De ongebreidelde industrialisatie heeft ervoor gezorgd dat onze planeet in een ongekend tempo is opgewarmd. Gletsjers smelten weg en de zeespiegel stijgt. Droogtes duren langer en zijn verwoestender. Bosbranden zijn heviger. extreem, weersgebeurtenissen die maar één keer in een generatie voorkomen, zoals orkanen van categorie 5, lijken jaarlijks voor te komen.

Het milieu verkeert inderdaad in ernstige gezondheid en dringende maatregelen zijn hard nodig. Maar er is oprecht optimisme dat oplossingen voor enkele van de grootste milieu-uitdagingen eindelijk binnen handbereik zijn.

Nemen, bijvoorbeeld, het decennialange probleem van oliezandafvalvijvers in Canada, de op twee na grootste voorraad ruwe olie ter wereld. De winning van deze olie verbruikt bijna het drievoudige van het volume aan water en laat een slurry van water achter, vaste stoffen en organische verontreinigingen als afval. Oilsands operaties zijn in hun zevende decennium, en meer dan een biljoen liter afvalwater bevindt zich nu in residubekkens.

Maar een snel groeiend collectief van ingenieurs, wetenschappers, activisten en ondernemers hebben de afgelopen decennia enkele van de grootste winsten behaald op het gebied van milieusanering door de scheidslijn tussen fysieke, biologische en digitale wetenschappen. We noemen onszelf synthetisch biologen.

Ik heb veel bijgedragen aan onderzoek, opleiding, commercialisering en regulering van synthetische biologie, onder meer als de oprichter van Metabolik Technologies, een onderneming op het gebied van milieubiotechnologie, die een eerste in zijn soort commercialiseerde, weinig energie, goedkope en duurzame oplossing voor het ontsmetten van olie- en afvalvijvers.

Een korte handleiding voor synthetische biologie

Het onderliggende uitgangspunt van synthetische biologie is even eenvoudig als elegant:de natuur assembleert, ontmantelt en recyclet moleculen op de schoonste en meest efficiënte manier denkbaar. De unieke instructies die nodig zijn om deze taken uit te voeren, zijn te vinden in het DNA.

Synthetische biologen onderzoeken natuurlijke systemen om deze opmerkelijke processen te begrijpen en gebruiken vervolgens in het laboratorium gesynthetiseerd DNA om ze te herprogrammeren om nieuwe taken of bestaande taken efficiënter uit te voeren.

Synthetische biologie is gebruikt om enzymen te verbeteren, cellen en populaties van cellen voor diverse toepassingen zoals detectie, het afbreken van koolwaterstoffen en andere "voor altijd chemicaliën" zoals per- en polyfluoralkylstoffen (PFAS) in bodem en water en het vastleggen van kooldioxide en methaan.

belangrijk, veel van de hoofdrolspelers en beïnvloeders van synthetische biologie zijn de millennials en zoomers die zijn opgegroeid met een vast dieet van tekenfilms op zaterdagochtend.

Eens fictie, nu een echte oplossing

Genetisch gemanipuleerde bacteriën die olielekkages opruimden, waren een nietje in Captain Planet en de Planeteers , de geanimeerde milieu-superheldenreeks die in 1990 werd gelanceerd. Terwijl twee decennia geleden deze concepten beperkt waren tot de pagina's van fictie, ze zijn nu een realiteit dankzij vooruitgang in de moleculaire biologie, zoals CRISPR-genoombewerking en de komst van volledig geautomatiseerde genomische gieterijen - robotsystemen die duizenden experimenten per dag uitvoeren - voor versnelde ontwerp-bouw-test-leercycli.

Cruciaal, de successen van synthetische biologie op het gebied van milieusanering zijn geen eenmalige demonstraties geweest in academische laboratoria. Ze hebben zich op grote schaal in het veld bewezen en hebben grote happen genomen uit enkele van de grootste milieu-uitdagingen ter wereld.

