Как биотехнологии преобразуют мир и кто за это заплатит

РБКHi-Tech

Ген перемен

Как биотехнологии преобразуют мир и кто за это заплатит

Валерия Коган — выпускница МФТИ, аспирантка Ариэльского университета (Израиль), основательница агротехстартапа Fermata, который следит за состоянием тепличных растений при помощи искусственного интеллекта (сегодня компания Fermata оценивается в $12 млн и обслуживает сельскохозяйственные рынки Израиля и Западной Европы), а также биотех-стартапа Smartomica, занимающегося анализом медицинских и научных данных и созданием инструментов персонализированной медицины.

Как развивается современная биоэкономика, какие существуют проблемы в этой сфере, куда движется вся биотехнологическая индустрия и почему выгодно инвестировать в нее — в колонке основательницы агротех- и биотех-стартапов Валерии Коган.

Как развиваются биотехнологии

Согласно прогнозам Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), к 2030 году в развитых странах продукция биотехнологий будет составлять почти 3% ВВП, а сами биотехнологии будут применяться для получения 80% лекарств, 50% сельскохозяйственного производства и 35% продукции химической промышленности. Все идет к развитию биоэкономики, которая благодаря пандемии стала еще ближе.

Основные сферы использования биотехнологий сегодня — медицина, фармацевтика, промышленность, энергетика, сельское хозяйство, где BioTechинновации позволяют снизить себестоимость продукции (в частности, в пищевой промышленности), развивать биомедицину и отрасль биофармацевтических препаратов. При этом на рынок выходят как продукты, заменяющие традиционные, так и совершенно новые.

Уже сегодня биотехнологии позволили появиться большому числу функциональных пищевых продуктов, призванных снизить риски развития заболеваний за счет высокого содержания (25–50% от суточной потребности) микронутриентов. Развитие этого направления важно для снижения нагрузки на медицину. Примером таких продуктов могут служить крупы (хлопья), обогащенные протеином и за счет этого поставляющие в организм больше белка, чем стандартные аналоги, — 23 г (в 100 г овсяных хлопьев) против 12,3 г. Также появилось немало новых сортов растений и пород животных, причем биотехнологии позволили ускорить процессы селекции: например, для выращивания сортов риса срок сместился с десяти до восьми лет. Это показало исследование «Повышение глобальной продовольственной безопасности за счет ускорения селекции растений», проведенное в 2019 году.

Но удовлетворены еще не все запросы рынка — множество направлений находятся только на стадии развития. Например, технологии получения рекомбинатных белков (благодаря генной инженерии), разработка биопозитивных стройматериалов (положительно влияют на здоровье) и продуктов биоорганического синтеза. И очень остро стоит вопрос изменения климата, которое можно затормозить при помощи «зеленых» отраслей экономики, в том числе биотехнологий.

Почему биотех такой дорогой

Заинтересованность правительства — один из ключевых факторов развития биотехнологий и определения их стоимости. Сегодня свыше 40 стран имеют национальные стратегии для продвижения биоэкономики. В нашей стране с 2012 года работала «Комплексная программа развития биотехнологий в Российскоий Федерации: Био2020», но в 2018 году в Минэкономразвития сообщили, что ее нужно пересмотреть, поскольку программа не предусматривала финансирования исследований. Какая стратегия заменит этот документ, переставший действовать в 2021 году, неизвестно. Но помимо финансирования в России очень не хватает института развития проектов в области биотехнологий, который бы целенаправленно инвестировал в этот сектор, а также комплексного нормативного обеспечения — на это игроки рынка обратили внимание в рамках IV ежегодного Аграрного форума России в 2019 году.

Кроме этого, большую роль играют инвестиции частного сектора и диверсификация источников капитала. В пандемию венчурный рынок устремился в BioTech — только в США в первой половине 2020-го появилось столько же фондов, нацеленных на биотехнологии, сколько за весь 2019 год (с капиталом более $10 млрд) — об этом сообщает Silicon Valley Bank. При этом все чаще капитал для биотехнологических исследований не ограничивается государственными источниками и финансированием из частного сектора: подключаются краудфандинговые площадки (такие как Indiegogo, Kickstarter), интернет-порталы, привлекающие средства для конкретного проекта от нескольких инвесторов. Правда, из-за пандемии они понесли серьезные убытки — на Kickstarter, по данным Cnews, по итогу 2020 года число проектов уменьшилось более чем на 30%.

