Ген перемен
Как биотехнологии преобразуют мир и кто за это заплатит
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