نرى دورة حياة بكتريا سيليكولور المتسلسلة إنها سلالة من البكتريا التي تعيش في التربة حيث تعيش مع كائنات حية أخرى، تحلل المواد العضوية كوليكولور كائن حي جميل هى القوة المولدة لإنتاج المواد الكيميائية العضوية. ينتج مضاد حيوي يطلق عليه اكتينوركودين، يتدرج لونه بين الأزرق والوردي والبنفسجي، طبقا لدرجة حموضة البيئة المحيطة به. وما أثار فضولي، هو إفرازها لجزيئات الصبغة مما دفعني لدراستها وفحصها عن قرب. من المستبعد أن تكون شراكة، لكنها التي غيرت نشاطي بالكامل كمصممة خامات. ومنها فهمت كيف ستحدث الطبيعة ثورة في الطريقة التي نصمم ونبني بها بيئتنا، وتلك الكائنات المماثلة لسيليكولور سوف تساعد علي ازدهار مستقبل الخامات.
You're watching the life cycle of a Streptomyces coelicolor. It's a strain of bacteria that's found in the soil where it lives in a community with other organisms, decomposing organic matter. Coelicolor is a beautiful organism. A powerhouse for synthesizing organic chemical compounds. It produces an antibiotic called actinorhodin, which ranges in color from blue to pink and purple, depending on the acidity of its environment. That it produces these pigment molecules sparked my curiosity and led me to collaborate closely with coelicolor. It is an unlikely partnership, but it's one that completely transformed my practice as a materials designer. From it, I understood how nature was going to completely revolutionize how we design and build our environments, and that organisms like coelicolor were going to help us grow our material future.
فما عيب الأشياء كما هي الآن؟ حسنا، في القرن الماضي، لقد نظمنا حياتنا اعتماداً على الوقود الأحفوري، ويمكن القول أنها أكثر النظم التي عرفناها قيمة. ولقد ارتبطنا بذلك المصدر واعتمدنا عليه الذي يمثل هويتنا وثقافتنا وصناعتنا واقتصادنا. لكن أنشطة الوقود الأحفوري تعيد تشكيل الأرض بنوع من العنف الذي غيّر المناخ تغييراً ملحوظاً وخسارة سريعة للتنوع الحيوي واستمرار الصراع البشري. نحن نعيش في عالم حيث إنكار ذلك الاتكال قد أصبح شرساً. وأسبابه متعددة، ولكنها تحتوي على مزايا لن تتأثر أعتقد أنه افتقار شديد إلى التخيل عن ماهية الطرق الأخرى التي سنعيش بها في حدود نطاق ذلك الكوكب.
So what's wrong with things as they are? Well, for the last century, we've organized ourselves around fossil fuels, arguably, the most valuable material system we have ever known. We are tethered to this resource, and we've crafted a dependency on it that defines our identities, cultures, our ways of making and our economies. But our fossil fuel-based activities are reshaping the earth with a kind of violence that is capable of dramatically changing the climate, of accelerating a loss of biodiversity and even sustaining human conflict. We're living in a world where the denial of this dependence has become deadly. And its reasons are multiple, but they include the privilege of not being affected and what I believe is a profound lack of imagination about how else we could live within the limits of this planet's boundaries.
يوم ما سيقود الوقود الأحفوري للطاقة المتجددة. وهذا يعنى أن علينا إيجاد نظم جديدة للمادة والتي لا تعتمد على البترول. أعتقد أن ذلك النظام المادي سيكون حيويًا، لكن المشكلة في كيفية تصميمها وبنائها. يجب محو الموروثات الهدامة لعصر الوقود.
Fossil fuels will one day give way to renewable energy. That means we need to find new material systems that are not petroleum-based. I believe that those material systems will be biological, but what matters is how we design and build them. They mustn't perpetuate the destructive legacies of the oil age.
