Den skenande industrialiseringen har fått vår planet att värmas upp i en hastighet utan motstycke. Glaciärer smälter bort och havsnivån stiger. Torka varar längre och är mer förödande. Skogsbränder är mer intensiva. Extrem, en gång i en-generationen väderhändelser-som kategori 5-orkaner-verkar förekomma på årsbasis.

Miljön har verkligen en allvarlig hälsa och akuta åtgärder är desperat nödvändiga. Men det finns en genuin optimism om att lösningar på några av de största miljöutmaningarna äntligen kan finnas till hands.

Ta, till exempel, det decennier långa problemet med oljesandstransportdammar i Kanada, den tredje största reserven av råolja i världen. Återvinningen av denna olja förbrukar nästan tre gånger sin volym i vatten och lämnar efter sig en uppslamning av vatten, fasta ämnen och organiska föroreningar som avfall. Oilsands verksamhet är inne i sitt sjunde decennium, och mer än en biljon liter avloppsvatten finns nu i avloppsdammar.

Men ett snabbt växande kollektiv av ingenjörer, forskare, aktivister och entreprenörer ger några av de största vinsterna inom miljösanering de senaste decennierna genom att suddiga gränserna mellan fysiska, biologiska och digitala vetenskaper. Vi kallar oss syntetiska biologer.

Jag har omfattande bidragit till forskning, utbildning, kommersialisering och reglering av syntetisk biologi, inklusive som grundare av Metabolik Technologies, en miljöbioteknologisk satsning, som kommersialiserade en första i sitt slag, låg energi, låg kostnad och hållbar lösning för att sanera olje- och avlägsningsdammar.

En snabbguide till syntetisk biologi

Den underliggande förutsättningen för syntetisk biologi är lika enkel som elegant:naturen samlar, demonterar och återvinner molekyler på det renaste och mest effektiva sätt man kan tänka sig. De unika instruktioner som krävs för att uppnå dessa uppgifter finns i DNA.

Syntetiska biologer undersöker naturliga system för att förstå dessa anmärkningsvärda processer och använder sedan lab-syntetiserat DNA för att omprogrammera dem för att utföra nya uppgifter eller befintliga uppgifter mer effektivt.

Syntetisk biologi har använts för att förbättra enzymer, celler och populationer av celler för olika tillämpningar såsom avkänning, nedbrytning av kolväten och andra "evigt kemikalier" såsom per- och polyfluoroalkylsubstanser (PFAS) i jord och vatten och avskiljande av koldioxid och metan.

Viktigt, många av huvudpersonerna och influenterna av syntetisk biologi är millennierna och zoomarna som uppfostrades med en stadig kost med tecknade lördagsmorgnar.

En gång fiktion, nu en riktig lösning

Genetiskt konstruerade bakterier som torkade upp oljespill var en häftklammer i Captain Planet och planeterna , den animerade miljösuperhjälteserien som lanserades 1990. Medan dessa begrepp för två decennier sedan begränsades till skönlitterära sidor, de är nu en verklighet på grund av framsteg inom molekylärbiologi som CRISPR-genomredigering och tillkomsten av helautomatiserade genomiska gjuterier-robotsystem som utför tusentals experiment om dagen-för accelererade cykler av design-bygg-test-lärande.

Avgörande, Framgångarna för syntetisk biologi inom miljösanering har inte varit engångsdemonstrationer i akademiska laboratorier. De har bevisats inom området i stora skalor och de har tagit stora bett ur några av de största miljöutmaningarna i världen.

Översätta innovationer till fältet

Tailings dammar innehåller organiska föreningar såsom naftenensyrafraktionsföreningar (NAFC) och polyaromatiska kolväten (PAH) som är skadliga för vattenlevande och människors hälsa och är notoriskt svåra att ta bort från vatten. De vimlar också av mikrobiellt liv.

Dessa mikrober överlever inte bara, men trivs i det förorenade vattnet. De känner, inta och metabolisera de giftiga föreningarna i vattnet, om än i mycket långsamma takt. Mitt team vid University of British Columbia och våra kollegor på Allonnia isolerade och studerade genomiken hos dessa unika varelser och, i samarbete med Ginkgo Bioworks, ökar nu deras aptit för och metabolism av de giftiga föreningarna.

Efter att ha validerat mikroorganismernas prestanda på fältet, UBC-Allonnia-teamet utformade några av de största behandlingssystemen i sitt slag för att uppnå de hastigheter och skalor som behövs för att sanera vattnet inom den tidslinje som föreskrivs i Albertas Tailings Management Framework.

Vi kommer att testa vårt behandlingssystem vid avlägsningsdammarna i början av 2022 för att finjustera mikroorganismerna och reaktorerna, och bedöma riskerna. Några av dessa risker inkluderar teknikens ineffektivitet eller högre än förväntade kostnader, den potentiella skada mikroberna kan orsaka ekosystemet och huruvida tillsynsmyndigheter och aktieägare är bekväma med att distribuera konstruerade mikroorganismer i miljön.

Denna lilla grupp syntetiska biologer lyckades tack vare uppfinningsrikedom och nya modeller för samarbete. Teamet involverade också oljesandoperatörer, ingenjörsdesignföretag, kontraktstillverkande företag och regleringsexperter som kunde utnyttja varje partners styrkor för att minska tiden, kostnad och osäkerhet för att utveckla en praktisk lösning.

Det roliga har bara börjat

Syntetiska biologer har bara börjat och har nu siktet inställt på ett antal liknande stora problem. Ett, särskilt, har betydande konsekvenser för vår elektriska framtid.

Utbredd användning av elfordon kan minska koldioxidutsläppen från transportsektorn med nästan 50 procent. Tyvärr, att bryta metaller som används i elfordon skadar miljön.

Gruvjätten @TeckResources bidrar med mer än 1,5 miljoner dollar till återvinningsinsatser vid den ökända Tulsequah Chief -gruvan, som den ägde tidigare och övergav 1957. #bcpoli Via @writermjs https://t.co/UcOpvPpouv

- The Narwhal (@thenarwhalca) 10 juni, 2021

Tillverkningen av ett enda elfordon genererar 250, 000 kilo gruvavfall och 150, 000 liter av en extremt giftig vätska som kallas acid rock drainage, ett stort hot mot miljön på grund av dess potentiellt förödande effekt på floder, vattendrag och vattenmiljöer.

Gruvdrift är slösaktigt och ohållbart, och industrin är i desperat behov av effektiva lösningar för att behandla sina stora avfall. Mitt nya uppstartsföretag ArqMetal utvecklar mikrobiella lösningar för att helt avlägsna avlägsnande dammar. Om vi ​​och andra som vi är framgångsrika, vi kommer att eliminera avfall, leverera avkolning, bevara den biologiska mångfalden, skapa sysselsättning och uppnå en rättvis social utveckling. Är inte detta vad arkitekterna för Green New Deal hade i åtanke?

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.