, at mga produktong parmasyutiko sa mga bioreactor sa halip na pag-ani ng mga halaman at hayop.
• Vertical o indoor farming upang mabawasan ang presyon sa lupa at mga mapagkukunan ng tubig.

Pinagmulan: Medium

Materyales at Mga Suplay Pang-industriya

Kahoy

Isa sa pinakamatandang biomaterial, ang kahoy, ay patuloy na mahalagang materyal sa mga modernong ekonomiya ngayon. Ang industriya ng kahoy at kagubatan ay isang napakalaking industriya na nagkakahalaga ng $1.16T noong 2024.

Dahil sa kanilang mabagal na paglaki at oras sa pagitan ng mga henerasyon, matagal nang hindi isinama ang mga puno sa mga programa ng genetic engineering.

Ang pinahusay na genetika ay maaaring magpataas ng produksyon ng kahoy at pagkuha ng carbon.

Maaari rin itong lumikha ng mga bagong anyo ng “tree farming,” kung saan ginagamit ang mga puno upang gumawa ng mga bagong mahalagang compound, mula sa mga parmasyutiko hanggang sa mga kemikal.

Pinagmulan: Modern Agriculture

Malamang na maisasama ang mga konseptong ito sa mga pag-unlad sa pag-unawa sa mga ekosistema, gamit ang mga konsepto tulad ng agroforestry, food forests, at optimized multi-species forestry na nagpapalakas ng parehong produktibidad at mga benepisyong ekolohikal.

Sa huli, maaaring mas potent na materyal ang kahoy kaysa inaasahan. Natuklasan ng mga mananaliksik na ang alkaline na kondisyon, mataas na temperatura, at mga biopolymers ay maaaring gawing “augmented wood na maaaring magkaroon ng lakas ng bakal at katigasan na 23 beses na mas mataas kaysa sa konkreto”.

Bioplastics at Biochemicals

Isang malaking bahagi ng konsumo ng fossil fuel, pati na rin isang pangunahing pinagmumulan ng polusyon, ay nakalaan sa paggawa ng plastik, na maaaring umabot sa 20% ng konsumo ng langis at gas sa 2050.

Ito ay isang mahalagang problema habang napagtatanto natin na ang microplastics ay nagiging laganap, kapwa sa ating mga katawan at kahit sa tubig-ulan.

Ang pagpapalit ng plastik na batay sa fossil fuel ng bioplastic ay isang mahirap na gawain, na nangangailangan pa ng maraming chemical engineering. Ngunit ito ay maaaring gawin at marahil ay kinakailangan kung nais nating patuloy na gumamit ng plastik nang hindi lubos na nakakalason ang ating kapaligiran.

Tinatalakay namin ang mga teknikal na hamon at ilan sa mga pinakabagong inobasyon sa sektor na ito sa “Eco-Friendly Alternatives to Plastics Key to Sustainability Efforts: Ang mga Biodegradable Plastics ba ay Solusyon?”. At ang mga nangungunang kumpanya sa sektor na ito sa “Top 5 na Kumpanya ng Bioplastics”.

Ang mga bio-based na alternatibo ay natutuklasan din sa iba pang mga larangan. Halimbawa, para sa pandikit, kung saan ang nakakalason na formaldehyde ay maaaring palitan ng lignin. O kung paano ang mga panel na gawa sa hemp (hindi-psychoactive na halaman ng cannabis) ay maaaring gamitin para sa thermal isolation ng mga gusali.

Hibla ng Tela

Nakagawa ang mga mananaliksik na mag-engenyo ng mga silkworm na kayang gumawa nang maramihan ng spider silk, isang hibla na 6x na mas matibay kaysa sa Kevlar na ginagamit sa bulletproof vests. Maaari itong magamit sa aerospace at mga aplikasyon ng militar, pati na rin sa mga surgical sutures. Ang spider silk maari ring magamit para sa mga robotic muscles.

Paglilinis ng Polusyon at Kapaligiran

Bakterya na Kumakain ng Plastik

Ang polusyon ng plastik ay maaari ring masolusyunan sa ibang paraan. Carbios, isang French startup ay nakakilala ng bakterya na may binagong enzyme na nagdidigest ng plastik.