عند النظر إلى هذه الصورة، ماذا ترون؟ حسنا، أرى نظامًا حيويًا منظمًا إلى حد كبير، من خلال استخدام الإنزيمات، نستطيع وضع الذرات وتحريكها بسرعة ودقة أكثر أكبر من أي شيء خططناه. ونعلم أنه يستطيع القيام به بمقياس. تطورت الطبيعة على مدار 3.8 بليون عام حتى يمكنها القيام بذلك، والآن عند استخدام علم الأحياء الصناعية، وهي نظم علمية جديدة تهدف إلى تكييف وظيفة النظام الحي، نستطيع الآن صنع نموذج أولي لتركيب الحامض النووي. أي أننا يمكننا إعداد نظام حيوي دقيق والذي يمكننا من إعداد البكتريا التي تستطيع إعادة تصنيع المعادن، لنمو الفطريات في الأثاث وفصل الطاقة المتجددة عن الطحالب.
When you look at this image, what do you see? Well, I see a highly sophisticated biological system, that through the use of enzymes, can move and place atoms more quickly and precisely than anything we've ever engineered. And we know that it can do this at scale. Nature has evolved over 3.8 billion years to be able to do this, but now through the use of synthetic biology, an emerging scientific discipline that seeks to customize this functionality of living systems, we can now rapid prototype the assembly of DNA. That means that we can engineer the kind of biological precision that makes it possible to design a bacteria that can recycle metal, to grow fungi into furniture and even sequester renewable energy from algae.
لنفكر في كيفية الوصول للذكاء الفطري الكامن في الطبيعة لنبني أشياء من الكائنات الحية لنأخذ في الاعتبار عملية التخمر الحيوي لقد فكرت في التخمر الذي يستخدمه البشر، كوسيلة متطورة للبقاء. عندما تتخمر المادة الصلبة أو السائلة، فإنها تتحلل بفعل الفطريات البكتيرية. المواد الناتجة من ذلك هي ما نحتاج. مثلا ًعندما نضيف الخمائر للعنب لصنع النبيذ. في الطبيعة هذا التحول جزء من شبكة معقدة دورة مستمرة لإعادة توزيع الطاقة. يعطي التخمر زيادة لتفاعلات متعددة الأجزاء من البكتريا والفطريات، النباتات والحشرات والحيوانات والبشر: بمعني آخر، كل النظام البيئي. الذي نعرفه حول تلك التفاعلات الميكروبية الفعالة لآلاف السنين. تستطيعون رؤيته من خلال تخمر الحبوب، المواد النباتية والمنتجات الحيوانية، كل البشر والثقافات العالم استخدموا الكائنات الدقيقة لجعل غير المقبول مقبول. ويوجد دليل منذ 350 عام بعد الميلاد، خمروا الغذاء المحتوي على مضادات حيوية. البقايا الهيكلية للسودانيين النوبيين كانت تحتوي على رواسب التتراسيكلين ذلك المضاد الحيوي المستخدم في الطب الحديث اليوم. وبعد 1500 عام تقريباً، اكتشف "الكسندرفلمنج" خصائص العفن المضادة للميكروبات. وذلك عن طريق التخمر الصناعي للبنسلين حيث استطاع الملايين مواجهة الأمراض المعدية. يستطيع التخمر أن يؤدي دوراً هاماً مرةً أخرى في تطورنا البشري. هل يمكنه أن يعبر عن طراز جديد للحياة إذا استخدمناه لتغيير صناعاتنا بالكامل؟
To think about how we might access this inherent brilliance of nature -- to build things from living things -- let's consider the biological process of fermentation. I've come to think of fermentation, when harnessed by humans, as an advanced technological toolkit for our survival. When a solid or a liquid ferments, it's chemically broken down by bacterial fungi. The byproduct of this is what we value. So for example, we add yeast to grapes to make wine. Well in nature, these transformations are part of a complex network -- a continuous cycle that redistributes energy. Fermentation gives rise to multispecies interactions of bacteria and fungi, plants, insects, animals and humans: in other words, whole ecosystems. We've known about these powerful microbial interactions for thousands of years. You can see how through the fermentation of grains, vegetal matter and animal products, all peoples and cultures of the world have domesticated microorganisms to make the inedible edible. And there's even evidence that as early as 350 AD, people deliberately fermented foodstuffs that contained antibiotics. The skeletal remains of some Sudanese Nubian were found to contain significant deposits of tetracycline. That's an antibiotic that we use in modern medicine today. And nearly 1500 years later, Alexander Fleming discovered the antimicrobial properties of mold. And it was only through the industrialized fermentation of penicillin that millions could survive infectious diseases. Fermentation could once again play an important role in our human development. Could it represent a new mode of survival if we harness it to completely change our industries?
