ساختمان‌های زنده در راهند؛ سازه‌هایی که به کمک باکتری‌ها ساخته خواهند شد!
ساختمان‌ها تفاوت چندانی با بدن انسان ندارند. آن‌ها هم مثل بدن ما پوست و استخوان دارند و نفس می‌کشند. ساختمان‌های الکتریکی‌شده، انرژی مصرف می‌کنند، قادر به تنظیم دما هستند و مواد زاید و دورریختنی تولید می‌کنند. بنابراین می‌توانیم بگوییم که ساختمان‌ها نوعی ارگانیسم هستند؛ هرچند از نوع بی‌جان‌اش.
اما اگر ساختمان‌ها (دیوارها، بام‌ها، کف‌ها و پنجره‌ها) واقعا زنده بودند و توسط مواد زنده رشد می‌یافتند و نگه‌داری و درمان می‌شدند چه؟ تصور کنید معماران بتوانند از ابزارهای ژنتیکی برای رمزگذاری معماری یک ساختمان در داخل DNA یک ارگانیسم استفاده کنند که به‌نوبه خود باعث رشد ساختمان‌هایی شود که خودترمیم‌کننده هستند، با ساکنان خود تعامل می‌کنند و با محیط اطراف سازگارند.
به‌لطف پیشرفت‌های صورت‌گرفته، حالا فناوری معماری زنده از داستان‌های علمی‌تخیلی به آزمایشگاه‌ها راه یافته است. اکنون گروهی از محققان بین‌رشته‌ای، سلول‌های زنده را به کارخانه‌های میکروسکوپی تبدیل کرده‌اند. در آزمایشگاه مواد زنده دانشگاه کلرادو، پژوهشگرانی از رشته‌های بیوشیمی، میکروبیولوژی، علوم مواد و مهندسی سازه دور هم جمع شده‌اند تا از ابزارهای بیولوژی ترکیبی (synthetic biology) برای مهندسی باکتری‌ها استفاده کنند و از این طریق بتوانند مواد معدنی و پلیمرهای مفیدی ساخته و آن‌ها را به شکل بلوک‌های سازنده زنده‌ای دربیاورند که ممکن است روزی به ساختمان‌های ما جان ببخشند.
این محققان در مطالعه قبلی خود که نتایج آن در مجله Scientific Reports چاپ شده، باکتری E. coli را از نظر ژنتیکی برای ایجاد ذرات سنگ آهک در شکل‌ها، اندازه‌ها و سختی‌های مختلف دستکاری کرده بودند. آن‌ها در مطالعه دیگری نشان دادند که باکتری E. coli را می‌توان برای تولید ماده شیمیایی استایرن (styrene) که در ساخت فوم پلی‌استایرن کاربرد دارد برنامه‌ریزی کرد.
سلول‌های سبز برای ساختمان‌های سبز
این پژوهشگران حالا در جدیدترین مطالعه خود که یافته‌های آن در مجله Matter چاپ شده، از سیانوباکتر‌های فتوسنتزکننده برای رشد یک ماده ساختمانی زنده استفاده کرده‌اند. سیانوباکتری‌ها، مانند جلبک‌ها، ارگانیسم‌های سبزی هستند که در طبیعت یافت می‌شوند اما عمدتا روی دیوارهای حوض‌های ماهی رشد می‌کنند. سیانوباکتری‌ها به جای انتشار گاز دی‌اکسید کربن می‌توانند از آن و نور خورشید برای رشد خود استفاده کرده و در شرایط مناسب، یک سیمان زیستی به وجود آوردند که تیم تحقیق از این سیمان برای اتصال ذرات ماسه به یکدیگر و ساخت یک آجر زنده استفاده کرده‌اند.
آن‌ها با زنده نگه داشتن سیانوباکتری‌ها توانستند مواد ساختمانی در تعداد زیاد بسازند. آن‌ها یک آجر زنده را به دو قسمت تقسیم کردند و سپس آن دو قسمت را به دو آجر کامل رشد دادند. دو آجر کامل به چهار آجر و چهار آجر به هشت آجر پرورش یافت. تیم تحقیق به جای ساختن یک آجر در هر بار، از رشد نمایی باکتری‌ها برای رشد یکباره آجرهای زیاد بهره بردند.
پژوهش درباره پتانسیل‌های مهندسی مواد زنده هنوز در ابتدای راه خود است. ارگانیسم‌های دیگری ممکن است کارکردهای زنده دیگری به بلوک‌های سازنده مواد اضافه کنند. برای مثال، باکتری‌های مختلف ممکن است موادی را تولید کنند که بتوانند خود را ترمیم کنند یا بتوانند محرک‌های خارجی مانند فشار و دما را حس کرده و به آن‌ها واکنش نشان دهند. اگر طبیعت بتواند چنین کاری انجام دهد، پس مواد زنده هم می‌تواند برای انجام آن مهندسی شوند.
