Sintetička biologija i bioremedijacija budućnosti — programirani mikroorganizmi u službi čistijeg sveta

U laboratorijama širom sveta, mikrobiolozi i inženjeri rade na organizmima koji ne postoje u prirodi — ne u smislu naučne fantastike, nego u smislu precizno programiranih živih ćelija konstruisanih da obavljaju specifične ekološke zadatke: razgradnju naftnih prosipanja, uklanjanje arsena iz kontaminiranih voda, produkciju biogoriva iz celuloznih ostataka ili detekciju specifičnih zagađivača u okruženju. Ovo je sintetička biologija — disciplina koja kombinuje inženjerske principe s biološkim sistemima da bi dizajnirala, izgradila i testirala sisteme koji ne postoje u prirodi.

Sintetička biologija razlikuje se od klasičnog genetskog inženjerstva ne samo u stepenu kompleksnosti već u fundamentalnom pristupu: dok genetski inženjering prenosi gene između organizama, sintetička biologija dizajnira čitave genetske sklopove — 'genetske krugove' koji funkcionišu kao logička vrata, tajmeri i senzori u biološkim sistemima. Tim Craiga Ventera koji je 2010. stvorio prvu bakteriju s potpuno sintetičkim genomom (Synthia, Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0) pokazao je da je sintetička biologija dostigla tačku gde je celokupni mikrobni genom moguće dizajnirati de novo (Gibson i sar., 2010, Science).

Biosenzori za monitoring zagađenja

Genetički biosenzor povezuje prepoznavanje određene hemikalije sa merljivim signalom, na primer fluorescencijom ili promenom boje. Takvi sistemi mogu pomoći u brzom skriningu metala, aromatičnih jedinjenja ili drugih zagađivača, ali signal mora biti potvrđen standardnom hemijskom analizom.

Najveća prednost biosenzora je mogućnost da pokažu biološki dostupnu frakciju zagađivača. Ograničenja uključuju uticaj temperature, pH, drugih hemikalija u smeši i stabilnost senzorskog organizma.

Sintetička bioremedijacija: mikroorganizmi koji razgrađuju zagađivače

U laboratoriji je moguće pojačati postojeće metaboličke puteve ili u mikroorganizam uvesti enzime koji razgrađuju određene organske zagađivače. Ipak, uspeh u čistoj kulturi ne garantuje uspeh u zemljištu, sedimentu ili otpadnoj vodi, gde vladaju konkurencija, promenljivi uslovi i složene smeše hemikalija.

Zbog toga se primena najčešće razmatra u zatvorenim bioreaktorima ili sistemima sa fizičkim i genetičkim merama zadržavanja. Puštanje modifikovanog organizma u otvorenu sredinu zahteva procenu ekološkog rizika, plan praćenja i mogućnost prekida funkcije organizma.

Evropska agencija za životnu sredinu ovu oblast razmatra kao tehnologiju sa potencijalnim koristima i neizvesnostima. Odgovorno poređenje sa konvencionalnom bioremedijacijom mora obuhvatiti efikasnost, stabilnost, troškove i posledice eventualnog horizontalnog prenosa gena.