Ciupercile sunt fabricate din ciuperci, dar poate produce, de la plastic, la carne pe bază de plante, la o schelă pentru organe în creștere - și multe altele

rețea

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text = butonul" Înscrieți-vă "data-newsletter -link = "https://www.scientificamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

Oamenii valorifică puterea drojdiei de mii de ani. Aceste ciuperci permit fermentarea, procesul molecular prin care celulele vii transformă de obicei zahărul sau amidonul în molecule sau substanțe chimice mai complexe. Descoperită în urmă cu 10.000 de ani, tehnologia fermentării lichide - de la pajiște la bere până la băuturile spirtoase - și a fermentației în stare solidă - pâine și brânză - au ajutat la plasarea umanității pe o cale rapidă de evoluție și avansare.

Avans rapid 9.950 de ani. Cu aproximativ trei decenii în urmă, oamenii au aplicat potențialul fermentației lichide pentru a crea medicamente. În 1978, Arthur Riggs și Keiichi Itakura au produs prima insulină biosintetică folosind E. coli ca fabrică unicelulară. Epifania conform căreia bacteriile unicelulare și drojdia sunt microfabrici alimentate cu zahăr care pot fi utilizate pentru a sintetiza compuși noi este una dintre cele mai puternice descoperiri din ultimii 100 de ani.

De când a avut loc această perspectivă revoluționară, știința a fost dedicată înțelegerii, cultivării și, în cele din urmă, reprogramării organismelor unicelulare, cum ar fi drojdia, bacteriile și algele, și am folosit acest proces pentru a produce mai multe medicamente care salvează viețile, combustibili bio-bazați, cum ar fi etanolul de porumb, parfumuri și o suită în creștere de molecule biologice mici. Fermentarea lichidă este acum o industrie de 150 de miliarde de dolari și crește rapid: multe dintre produsele pe care le folosim astăzi se mută de la fabrici chimice la fermentatoare biologice.

Dar celulele pot face mult, mult mai mult decât să producă compuși. Plantele, animalele și ciupercile fac toate molecule și le asamblează în structuri mari. Putem vedea acest lucru în propriile noastre corpuri: celulele noastre construiesc oase, piele și organe - inclusiv creierul uman, cel mai puternic supercomputer de pe Pământ. Este combinația dintre 1) producerea de molecule mici și 2) asamblarea lor în structuri care conferă tehnologiei naturale proprietățile sale miraculoase. Aceasta este ceea ce permite unei plante să capteze un foton din soare și să genereze o boabă sau un măr - în mod incredibil [există un britanism minunat!] Combinații precise și complicate de materiale.

Încercările noastre proprii de a emula capacitatea de construire a structurii naturii au depins până acum de tehnologiile secolului XX, precum extrudarea și extracția căldurii, procese care brutalizează molecule mici pentru a crea structuri polimerizate brute. În cele din urmă, prin aceste procese, ajungem la produse care sunt mult inferioare originalelor naturii - piele față de piele, plăci aglomerate față de lemn și textile sintetice, pentru a numi câteva. Fără capacitatea naturii de microasamblare, se pierd cele mai bune proprietăți ale materialelor naturale.

Intră miceliul. Miceliul este un fel de drojdie (ambele sunt ciuperci), dar spre deosebire de majoritatea celulelor de drojdie, care cresc ca o singură celulă, miceliul este multicelular și poate crește în structuri de dimensiuni macro - pe care le recunoaștem cel mai adesea ca ciuperci. Nu numai că miceliul produce molecule mici, dar le asamblează ușor și cu o precizie supremă în structuri complexe atât de mici încât sunt invizibile pentru ochiul uman.

Lucrând la fel ca drojdia unicelulară, miceliul ia molecule mici de alimente - de obicei zahăr, dar adesea din surse precum lemn sau deșeuri vegetale - prin excretarea enzimelor care descompun aceste materiale în bucăți digerabile. Pe măsură ce miceliul crește, acesta reunește o rețea densă de fibre lungi, microscopice, care cresc prin substrat ca un sistem de autostrăzi.

Odată ce miceliul și-a construit pe deplin rețeaua, trece la următoarea etapă: construirea unei ciuperci. Aici pot interveni oamenii. În loc să lase o ciupercă să iasă din substrat, miceliul poate fi coaxial pentru a construi structuri previzibile prin controlul temperaturii, CO2, umidității și fluxului de aer pentru a influența creșterea țesutului. Acesta este un proces rapid: acumularea de fibre devine o pată vizibilă după câteva ore, o foaie vizibilă după o zi sau două și o foaie de 18 x 2 x 12 inci cântărind câteva kilograme în curs de o săptămână.

Este posibil ca direcționarea creșterii fibrelor de ciuperci să nu pară prea mare, dar această evoluție a biofabricării va transforma modul în care fabricăm, consumăm și trăim. Care sunt posibilitățile? Fibrele cu creștere rapidă ale miceliului produc materiale utilizate pentru ambalare, îmbrăcăminte, alimente și construcții - de la piele până la friptură pe bază de plante până la schele pentru organe în creștere. Miceliul, atunci când este valorificat ca o tehnologie, ajută la înlocuirea materialelor plastice care se acumulează rapid în mediu.

Miceliul oferă, de asemenea, o modalitate fără cruzime de a crea structuri asemănătoare cărnii cu o amprentă de mediu mult mai mică decât animalele tradiționale, reducând emisiile de gaze cu efect de seră, utilizarea culturilor alimentare pentru furaje și conversia utilizării terenurilor. Toate aceste beneficii au un cost mediu redus: procesul de creștere a miceliului are ca rezultat deșeuri limitate (în mare parte compostabile) și necesită un consum minim de energie.

Acest lucru nu este ipotetic. Tehnologia de utilizare a miceliului pentru asamblarea lucrurilor de care avem nevoie la scară există deja. Ambalajul Mushroom® este pe piață ca înlocuitor pentru spuma de poliester și este disponibil atât în ​​S.U.A. și Europa. Între timp, cercetările asupra miceliului se accelerează pe măsură ce grupurile din întreaga lume, inclusiv instituții academice de vârf, încep să construiască programe în jurul materialelor micelice. De exemplu, structurile de autoreparare pe bază de miceliu - doar adăugați apă și urmăriți-le cum cresc - care răspund și prin sintetizarea antidoturilor atunci când sunt expuse la toxine, sunt în prezent dezvoltate de DARPA.

Omenirea trebuie să găsească modalități de a ne scoate din mizeria pe care am creat-o. Lumea noastră este un ecosistem întreținut de organisme auto-asamblate. Acum am luat cârma, trebuie să folosim aceste organisme pentru a conduce, repara și reconstrui transportul ceresc stresat, dar fidel. Tehnologia biologică este cea mai puternică tehnologie la care avem acces și, cu o exploatare adecvată, o putem folosi pentru a trăi în armonie pe nava spațială Pământ.

Opiniile exprimate sunt cele ale autorului (autorilor) și nu sunt neapărat cele ale Scientific American.