合成生物學和食品：提高食品生產的基石

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  量子運行遠見
• 2022 年 12 月 20 日

洞察總結

合成生物學融合了生物學和工程學，正在成為滿足由於人口增長和環境挑戰而日益增長的全球糧食需求的關鍵解決方案。該領域不僅致力於提高食品安全和營養，還旨在透過引入實驗室製造的蛋白質和營養素來改變傳統農業實踐。合成生物學具有重塑食品產業的潛力，可以帶來更永續的農業方法、新的監管需求以及消費者偏好和餐飲傳統的轉變。

合成生物學和食品背景

研究人員正在開發合成或實驗室製造的可食用產品，以增強和擴大食物鏈。然而，根據發表在《 性質 雜誌，到 2030 年，您很可能會以某種方式消費或使用合成生物學。

根據 Success Farming 的數據，到 2 年，世界人口預計將增加 2050 億，全球糧食生產需求將增加近 40%。 隨著需要養活的人越來越多，對蛋白質的需求也會越來越大。 然而，土地面積不斷縮小、碳排放量和海平面上升以及侵蝕使糧食產量無法滿足預測的需求。 這項挑戰可以透過應用合成或實驗室製造的生物學、增強和擴展食物鏈來解決。

合成生物學結合了生物研究和工程概念。 本學科借鑒資訊、生命和社會科學的原理，透過電路佈線和了解不同生物系統的設計方式來控制細胞功能。 食品科學和合成生物學的結合不僅被視為解決當前食品安全和營養挑戰的有效方法，而且這項新興科學學科可能對改善當前不可持續的食品技術和實踐至關重要。

合成生物學將允許使用克隆細胞工廠、多種微生物或無細胞生物合成平台進行食品生產。 該技術可提高資源轉換效率，消除傳統農業的弊端和高碳排放。

破壞性影響

2019年，植物性食品製造商Impossible Foods推出了一款會「流血」的漢堡。 Impossible Foods 認為，血液，特別是含鐵血紅素，可以產生更多的肉味，當將大豆豆血紅蛋白添加到植物性漢堡中時，香氣會增強。 為了將這些物質注入他們的牛肉餅替代品 Impossible Burger 中，該公司使用 DNA 合成、遺傳部分庫和自感應正回饋迴路。 Impossible Burger 的生產所需土地減少 96%，溫室氣體排放減少 89%。 這款漢堡只是該公司在全球 30,000 多家餐廳和 15,000 家雜貨店銷售的眾多產品之一。

同時，新創公司 KnipBio 利用葉子上的微生物設計了魚飼料。 他們編輯其基因組以增加對魚類健康重要的類胡蘿蔔素，並利用發酵來刺激其生長。 然後將微生物短時間暴露在極高的溫度下，乾燥並研磨。 其他農業項目包括合成可產生大量植物油的生物體和堅果樹，這些堅果樹可以在室內種植，使用比通常所需的水少得多的水，同時生產兩倍的堅果。

2022 年，美國生技公司 Pivot Bio 生產了一種用於玉米的合成氮肥。 該產品解決了工業生產的氮氣消耗量佔全球能源 1-2% 的問題。 固定空氣中氮的細菌可以作為生物肥料，但它們不能在穀類作物（玉米、小麥、水稻）中存活。 作為解決方案，Pivot Bio 對一種與玉米根部密切相關的固氮細菌進行了基因改造。

將合成生物學應用於食品生產的意義

將合成生物學應用於食品生產的更廣泛影響可能包括： 

• 工業化農業從牲畜轉向實驗室製造的蛋白質和營養素。
• 更多有道德的消費者和投資者呼籲向永續農業和糧食生產過渡。
• 政府透過提供補貼、設備和資源來激勵農民變得更永續。 
• 監管機構設立新的檢查辦公室並聘請專門負責監督合成食品生產設施的官員。
• 食品製造商大力投資實驗室製造的化肥、肉類、乳製品和糖的替代品。
• 研究人員不斷發現新的食品營養成分和形態因素，最終可能取代傳統農業和漁業。
• 未來的一代將接觸到透過合成生產技術實現的新食品和食品類別，導致新食譜和小眾餐廳的爆炸式增長。

需要考慮的問題

• 合成生物學可能有哪些風險？
• 您認為合成生物學還能如何改變人們食物的消費方式？