عملت في مجالي لتطوير نظام مادي لصناعة الأنسجة. بما أنه العمل الذي أحب، لا أستطيع تقبل ما يقال إنَّ صناعة الأنسجة واحدة من أكثر الصناعات الملوثة في العالم. إن صناعة الأنسجة هى السبب الرئيسي في التلوث البيئي يحدث في مرحلتي الإنهاء والصباغة. صناعة الأنسجة تحتاج لكمية مياه هائلة. ولأن عصر الوقود كان قد غير تماماً صناعة النسيج، فالكثير من الخامات والكيماويات المستخدمة للتصنيع اعتمدت على مواد بترولية وكانت متحدة مع نهمنا للإنتاج السريع، كمية هائلة من المخلفات النسيج تُلقى كل عام وذلك لصعوبة إعادة تصنيعها. مرة أخرى، إذا قارنا ذلك مع الأحياء. تطور على مدى 3.8 بليون سنة، لنموذج سريع، لإعادة التدوير والتجديد أفضل من أي نظام كنا قد أعددناه.
I've worked in my creative career to develop new material systems for the textile industry. And while it is work that I love, I cannot reconcile with the fact that the textile industry is one of the most polluting in the world. Most of the ecological harm caused by textile processing occurs at the finishing and the dyeing stage. Processing textiles requires huge amounts of water. And since the oil age completely transformed the textile industry, many of the materials and the chemicals used to process them are petroleum based. And so coupled with our insatiable appetite for fast fashion, a huge amount of textile waste is ending up in landfill every year because it remains notoriously difficult to recycle. So again, contrast this with biology. Evolved over 3.8 billion years, to rapid prototype, to recycle and to replenish better than any system we've ever engineered.
لقد ألهمني هذا المجهود الهائل وأردت اكتشافه بسؤال بسيط في ذلك الوقت. إذا كانت البكتريا تفرز صبغة، كيف يمكننا استخدامها لصبغ النسيج؟ حسناً، واحدة من طرقي المفضلة هو نمو السيليكولور مباشرة في الحرير. سترون كيف تنتج كل مستعمرة الصبغة في محيطها. الآن عند إضافة العديد والعديد من الخلايا، فإنها تنتج كمية صبغة كافية لصبغ نسيج كامل. السحر في صبغ الأنسجة بهذه الطريقة هذا النوع من التخمر المباشر عند إضافة البكتريا للحرير مباشرة هل ذلك يكفى لصبغ قميص واحد، تعيش البكتريا في 200 مللي لتر ماء فقط. وسترون أن نسبة الإهدار قليلة جداً وتنتج صبغة ثابتة دون كيماويات.
I was inspired by this immense potential and wanted to explore it through a seemingly simple question -- at the time. If a bacteria produces a pigment, how do we work with it to dye textiles? Well, one of my favorite ways is to grow Streptomyces coelicolor directly onto silk. You can see how each colony produces pigment around its own territory. Now, if you add many, many cells, they generate enough dyestuff to saturate the entire cloth. Now, the magical thing about dyeing textiles in this way -- this sort of direct fermentation when you add the bacteria directly onto the silk -- is that to dye one t-shirt, the bacteria survive on just 200 milliliters of water. And you can see how this process generates very little runoff and produces a colorfast pigment without the use of any chemicals.