Innovaties vertalen naar het veld

Afvalvijvers bevatten organische verbindingen zoals nafteenzuurfractieverbindingen (NAFC's) en polyaromatische koolwaterstoffen (PAK's) die schadelijk zijn voor het waterleven en de menselijke gezondheid en die notoir moeilijk uit het water te verwijderen zijn. Ze wemelen ook van het microbiële leven.

Deze microben overleven niet alleen, maar gedijen in het vervuilde water. Ze voelen, de giftige stoffen in het water opnemen en metaboliseren, zij het in zeer lage snelheden. Mijn team aan de Universiteit van British Columbia en onze collega's in Allonnia isoleerden en bestudeerden de genomica van deze unieke wezens en, in samenwerking met Ginkgo Bioworks, verhogen nu hun eetlust voor en metabolisme van de giftige verbindingen.

Na validatie van de prestaties van de micro-organismen in het veld, het team van UBC-Allonnia ontwierp enkele van de grootste behandelingssystemen in hun soort om de snelheden en schalen te bereiken die nodig zijn om het water te zuiveren binnen de tijdlijn die is voorgeschreven in het Tailings Management Framework van Alberta.

Begin 2022 gaan we ons zuiveringssysteem testen bij de residubekkens om de micro-organismen en de reactoren te finetunen, en de risico's inschatten. Sommige van deze risico's omvatten de inefficiëntie of hoger dan verwachte kosten van de technologie, de mogelijke schade die de microben aan het ecosysteem kunnen toebrengen en of regelgevers en aandeelhouders zich prettig voelen bij het inzetten van gemanipuleerde micro-organismen in het milieu.

Deze kleine groep synthetisch biologen slaagde dankzij de vindingrijkheid van de aanpak en nieuwe samenwerkingsmodellen. Bij het team waren ook operators van oilands betrokken, technische ontwerpbureaus, contractproductiebedrijven en regelgevende experts die de sterke punten van elke partner konden benutten om de tijd te verminderen, kosten en onzekerheid van het ontwikkelen van een praktische oplossing.

De pret is nog maar net begonnen

Synthetisch biologen zijn nog maar net begonnen en hebben nu hun zinnen gezet op een aantal even grote problemen. Een, vooral, heeft grote gevolgen voor onze elektrische toekomst.

Een wijdverbreide adoptie van elektrische voertuigen zou de CO2-uitstoot van de transportsector met bijna 50 procent kunnen verminderen. Helaas, het delven van de metalen die in elektrische voertuigen worden gebruikt, is schadelijk voor het milieu.

Mijnbouwgigant @TeckResources draagt ​​meer dan $ 1,5 miljoen bij aan de ontginningsinspanningen van de beruchte Tulsequah Chief-mijn, die het eerder bezat en in 1957 verliet. #bcpoli Via @writermjs https://t.co/UcOpvPpouv

— De Narwal (@thenarwhalca) 10 juni 2021

De productie van één elektrisch voertuig genereert 250, 000 kilo mijnbouwafval en 150, 000 liter van een extreem giftige vloeistof genaamd zure rotsdrainage, een grote bedreiging voor het milieu vanwege het potentieel verwoestende effect op rivieren, beken en aquatische habitats.

Mijnbouw is verspilling en niet duurzaam, en de industrie heeft dringend behoefte aan effectieve oplossingen om haar grote hoeveelheden afval te verwerken. Mijn nieuwe start-up ArqMetal ontwikkelt microbiële oplossingen om afvalvijvers volledig te elimineren. Als wij en anderen zoals wij succesvol zijn, we zullen afval elimineren, decarbonisatie leveren, behoud van biodiversiteit, werkgelegenheid te scheppen en een rechtvaardige sociale ontwikkeling tot stand te brengen. Is dit niet wat de architecten van de Green New Deal voor ogen hadden?

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.