Биотехнология — это наука, которая разрабатывает или создает продукты, связанные с живыми организмами и биологическими системами. Звучит замысловато. Чтобы лучше понять это, давайте вспомним клонирование вымерших видов в «Парке Юрского периода» или концепцию мутации в фильмах «Люди Икс ». Это и есть «биотехнология», и это не вымысел. Исследователи работают над несколькими умопомрачительными биотехнологиями, которые звучат совершенно невероятно, но на самом деле существуют. От редактирования генов до клонирования вашей собаки — в ближайшем будущем с помощью биотехнологий можно сделать очень многое. Вот некоторые многообещающие изобретения.
1. Группа биохакеров успешно разработала глазные капли, вызывающие временное нарушение ночного зрения у человека.
«Ночное зрение» звучит круто. Но что, если бы мы могли видеть без каких-либо внешних устройств? Команда биохакеров из Калифорнии, называющая себя «Наука для масс», временно настроила ночное зрение, позволив себе видеть в темноте на расстоянии до 160 футов. «Хлорин e6 (Ce6)» — это химический аналог хлорофилла, который они использовали в качестве солевого раствора для глаз. Они также добавили в солевой раствор инсулин и диметилсульфоксид. Этот аналог часто встречается у некоторых глубоководных рыб и используется для лечения рака и ночной слепоты.
Эти глазные капли, разработанные группой исследователей, влияют на работу палочковых клеток сетчатки в темноте. Джеффри Тиббетс, член команды «Наука для масс», добровольно согласился на введение 50 микролитров раствора в глаза. После часа ожидания эффект проявился, и Тиббетс смог распознавать объекты и людей в темном поле со 100% вероятностью, в то время как другие участники, которым не вводили эти капли в глаза, делали это лишь примерно в 33,33% случаев. (источник)
2. Группа разработчиков использует светящийся в темноте фермент, обнаруженный у некоторых медуз и светлячков, для создания биолюминесцентных деревьев. В будущем эти деревья смогут освещать общественные улицы, не потребляя при этом никакой энергии.
Голландский художник, архитектор и дизайнер Даан Розегарде разработал план по замене освещения биолюминесцентными растениями. В этом проекте Розегарде объединился с ученым Александром Кричевским и Государственным университетом Нью-Йорка. Ученые берут ДНК люминесцентных бактерий из морских районов и соединяют ее с хлоропластами комнатного растения. В настоящее время проект реализуется в небольших масштабах, но вскоре может стать крупномасштабным и использоваться для уличного освещения с помощью биолюминесцентных деревьев.
Интерес Розегарда к биомимикрии побудил его переехать в Соединенные Штаты. Команда уже создала светящиеся в темноте растения, выращенные в Государственном университете Нью-Йорка. «Технологии полностью исчезнут. Я не думаю, что в ближайшие 10-15 лет мы будем так сильно обращать внимание на экраны. Что произойдет, когда технологии выйдут за пределы экранов и станут частью того, что мы носим, дорог, по которым мы ездим? Вот где кроется настоящая проблема», — говорит Розегард. (источник)
3. В Гамбурге, в первом в мире биоадаптивном фасаде здания, используются панели из биомассы, заполненные водорослями. Они улавливают тепло, вырабатывают электроэнергию и отражают свет, создавая архитектурную экосистему.
Когда большинство из нас думает об водорослях, мы и представить себе не можем, что их можно использовать для выработки электроэнергии. Мы видим водоросли повсюду, но специалисты компании Arup совместно со Splitterwerk решили использовать их для чего-то удивительного. BIQ House в Гамбурге — первое в мире здание, в котором биомасса встроена в стеклянные панели, генерирующие тепло и электроэнергию. Эти же панели служат свето- и звукоизоляционными барьерами.
Яркий солнечный свет способствует более быстрому росту биореакторов, обеспечивая тень тогда, когда она наиболее необходима. Эти биореакторы также улавливают солнечное тепло, которое затем может использоваться в качестве источника энергии. Биомасса может быть преобразована в биогаз, который затем может использоваться для питания здания, подогрева воды и отопления. Это устойчивая, футуристическая и многофункциональная архитектурная экосистема. (источник)
4. Ученые генетически модифицировали комаров таким образом, что их сперматозоиды могут быть ориентированы на производство потомства мужского пола. Это нововведение может предотвратить распространение малярии и спасти миллионы жизней, поскольку кусают только самки комаров.