الآن أنتم تفكرون تفكرون تفكيراً صحيحاً مشكلة بدهية مرتبطة بالتعامل مع النظام الحي: كيف نوظف الوسائل لنستفيد من قوة الطبيعة؟ حسناً، حينما تنشئ أساساً لزراعة البكتريا المتسلسلة لكي تنتج كمية كافية من الصبغة، يمكنكم الانتقال إلى عملية العصر والطيّ، الشد والغمس والرش والتغطيس كل ذلك يعكس جمال نشاط السيليكولور. واستخدامها بطريقة منظمة تتيح لنا إنتاج نموذج عضوي صبغة للملابس وبصمة فنية أيضاً.
So now you're thinking -- and you're thinking right -- an inherent problem associated with designing with a living system is: How do you guide a medium that has a life force of its own? Well, once you've established the baseline for cultivating Streptomyces so that it consistently produces enough pigment, you can turn to twisting, folding, clamping, dipping, spraying, submerging -- all of these begin to inform the aesthetics of coelicolor's activity. And using them in a systematic way enables us to be able to generate an organic pattern ... a uniform dye ... and even a graphic print.
مشكلة أخرى، هي كيف ندرج تلك الطرق الحرفية حتى يمكننا استخدامها في الصناعة. عندما نتحدث عن المقياس، نأخذ في الاعتبار شيئين: مقياس الطبيعة، ومقياس الأدوات والعمليات المطلوبة للعمل مع الطبيعة "البيولوجيا" إذا استطعنا فعل ذلك، سيمكننا الانتقال لما يحدث في طبق المختبر حتى يمكنه مواجهة المقياس البشري، وبالتالي بناء بيئتنا.
Another problem is how to scale these artisanal methods of making so that we can start to use them in industry. When we talk about scale, we consider two things in parallel: scaling the biology, and then scaling the tools and the processes required to work with the biology. If we can do this, then we can move what happens on a petri dish so that it can meet the human scale, and then hopefully the architecture of our environments.
إذا كان "فلمنج" حياً اليوم، لكان ذلك جزءاً من أدواته. لننظر إلى أفضل تخمين لدينا حالياً عن كيفية تدريج الطبيعة. إنَّه مفاعل طبيعي؛ نوع من الكائنات التي تحتوي على خمائر أعدت لتنتج مواد كيميائية ومركبات معينة مثل العطور والنكهات. والتي اتصلت بمجموعة من أدوات وبرامج الكمبيوتر والتي تقرأ في وقت تفاعلها حقيقي وتنقل للفريق المصمم ظروف نمو الميكروب يمكننا استخدام هذا النظام ليمثل سمات النمو لكائن حي مثل السيليكولور لنرى كيف يتخمر في 50 ألف لتر.
If Fleming were alive today, this would definitely be a part of his toolkit. You're looking at our current best guess of how to scale biology. It's a bioreactor; a kind of microorganism brewery that contains yeasts that have been engineered to produce specific commodity chemicals and compounds like fragrances and flavors. It's actually connected to a suite of automated hardware and software that read in real time and feed back to a design team the growth conditions of the microbe. So we can use this system to model the growth characteristics of an organism like coelicolor to see how it would ferment at 50,000 liters.
أنا حالياً أعتمد على جنكو بيوووركس، التقنية الحيوية التي بدأت في بوسطن. أعمل لأرى كيف يتداخل منهجهم لتدريج الطبيعة مع أساليبي التقليدية لتوظيف البكتريا لصناعة الأنسجة. نحن نعمل على توظيف بكتريا سيليكولور لنرى إذا كانت تستطيع إنتاج كمية صبغة أكبر. وننظر إلى أدوات الأحياء الصناعية. الأدوات التي صممت خصيصاً لتشغيل البيولوجيا التركيبية لنرى قدرتها على التأقلم كأداة لطباعة وصبغ النسيج. أنا أيضاً استخدمت التصنيع الرقمي، لأن الأدوات اللازمة للعمل مع السليكولور غير موجودة بالفعل. إذن في هذه الحالة في الأسبوع الماضي تحديداً، صممتُ صحناً مختبرياً "لفحص الجراثيم" صمم لينتج بصمة معينة على الثوب كله. نحن نصنع الكثير من رداء الكيمونو.