Isa pang kumpanya, Epoch Biodesign lumilikha ng mga protina na kayang mag-degrade ng detergent, pintura, agrochemical, plastik, atbp.

Maging mga halaman at fungi maaaaring mag-ambag sa pag-degrade ng plastik, na nagdaragdag sa mga magagamit na solusyon upang ayusin ang polusyon.

Paglilinis ng Shale Oil Wastewater

Kamakailan lamang, isang bagong aplikasyon ng umuusbong na mga larangan ng biotech na unang binuo para sa kalusugan ng tao ang lumitaw.

Sa pamamagitan ng paggamit ng bacteriophages, nakamit ng mga mananaliksik ang pagbawas ng polusyon na dulot ng pagproseso ng wastewater mula sa produksyon ng shale oil. Tinalakay namin nang detalyado kung paano ito gumagana sa “Bacteriophages Maaaring Bawasan ang Pinsalang Dulot ng Fracking, Isang Kilalang Dibisyong Praktis”.

Pagbuhay Muli ng mga Patay na Species

Ang polusyon ng plastik o pagbabago ng klima ay hindi lamang negatibong epekto ng mga gawaing pantao. Maraming species ang nasa panganib ng pagkalipol o pinuksa ilang siglo o libong taon na ang nakalilipas.

Sa “Mga Pagsisikap sa Konserbasyon na Pinahusay ng Mga Pag-unlad sa BioTech – Ang White Rhinos ang Pinakabagong Nakikinabang”, tiningnan namin kung paano ang pinakabagong pag-unlad sa artificial breeding at genetic engineering ay maaaring iligtas ang mga endangered species tulad ng white rhinoceros, at maaaring ibalik sa buhay ang mga species tulad ng woolly mammoth.

Pinagmulan: Colossal

Imbakan ng Data gamit ang DNA

Isang bagong hindi inaasahang bahagi para sa bioteknolohiya ay maaaring ang pag-imbak ng data, isang larangan na nakalaan para sa mga semiconductor hanggang ngayon. Gayunpaman, ang DNA ay talagang isang napakakakapal na medium para sa impormasyon, na may densidad ng impormasyon ng DNA na 1.47 terabit/mm2 o 950 terabit/in2, o higit sa 800 beses na densidad kumpara sa mga HDD.

Maaari rin itong magkaroon ng natatanging kalamangan na maging matatag sa napakatagal na panahon nang hindi nangangailangan ng mamahaling o nakakalason na materyales. Ang pag-imbak ay hindi rin nangangailangan ng enerhiya.

Ang pagbaba ng gastos at mga pag-unlad sa katumpakan ng synthetic DNA synthesis ay nagbigay-daan na ngayon sa posibleng mataas na kalidad na pag-imbak ng DNA.

Isang hamon ay ang pagbasa ng materyal, na mas kumplikado kaysa sa data na nakasulat sa mga semiconductor substrate. Kaya, malamang na ang DNA storage ay mapapabilang lamang sa archival data at iba pang data na hindi madalas kinukunsulta sa hinaharap.

Ang DNA Data Storage Alliance (DTST )  ay kamakailan lamang nabuo at kinabibilangan ng DNA synthesis company Twist Biosciences, genomic sequencer company Illumina, data storage company Western Digital, Microsoft (MSFT ), Lenovo, at marami pang iba.

Mga Kumpanya ng BioTechnology na Hindi Parmasya

1. Ginkgo Bioworks

Ang kumpanya ay gumagawa ng on-demand na organismo para sa tiyak na mga aplikasyon. Kabilang dito ang biomedical na aplikasyon at maraming programang pang-industriya at agham ng materyales.

Ang Ginkgo ay eksaktong uri ng kumpanya na maaaring lapitan ng malalaking industrial conglomerates para sa pag-engenyo ng pasadyang yeast na nakatuon sa produksyon ng biofuel. Ganun din ito para sa mahahalagang kumplikadong kemikal o mga pamamaraan ng de-pollution.