Кевин Эсвельт — биолог из Массачусетского технологического института, разработавший технологию под названием «CRISPR-генный драйв» — метод редактирования генов, который может стать нашим лучшим шансом предотвратить распространение малярии и спасти миллионы жизней. CRISPR, инструмент редактирования генов, может быть применен к комарам, а именно к трем видам, ответственным за распространение этих заболеваний: Anopheles gambiae , Anopheles arabiensis и Anopheles coluzzii , двумя способами.
Один из способов, предложенный Энтони Джеймсом, Итаном Биром и Валентино Грацем, заключался в создании «генного драйва Anopheles stephensi », благодаря которому комары приобретают устойчивость к малярийному паразиту. Этот метод получил название «Калифорнийская школа», возглавляемая Итаном Биром, Валентино Ганцем, Энтони Джеймсом и другими исследователями генного драйва комаров из Южной Калифорнии, такими как Брюс Хэй из Калифорнийского технологического института или Омар Акбари из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Другой способ, «Лондонская школа», возглавляемая Остином Бертом из Имперского колледжа Лондона, не направлен на иммунизацию комаров, а на сокращение численности переносчиков малярии. Например, путем введения в комаров генов, которые сделают их сперму более склонной к производству потомства мужского пола, что приведет к сокращению популяции самок. Только самки кусают и распространяют болезнь, чего бы не происходило, если бы самок не было. По мнению ученых, комары не оказывают существенного влияния на экосистему. (источник)
5. Выращенное в лаборатории мясо скоро появится на вашем обеденном столе. Оно производится без убийства животных. Это может помочь предотвратить неэтичное обращение с животными и снизить экологические издержки производства мяса.
Многие люди становятся вегетарианцами, даже если им нравится вкус мяса, потому что они не могут смириться с мыслью о забое животных. Но что, если бы можно было есть мясо, не причиняя вреда животным? Несколько стартапов, таких как Mosa Meat, Memphis Meat, Finless Foods, SuperMeats и другие, разрабатывают мясо из культивированных клеток. Такое мясо известно как «чистое мясо». Говядина, свинина, птица и морепродукты — это лишь некоторые из видов мяса, которые эти стартапы стремятся производить. И этот список не является исчерпывающим. Ученые говорят, что такое «чистое мясо» снизит экологические издержки, связанные с производством мяса, поскольку ресурсы потребуются только для выращивания и поддержания культивированных клеток, а не животного в целом.
Такое мясо получают путем сбора стволовых клеток из мышечной ткани животного и последующего их размножения в волокна, образующие мышечную ткань. Например, из одного образца ткани коровы можно получить 80 000 четвертей фунта мяса. В ближайшие несколько лет это «чистое мясо» поступит в продажу, когда исследователи смогут производить его по цене и вкусу, конкурентоспособным по сравнению с мясом, потребляемым сегодня во всем мире. (источник)
6. Бетон является источником примерно 8% мировых выбросов CO2 и самым распространенным искусственным материалом в мире. Теперь один стартап использует триллионы бактерий для выращивания биобетонных кирпичей, применяя процесс, аналогичный процессу создания кораллов.
По объему мирового потребления бетон уступает только воде. Вода является наиболее потребляемым природным ресурсом, в то время как бетон — наиболее потребляемым искусственным ресурсом и вторым по объему потребления ресурсом в целом. Бетон оставляет огромный углеродный след, и поскольку он является основой строительных конструкций, остановить его массовое использование невозможно. Стартап BioMason из Северной Каролины использует бактерии для выращивания биобетонных кирпичей, создавая альтернативу цементу. Они помещают песок в формы и вводят в него микроорганизмы, запуская процесс, чем-то похожий на создание кораллов.
Архитектор по образованию, г-жа Криг Дозье, в течение десяти лет проводила исследования, прежде чем открыла для себя эту экологичную альтернативу кирпичу и цементу. Теперь она может производить эти биобетонные кирпичи за четыре дня при комнатной температуре без использования ископаемого топлива. (источник)
7. Впервые с помощью 3D-принтера, использующего «биочернила», были напечатаны человеческие роговицы. Стволовые клетки от здорового донора роговицы были соединены с гелем, полученным из морских водорослей и коллагена, для создания «биочернил».