I'm currently based at Ginkgo Bioworks, which is a biotechnology startup in Boston. I am working to see how their platform for scaling biology interfaces with my artisanal methods of designing with bacteria for textiles. We're doing things like engineering Streptomyces coelicolor to see if it can produce more pigment. And we're even looking at the tools for synthetic biology. Tools that have been designed specifically to automate synthetic biology to see how they could adapt to become tools to print and dye textiles. I'm also leveraging digital fabrication, because the tools that I need to work with Streptomyces coelicolor don't actually exist. So in this case -- in the last week actually, I've just designed a petri dish that is engineered to produce a bespoke print on a whole garment. We're making lots of kimonos.
الشيء المثير هنا: أنني لست وحدي. هناك آخرون يعملون في هذا المجال، مثل ميكوووركس. "ميكوووركس" هو البادئ الذي يريد استبدال الجلد الحيواني بجلد عيش الغراب، مادة بارعة عالية الأداء لديها تطبيقات أبعد من الأنسجة في الإنتاج. وبولت ثريدز أعدوا خميرة تنتج بروتين مثل خيط العناكب والذي يغزل لينتج خيوط عالية الجودة. بالإضافة لمقاومة الماء، المرونة والقوة الفائقة. لنصل إلى الاقتصاد القياسي، تلك البدايات نشأت وصممت وأعدت أساس العمل مع البيولوجيا. على سبيل مثال، اهتم "بولت ثريدز" بتقليد العمليات الحيوية حتى يمكنهم غزل منتجات الخميرة إلى خيوط، لقد ابتكروا ماكينة لصناعة الخيوط تحاكي الظروف الفسيولوجية التي تهيء العناكب لتغزل حريرها.
Here's the exciting thing: I'm not alone. There are others who are building capacity in this field, like MycoWorks. MycoWorks is a startup that wants to replace animal leather with mushroom leather, a versatile, high-performance material that has applications beyond textiles and into product and architecture. And Bolt Threads -- they've engineered a yeast to produce spider-silk protein that can be spun into a highly programmable yarn. So think water resistance, stretchability and superstrength. To reach economies of scale, these kinds of startups are having to build and design and engineer the infrastructure to work with biology. For example, Bolt Threads have had to engage in some extreme biomimicry. To be able to spin the product this yeast creates into a yarn, they've engineered a yarn-making machine that mimics the physiological conditions under which spiders ordinarily spin their own silk.
إذن لكم أن تروا كيف يبدأ الخيال وطرق الإلهام لتوظيف الطبيعة يمكن توظيفها في صناعات معتمدة على الطبيعة. ونحن نملك التقنيات الآن لنصمم ونبني ونختبر وندرج تلك المؤهلات. في اللحظة الحالية، لأننا أمام أزمة بيئية، الذي علينا فعله هو تحديد كيفية بناء تلك الأنظمة البيئية الجديدة لكي لا تعكس الميراث المدمر لعصر الوقود. كيف سنعمل على توزيعها لنضمن التطور المستمر العادل للعالم بأكمله. والاهم، كيف نجعله في إطار نظامي أخلاقي كي يحكم تلك التقنيات ويتفاعل مع مجتمعنا.
So you can start to see how imaginative and inspiring modes of making exist in nature that we can use to build capacity around new bio-based industries. What we now have is the technology to design, build, test and scale these capabilities. At this present moment, as we face the ecological crisis in front of us, what we have to do is to determine how we're going to build these new material systems so that they don't mirror the damaging legacies of the oil age. How we're going to distribute them to ensure a sustainable development that is fair and equitable across the world. And crucially, how we would like the regulatory and ethical frameworks that govern these technologies to interact with our society.
ستمس التقنية الحيوية كل جزء من تجاربنا الحياتية. إنها حية إنها الكترونية إنها مصممة ويمكن تصنيعها. هذا هو مستقبل المادة الذي يحتم علينا التحلي بالعزم الكافي لتشكيله.
Biotechnology is going to touch every part of our lived experience. It is living; it is digital; it is designed, and it can be crafted. This is a material future that we must be bold enough to shape.
شكراً لكم.
Thank you.