Также на стоимость BioTech-решений влияет доступность ресурсов — технологических (исследовательских центров, конкретных аппаратов) и человеческих (специалистов). Чем их больше, тем ниже затраты на производство биотехнологических продуктов за счет возможности масштабировать разработки. И одновременно с этим нужно работать над прозрачностью операционной деятельности и логистикой, создающими дополнительные расходы.

Как удешевить технологии

В первую очередь нужно повысить мощности в исследовательских центрах за счет закупки более современного и производительного оборудования — компьютеров нового поколения и других способов модернизации производственных мощностей. Это способствует повышению скорости цикла DesignBuild-Test-Learn: «проектирование, сборка, тестирование, обучение». В сочетании с увеличением числа биотехнологов высокого класса это поможет масштабировать уже существующие разработки. Но для достижения всего этого нужно усиление коллаборации стейкхолдеров (государства и частного сектора).

Способом удешевления технологий могут стать разработка и применение новых инструментов для секвенирования (определения порядка нуклеотидов), синтеза и редактирования ДНК. В американском Национальном научно-исследовательском институте генома человека (NHGRI) указывают на то, что рассчитать точные затраты, например на секвенирование ДНК, невозможно. Но по оценкам NHGRI, в 2006 году это стоило около $14 млн, в середине 2015 года — уже $4 тыс., а к концу 2015-го — $1,5 тыс. Такого снижения цены удалось добиться именно за счет появления и освоения новых инструментов.

В целом эволюция клинических исследований, которая позволит проводить все процедуры быстрее, точнее и качественнее, должна снизить затраты занятых в биотехнологиях специалистов и, соответственно, сделать BioTech-продукты доступнее по цене. Это, в свою очередь, должно способствовать массовому распространению таких продуктов,

что и является основной целью BioTech-компаний. Потому что нет ничего более выгодного, чем сделать доступное лекарство или диагностический метод, который оплачивает страховая компания: это несопоставимо по привлекательности с «продуктами для богатых».

Станет ли биотех доступнее

Применение любых инноваций в этой сфере, особенно в области здравоохранения, невозможно без государственного «разрешения» и соответствующего регулирования. Также есть фактор времени, но его компании постепенно обходят: например, в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии (США) смогли разработать технологию, позволяющую печатать любой орган не за шесть часов, а за 19 минут. Помимо этого, присутствует фактор стоимости готовых решений, однако она со временем все же снижается: как это происходит, например, с методикой секвенирования генома, которая за десять лет подешевела почти в 10 тыс. раз.

Впрочем, определенный уровень «массовости» уже достигнут даже в медицинской отрасли, хотя об этом известно лишь в научных кругах: например, российская компания MaxBionic продает бионические протезы, а в рамках соцстрахования их даже можно получить бесплатно. А, к примеру, в американском штате Северная Каролина работает Институт регенеративной медицины Уэйк-Форест, который несколько лет занимается не только печатью искусственных органов, но и их трансплантацией — еще в 2006 году пациенты получили мочевые пузыри с 3D-принтера. В 2016-м в институте стали делать уши, хрящи, кости рук и тела, сохраняющие стабильность после пересадки. А в 2019 году разработали биопринтер для печати кожи напрямую на рану. Помимо этого в институте создают миниатюрные копии сердца, печени и других органов, чтобы проверять на них действие лекарственных препаратов и выявлять побочные эффекты.

Еще одна сложная, но также уже доступная не только для экспериментов медицинская биотехнология — онколитические вирусы, которые применяются в виротерапии онкологических заболеваний. Суть — в заражении опухоли модифицированным вирусом (аденовирусом, герпесвирусом, энтеровирусом), чтобы сделать ее клетки иммуногенными: это позволяет собственному иммунитету человека бороться против онкологии. Помимо этого, и сам вирус разрушает опухоль, поэтому получается терапия двойного действия. Виротерапия наиболее эффективна на ранней стадии как профилактика метастазирования (размножения в другие органы). Но технология не является заменой химио- или лучевой терапии и используется в перерывах между применением этих методик.

Как биотехнологии изменят мир

Развитием индустрии все сильнее будут управлять социальные факторы, потому что многие новые биотехнологии вызывают общественные дебаты о том, что в них превалирует — ценность или опасность. Например, технология генного драйва — часть генной инженерии, позволяющая изменить вероятность того, что определенный аллель перейдет к потомству (аллели — формы определенного гена, располагаются в одинаковых областях парных хромосом).

