Уменьшить, повторно использовать, переработать: как генетически модифицированные мухи могут сократить отходы и уберечь их от свалок

Команда Университета Маккуори предлагает использовать генетически модифицированных черных львинок (Hermetia illucens) для решения глобальных проблем загрязнения и производства ценного сырья для промышленности, включая мировой рынок кормов для животных стоимостью 500 млрд долларов США.

В новой статье, опубликованной 24 июля в журнале Communications Biology, ученые описывают будущее, в котором генетически модифицированные мухи могут преобразовать управление отходами и устойчивое биопроизводство, способствуя достижению нескольких Целей устойчивого развития ООН (SDGs).

Ведущий автор статьи — синтетический биолог доктор Кейт Тепер, научный сотрудник отдела прикладных бионаук Университета Маккуори.

Проблема свалок

По оценкам, от 40% до 70% мировых органических отходов попадает на свалки.

"Захоронение органических отходов создает около 5% годовых глобальных выбросов парниковых газов, и нам нужно снизить этот показатель до 0%", — говорит доктор Тепер.

Органические побочные продукты очистки сточных вод — муниципальные биосолиды — могут использоваться как альтернатива синтетическим удобрениям. Однако растет обеспокоенность по поводу токсичных химических веществ в отходах, включая опасные "вечные химикаты", такие как пер- и полифторалкильные вещества (PFAS).

Черные львинки уже ценятся в управлении отходами, поскольку потребляют коммерческие органические отходы, а затем перерабатываются в "биомассу насекомых" для кормов домашних питомцев, кур и рыбы.

Потенциал генной инженерии

Команда считает, что генная инженерия может расширить полезность черной львинки, позволив ей превращать отходы в улучшенные корма или ценное промышленное сырье.

• Личинки могли бы производить промышленные ферменты для животноводства, текстильной, пищевой и фармацевтической промышленности — глобальный рынок стоимостью в миллиарды долларов ежегодно.
• Мух можно модифицировать для получения специализированных липидов для биотоплива и смазочных материалов, заменяющих продукты на основе ископаемого топлива.
• Модификация мух позволит перерабатывать загрязненные органические отходы, осадок сточных вод и другие сложные отходы.
• Даже экскременты мух, "фрасс", можно улучшить для использования в качестве удобрения. Мух можно запрограммировать на очистку химических загрязнителей в фрассе, что позволит использовать его как безопасное удобрение.

Устойчивое биопроизводство

"Насекомые станут следующим рубежом для приложений синтетической биологии, решая огромные проблемы управления отходами, которые не удалось решить с помощью микробов", — говорит старший автор доктор Мацей Маселько.

Генетически модифицированные микробы требуют стерильных условий, много воды и очищенных питательных веществ. Черных львинок можно кормить прямо грязным мусором без стерилизации, и они потребляют большие объемы отходов гораздо быстрее микробов.

Исследователи предлагают использовать существующую инфраструктуру, превратив мух из простых переработчиков отходов в высокотехнологичные биопроизводственные платформы. В статье представлена дорожная карта, требующая разработки лучших инструментов генной инженерии для ключевых насекомых.

"Физическое сдерживание — часть системы защиты. Мы также разрабатываем дополнительные уровни генетического сдерживания, чтобы сбежавшие особи не могли размножаться или выживать в дикой природе", — отмечает доктор Маселько.

Коммерциализация

Университет Маккуори совместно с членами исследовательской группы подал патентные заявки, связанные с биопроизводством на основе черной львинки, которое уже ведется через спин-офф компанию EntoZyme.

Внедрение генетически модифицированных насекомых имеет потенциал не только на многомиллиардном рынке управления отходами, но и в производстве ряда высокоценных промышленных материалов.

"Если мы хотим устойчивую циркулярную экономику, ее экономика должна работать. Когда существует экономический стимул для внедрения устойчивых технологий, таких как инженерия насекомых для получения большей ценности из отходов, это поможет ускорить переход", — заключает доктор Тепер.