Ученые из Ньюкаслского университета в Великобритании разработали технологию, которая может позволить создавать неограниченное количество роговиц и решить проблему дефицита роговиц для трансплантации в будущем. Используя недорогой 3D-биопринтер, менее чем за десять минут были напечатаны человеческие роговицы с помощью «биочернил», состоящих из стволовых клеток, альгината (полученного из морских водорослей) и коллагена. Таким образом, роговица может быть создана в соответствии с индивидуальными параметрами человека, то есть размером и формой его глаз. Профессор Че Коннон, работающий в университете, сказал, что эти напечатанные на 3D-принтере роговицы должны пройти испытания, которые могут занять годы, но весьма вероятно, что в ближайшем будущем они станут доступны для трансплантации и помогут людям. (источник)
8. Ученые создали эликсир, содержащий микрочастицы, который позволяет людям оставаться в живых, не дыша, в течение 30 минут.
Выживание без дыхания кажется чем-то из области фантастики, но ученые из Бостонской детской больницы воплотили это в реальность. Они разработали эликсир, наполненный микрочастицами, который доставляет кислород к клеткам человека в течение получаса, даже если он не дышит. Эти микрочастицы представляют собой тонкий слой липидов, содержащий небольшой пузырек кислорода, который можно вводить в кровоток в виде жидкого раствора.
Липиды обладают достаточно большой площадью поверхности, чтобы переносить кислород и обеспечивать кислородный обмен, и при этом достаточно малы, чтобы не закупоривать капилляры в организме человека. Эликсир был протестирован на животных, и было отмечено, что даже когда воздух не мог поступать в легкие, животные могли оставаться живыми в течение 15 минут. У людей его можно использовать для поддержания жизни человека в течение 30 минут. Это невероятное изобретение может спасти множество жизней и найти применение в больницах, помогая в чрезвычайных ситуациях в будущем и предоставляя врачам больше времени для проведения критически важных процедур. (источник)
9. Биотехнологическая компания AOBiome продает живые бактерии, которые можно распылять на кожу вместо душа. Они хотят создать более экологичный способ очищения.
Расскажите об этом своему другу, который ненавидит принимать душ. Стартап AOBiome из Кембриджа, штат Массачусетс, разработал бактериальный тоник, который по консистенции и вкусу похож на воду, но содержит миллиарды штаммов культивированной Nitrosomonas eutropha — аммонийокисляющей бактерии, которая, как ни удивительно, обычно встречается в грязной воде. Ученые биотехнологического стартапа утверждают, что эта живая бактерия когда-то жила на коже человека, до того как мы начали использовать мыло для мытья. Они заявляют, что она действовала как очищающее, дезодорирующее и стимулятор иммунитета, питаясь аммиаком в нашем поте и превращая его в оксид азота и нитрит. Nitrosomonas eutropha необходимо хранить при низких температурах.
Стартап планирует продавать эти живые бактерии в качестве «косметики», поскольку это быстрее вывести продукт на рынок, чем использовать его в медицине. В основе продукта лежит идея о том, что использование агрессивных химических веществ в виде мыла и шампуней нарушает естественную микрофлору кожи, что приводит к ряду проблем: лишает кожу полезных бактерий и способствует размножению вредных. По мнению AOBiome, Nitrosomonas eutropha — это более экологичный и безопасный для кожи способ очищения. (источник)
10. Разрабатываемая новая бионическая линза для глаза может обеспечить людям зрение в три раза лучше, чем 20/20, независимо от возраста. Те, кто решится на хирургическую имплантацию, никогда не заболеют катарактой.
Представьте, что вы можете видеть предметы на расстоянии 9 метров так же четко, как и предметы на расстоянии 3 метров. Именно это может обеспечить вам новая имплантируемая бионическая линза, даже если вам 100 лет! Доктор Гарт Уэбб, оптометрист из Британской Колумбии, изобрел «Бионическую линзу Ocumetics», которая обеспечивает людям идеальное зрение. Он считает, что контактные линзы и очки с бионической линзой останутся в далеком прошлом.
Бионическая линза имплантируется хирургическим путем и является средством профилактики катаракты, поскольку, в отличие от естественных линз наших глаз, она не разрушается со временем. Имплантация возможна только лицам старше 25 лет, поскольку к этому возрасту структуры глаза полностью сформированы. Процедура безболезненна и занимает всего восемь минут. Доктор Уэбб потратил последние восемь лет своей жизни и около трех миллионов долларов на исследования этой линзы, получение глобального патента и создание биомедицинского производственного предприятия в Дельте, Британская Колумбия. (источник)