ชีววิทยาสังเคราะห์และอาหาร: การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตอาหารที่หน่วยการสร้าง

• เขียนโดย:
• ชื่อผู้เขียน

  มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
• December 20, 2022

สรุปข้อมูลเชิงลึก

Synthetic biology, blending biology and engineering, is emerging as a key solution to meet the increasing global food demand due to population growth and environmental challenges. This field is not only enhancing food safety and nutrition but also aims to transform traditional agricultural practices by introducing lab-made proteins and nutrients. With its potential to reshape the food industry, synthetic biology could lead to more sustainable farming methods, new regulatory needs, and a shift in consumer preferences and dining traditions.

ชีววิทยาสังเคราะห์และบริบทของอาหาร

Researchers are developing synthetic or lab-made edible products to enhance and expand the food chain. However, according to a study published in the ธรรมชาติ journal, it's highly likely that you will have consumed or used synthetic biology in some way by 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
• Future generates being exposed to new foods and food categories made possible through synthetic production techniques, leading to an explosion of new recipes, niche restaurants.

คำถามที่ต้องพิจารณา

• อะไรคือความเสี่ยงที่เป็นไปได้ของชีววิทยาสังเคราะห์?
• คุณคิดว่าชีววิทยาสังเคราะห์อาจเปลี่ยนแปลงวิธีที่ผู้คนบริโภคอาหารได้อย่างไร