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.
Bạn đang xem vòng đời của một Streptomyces coelicolor. Nó là một dòng vi khuẩn được tìm thấy trong đất, nơi nó sống cùng cộng đồng với những sinh vật khác, để phân hủy chất hữu cơ. Coelicolor là một sinh vật xinh đẹp. Một nhà máy năng lượng cho tổng hợp các hợp chất hóa học hữu cơ. Nó tạo ra một chất kháng sinh gọi là actinorhodin, cái mà phân loại theo màu sắc từ xanh tới hồng và tím, phụ thuộc vào độ axit trong môi trường của nó. Nó tạo ra những phân tử màu gợi lên sự hiếu kỳ của tôi và dẫn tôi tới sự cộng tác gần hơn với coelicolor. Nó là một sự cộng tác không có thực, nhưng nó đã làm thay đổi hoàn toàn thực tiễn thiết kế vật liệu của tôi. Nhờ nó, tôi hiểu được cách mà tự nhiên đã cách mạng hóa hoàn toàn. cách chúng ta thiết kế và tạo dựng môi trường của chúng ta, và những sinh vật như coelicolor đang giúp chúng ta phát triển tương lai vật liệu.
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.
Vậy có điều gì sai với mọi thứ khi chúng là chính mình? Với thế kỷ trước, chúng ta sắp đặt chính mình quanh các nhiên liệu hóa thạch, có thể nói là hệ thống vật liệu giá trị nhất chúng ta từng biết. Chúng ta bị trói buộc với tài nguyên này, và chúng ta phụ thuộc vào nó, nó định ra danh tính, văn hóa, cách làm và các nền kinh tế của chúng ta. Nhưng các hoạt động với nhiên liệu hóa thạch đang tạo hình lại trái đất với một sự xâm phạm có khả năng làm thay đổi khí hậu đột ngột, làm gia tăng việc mất hệ sinh thái và thậm chí kéo dài xung đột con người. Chúng ta đang sống trong một thế giới nơi việc chối bỏ sự phụ thuộc trở nên đáng sợ. Và những nguyên nhân là đa dạng, nhưng chúng gồm đặc quyền không bị ảnh hưởng và những gì tôi tin là sự thiếu trí tưởng tượng sâu sắc về cách chúng ta có thể sống trong những giới hạn ranh giới của hành tinh này.
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.
Những nhiên liệu hóa thạch một ngày sẽ nhường lại cho năng lượng tái tạo. Nghĩa là chúng ta cần tìm ra hệ thống vật liệu mới thứ mà ko dựa vào dầu mỏ. Tôi tin rằng những hệ thống vật liệu đó sẽ thuộc sinh học, nhưng vấn đề là cách chúng ta thiết kế và tạo dựng chúng. Chúng không phải duy trì những tàn tích của thời đại dầu mỏ.
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.
Khi bạn nhìn vào hình ảnh này, Bạn nhìn thấy gì? Tôi nhìn thấy một hệ thống sinh học vô cùng tinh vi, qua việc sự dụng enzim, có thể di chuyển và đặt nguyên tử nhanh hơn và chính xác hơn bất cứ thứ gì chúng ta từng tạo ra. Và chúng ta biết rằng nó có thể làm điều này ở quy lớn. Tự nhiên đã tiến hóa hơn 3.8 tỷ năm để có thể làm điều này, nhưng bây giờ qua việc sử dụng sinh học tổng hợp, một kỷ luật khoa học mới tìm kiếm theo yêu cầu chức năng của hệ thống sống, chúng ta có thể nhanh chóng làm mẫu thử bộ ghép DNA. Có nghĩa là chúng ta có thể tạo ra một loại chính xác sinh học làm nó có thể để tạo ra một vi khuẩn mà có thể tái chế kim loại, làm tăng trưởng nấm ở trang thiết bị và thậm chí tách năng lượng tái tạo từ tảo.
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?
