Biotecnologia

La Rivoluzione della Biotecnologia per i Materiali, l’Energia e le Industrie Alimentari

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Biotecnologia Oltre il Settore Medico

La maggior parte dell’attenzione nel settore della biotecnologia è rivolta alla medicina e ai prodotti farmaceutici. I motivi sono piuttosto evidenti: le biotecnologie possono potenzialmente eradicare malattie rare e croniche, combattere l’invecchiamento e curare il cancro e le malattie infettive.

È un settore molto redditizio, con molte delle più grandi aziende al mondo concentrate sul settore farmaceutico.

Tuttavia, questo non è l’unico campo di applicazione della biotecnologia. Dopotutto, la biosfera nel suo complesso è essenzialmente un insieme di nanomacchine (proteine e cellule) in grado di trasformare la luce solare e l’aria in materiale, cibo ed energia. Anche l’intera industria dei combustibili fossili si basa sui milioni di anni precedenti di attività biologica che hanno creato carbone, petrolio e gas.

Quindi, la nostra crescente padronanza della vita, fino ai livelli genetici e molecolari, potrebbe presto vedere molti processi industriali sostituiti da tecnologie più sostenibili alimentate dalla biotecnologia.

Produzione Alimentare

Il primo campo non medico in cui la biotecnologia è direttamente applicabile è la produzione agricola. Le colture OGM hanno ormai decenni di storia e stanno rapidamente migliorando per diventare molto più sostenibili e meno controverse.

La biotecnologia agricola è stimata crescere da $79,9 miliardi nel 2023 a $119,6 miliardi entro il 2028.

Un’applicazione semplice è lo sviluppo di nuove varietà di colture resistenti a malattie e parassiti o più tolleranti a siccità, ondate di calore, inondazioni e altri disturbi climatici.

Un’altra possibilità è modificare i batteri e i microrganismi sulle piante, all’interno delle piante e nel suolo. Questo potrebbe sostituire la necessità di fertilizzanti e pesticidi chimici con batteri. Abbiamo discusso di come potremmo cambiare il microbioma delle piante nel nostro articolo “Microbiomi delle Piante Ingegnerizzati — Proteggere le Colture con i Batteri“.

Fonte: Energy.gov

In questo settore, sono emersi alcuni leader, in particolare Bayer (BAYRY). L’azienda è un esempio della linea sfocata tra le compagnie farmaceutiche e agricole, con attività in entrambi i segmenti.

Abbiamo discusso di questo argomento e di Bayer nei nostri articoli “Avanzare l’Agricoltura con l’IA e l’Ingegneria Genetica – Il Futuro della Coltivazione” e “Tecnologia dei Minicromosomi – Il Modo Migliore per una Crescita Sostenibile della Produzione Agricola?“.

Cibi Alternativi

L’editing genetico può anche essere usato per creare nuovi tipi di cibo. Ad esempio, colture completamente nuove create da erbe infestanti possono essere un’opzione.

Sostituti della carne che hanno la consistenza e il sapore della carne, ma con un profilo salutare migliore, potrebbero anche essere creati modificando il genoma dei funghi.

Biocarburanti & Energia

Se le piante fossero state la fonte originale dei combustibili fossili milioni di anni fa, la biomassa appena coltivata potrebbe alimentare il nostro futuro?

Questa è la promessa dei biocarburanti. Le prime due generazioni di biocarburanti utilizzavano solo prodotti dell’agricoltura tradizionale (prima generazione con prodotti alimentari come il mais, seconda generazione con scarti agricoli).

Ma la terza generazione di biocarburanti mira a utilizzare organismi su misura per produrre direttamente carburante in modo molto più efficiente, evitando di mettere pressione sulla produzione alimentare e sulle risorse idriche.

I biocarburanti sono spesso etanolo, ma possono includere anche una varietà di altre molecole, tra cui acidi grassi a catena lunga (simili al petrolio), biogas, idrogeno e ammoniaca.

Un’opzione è utilizzare le alghe, che potrebbero essere coltivate nell’oceano o nei deserti con acqua di mare. Abbiamo esplorato questa possibilità in “Biocarburante Algale: La Prossima Rivoluzione Energetica?“.

Fonte: Exxon

Un’altra opzione potrebbe essere trasformare organismi noti come il lievito in macchine fotosintetiche, come abbiamo investigato in “Il Lievito Felice alla Luce Potrebbe Cambiare il Nostro Approccio ai Biocarburanti“.

Infine, una fusione di biotecnologia e nanotecnologia potrebbe creare biocarburanti di quarta generazione. È anche talvolta chiamato “carburante solare fotobiologico“. Questo bypasserebbe la necessità di organismi interi e ricreerebbe la fotosintesi biologica su larga scala tramite nanotecnologia.