Технология фактически позволяет модифицировать целую популяцию живых организмов — например, навсегда избавить человечество от малярийных комаров: это одна из самых распространенных идей применения генного драйва. Для этого достаточно поместить в комаров гены, не позволяющие им инфицироваться одноклеточными плазмодиями (возбудитель малярии). С течением времени генетически модифицированные комары создадут безопасную популяцию, а «старые» вымрут.

В 2015 году ученые из Имперского колледжа Лондона при помощи CRISPR/Cas9 создали генный драйв, чтобы вызвать бесплодие у малярийных комаров. По последним данным официального портала Imperial College London, за 7–11 поколений удалось полностью избавиться от популяции переносчика болезни. Но до начала тестирования технологий в дикой природе, по мнению ученых, еще около пяти-десяти лет. Однако при всей пользе генного драйва в вопросе избавления от ряда инфекций или наследственных заболеваний у него есть другая сторона: риск биотерроризма и просто непредвиденных последствий, если модифицированный объект (например, животное) сбежит из лаборатории. Поиск решений таких задач (когда нужно получить лишь пользу с минимальными рисками) станет драйвером для развития BioTech-индустрии.

Многие будущие биотехнологические продукты будут похожи на существующие, но созданы с помощью новых подходов. Отчасти за счет этого они смогут появляться быстрее — по крайней мере, это уже актуально для новых форм генетической трансформации. Методика CRISPR/Cas9 позволяет сократить время ДНК-исследований, а благодаря последней разработке в этом направлении — фоточувствительной химической модификации направляющей РНК — она стала быстрее в 100 раз, пишет журнал Science. Увеличение скорости и эффективности вышеупомянутых циклов Design-Build-Test-Learn вместе с увеличением числа специалистов в биотехнологической отрасли приведет к появлению большего количества продуктов, аналогичных ранним разработкам, но трансформирующихся с помощью процессов, отличных от рекомбинантной ДНК.

Впрочем, некоторые будущие биотехнологические продукты могут полностью отличаться от существующих. Растущие возможности преобразования геномов сегодня позволяют разработчикам расширять число и виды модификаций. Мы можем увидеть генетическую трансформацию микробов (таких как дрожжи, водоросли и бактерии) в замкнутых системах для производства химикатов и биотоплива. А также развитие сообществ микробов из синтетической ДНК — они могут быть предназначены для высвобождения в открытых средах для усиления азотфиксации растениями или для использования в биоремедиации на загрязненных участках.

Помимо этого, будут появляться новые BioTechплатформы, способствующие увеличению объемов и скорости производства биотехнологической продукции. Речь идет в первую очередь о вычислительных инструментах для повышения эффективности, новых наборах инструментов для потенциальных разработчиков, улучшенных возможностях синтеза ДНК и РНК и более автоматизированных системах.

Так, в России уже несколько лет существует платформа «БиоТех2030», цель которой — построение отечественной биоэкономики, осуществление научно-технической и инновационной политики.

Фото: Victoria Heidel

O'qishni davom ettirish uchun tizimga kiring. Bu tez va bepul.

Roʻyxatdan oʻtish orqali men foydalanish shartlari 

Tavsiya etilgan maqolalar

Как искусственный интеллект помогает в научных исследованиях Как искусственный интеллект помогает в научных исследованиях

Впечатляющие сферы применения ИИ исследователями

РБК
Ориентация без навигатора: как вывести человека из лесной чащи по телефону? Ориентация без навигатора: как вывести человека из лесной чащи по телефону?

Какими инструментами пользуются спасатели, чтобы вывести человека из леса

Вокруг света
Она вышивает мечты Она вышивает мечты

Самая яркая звезда на небосклоне высокой моды Поднебесной — талантливая Гуо Пей

Y Magazine
Все течет: 9 загадок «Композиции VI» Кандинского Все течет: 9 загадок «Композиции VI» Кандинского

«Композиция VI» Кандинского — история о преодолении хаоса

Вокруг света
«Маленький колодец»: под холмом в Ираке открыт новый город «Маленький колодец»: под холмом в Ираке открыт новый город

Совместная российско-иракская экспедиция работает на городище Телль Дехайла

Наука и жизнь
Книжный мир: 12 потрясающих библиотек Книжный мир: 12 потрясающих библиотек