Nghĩ về cách chúng ta có thể tiến đến sự sáng chói vốn có này của thiên nhiên-- để tạo dựng mọi thứ từ sinh vật sống-- hãy cân nhắc quá trình sinh học của việc lên men, Tôi đã nghĩ về quá trình lên men khi được sử dụng bởi loài người, như một bộ dụng cụ công nghệ cấp tiến cho sự sống còn của chúng ta. Khi một chất rắn hoặc lỏng lên men, nó bị phân hủy hóa học bởi khuẩn nấm. Phụ phẩm của nó là thứ chúng ta coi trọng. Ví dụ, chúng ta thêm men vào nho để làm rượu. Trong tự nhiên, những biến đổi này là một phần của một mạng lưới phức tạp-- một chu kỳ liên tục phân phối lại năng lượng. Lên men tạo ra sự tương tác đa loài của vi khuẩn và nấm, thực vật, côn trùng, động vật và loài người: nói cách khác, toàn bộ hệ sinh thái. Chúng ta đã biết về những tương tác vi khuẩn hùng mạnh này hàng ngàn năm. bạn có thể thấy cách qua sự lên men của ngũ cốc, chất sinh dưỡng và sản phẩm động vật, tất cả mọi người và văn hóa thế giới làm thích ứng hệ vi sinh biến thứ không ăn được thành có thể ăn. Thậm chí có bằng chứng rằng 350 năm sau công nguyên, mọi người chủ ý gây men đồ ăn gồm chất kháng sinh. Khung xương còn lại của một vài người Nubia Sudan được tìm thấy có chứa lượng lớn lớp chất tê-tra-xin-clin. Đó là chất kháng sinh chúng ta sử dụng trong y học hiện đại. Và gần 1500 năm sau đó, Alexander Fleming khám phá ra những thuộc tính chống vi trùng của nấm mốc. Và nó chỉ nhờ sự lên men công nghiệp hóa của penicillin mà hàng triệu người có thể sống qua bệnh truyền nhiễm. Quá trình lên men có thể một lần nữa đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của loài người. Nó có thể đưa ra một mẫu mới cho sự sống còn nếu chúng ta sử dụng nó để thay đổi hoàn toàn nền công nghiệp không?
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.
Tôi đã làm việc trong sự nghiệp sáng tạo của mình để tạo ra vật liệu mới cho ngành công nghiệp dệt. Và trong khi nó có hiệu quả tôi không thể chấp nhận thực tế ngành công nghiệp dệt là một trong những ngành ô nhiễm nhất thế giới. Một trong những tác hại sinh thái gây ra bởi quá trình dệt diễn ra ở giai đoạn nhuộm và hoàn thiện. Quá trình dệt yêu cầu một lượng lớn nước. và từ đó thời kỳ dầu mỏ đã làm biến đổi hoàn toàn ngành công nghiệp dệt, nhiều loại vật liệu và hóa chất được sử dụng để xử lý chúng dựa vào dầu mỏ. Và đi cùng với ham muốn vô độ của chúng ta về thời trang ăn liền, một lượng lớn phế thải dệt may đổ ra bãi rác mỗi năm vì nó quá khó để tái chế. Một lần nữa, hãy so sánh điều này với sinh học. Đã tiến hóa trên 3.8 tỷ năm, để tạo mẫu nhanh, để tái chế và để bổ sung tốt hơn bất cứ hệ thống nào chúng ta từng tạo ra.
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.
Tôi được truyền cảm hứng bởi tiềm năng to lớn này và muốn khám phá nó qua một câu hỏi đơn giản-- tại thời điểm này. Nếu một vi khuẩn tạo ra chất màu, làm thế nào để chúng ta đưa nó vào sợi dệt? Một trong những cách yêu thích của tôi là phát triển Streptomyces coelicolor trực tiếp trên tơ lụa. Bạn có thể thấy cách mỗi nhóm sinh vật tạo chất màu xung quanh lãnh địa của nó. Bây giờ, nếu bạn thêm thật nhiều tế bào, chúng tạo ra đủ thuốc nhuộm để thấm đẫm toàn bộ vải. Điều kỳ diệu về việc nhuộm sợi theo cách này-- một loại lên men trực tiếp khi bạn làm tăng vi khuẩn trực tiếp trên tơ lụa-- là để nhuộm một chiếc áo phông, vi khuẩn sống sót trong chỉ trong 200 mi-li-lít nước. Và bạn có thể thấy cách quá trình này sinh ra dòng chảy rất nhỏ và tạo ra một chất màu không phai mà không sử dụng bất cứ hóa chất nào.
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.
Những gì bạn đang nghĩ bây giờ-- và bạn đang nghĩ đúng -- một vấn đề cố hữu liên quan đến thiết kế với hệ thống sống là: Bằng cách nào bạn định hướng một môi trường có sự sống của chính nó? Khi bạn thiết lập một vạch chuẩn cho nuôi cấy Streptomyces để nó tạo ra đủ chất màu thích hơp, bạn có thể xoắn, gấp, kẹp, nhúng, xịt, nhấn chìm-- tất cả những điều này bắt đầu thông tin mỹ học về hoạt động của coelicolor. Và sử dụng chúng một cách hệ thống làm chúng ta có thể tạo ra một mẫu hữu cơ... một chất nhuộm đồng bộ... và thậm chí một dạng in đồ họa.
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.
Một vấn đề khác là làm thế nào để chia những phương pháp làm thủ công này để chúng ta có thể bắt đầu sử dụng chúng trong ngành công nghiệp. Khi chúng ta nói về quy mô, chúng ta cân nhắc hai thứ song song: quy mô sinh học, sau đó là quy mô công cụ và quá trình được yêu cầu để kết hợp với sinh học. Nếu có thể làm điều này, sau đó ta có thể di chuyển những thứ trên đĩa petri để nó có thể phù hợp với quy mô loài người, và hi vọng phù hợp với cả kiến trúc môi trường của chúng ta.
