Biologia sintetica e cibo: migliorare la produzione alimentare a livello di elementi costitutivi

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  Preveggenza quantistica
• Dicembre 20, 2022

Riepilogo approfondimenti

La biologia sintetica, che unisce biologia e ingegneria, sta emergendo come una soluzione chiave per soddisfare la crescente domanda alimentare globale dovuta alla crescita della popolazione e alle sfide ambientali. Questo campo non sta solo migliorando la sicurezza alimentare e la nutrizione, ma mira anche a trasformare le pratiche agricole tradizionali introducendo proteine ​​e sostanze nutritive prodotte in laboratorio. Con il suo potenziale di rimodellare l’industria alimentare, la biologia sintetica potrebbe portare a metodi agricoli più sostenibili, a nuove esigenze normative e a un cambiamento nelle preferenze dei consumatori e nelle tradizioni culinarie.

Biologia sintetica e contesto alimentare

I ricercatori stanno sviluppando prodotti commestibili sintetici o realizzati in laboratorio per migliorare ed espandere la catena alimentare. Tuttavia, secondo uno studio pubblicato su Natura journal, è molto probabile che entro il 2030 avrete consumato o utilizzato la biologia sintetica in qualche modo.

Secondo Successful Farming, la popolazione mondiale dovrebbe crescere di 2 miliardi entro il 2050, aumentando la domanda globale di produzione alimentare di quasi il 40%. Con più persone da sfamare, ci sarà un maggiore bisogno di proteine. Tuttavia, la riduzione delle terre emerse, l'aumento delle emissioni di carbonio e del livello del mare e l'erosione impediscono alla produzione alimentare di tenere il passo con la domanda prevista. Questa sfida può essere potenzialmente risolta con l'applicazione della biologia sintetica o di laboratorio, migliorando ed espandendo la catena alimentare.

La biologia sintetica combina ricerca biologica e concetti ingegneristici. Questa disciplina attinge dall'informazione, dalla vita e dalle scienze sociali per controllare le funzioni cellulari attraverso i circuiti di cablaggio e comprendere come sono progettati i diversi sistemi biologici. Non solo la combinazione di scienze alimentari e biologia sintetica è vista come un metodo efficace per risolvere le attuali sfide con la sicurezza alimentare e la nutrizione, ma questa disciplina scientifica emergente può rivelarsi vitale per migliorare le attuali tecnologie e pratiche alimentari insostenibili.

La biologia sintetica consentirà la produzione alimentare utilizzando fabbriche di cellule clonate, diversi microrganismi o piattaforme di biosintesi senza cellule. Questa tecnologia può migliorare l'efficienza di conversione delle risorse ed eliminare gli svantaggi dell'agricoltura tradizionale e le elevate emissioni di carbonio.

Impatto dirompente

Nel 2019, il produttore di alimenti a base vegetale Impossible Foods ha rilasciato un hamburger che "sanguina". Impossible Foods ritiene che il sangue, in particolare l'eme contenente ferro, crei sapori più carnosi e gli aromi vengano esaltati quando la legemoglobina di soia viene aggiunta a un hamburger a base vegetale. Per infondere queste sostanze nel loro sostituto del tortino di manzo, Impossible Burger, l'azienda utilizza la sintesi del DNA, librerie di parti genetiche e un ciclo di feedback positivo per l'autoinduzione. La produzione di The Impossible Burger richiede il 96% in meno di terra e l'89% in meno di gas serra. Questo hamburger è solo uno dei tanti prodotti dell'azienda in oltre 30,000 ristoranti e 15,000 negozi di alimentari in tutto il mondo.

Nel frattempo, la startup KnipBio ingegnerizza il mangime per pesci da un microbo trovato sulle foglie. Modificano il suo genoma per aumentare i carotenoidi importanti per la salute dei pesci e usano la fermentazione per stimolarne la crescita. I microbi vengono quindi esposti a calore estremo per un breve periodo, essiccati e macinati. Altri progetti agricoli includono la sintesi di organismi che producono grandi quantità di olio vegetale e alberi di noci che possono essere coltivati ​​​​in casa utilizzando molta meno acqua di quella normalmente richiesta, producendo il doppio di noci.

E nel 2022, la società biotecnologica statunitense Pivot Bio ha prodotto un fertilizzante a base di azoto sintetico per il mais. Questo prodotto affronta il problema dell'utilizzo dell'azoto prodotto industrialmente che consuma l'1-2% dell'energia globale. I batteri che fissano l'azoto dall'aria possono fungere da fertilizzante biologico, ma non sono vitali con le colture di cereali (mais, grano, riso). Come soluzione, Pivot Bio ha modificato geneticamente un batterio che fissa l'azoto che si associa fortemente alle radici del mais.

Implicazioni dell'applicazione della biologia sintetica alla produzione alimentare

Implicazioni più ampie dell'applicazione della biologia sintetica alla produzione alimentare possono includere: 

• L'agricoltura industriale passa dal bestiame alle proteine ​​e ai nutrienti prodotti in laboratorio.
• Consumatori e investitori più etici che chiedono una transizione verso un'agricoltura e una produzione alimentare sostenibili.
• I governi incentivano gli agricoltori a diventare più sostenibili offrendo sussidi, attrezzature e risorse. 
• Regolatori che creano nuovi uffici di ispezione e assumono funzionari specializzati nella supervisione degli impianti di produzione di alimenti sintetici.
• I produttori di alimenti investono pesantemente in sostituti prodotti in laboratorio per fertilizzanti, carne, latticini e zucchero.
• I ricercatori scoprono continuamente nuovi nutrienti alimentari e fattori di forma che potrebbero eventualmente sostituire l'agricoltura e la pesca tradizionali.
• Il futuro genera l’esposizione a nuovi cibi e categorie alimentari resi possibili attraverso tecniche di produzione sintetica, portando a un’esplosione di nuove ricette e ristoranti di nicchia.

Domande da considerare

• Quali sono i possibili rischi della biologia sintetica?
• In quale altro modo pensi che la biologia sintetica possa cambiare il modo in cui le persone consumano il cibo?