Читайте РБК без баннеров

Подписка отключает баннерную рекламу на сайтах РБК и обеспечивает его корректную работу

Всего 99₽ в месяц для 3-х устройств

Продлевается автоматически каждый месяц, но вы всегда сможете отписаться

Записки биоинженера: станут ли биотехнологии доступными для всех

Фото: Unsplash
Фото: Unsplash
Как развивается современная биоэкономика, какие существуют проблемы в этой сфере и куда движется вся биотехнологическая индустрия — в материале РБК Трендов

Об эксперте: Валерия Коган, основательница агротех-стартапа Fermata и биотех-стартапа Smartomica.

Как развиваются биотехнологии сейчас

Согласно прогнозам Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), 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 BioTech-инновации 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 овсяных хлопьев) против 12,3 г. Также появилось немало новых сортов растений и пород животных, причем биотехнологии позволили ускорить процессы селекции (выведения): например, для выращивания сортов риса срок сместился с десяти до восьми лет, как показало исследование «Повышение глобальной продовольственной безопасности за счет ускорения селекции растений», проведенное в 2019 году.

Но не все запросы рынка еще покрыты — 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: так, например, считают ученые, собравшиеся на конференции ООН в 2019 году.

Фото:Виталий Белоусов / РИА Новости
Зеленая экономика Зри в семя: почему селекция в РФ отстает от мировой и что с этим делать

Почему биотехнологические решения дорогие

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 Российской 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.

Помимо этого большую роль играют инвестиции приватного 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 потерпели серьезные убытки — на Kickstarter, по данным Cnews, по итогу 2020 года число проектов уменьшилось более чем на 30%.

Зеленая экономика 13 трендов биоэкономики: что ждет людей, бизнес и науку в ближайшие годы

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 Design-Build-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 (создания) и редактирования ДНК. В американском Национальном научно-исследовательском институте генома человека (National Human Genome Research Institute, 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 цифр 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 в 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 лекарство или диагностический метод, который оплачивает страховая: это не сопоставимо 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 (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB) смогли разработать технологию, позволяющую печатать 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.

Фото:Александр Рюмин / ТАСС
Индустрия 4.0 Когда мы сможем печатать новые органы на 3D-принтере

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 РФ их даже можно получить бесплатно. А, к примеру, в американском штате Северная Каролина работает Институт регенеративной медицины Уэйк-Форест (Wake Forest Institute for Regenerative Medicine), который несколько лет занимается не только печатью искусственных органов, но и их трансплантацией людям — 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.

Фото:Юлия Спиридонова для РБК
Индустрия 4.0 С железным характером: как живут люди с биопротезами. Фотогалерея

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.

Куда движется биотех

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.

Аллель — одна из форм определенного гена, в одинаковых областях парных хромосом.

Фактически, она 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, как 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.

Экономика инноваций Кросс с молоком: как генетика влияет на вкус и стоимость продуктов

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 BioTech-платформы, способствующие увеличению объемов и скорости производства биотехнологической продукции. Речь идет в первую очередь про вычислительные инструменты для повышения эффективности, новые наборы инструментов для потенциальных разработчиков, улучшенные возможности синтеза ДНК и РНК и более автоматизированные системы. В России уже несколько лет существует платформа «БиоТех2030» для построения отечественной биоэкономики, осуществления научно-технической и инновационной политики.

Обновлено 21.05.2021
Главная Лента Подписаться Поделиться
Закрыть