麦考瑞大学的研究小组提议利用转基因黑水虻(Hermetiaillucens)应对全球污染挑战，并为工业生产宝贵的原材料，包括价值5000亿美元的全球动物饲料市场。
麦考瑞大学的科学家在7月24日发表在《通讯生物学》杂志上的一篇新论文中概述了未来转基因苍蝇如何改变废物管理和可持续生物制造，从而实现多项联合国可持续发展目标(SDG)。
合成生物学家KateTepper博士是该论文的主要作者，也是麦考瑞大学应用生物科学系的博士后研究员。
“发展循环经济的一大挑战是制造可以利用废物生产的高价值产品，”泰珀博士说。
垃圾填埋场排放者
据估计，全球有40%至70%的有机废物被送往垃圾填埋场。
“有机废物的填埋产生了全球每年温室气体排放量的约5%，我们需要将这一比例降至0%，”Tepper博士说。
污水处理产生的有机副产品——城市生物固体——可以用作合成肥料的替代品来种植农作物和闭合养分循环。
然而，泰珀博士指出，人们对废物中的有毒化学物质的担忧日益增加，包括全氟和多氟烷基物质(PFAS)等危险的“永久化学物质”。
在发展中国家，露天倾倒的有机废物会污染饮用水或灌溉水、吸引害虫、传播疾病并破坏自然栖息地，而农民经常焚烧无法使用的剩余农作物部分，从而造成空气污染。
黑水虻在废物管理中已经受到重视，它们会消耗商业有机废物，然后被加工成“昆虫生物质”，制成家养宠物、商业养鸡户和养鱼户的食物。
但麦考瑞大学的研究小组认为，基因工程可以扩展黑水虻的用途，使它们能够将废弃物转化为强化动物饲料或有价值的工业原料。
这些幼虫可以生物制造工业酶，目前用于畜牧业、纺织、食品和制药行业，每年的全球市场价值数十亿美元。
还可以对苍蝇进行基因改造，使其产生专门的脂质，用于生物燃料和润滑剂，取代化石燃料衍生产品。
通过对昆虫进行基因改造，使其能够制造出食品供应链中未使用的工业酶和脂质，将扩大可使用的有机废物的种类，研究小组建议对苍蝇进行改造，使其能够消化受污染的有机废物、污水污泥和其他复杂的有机废物。
“甚至连苍蝇粪便，也就是所谓的‘粪便’，都可以被改良，用来制作肥料，”泰珀博士说。“可以对苍蝇进行改造，使其清除粪便中的化学污染物，然后将其用作无污染肥料，用于种植农作物，并防止污染物进入我们的食品供应链。”
可持续生物制造
资深作者、麦考瑞大学应用生物科学系动物合成生物学实验室负责人MaciejMaselko博士表示：“昆虫将成为合成生物学应用的下一个前沿，解决一些我们无法用微生物解决的巨大废物管理挑战。”
转基因微生物需要无菌环境来防止污染，同时还需要大量的水和精制的营养物质输入。
“我们可以直接喂黑水虻吃脏垃圾，而不是经过消毒或彻底预处理的垃圾。当垃圾被切成小块时，黑水虻会比微生物更快地消化大量垃圾，”马塞尔科博士说。
研究人员建议，基因工程可以借助现有框架，将苍蝇从简单的废物处理器提升为高科技生物制造平台。在论文中，研究人员概述了一份路线图，呼吁在主要昆虫中使用更好的基因工程工具。
“物理遏制是一系列保护措施的一部分。我们还在开发额外的基因遏制层，以便任何逃逸者都无法在野外繁殖或生存，”马塞尔科博士说。
商业化
麦考瑞大学与研究团队的一些成员合作，提交了与黑水虻生物制造相关的专利申请，该项目已由麦考瑞大学的衍生公司EntoZyme启动。
泰珀博士表示，引入转基因昆虫不仅在价值数十亿美元的废物管理市场中具有巨大潜力，而且还可以在生产一系列高价值的工业投入品方面发挥作用。
“如果我们想要一个可持续的循环经济，那么它的经济学就必须发挥作用，”泰珀博士说。
“当有经济激励来实施可持续技术时，例如对昆虫进行基因改造以从废弃物中获取更多价值，这将有助于更快地推动这一转变。”