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.
Nếu Fleming còn sống đến nay, thứ này sẽ chắc chắn là một phần trong bộ dụng của ông ông. Bạn đang nhìn vào giả định tốt nhất hiện nay của chúng ta về cách chia tỷ lệ sinh học. Nó là một bioreactor; một loại nhà ủ bia vi sinh vật có chứa men thứ mà được tạo ra để sản xuất hợp chất và hóa chất mặt hàng cụ thể như nước hoa và hương vị. Nó thực sự kết nối với một bộ phần cứng và phần mềm tự động cái mà ghi trong thời gian thực và phản hồi tới đội thiết kế về điều kiện tăng trưởng của vi sinh vật. Ta có thể sử dụng hệ thống này để làm mẫu đặc tính tăng trưởng của một sinh vật như coelicolor để thấy cách nó lên men ở mức 50,000 lít.
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.
Tôi hiện tại đang làm tại Ginkgo Bioworks, một cơ sở mới về công nghệ sinh học tại Boston. Tôi đang nghiên cứu để xem cách nền tảng của chúng với quy mô sinh học giao diện với các phương pháp thiết kế thủ công của tôi với vi khuẩn cho sợi dệt. Chúng ta đang làm những thứ như kỹ thuật tạo ra Streptomyces coelicolor để xem nếu nó có thể tạo ra nhiều chất màu hơn. Và chúng ta thậm chí đang hướng vào những công cụ cho sinh học tổng hợp. Những công cụ được thiết kế chuyên để tự động hóa sinh học tổng hợp để xem cách chúng có thể thích nghi trở thành công cụ để in và nhuộm sợi dệt. Tôi cũng đang tận dụng quá trình sản xuất kỹ thuật số, vì những công cụ tôi cần để làm việc với Streptomyces coelicolor thực sự không tồn tại. Trong trường hợp này-- chính xác là tuần trước, Tôi chỉ thiết kế một chiếc đĩa petri cái mà thiết kế cho sản xuất một mẫu vải in đặt trước trên toàn bộ hàng may mặc Chúng tôi đang làm rất nhiều kimono.
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.
Đây là một điều lý thú: Tôi không chỉ có một mình. Có nhiều người khác đang tạo dựng năng lực trong lĩnh vực này giống như MycoWorks. Mycoworks là một cơ sở mới muốn thay thế đồ da động vật với đồ da từ nấm, một vật liệu có hiệu quả cao và linh hoạt mà có ứng dụng vượt xa vải dệt trong sản xuất và kiến trúc. Và Bolt Threads-- Họ đã tạo ra một loại men để sản xuất ra protein tơ nhện mà có thể kéo thành một loại sợi lập trình cao. Hãy nghĩ về tính chống thấm nước, đàn hồi và độ bền. Để đạt được tính kinh tế của quy mô, những loại cơ sở thử nghiệm này đang phải xây dựng, thiết kế và tạo ra một cơ sở hạ tầng để làm việc với sinh học. Ví dụ, Bolt Threads đã phải tham gia một số phỏng sinh học khắc nghiệt. Để có khả năng xe chỉ sản phẩm mà loại nấm này tạo thành sợi, họ đã tạo ra một chiếc máy làm sợi cái mà mô phỏng các điều kiện sinh lý học theo cách mà những con nhện thường chăng tơ của nó.
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.
Bạn có thể bắt đầu thấy cách các mẫu tạo ra ngoài sức tưởng tưởng và truyền cảm hứng tồn tại trong tự nhiên mà ta có thể sử dụng để lập sản lượng các ngành công nghiệp sinh học mới. Những gì chúng ta có bây giờ là công nghệ để thiết kế, xây dựng, thử nghiệm và chia mức những sản lượng này. Tại thời điểm hiện tại. khi chúng ta đối mặt với khủng hoảng hệ sinh thái ngay trước mắt, những gì chúng ta phải làm là quyết định cách chúng ta sẽ xây dựng những hệ thống vật liệu mới này để chúng không phản ánh những tàn tích hư hại của thời kỳ dầu mỏ. Cách chúng ta sẽ phân phối chúng để đảm bảo sự phát triển bền vững cái mà công bằng trên toàn thế giới. Và quan trọng, cách chúng ta muốn các khung đạo đức và lập quy mà chi phối các công nghệ này tương tác với XH chúng ta.
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.
Công nghệ sinh học sẽ chạm vào mọi phần trải nghiệm sống của chúng ta. Nó là cuộc sống; nó là số hóa; nó được thiết kế, và nó có thể được làm thủ công. Đó là tương lai vật liệu mà chúng ta phải đủ nỗ lực để tạo lên.
Thank you.
Cảm ơn.
(Applause)
(Vỗ tay)