ชีววิทยาสังเคราะห์และอาหาร: การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตอาหารที่หน่วยการสร้าง

• เขียนโดย:
• ชื่อผู้เขียน

  มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
• December 20, 2022

สรุปข้อมูลเชิงลึก

ชีววิทยาสังเคราะห์ ซึ่งเป็นการผสมผสานชีววิทยาและวิศวกรรมศาสตร์ กลายเป็นทางออกหลักในการตอบสนองความต้องการอาหารทั่วโลกที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากการเติบโตของประชากรและความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม สาขานี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความปลอดภัยและโภชนาการของอาหารเท่านั้น แต่ยังมีเป้าหมายที่จะเปลี่ยนแปลงแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรแบบดั้งเดิมด้วยการแนะนำโปรตีนและสารอาหารที่ผลิตในห้องปฏิบัติการ ด้วยศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมอาหาร ชีววิทยาสังเคราะห์อาจนำไปสู่วิธีการทำฟาร์มที่ยั่งยืนมากขึ้น ความต้องการด้านกฎระเบียบใหม่ และการเปลี่ยนแปลงในความชอบของผู้บริโภคและประเพณีการรับประทานอาหาร

ชีววิทยาสังเคราะห์และบริบทของอาหาร

นักวิจัยกำลังพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่บริโภคได้สังเคราะห์หรือทำในห้องปฏิบัติการเพื่อเพิ่มและขยายห่วงโซ่อาหาร อย่างไรก็ตาม จากผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติ มีแนวโน้มสูงที่คุณจะบริโภคหรือใช้ชีววิทยาสังเคราะห์ในทางใดทางหนึ่งภายในปี 2030

จากข้อมูลของ Successful Farming ประชากรโลกคาดว่าจะเพิ่มขึ้น 2 พันล้านคนภายในปี 2050 ทำให้ความต้องการผลิตอาหารทั่วโลกเพิ่มขึ้นเกือบ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อมีผู้ให้อาหารมากขึ้น ก็จะมีความต้องการโปรตีนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม มวลที่ดินที่ลดลง การปล่อยคาร์บอนและระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้น และการกัดเซาะทำให้การผลิตอาหารไม่สามารถผลิตได้ทันกับความต้องการที่คาดการณ์ไว้ ความท้าทายนี้สามารถแก้ไขได้โดยการประยุกต์ใช้ชีววิทยาสังเคราะห์หรือชีววิทยาที่ทำขึ้นในห้องปฏิบัติการ เสริมสร้างและขยายห่วงโซ่อาหาร

ชีววิทยาสังเคราะห์ผสมผสานการวิจัยทางชีววิทยาและแนวคิดทางวิศวกรรม ระเบียบวินัยนี้มาจากข้อมูล ชีวิต และสังคมศาสตร์เพื่อควบคุมการทำงานของเซลล์ผ่านวงจรไฟฟ้าและทำความเข้าใจว่าระบบชีวภาพต่างๆ ได้รับการออกแบบมาอย่างไร การผสมผสานระหว่างวิทยาศาสตร์การอาหารและชีววิทยาสังเคราะห์ไม่เพียงถูกมองว่าเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาความท้าทายในปัจจุบันด้วยความปลอดภัยของอาหารและโภชนาการ แต่ระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นใหม่นี้อาจพิสูจน์ได้ว่ามีความสำคัญในการปรับปรุงเทคโนโลยีและแนวทางปฏิบัติด้านอาหารที่ไม่ยั่งยืนในปัจจุบัน

ชีววิทยาสังเคราะห์จะช่วยให้สามารถผลิตอาหารโดยใช้โรงงานผลิตเซลล์โคลน จุลินทรีย์ที่หลากหลาย หรือแพลตฟอร์มการสังเคราะห์ทางชีวภาพแบบไม่ใช้เซลล์ เทคโนโลยีนี้อาจปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงทรัพยากรและขจัดข้อเสียของการเกษตรแบบดั้งเดิมและการปล่อยคาร์บอนสูง

