合成生物学和食品：提高食品生产的基石

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  量子运行远见
• 2022 年 12 月 20 日

洞察总结

合成生物学融合了生物学和工程学，正在成为满足因人口增长和环境挑战而日益增长的全球粮食需求的关键解决方案。该领域不仅致力于提高食品安全和营养，还旨在通过引入实验室制造的蛋白质和营养素来改变传统农业实践。合成生物学具有重塑食品行业的潜力，可以带来更可持续的农业方法、新的监管需求以及消费者偏好和餐饮传统的转变。

合成生物学和食品背景

研究人员正在开发合成或实验室制造的可食用产品，以增强和扩大食物链。然而，根据发表在《 自然 杂志，到 2030 年，您很可能会以某种方式消费或使用合成生物学。

据 Successful Farming 预测，到 2 年世界人口将增加 2050 亿，全球对粮食生产的需求将增加近 40%。 随着越来越多的人要养活，对蛋白质的需求也会越来越大。 然而，土地面积的缩小、碳排放量和海平面的上升以及侵蚀使粮食生产跟不上预测的需求。 这一挑战可以通过应用合成或实验室制造的生物学来解决，从而增强和扩大食物链。

合成生物学结合了生物学研究和工程概念。 该学科借鉴信息、生命和社会科学，通过布线电路控制细胞功能，并了解不同生物系统的设计方式。 食品科学和合成生物学的结合不仅被视为解决当前食品安全和营养挑战的有效方法，而且这一新兴的科学学科可能对改善当前不可持续的食品技术和实践至关重要。

合成生物学将允许使用克隆细胞工厂、多种微生物或无细胞生物合成平台进行食品生产。 该技术可提高资源转化效率，消除传统农业的弊端和高碳排放。

破坏性影响

2019 年，植物性食品制造商 Impossible Foods 推出了一款会“流血”的汉堡。 Impossible Foods 认为，将大豆血红蛋白添加到植物性汉堡中时，血液，特别是含铁血红素，会产生更多的肉味和香气。 为了将这些物质注入到他们的牛肉饼替代品 Impossible Burger 中，该公司使用 DNA 合成、基因部分库和用于自感应的正反馈回路。 Impossible Burger 的生产所需土地减少了 96%，温室气体排放减少了 89%。 这款汉堡只是该公司在全球 30,000 多家餐厅和 15,000 家杂货店销售的众多产品之一。

与此同时，初创公司 KnipBio 从树叶上发现的微生物中设计了鱼饲料。 他们编辑其基因组以增加对鱼类健康很重要的类胡萝卜素，并使用发酵来刺激其生长。 然后将微生物短时间暴露在极端高温下，干燥并研磨。 其他农业项目包括生产大量植物油的合成生物和可以在室内种植的坚果树，使用的水比通常所需的水少得多，同时生产的坚果数量是平时的两倍。

2022 年，总部位于美国的生物技术公司 Pivot Bio 为玉米制造了一种合成氮肥。 该产品解决了使用消耗全球 1-2% 能源的工业生产氮气的问题。 从空气中固定氮的细菌可以作为生物肥料，但它们不适用于谷类作物（玉米、小麦、水稻）。 作为一种解决方案，Pivot Bio 对一种与玉米根系紧密结合的固氮细菌进行了基因改造。

将合成生物学应用于食品生产的意义

将合成生物学应用于食品生产的更广泛影响可能包括： 

• 工业化农业从畜牧业转向实验室制造的蛋白质和营养素。
• 更多有道德的消费者和投资者呼吁向可持续农业和食品生产过渡。
• 政府通过提供补贴、设备和资源来激励农民变得更加可持续。 
• 监管机构设立新的检查办公室并聘请专门负责合成食品生产设施监管的人员。
• 食品制造商大力投资于化肥、肉类、乳制品和糖的实验室制造替代品。
• 研究人员不断发现可能最终取代传统农业和渔业的新食物营养素和形态因素。
• 未来的一代人将接触到通过合成生产技术实现的新食品和食品类别，从而导致新食谱和小众餐厅的爆炸式增长。

需要考虑的问题

• 合成生物学可能存在哪些风险？
• 您认为合成生物学还能如何改变人们的食物消费方式？