Библиотеки, которые удивят вас своим внешним видом

Вокруг света
Водка, мафия, спортивки и призраки: главные современные стереотипы иностранцев о России Водка, мафия, спортивки и призраки: главные современные стереотипы иностранцев о России

Пять самых распространенных заблуждений о России у иностранцев

Вокруг света
Сбывшийся сон князя Гедимина: 7 фактов о Вильнюсе Сбывшийся сон князя Гедимина: 7 фактов о Вильнюсе

Вильнюс полон разных тайн, но готов раскрыть их желающим

Вокруг света
По волнам моей памяти По волнам моей памяти

Загородный дом Екатерина Акхузиной напоминает ей о детстве

AD
Спасаемся от зноя: 5 рецептов холодных супов из Европы Спасаемся от зноя: 5 рецептов холодных супов из Европы

Для приготовления этих холодных супов иногда даже не нужно включать плиту

Вокруг света
Поиски воли Поиски воли

Можно ли спасти представление о свободе воли, не впадая в антинаучный мистицизм?

Вокруг света
Следующий уровень Следующий уровень

Системы сборных фальшполов: виды и монтаж

Идеи Вашего Дома
С мастерком и отвесом С мастерком и отвесом

Как возвести кладочные перегородки в квартире

Идеи Вашего Дома
5 легендарных авто, созданных не в «автомобильных» странах 5 легендарных авто, созданных не в «автомобильных» странах

Иногда свои машины выпускают совсем не «автомобильные» страны

Вокруг света
Крылатые и хвостатые синоптики: как животные предсказывают погоду Крылатые и хвостатые синоптики: как животные предсказывают погоду

Предсказатели погоды, которые живут рядом с нами

Вокруг света
Ленивец: древесный тихоход Ленивец: древесный тихоход

Ленивцы идеально приспособлены к определенной среде обитания

Вокруг света
Новое золото: что такое биткойн и деньги ли это? Новое золото: что такое биткойн и деньги ли это?

Увлечение криптовалютами — это просто золотая лихорадка, только на новый лад

Вокруг света
Где стоит единственная в России церковь на драконах Где стоит единственная в России церковь на драконах

Может ли на драконах стоять православный храм?

Вокруг света
Ходячий анекдот: 10 мифов о поручике Ржевском Ходячий анекдот: 10 мифов о поручике Ржевском

Поручик Ржевский стал героем анекдотов с 1960-х годов

Вокруг света
Обувь для машины: 11 занимательных фактов об автомобильных шинах Обувь для машины: 11 занимательных фактов об автомобильных шинах

Первые шины появились раньше автомобилей

Вокруг света
Капибары: последние из гигантов Капибары: последние из гигантов

Капибара — единственный представитель южноамериканской ветви гигантских грызунов

Вокруг света
Кто быстрее? Кто быстрее?

Быстротвердеющие наливные полы

Идеи Вашего Дома
Неестественный отбор Неестественный отбор

Перспективы развития геномной селекции в Евразийском экономическом союзе

Агроинвестор
Аристократ от керамики: 5 интересных фактов о фарфоре Аристократ от керамики: 5 интересных фактов о фарфоре

Изобретенный в Китае фарфор покорил Европу и по сей день играет большую роль

Вокруг света
Роковые пари Роковые пари

Как публичные споры известных миллиардеров отражаются на заработках инвесторов

Forbes
Отменяем 5/2: особенности трудового законодательства в разных странах мира Отменяем 5/2: особенности трудового законодательства в разных странах мира

Заметные законодательные «рекорды» в области трудового права

Вокруг света
Гаитянский щелезуб и еще 3 ядовитые «ошибки природы» Гаитянский щелезуб и еще 3 ядовитые «ошибки природы»

Щелезуб — одно из немногих ядовитых млекопитающих на земле

Вокруг света
Кондиционер предков: как спасались от зноя в Персии Кондиционер предков: как спасались от зноя в Персии

Аналоги современных кондиционеров появились больше двух тысяч лет назад

Вокруг света
«Русское поле» отдаст курицу на аутсорс «Русское поле» отдаст курицу на аутсорс

Откармливать птицу для компании будут фермеры

Агроинвестор
Быстрый и мертвый: самые короткие войны XX века Быстрый и мертвый: самые короткие войны XX века

Обычно война — дело затратное и довольно длительное. Но бывает и по-другому

Вокруг света
Открыть в приложении