ضمن اینکه تولید ساختمان‌های زنده در مقایسه با ساختمان‌های معمولی نیاز به انرژی کمتری دارد. تولید و انتقال مواد ساختمانی امروزه، انرژی بسیار زیادی مصرف کرده و دی‌اکسید کربن بیشتری منتشر می‌کند. برای مثال، سنگ آهک برای تولید سیمان سوزانده می‌شود و فلزات و ماسه نیز برای ساختن شیشه و فولاد استخراج و ذوب می‌شوند. کارهای مربوط به ساخت، حمل و مونتاژ مصالح ساختمانی حدود ۱۱ درصد از کل انتشار جهانی گاز دی‌اکسید کربن را تشکیل می‌دهند. پروسه تولید سیمان به‌تنهایی ۸ درصد از دی‌اکسید کربن دنیا را تولید می‌کند. این در حالی است که برخی از مواد زنده مانند آجرهای سیانوباکتری می‌توانند جلوی انتشار این گاز را بگیرند.
یک حوزه در حال رشد
دانشمندان در سراسر دنیا با انجام تحقیقات متعدد در حال اثبات قدرت و پتانسیل مواد مهندسی‌شده زنده برای استفاده در زمینه‌های مختلف مانند تولید زیست‌لایه‌های رسانای الکتریکی و کاتالیروزهای زنده تک‌سلولی برای واکنش‌های پلیمریزاسیون هستند. محققان ماسک‌های زنده‌ای ساخته‌اند که مواد شیمیایی سمی را حس می‌کند. پژوهشگران همچنین در تلاش هستند تا از یک سلول واحد که از نظر ژنتیکی دستکاری شده است برای رشد و مونتاژ مواد حجیم استفاده کنند.
با اینکه یک سلول واحد اغلب کوچک‌تر از یک‌هزارم میلی‌متر است، اما پیشرفت‌های صورت‌گرفته در زمینه بیوتکنولوژی و چاپ سه‌بعدی، تولید تجاری مواد زنده در مقیاس انسانی را ممکن ساخته است. برای مثال، شرکت Ecovative با استفاده از مولدهای قارچی، موادی شبیه فوم رشد داده است. یا شرکت Biomason با استفاده از میکروارگانیسم‌ها، آجرهای سیمان زیستی تولید کرده است. هرچند این محصولات در پایان پروسه تولید دیگر زنده نیستند، اما محققان دانشگاه دلفت، روشی برای چاپ سه‌بعدی باکتری‌های زنده به شکل سازه‌های چندلایه اختراع کرده‌اند که می‌توانند هنگام برخورد با مواد شیمیایی خاصی نور ساطع کنند.
دانش مواد زنده مهندسی‌شده هنوز در ابتدای راه خود است و مطالعات زیادی برای پر کردن فاصله بین تحقیقات آزمایشگاهی و دست یافتن به محصولات تجاری لازم است. چالش‌های موجود در این زمینه، شامل هزینه‌ها، انجام تست‌ها، گرفتن مجوز و تولید انبوه محصولات می‌شوند. اقبال مشتریان به این محصولات نیز مساله دیگری است. برای مثال، صنعت ساختمان‌سازی نسبت به ارگانیسم‌های زنده، نگاه منفی دارد و ما امیدواریم این نگاه به‌زودی تغییر کند. البته محققانی که روی مواد زنده کار می‌کنند نیز باید به نگرانی‌های موجود درباره ایمنی و آلودگی زیستی توجه کنند.
بنیاد ملی علوم آمریکا اخیرا مواد زنده مهندسی‌شده را به‌عنوان یکی از اولویت‌های اصلی پژوهش نامگذاری کرده است. بیولوژی ترکیبی و مواد زنده‌ی مهندسی‌شده، نقش مهمی در حل چالش‌هایی خواهند داشت که انسان‌ها در دهه ۲۰۲۰ با آن مواجه خواهند شد: تغییرات آب و هوایی، بلایای طبیعی، افزایش سن جمعیت دنیا، فشار زیاد بر روی زیرساخت‌ها و انجام اکتشافات فضایی.
مطمئنا اگر چشم‌انداز روبه‌روی ما انسان‌ها خالی بود، هیچ چیزی ساخته نمی‌شد. با توجه به چیزهایی که دانشمندان در حال حاضر می‌دانند، ما امیدواریم روزی برسد که دیگر سنگ آهک را برای ساختن سیمان نسوزانیم، یا سنگ معدن را برای تولید فولاد استخراج نکنیم و ماسه را برای ساختن شیشه ذوب نکنیم. دانشمندان معتقدند که بیولوژی به ما کمک خواهد کرد تا مرزهای بین محیط ساخته‌شده و طبیعت را کم‌رنگ‌تر کنیم.
نوشته ساختمان‌های زنده در راهند؛ سازه‌هایی که به کمک باکتری‌ها ساخته خواهند شد! اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.