Ang Ginkgo Bioworks (DNA ) ay malawak na nag-diversify ng mga aplikasyon nito sa maraming research program at partnership:

• Cannabinoids
• produksyon ng mRNA vaccine at medisina ng nucleic acid
• Food proteins
• Produksyon ng biological fertilizer sa pakikipagtulungan sa Bayer
• Programmable microbes para sa gut diseases
• Microplastics bioremediation
• Biosecurity at detection ng pathogens
• Pag-recycle ng waste at contaminants

Kumikita ito sa pamamagitan ng unang bayad nang paunang bayad para sa proseso ng pag-develop at pagkatapos ay sa pamamagitan ng royalties sa tapos na produkto.

Ang mga partnership ng Ginkgo ay patuloy na lumalawak, kasama ang:

• Isang lumalaking partnership sa Novo Nordisk.
• Isang partnership sa Japanese trading company Sojitz Corporation.
• DARPA funding para sa novel proteins upang kontrolin ang yelo sa napakalamig na kapaligiran.
• $ 331M na kasunduan sa Pfizer.
• $490M na kasunduan sa Merck upang i-optimize ang paggawa ng biologics.
• $406M na kasunduan sa Boehringer Ingelheim para sa mga undruggable target.

Ang Ginkgo Bioworks ay nakikipag-partner din sa lahat ng pangunahing korporasyon sa agrikultura, karamihan sa kanila ay may interes sa produksyon ng biofuel at microbiology. Ilan sa mga ito ay kinabibilangan ng Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta, at iba pa.

Pinagmulan: Gingko Bioworks

2. Bayer Crop Science  (BAYRY)

Ang Bayer Crop Science, bahagi ng Bayer Global (isa ring kumpanya ng parmasyutiko), ay nakatuon sa mga inobasyon sa paligid ng mga binhi, katangian, at proteksyon ng pananim.

Ang mga inobasyon ng Bayer ay nakatulong sa mga biotech scientist nito na gumawa ng mga target na pagpapabuti sa loob ng plant DNA.

Mula nang magsanib ito sa Monsanto, ito rin ay nangunguna sa GMO na pananim at pamamahala ng damo. Ang pagsasanib na ito ay nagdala ng problema ng napakamahal na mga kaso ng RoundUp, na nagdulot ng pagbagsak ng stock ng kumpanya sa mga taon pagkatapos ng pagsasanib.

Kinokontrol nito ang karamihan ng tradisyonal na pamilihan ng GMO seed at nagtatrabaho rin sa paggamit ng CRISPR para sa susunod na henerasyon ng mga binhi para sa mais, soybeans, trigo, atbp.

Ayon sa Bayer, napakalaki ng benepisyo ng proteksyon ng pananim. Ang mekanismo ng proteksyon ng pananim ay nagpoprotekta ng humigit-kumulang 30 porsyento ng ani ng agrikultura sa buong mundo, katumbas ng 550 milyong tonelada ng pagkain na maaaring pakainin ang higit sa 2 bilyong tao.

Pinagmulan: Bayer

Ang Bayer ay lumilipat mula sa tradisyonal na GMOs sa pamamagitan ng partnership sa Ginkgo Bioworks (DNA), isa sa pinakamalaking kumpanya ng synthetic biology. Ang partnership ay nakatuon sa pag-develop ng mga biological na alternatibo sa kemikal na pataba sa pamamagitan ng gene editing ng mga mikroorganismo.

Ito ay nangunguna sa iba’t ibang uri ng binhi at gene editing sa mga halaman, na may higit sa 500 bagong uri ng pananim sa pipeline nito (at 250 bagong rehistrasyon ng pananim noong 2022).

Ang kumpanya ay nangunguna rin sa integrasyon ng teknolohiya sa pagsasaka. Halimbawa, Bayer nag-sign ng partnership sa Microsoft upang pagsamahin ang data management system na Azur ng higanteng teknolohiya sa kadalubhasaan ng Bayer sa paggamit ng data mula sa mga satelayt, field sensors, drones, kagamitan sa bukid, at soil sensors upang lumikha ng tunay na modernong at konektadong mga bukid.

Salamat sa pamumuno nito sa GMOs (tradisyonal at advanced gene editing), pagpili ng iba’t ibang uri ng halaman, at integrasyon ng big data sa pagsasaka, ang Bayer ay magiging natural na kandidato upang samahan ang proseso ng paglikha ng de novo domesticated crops, pati na rin ang hyperspectral detection ng mga damo ng mga robot sa pagsasaka.