Cambiamento Climatico

Mentre i biocarburanti potrebbero essere un contributo serio per combattere il riscaldamento globale e ridurre l’uso di combustibili fossili, non è l’unico modo in cui le biotecnologie possono aiutare.

In “Investire in Azioni Biotech che Lavorano su Soluzioni per il Riscaldamento Globale” abbiamo discusso alcune altre possibilità:

Fonte: Medium

Materiali e Forniture Industriali

Legno

Uno dei biomateriali più antichi, il legno, è ancora un materiale importante nelle economie moderne di oggi. Il settore del legname e della silvicoltura è un’industria enorme del valore di $1,16 trilioni nel 2024.

A causa della loro lenta crescita e del lungo intervallo tra generazioni, gli alberi sono stati a lungo esclusi dai programmi di ingegneria genetica.

Una genetica migliorata potrebbe aumentare la produzione di legno e la cattura del carbonio.

Potrebbe anche creare nuove forme di “coltivazione di alberi”, dove gli alberi sono usati per produrre nuovi composti di valore, dai prodotti farmaceutici ai prodotti chimici.

Questi concetti saranno probabilmente integrati con i progressi nella comprensione degli ecosistemi, con concetti come agroforestazione, foreste alimentari e silvicoltura multi-specie ottimizzata che aumentano sia la produttività sia i benefici ecologici.

Infine, il legno potrebbe essere un materiale molto più potente del previsto. I ricercatori stanno scoprendo che condizioni alcaline, alte temperature e biopolimeri possono trasformare il legno in “legno aumentato che può avere la resistenza dell’acciaio e una rigidità 23 volte superiore a quella del cemento”.

Bioplastiche & Biochemicalli

Una grande parte del consumo di combustibili fossili, nonché una fonte importante di inquinamento, è dedicata alla produzione di plastica, che potrebbe raggiungere il 20% del consumo di petrolio e gas nel 2050.

Questo è un problema importante poiché cominciamo a renderci conto che le microplastiche stanno diventando onnipresenti, sia nei nostri corpi e anche nell’acqua piovana.

Sostituire la plastica a base di combustibili fossili con bioplastica è un compito difficile, con molta ingegneria chimica ancora necessaria. Ma è possibile e probabilmente necessario se vogliamo continuare a usare la plastica senza inquinare irrimediabilmente il nostro ambiente.

Discutiamo le sfide tecniche e alcune delle ultime innovazioni in questo settore in “Alternative Eco-Compatibili alla Plastica: Chiave per gli Sforzi di Sostenibilità – Le Plastiche Biodegradabili Sono una Soluzione?“. E le aziende leader in questo settore nel “Le 5 Migliori Aziende di Bioplastiche”.

Alternative a base biologica si trovano anche in altri settori. Per esempio, per la colla, dove il formaldeide tossico può essere sostituito dalla lignina. Oppure come i pannelli fatti di canapa (piante di cannabis non psicoattive) possono essere usati per l’isolamento termico degli edifici.

Fibre Tessili

I ricercatori sono riusciti a ingegnerizzare bachi da seta in grado di produrre su larga scala seta di ragno, una fibra 6 volte più resistente del Kevlar usato nei giubbotti antiproiettile. Potrebbe essere usata in applicazioni aerospaziali e militari, così come per suture chirurgiche. La seta di ragno potrebbe persino essere usata per muscoli robotici.

Bonifica dell’Inquinamento & Ambiente

Batteri che Mangiano la Plastica

L’inquinamento da plastica può essere risolto anche in un altro modo. Carbios, una startup francese, ha identificato un batterio con un enzima modificato che digerisce la plastica.

Un’altra azienda, Epoch Biodesign crea proteine in grado di degradare detergenti, vernici, agrochimici, plastiche, ecc.

Anche piante e funghi potrebbero contribuire alla degradazione della plastica, aggiungendo alle soluzioni disponibili per rimediare all’inquinamento.

Pulizia delle Acque di Scarico del Petrolio da Scisto

Più recentemente, è emersa una nuova applicazione dei campi emergenti della biotecnologia inizialmente sviluppati per la salute umana.

Utilizzando i batteriofagi, i ricercatori sono riusciti a ridurre l’inquinamento causato dal trattamento delle acque di scarico della produzione di petrolio da scisto. Abbiamo discusso in dettaglio come funziona in “I Batteriofagi Potrebbero Ridurre i Danni Causati dallo Fracking, una Pratica Notoriamente Divisiva“.

Resuscitare Specie Estinte

L’inquinamento da plastica o il cambiamento climatico non sono gli unici impatti negativi delle attività umane. Molte specie sono in pericolo di estinzione o sono state sterminate secoli o millenni fa.

