일상적인 기능을 지원하는 도구와 장치를 만들고, 설계하고, 제조하는 동안, 우리는 자연의 많은 생물학적 모디로부터 설계 구현을 도출한다. 슬라임 곰팡이의 영양 채널을 반영하는 도쿄의 철도 시스템, 지각의 방어를 모방한 설탕 코팅 RNA 백신, 킹피셔 새의 비행에서 영감을 얻은 고속 열차 등이 그러한 예이다. 우리는 그러한 방식으로 영감을 받고 있습니다. 왜냐하면 자연과 생물학이 수십억 년 동안 공학의 획기적인 위업을 수행해왔기 때문입니다. 인간보다 훨씬 더 오래요. 합성 생물학자들과 생물 공학자들은 생명체가 작동하는 정교한 방식을 통제하고 조절하기를 열망한다 - 개인에게 이익이 될 수 있는 특정한 제약과 표현을 적응시키기 위해서. 아직 초기 단계인 이 기술의 미래는 유전자 코드의 변경과 수정이다.
레트론 라이브러리 재조합(RLR)
인간 게놈 전체를 읽음에 따라 특정 유전자를 발현하고 특정 단백질의 발현 또는 하향 조절을 변경할 필요가 생겼다. 크리스퍼 기술은 우리의 유전자 코드를 편집하고 규제하는 것에 있어서 가장 유망한 것을 보여주었지만, 틀림없이 더 중요한 것은 크리스퍼가 미래의 생명공학 발전을 위한 길을 닦은 방법이다. 레트론 라이브러리 재조합(RLR)은 그러한 영감을 받은 기술의 좋은 예이다. CRISPR과 유사하게, RLR에 사용되는 세포 기계는 박테리아에서 발견되었고 바이러스에 대한 방어선으로 구현되었다. 연구자들이 노력하는 것은 이 유전자 기계를 E에서 복제하는 것이다. 대장균은 돌연변이 라이브러리를 만드는 동시에 이진 핵분열을 통한 빠른 복제의 결과로 생성된 라이브러리는 수백만 개의 다른 돌연변이를 생성할 것이며, 각각은 게놈의 다른 변화에 해당한다. 예를 들어, 하나의 돌연변이가 항생제 내성 대립 유전자의 합성으로 이어진다면, 우리는 그 돌연변이가 어떻게 게놈 수준에서 발생했는지를 보고 그것을 편집할 수 있다. CRISPR과 달리 이러한 블랙박스 실험은 대상/문제를 식별하기 전에 해결책에 도달할 수 있도록 함으로써 "가설적인" 문제/난점을 통합한다. 이 관행은 일반적인 과학적 방법과는 다소 동떨어져 있지만, 제공하는 데이터는 여전히 성과가 있을 수 있다. 그러나 레트론과 다른 RLR 세포 기계는 포유류 세포에서 잘 발현되지 않는다. 뿐만 아니라, E를 키우고 있습니다. 대장균은 레트론 재조합 시스템을 통해 원하는 돌연변이 하나를 발현하기가 어려우며, 초기 성공률은 0.1% 미만이다.
생체 공학 제품의 예
현재 시행되고 있는 가장 혁신적인 형태의 생물 공학 중 일부는 미래에 잠재적인 이득을 볼 수 있는 것으로 농업과 재료에 있다. 예를 들어, 가뭄 및 기타 비생물적 요인은 엔지니어링 미생물, gDNA 및 Cas9 템플릿에 의해 해결되고 있습니다. 이것은 지구 기온이 상승하고 가뭄이 잦아지면서 점점 더 절박해지고 있다. 식물 세포의 해당과정을 연구하는 동안 과학자들은 트레할로스의 역할과 그것이 생물학적 스트레스에서 어떻게 역할을 하는지를 조사했다. 그들은 이 환원되지 않는 이당류가 탄수화물과 탄소 공급원으로서 역할을 할 뿐만 아니라 물 부족, 동결, 염도, 그리고 심지어 방사능에 대한 원시적인 삼투압 보호제라는 것을 발견했다. 더 많은 양의 트레할로스를 발현하는 원하는 돌연변이를 성장시키기 위해 gRNA가 설계되고 플라스미드에서 성장하며 A. tumefaciens 식물의 씨앗으로 옮겨져 더 오래가는 식물로 이어졌다. 일단 농작물이 식품 생산 체인을 따라 더 많이 수확되면, 우리는 이러한 동일한 기술이 전통적인 "붉은 고기" 제품의 질감과 맛을 모방하는 헴 단백질을 인코딩하여 고기 대체물을 만드는 데 사용되는 것을 볼 수 있다. 이것은 많은 방법으로 지속가능성과 건강을 증진시켰다. 첫째, 현실적인 육류 대체품을 찾는 사람들은 이제 더 나은 제품을 찾을 수 있으며, 이는 소와 돼지 생산에 기인한 토지의 남용을 줄일 것이다(전 세계 농경지의 80%가 가축으로 사용된다는 점을 감안할 때). 둘째로, 채식주의자의 11%와 채식주의자의 21%는 권장치보다 낮은 수준의 페리틴(철)을 가지고 있으며(권장 치는 >12 ng/mL이다), 전문가들은 주요 작물에서 이러한 "헴"의 구현이 더 건강한 생활 방식을 산출할 수 있다고 믿는다. 대부분의 사람들이 생물공학을 식품 생산과 연관시키지만, 이것과 재료 화학 사이에는 교차 수분이 존재한다. 우리는 균사체와 곰팡이를 통해 가죽과 유사한 물질이 제조되고, 생물학적 제조 작업을 사용하여 개발되는 콘크리트와 유사한 내구성 있는 페이스트가 있으며, 생물 공학적 거미줄로 만들어진 내구성 있는 제품이 있습니다. 비록 확장 가능한 방식으로 유통이 여전히 진행 중이지만, 워싱턴 대학교의 공학 응용과학 대학원의 연구원들은 단백질 기반의 재료만을 사용하여 일부 강철 합금보다 더 강한 거미줄을 제조해 왔다. 자연에서 이 거미들의 식인 및 영역적 특성 때문에, 생물 공학자들은 이 370 kDa 단백질의 형태로 실행 가능한 대응물을 우리에게 제공했다. 이제, 더 큰 과제는 그러한 다목적 디자인의 모든 잠재적인 용도를 분류하는 것이다. 하지만, 이러한 신흥 기술의 위험과 결과를 그들이 가지고 있는 부랑자들에 의해 가려져서는 안 된다. 공학 및 기타 과학에서의 "이중 사용" 개념은 이러한 기술이 내포하는 건설적이고 파괴적인 목적을 다룬다. 잠재력은 크지만, 이러한 개념은 잘못 사용될 수 있고, 위험과 사고에 취약하며, 정부 기관이나 다른 기관이 선택할 경우 무기화될 수도 있다. 이러한 이유로, 생명공학 제품은 매우 높은 평가를 받는 동시에, 최대한 주의를 기울여 취급된다.
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