Rješenja za spašavanje svijeta: Bioekonomija nas želi nahraniti kukcima i bakterijama

Zaprepašćujuće izvješće koje su početkom svibnja objavili UN-ovi stručnjaci okupljeni u Međuvladinu znanstveno-političku platformu za bioraznolikost i ekosustave još je jedno zvono za uzbunu za očuvanje Zemlje. Utvrdili su da izumiranje prijeti milijunu vrsta i da je ono posljedica svjetskoga gospodarstva koje utječe i na klimatske promjene. Širenje gradova, krčenje šuma, pretjerana poljoprivreda i rudarstvo ugrožavaju 75 posto kopna, a u moru je 66 posto životinjskih vrsta na udaru zbog ljudskog djelovanja. UN-ovi stručnjaci smatraju da takvoj propasti može stati na kraj samo korjenita promjena svjetskoga gospodarskog i financijskog sustava.

Novi smjerovi

U rješavanju tih teškoća svakako može pomoći znanost. Istraživači sa Sveučilišta Queensland predvođeni profesorom Louwrensom Hoffmanom ovih su dana ponovno apelirali na to da u proizvodnju hrane hitno treba uključiti kukce jer s planeta nestaju izvori bjelančevina. Njegov je student, kaže, stvorio vrlo ukusan sladoled od insekata i uvjeren je da bi jedenje kukaca, kako to oduvijek čine neke kulture, moglo spasiti svijet. Ako ništa drugo, hranom na bazi proteina iz kukaca istraživači kane hraniti piliće, a oni kad-tad završe na tanjurima. Inovator, poduzetnik i fiilantrop Bill Gates svoja je spasonosna rješenja prije tri mjeseca iznio časopisu MIT Technology Review.

Misli, među ostalim, da bi laboratorijski uzgojeno meso, koje neće prehraniti više ljudi, nego će značiti samo bolju prehranu, moglo osigurati svijet bez krčenja šuma i ispuštanja metana te omogućiti uživanje u hamburgerima bez ubijanja životinja. Nada se da bi očuvanju okoliša mogli pridonijeti napredni nuklearni reaktori iz kojih će se dobivati sigurna energija bez stvaranja ugljikova dioksida te je uvjeren da bi milijune života trebala spasiti personalizirana cjepiva protiv karcinoma, bezbolni pregledi probavnog sustava s pomoću pametnih uređaja nalik na tablete ili pak jednostavni testovi krvi koji bi spasili živote trudnica i djece predviđajući rizik od preranih trudova, pa i pametne narukvice…

Drukčije tvornice

Na čišćoj budućnosti Zemlje već radi kalifornijska tvrtka NovoNutrients koja riblje brašno zamjenjuje ‘novomealom‘, bjelančevinom dobivenom od bakterija i drugih jednostaničnih organizama koje jedu ugljikov dioksid. NovoNutrients želi promijeniti svjetsko gospodarstvo te hranu, energiju i materijalna dobra dobivati uporabom štetnih tvari. U tvrtki navode da ćemo smeće pretvoriti u mlazno gorivo (što već dokazuje poduzeće LanzaTech koje anaerobnim bakterijama metabolizira ugljikov monoksid u etanol pogodan za zrakoplovno gorivo), tkati odjeću od paukovih niti, a od gljiva izrađivati namještaj. Sve je više sličnih kompanija duboko zagrizlih u takozvanu sintetičku biologiju, znanstvenu granu koja se služi inženjerstvom kako bi kontruirala nove biološke dijelove, naprave i sustave s novim funkcijama u živim bićima koja ne postoje u prirodi. Tako se, naime, stvaraju nova biogoriva, lijekovi ili sintetiziraju cjepiva, ali i novi oblici života. Nadahnuta održivom poljoprivredom i životom na farmama, tvrtka Pivot Bio mikrobima uspješno zamjenjuje kemijsko gnojivo, a Kiverdi se služi bakterijama koje jedu ugljikov dioksid za proizvodnju ulja i bjelančevina. Među kompanijama koje obećavaju razvoj spasonosnih sredstava pozornost na sebe skreću i Ansa Biotechnologies koja umjesto kemikalija u industriji nudi enzimsku sintezu DNK-a te Pairwise Plants s prirodnim biljnim genskim varijacijama kojima stvara hranjive, pristupačne i održive biljke dobra okusa. Ta nova ekonomija, zvana kružna bioekonomija, utemeljena je na sintetičkoj biologiji (engl. synbio), skupu tehnika za manipuliranje živim stanicama kako bi se pretvorile u male tvornice koje će proizvoditi ono što nam treba.

