A szintetikus biológia már a valóság része, és hasznosítani is tudjuk

A ChatGPT 2022 novemberi berobbanása emlékeztetett bennünket a forradalmi technológiák átalakító erejére. A generatív AI segítségével az egyetemi kutatók és technológiai vállalatok évek óta kísérleteztek – majd hirtelen eljött az áttörés, mindenki előtt kinyílt az ajtó és a technológia felforgatta az üzleti világot. Néhány évvel korábban a Covid-19 vakcinák látszólag csodálatos, kilenc hónapos fejlesztése tűnt megdöbbentőnek, miközben az mRNS és a hírvivő RNS a már ‘60-as években kigondolt molekuláris biológiai technológián alapul.

A BCG szakértői szerint összesen öt, mindent megváltoztatni képes technológia térnyerése előtt állunk: az egy korábbi hírlevelünkben már bemutatott CO2-to-X mellett ezek a kvantumszámítógép, a fúziós energia, a széndioxid levegőből való közvetlen kinyerése és a szintetikus biotechnológia. Ezen a héten a BCG szakértői az utóbbi területtel, a syn-bióval foglalkoznak részletesebben.

Megtörni a kört

Több tucat startup fejleszt és vezet be a piacra jelenleg is fenntartható, biomérnöki termékeket, bőrkrémeket, poliuretán habokat, biológiailag lebomló gyorsétel-tartókat és hatékony alternatívákat a nitrogénműtrágyákra. Az Unilever, a Zara, és az Adidas biotechnológiai vállalkozásokkal együttműködve, petrokémia-mentes műanyagokat, mosószereket, sportcipő-anyagokat és más erős, nyújtható szöveteket mutatnak be, olyanokat is, 

amelyek a jövőben akár magukat is megjavíthatják.

A szintetikus biotechnológia – röviden a syn-bio – gyorsabb sikerének két fő korlátja van: a magas költség és a gyártási kapacitás korlátozott elérhetősége. A Boston Consulting Group szakértői szerint jelenleg a legtöbb kezdő vállalkozás olyan partnerekkel dolgozik, amelyek kis mennyiségű új anyagot tudnak előállítani és ez drágává teszi a termelést. A költséghatékonyság érdekében ipari méretű fermentáló helyekre van szükség. Egy ilyen termelőegység felépítése akár 300-400 millió dolláros tőkebefektetést is igényelhet. 

Ez egyfajta ördögi kör: amíg nincs több kapacitás, nehéz csökkenteni az egységköltségeket. És amíg nincs gazdaságos megoldás, kevesen akarnak hatalmas fermentálókat építeni. Ennek eredményeként a kockázati tőke túlnyomó része továbbra is biotechnológiai vállalatokba áramlik, amelyek olyan molekulákat terveznek, amiket prémium áron különleges termékek előállításához használnak.

A nehézségek ellenére a syn-bio elterjedési pontja egyre közelebb van. Az iparág gyors fejlődése lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy sokkal gyorsabban és sokkal többféle molekulát hozzanak létre. Emellett számos iparágban nő a kereslet a fenntartható termékek iránt, ennek eredményeként az ipari méretű biogyártó létesítmények új generációja jöhet létre.

Kisebb lábnyomok

A syn-bio az élővilág alapvető tervezési elveinek megértésén alapul, a mikroorganizmusoktól a növényeken át az emberi testig. A technológia az 1970-es és ‘80-as években a gyógyszeriparban jelent meg, amikor a génmódosítás lehetővé tette a kombinált inzulin előállítását. Ez továbbra is segíti olyan terápiák létrehozását, amelyekre a vegyi anyagok nem alkalmasak. Évtizedek múltán a syn-biót bioüzemanyagok előállítására alkalmazták, bár ezek máig sem érték el a valódi költséghatékonyságot a fosszilis tüzelőanyagokkal szemben. 

A legújabb – és leginkább sikeres – syn-bio hullám most érkezik. Az új eszközök, például a 2012-ben felfedezett és 2020-ban Nobel díjjal jutalmazott CRISPR-Cas9, lehetővé teszi számunkra, hogy 

ne csak a meglévő biológiai anyagot változtassuk meg, hanem szinte bármelyik élőlényt manipuláljuk és áttervezzük. 

Hetek alatt létre lehet hozni és tesztelni variációk millióit, majd azonosítani azokat a genetikai aberrációkat, amelyek érdekes molekulákhoz vezethetnek. A tesztelőberendezések fejlődnek, drasztikusan csökkentik a fejlesztési időt és a költségeket. A precíziós fermentálás révén elméletileg lehetséges bármilyen petrokémiai alapú terméket reprodukálni, beleértve a műanyagokat, a festékeket, a tisztító- és bőrápoló szereket.