ผลกระทบก่อกวน

ในปี 2019 ผู้ผลิตอาหารจากพืช Impossible Foods ได้เปิดตัวเบอร์เกอร์ที่ "เลือดออก" Impossible Foods เชื่อว่าเลือดโดยเฉพาะฮีมที่มีธาตุเหล็กจะสร้างรสชาติเนื้อมากขึ้น และกลิ่นจะดีขึ้นเมื่อเพิ่มเลกเฮโมโกลบินจากถั่วเหลืองลงในเบอร์เกอร์ที่ทำจากพืช ในการใส่สารเหล่านี้ลงในเนื้อทดแทนเนื้อวัว Impossible Burger บริษัทใช้การสังเคราะห์ดีเอ็นเอ ไลบรารีส่วนพันธุกรรม และวงจรป้อนกลับเชิงบวกสำหรับการเหนี่ยวนำอัตโนมัติ The Impossible Burger ต้องการพื้นที่น้อยลง 96 เปอร์เซ็นต์ และก๊าซเรือนกระจกน้อยลง 89 เปอร์เซ็นต์ในการผลิต เบอร์เกอร์นี้เป็นเพียงหนึ่งในผลิตภัณฑ์มากมายของบริษัทในร้านอาหารกว่า 30,000 แห่งและร้านขายของชำกว่า 15,000 แห่งทั่วโลก

ในขณะเดียวกัน สตาร์ทอัพ KnipBio วิศวกรให้อาหารปลาจากจุลินทรีย์ที่พบบนใบไม้ พวกเขาแก้ไขจีโนมเพื่อเพิ่มแคโรทีนอยด์ที่สำคัญต่อสุขภาพของปลาและใช้การหมักเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโต จากนั้นจุลินทรีย์จะถูกนำไปสัมผัสกับความร้อนสูงในช่วงเวลาสั้น ๆ ทำให้แห้งและบด โครงการเกษตรอื่น ๆ รวมถึงการสังเคราะห์สิ่งมีชีวิตที่ผลิตน้ำมันพืชจำนวนมากและต้นถั่วที่สามารถปลูกในร่มโดยใช้น้ำน้อยกว่าปกติมากในขณะที่ผลิตถั่วได้มากเป็นสองเท่า

และในปี 2022 Pivot Bio บริษัทเทคโนโลยีชีวภาพในสหรัฐอเมริกาได้ผลิตปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์สำหรับข้าวโพด ผลิตภัณฑ์นี้แก้ปัญหาการใช้ไนโตรเจนที่ผลิตในอุตสาหกรรมซึ่งใช้พลังงาน 1-2 เปอร์เซ็นต์ของโลก แบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนจากอากาศสามารถทำหน้าที่เป็นปุ๋ยชีวภาพได้ แต่พวกมันไม่สามารถใช้ได้กับพืชธัญญาหาร (ข้าวโพด ข้าวสาลี ข้าว) ในการแก้ปัญหา Pivot Bio ได้ดัดแปลงพันธุกรรมของแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนซึ่งเชื่อมโยงอย่างมากกับรากข้าวโพด

นัยของการนำชีววิทยาสังเคราะห์ไปใช้ในการผลิตอาหาร

ความหมายที่กว้างขึ้นของการใช้ชีววิทยาสังเคราะห์ในการผลิตอาหารอาจรวมถึง: 

• การทำฟาร์มเชิงอุตสาหกรรมเปลี่ยนจากการปศุสัตว์เป็นโปรตีนและสารอาหารที่ผลิตในห้องปฏิบัติการ
• ผู้บริโภคและนักลงทุนที่มีจริยธรรมมากขึ้นเรียกร้องให้เปลี่ยนไปสู่การทำฟาร์มและการผลิตอาหารที่ยั่งยืน
• รัฐบาลสร้างแรงจูงใจให้เกษตรกรมีความยั่งยืนมากขึ้นโดยเสนอเงินอุดหนุน อุปกรณ์ และทรัพยากร 
• หน่วยงานกำกับดูแลสร้างสำนักงานตรวจสอบใหม่และว่าจ้างเจ้าหน้าที่ที่เชี่ยวชาญในการกำกับดูแลโรงงานผลิตอาหารสังเคราะห์
• ผู้ผลิตอาหารลงทุนอย่างมากในการผลิตวัสดุทดแทนปุ๋ย เนื้อสัตว์ ผลิตภัณฑ์นม และน้ำตาล
• นักวิจัยค้นพบสารอาหารใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องและปัจจัยรูปแบบที่อาจเข้ามาแทนที่เกษตรกรรมและการประมงแบบดั้งเดิมในที่สุด
• อนาคตทำให้เกิดการสัมผัสกับอาหารและประเภทอาหารใหม่ๆ ที่เป็นไปได้ด้วยเทคนิคการผลิตแบบสังเคราะห์ นำไปสู่การระเบิดสูตรอาหารใหม่ๆ ร้านอาหารเฉพาะกลุ่ม

คำถามที่ต้องพิจารณา

• อะไรคือความเสี่ยงที่เป็นไปได้ของชีววิทยาสังเคราะห์?
• คุณคิดว่าชีววิทยาสังเคราะห์อาจเปลี่ยนแปลงวิธีที่ผู้คนบริโภคอาหารได้อย่างไร