Sistem i sintetika

Tamara Čačev, viša znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta ‘Ruđer Bošković‘, ne voli futuristička predviđanja i kloni se popularnoznanstvenih publikacija. Iako je uvjerena da futurističke prognoze najčešće demantira stvarni razvoj događaja, pokušala nam je iznijeti svoja razmišljanja o mogućem razvoju tehnologija u molekularnoj biologiji i biomedicini.

– Kao dosad iznimno važne iskorake izdvojila bih otkriće antibiotika i cjepiva. Njihovom masovnom proizvodnjom i upotrebom životni vijek čovjeka znatno je produljen, a epidemije mnogih do tada smrtonosnih bolesti stavljene su pod kontrolu. S razvojem biotehnologije i genetičkog inženjerstva u posljednjoj trećini prošlog stoljeća, uz napredak u razvoju rekombinantnih cjepiva, također je omogućena masovna i sigurna proizvodnja inzulina, hormona rasta, albumina te faktora zgrušavanja krvi. Živimo u uzbudljivo doba u kojem smo na početku primjene tehnologije CRISPR-Cas9 kojom se selektivno i ciljano može prekrojiti genom. Očekuje se da će veća preciznost te tehnologije omogućiti daljnje iskorake u biotehnologiji i biomedicini. Ako se okrenemo budućnosti, jedan od glavnih izazova rano je otkrivanje neurodegenerativnih i tumorskih bolesti – navodi Čačev.

Tim pitanjima bavi se sistemska biologija, kaže. Ideja je da su biološki sustavi, koliko god bili kompleksni, na kraju ipak određeni konačnim brojem parametara koji trenutačno još nisu potpuno poznati i mjerljivi. Kaže da je ideja tog ‘inženjerskog‘ pristupa da već postoje tzv. visokopropusne (engl. high-throughput) tehnologije analize bioloških sustava na razini DNK-a, RNK-a, proteina i metabolita te da možemo mjeriti odjednom nekoliko desetaka tisuća parametara povezanih s genskom ekspresijom svakog pojedinca u zdravlju i bolesti.

– Taj pristup stvara veliku količinu podataka i trenutačno je brzina kojom se oni stvaraju po svijetu veća od mogućnosti njihove sveobuhvatne analize. Primjenom kombinacije strojnog učenja, umjetne inteligencije i golema broja takvih kvantitativnih parametara o svakome od nas te stvaranja globalne baze moći će se bolje opisati stanje zdravlja i bolesti i možda ranije otkriti bolest. To će možda omogućiti pojedinačni pristup i terapiju na temelju velikog broja parametara dobivenih praćenjem oboljeloga. Drugo područje s velikim potencijalom za razvoj jest sintetička biologija. I to se novo područje temelji na inženjerskom pristupu, ali ovaj put s idejom da se redizajniraju ili stvore potpuno nove biomolekule i njihove mreže, odnosno funkcionalni biološki sklopovi, čak i cijele stanice koje ne postoje u prirodi – objašnjava Čačev.