A syn-bio lényegében a fenntarthatóság tervezéséről szól, miközben potenciálisan példátlan teljesítményt is nyújt. A cél az, hogy jobb, a környezetre kevésbé káros (biológiailag lebomló), termékeket tudjunk létrehozni, amelyek a felhasználás után nem illegális hulladéklerakókban végzik. A megújított takarmányokból származó biomérnöki élelmiszerek és anyagok szénlábnyomai 30 százalékkal és akár 70 százalékkal kisebbek lehetnek a hagyományos termékekénél. Ha más takarmányforrásokra, például megfogott CO2-re váltunk át, a lábnyom akár 80-90 százalékkal is csökkenhet.

Nincs messze a pókember-csuka

A technológiának két alapvető alkalmazási típusa van. Az egyik a bio-helyettesítők, vagy másnéven a bio-természetesek területe. Ezek létező molekulák másolatai egészen az atomi szerkezetig. Jelenleg a legnagyobb piac a bio-helyettesítők számára van, mert azok közvetlenül beilleszthetők a meglévő ipari ellátási láncokba. A Perfect Day vállalat már piacra dobta fenntartható tejtermékeit olyan nagy élelmiszeripari vállalatokkal együttműködve, mint a Nestlé vagy a Mars. A nagy kihívás viszont az, hogy elérjék a költség-paritást a hagyományos termékekkel, miközben ezeknek a termékeknek jóízűnek és egyben környezetbarátnak is kell lenniük.

A másik alapvető kategória a bio-natívoké, amelyek korábban vegyi úton elő nem állított, teljesen új molekulákon és anyagokon alapulnak. A Pivot Bio például olyan mikrobákat módosított, amelyek a levegőben lévő nitrogént alakítják át kulcsfontosságú növényi tápanyaggá. Az így előállított ammónia lehetővé teszi a mezőgazdaság számára, hogy kevesebb nitrogénalapú műtrágyát használjon. Így a fel nem használt és meg nem termelt műtrágya révén évente több millió tonna CO2-kibocsátás spórolható meg és természetesen jelentősen csökken a vizeket szennyező műtrágya mennyisége is. 

Több vállalat fejleszt biológiai alapanyagokból alternatív bőrt, csomagolóanyagokat, szöveteket és műanyagokat. 

Ezek a természet-alapú anyagok nemcsak környezetbarátok, hanem néhányuknak más értékes tulajdonságai is vannak. Ilyen például a pókháló fehérjéje, ami az acélnál is keményebb lehet, mégis rendkívül rugalmas – a Nike és az Adidas tervezi felhasználni ezt sportcipőkben, míg a Checkerspot algából származó poliuretán gyantát készít, sílécek előállításához.

Merész célok

A következő lépés az lenne, hogy fenntartható vegyszerek tíz- és százezer tonnás mennyiségben készüljenek. Ez akár évtizedes távolságban lehet, de az első ipari méretű létesítmények már meg is jelentek. A houstoni Solugen Bioforge szélenergiát hasznosító létesítménye például módosított enzimeket használ, hogy cukorból állítson elő vegyi anyagokat. A chicagói LanzaTech öt termelési helye közül az egyik belgiumi közös vállalkozás az ArcelorMittallal, ahol évente 80 millió liter etanolt tudnak előállítani baktériumok segítségével más gyárakból beszerzett a CO2 fermentálásával.

Biztató jel az is, hogy az azonos iparágakban versengő vállalatok elkezdik pénzügyi erejüket egyesíteni annak érdekében, hogy kereskedelmi forgalomba hozzák a bio-tervezett, potenciálisan ipari szabvánnyá váló molekulákat. Az Unilever, a L’Oréal és a Kao például közösen dolgozik a San Diego-i Genomatica vállalattal a pálmaolaj kiváltásán és ez által az esőerdők megvédésén. 

Jöhet a meredek rész

Boston Consulting Group

2023-ban indult el az Egyesült Államok Bold Goals for U.S. Biotechnology and Biomanufacturing (merész célok a biotechnológia és biogyártás számára) programja, amely a hazai kapacitás kialakítását szorgalmazza. A célok között szerepel, hogy két évtizeden belül a petrolkémiai anyagok 30 százalékát biokémiai anyagokkal lehessen helyettesíteni (kérdés, milyen út folytatódik majd mindez a novemberi elnökválasztás után – a szerk).

Amint a nagy biogyártó üzemek bizonyítják hasznosságukat és szabványosodnak, vonzó eszközök lehetnek intézményi és magántőkebefektetők számára, akik aztán újabb hasonló gyárakat finanszírozhatnak. Ahogy a biogyártás pénzügyi kockázata csökken, valószínű, hogy a kereslet nőni fog, megnyitva az utat a széleskörű elfogadás előtt. Ez feloldhatja az ördögi kört – és jelezheti a pillanatot, amikor a syn-bio egész iparágakat kezd átalakítani. 

A cikk alapjául szolgáló források: Nicolas Goeldel, 2024. január 22: Synthetic Biology Is Getting Closer to Industrial Scale és BCG, 2024. január 22: Five Game-Changing Technologies Nearing Their Tipping Point

Nyitóképünk illusztráció. Forrás: AFP / Xinhua / Sun Fanyue