Budući da je, nastavlja, kôd DNK-a za sintezu proteina koji su u biološkim sustavima egzekutorske molekule s različitim točno određenim funkcijama, ideja je da se kao pri stvaranju računalnih programa napiše nov kôd za sintezu pojedinog proteina, mreže proteina ili čak samoorganizirajućega biološkog sklopa. Pri tome se, rekla je, čak upotrebljavaju nukleotidi i aminokiseline koje u prirodi ne postoje, a sintetizirane su u laboratoriju, čime se potencijalno proširuje spektar mogućih kombinacija biomolekula. Potencijal za primjenu tako nastalih molekula je, tvrdi, u industriji lijekova, biosenzora za detekciju različitih molekula iz okoliša poput teških metala i toksina te u poljoprivredi poboljšanjem svojstava uzgojnih biljaka i životinja.

Reaktori nove generacije

Izvješće UN-ove komisije o čovjekovu utjecaju na planet za Davora Horvatića, izvanrednog profesora na Fizičkom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, toliko je dramatičan da današnja djeca neće u nasljeđe dobiti isti planet na kojem su imali prilike živjeti njihovi roditelji.

– Samo upotreba betona odgovorna je za četrdeset posto emisije ugljikova dioksida u atmosferu i CO2 je dostigao razine na Zemlji zabilježene zadnji put prije nekoliko milijuna godina, kad je života bilo uglavnom u polarnom području, a oko ekvatora bila je spržena zemlja. Velik dio aktivista koji su u posljednjem desetljeću zagovarali obnovljive izvore energije i koji su sami vidjeli što okolišu čini gradnja solarnih ili vjetroelektrana danas su pak zagovornici nuklearne energije. Nuklearna energija stigmatizirana je zbog nekoliko nesreća koje su se dogodile, ali kad usporedimo ukupan broj žrtava koje izazove sve tehnologije za proizvodnju energije, nuklearna je opet pobjednica. U idućem desetljeću ne možemo još očekivati širu upotrebu nuklearne fuzije, ali dobro prihvaćen fisijski proces dobivanja energije i reaktori nove generacije koji su izolirani od okoliša te imaju visoku iskoristivost nuklearnoga goriva gotovo su spremni za komercijalnu upotrebu – očekuje Horvatić.

Najveći izum

Jeftina energija omogućuje proizvodnju pitke vode, navodnjavanje ili proizvodnji hrane i upravo na tom području imamo velik skok u novim tehnologijama. Horvatić posebno ističe fiziku materijala koja gura frontu istraživanja. Kaže da na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu drže korak s frontom svjetske znanosti, vidljiv u velikom broju suradnji sa svim najvećim znanstvenim centrima u svijetu. Horvatić istražuje na dva kolosijeka: na jednoj su strani temeljna međudjelovanja u kvantnoj kromodinamici koja opisuju funkcioniranje neutronskih zvijezda i ponašanje svemira nekoliko milisekundi nakon Velikog praska, a na drugoj dinamika vremenskih serija. Analizirajući vremenske serije, bavio se dinamikom bankrota, utjecajem korupcije i konkurentnosti na ekonomski rast, rizicima povezanim s promjenom dinamike u vremenima recesije.

– U posljednje vrijeme više se bavim vremenskim serijama u biofizici analizirajući ponašanje individualnih neurona i njihovo međudjelovanje unutar mozga. Želja je da bolje spoznamo formiranje pamćenja, a u tome nam pomažu modeli izgrađeni od ‘umjetnog mozga‘ ili računalnih dubokih neuralnih mreža. Inače, kao dosadašnji važan svjetski izum mogao bi se navesti hladnjak odnosno zamrzivač, no da bi on radio, treba mu energija. Veliki civilizacijski skok doživjeli smo kad je energija postala lakše dostupna i kad smo je mogli pretvoriti u mehanički rad, u svjetlost ili za održavanje niske temperature navedenog hladnjaka. Za to je najzaslužniji Nikola Tesla, ali Tesla nije otkrio temeljne zakone koje su omogućili njegove izume, već ih je genijalno iskoristio. Otkriće elektromagnetske indukcije i npr. elektromotora dugujemo Michaelu Faradayu i to bih, zapravo, izdvojio kao najveći izum u ljudskoj povijesti jer je u srži svega što omogućuje funkcioniranje uređaja kojima se koristimo za daljnja otkrića – naglašava Horvatić.