(DTST )

In “Gli Sforzi di Conservazione Potenziati dai Progressi nella Biotecnologia – I Rinoceronti Bianchi gli Ultimi a Beneficiare“, abbiamo esaminato come gli ultimi progressi nella riproduzione artificiale e nell’ingegneria genetica potrebbero salvare specie minacciate come il rinoceronte bianco, e forse anche riportare in vita specie come il mammut lanoso.

Fonte: Colossal

Archiviazione Dati su DNA

Un nuovo segmento inaspettato per la biotecnologia potrebbe essere l’archiviazione dei dati, un campo finora riservato ai semiconduttori. Tuttavia, il DNA è in realtà un mezzo straordinariamente denso per l’informazione, con una densità di informazione del DNA pari a 1,47 terabit/mm² o 950 terabit/pollice², più di 800 volte la densità degli HDD.

Potrebbe anche avere il vantaggio unico di essere stabile per un periodo molto lungo senza richiedere materiali costosi o inquinanti. L’archiviazione inoltre non richiede energia.

La diminuzione dei costi e i miglioramenti nella precisione della sintesi del DNA sintetico rendono ora possibile l’archiviazione di DNA di alta qualità.

Un problema è la lettura del materiale, che è significativamente più complessa rispetto ai dati scritti su substrati semiconduttori. Pertanto, è probabile che l’archiviazione su DNA sarà confinata a dati di archivio e altri dati non consultati frequentemente nel prossimo futuro.

L’Alleanza per l’Archiviazione Dati su DNA è stata recentemente formata e include la società di sintesi del DNA Twist Biosciences, la società di sequenziamento genomico Illumina, la società di archiviazione dati Western Digital l, Microsoft (MSFT ), Lenovo e molti altri.

Aziende di Biotecnologia Non-Farmaceutiche

1. Ginkgo Bioworks

DNA Grafico dei prezzi

L’azienda produce organismi su richiesta per applicazioni specifiche. Questi includono applicazioni biomediche e numerosi programmi di scienze industriali e dei materiali.

Ginkgo è esattamente il tipo di azienda a cui i grandi conglomerati industriali potrebbero rivolgersi per ingegnerizzare un lievito personalizzato dedicato alla produzione di biocarburanti. Lo stesso vale per chimici complessi di valore o metodi di depurazione.

Ginkgo Bioworks (DNA ) ha diversificato ampiamente le sue applicazioni con molti programmi di ricerca e partnership:

Guadagna ricevendo prima un pagamento anticipato per il processo di sviluppo e poi tramite royalties sul prodotto finito.

Le partnership di Ginkgo si stanno costantemente espandendo, con:

Ginkgo Bioworks collabora anche con tutte le principali corporation agricole, la maggior parte delle quali ha interessi nella produzione di biocarburanti e microbiologia. Alcune di queste includono Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta e altre.

2. Bayer Crop Science  (BAYRY)

Bayer Crop Science, parte di Bayer Global (anche un’azienda farmaceutica), si concentra su innovazioni relative a semi, tratti e protezione delle colture.

Le innovazioni di Bayer hanno aiutato i suoi scienziati biotecnologici a effettuare miglioramenti mirati nel DNA delle piante.

Dalla sua fusione con Monsanto, è anche leader nelle colture OGM e nella gestione delle erbe infestanti. Questa fusione ha portato al problema di cause legali molto costose contro RoundUp, che hanno fatto crollare il valore delle azioni dell’azienda negli anni successivi alla fusione.

Controlla la maggior parte del mercato tradizionale dei semi OGM ed è anche al lavoro sull’uso di CRISPR per la prossima generazione di semi per mais, soia, grano, ecc.

I benefici della protezione delle colture, secondo Bayer, sono enormi. Il meccanismo di protezione delle colture salvaguarda circa il 30% della produzione agricola mondiale, equivalente a 550 milioni di tonnellate di cibo che potrebbero nutrire più di 2 miliardi di persone.

Fonte: Bayer

Bayer sta passando dai GMOs tradizionali tramite una partnership con Ginkgo Bioworks (DNA), una delle più grandi aziende di biologia sintetica. La partnership è focalizzata sullo sviluppo di alternative biologiche ai fertilizzanti chimici tramite l’editing genetico dei microrganismi.

È leader nella varietà di semi e nell’editing genetico delle piante, con oltre 500 nuove varietà di colture nel suo pipeline (e 250 nuove registrazioni di colture nel 2022).

L’azienda è anche leader nell’integrazione della tecnologia in agricoltura. Per esempio, Bayer ha firmato una partnership con Microsoft per combinare il sistema di gestione dei dati Azur del gigante tecnologico con l’esperienza di Bayer nell’uso di dati da satelliti, sensori di campo, droni, attrezzature di campo e sensori del suolo per creare fattorie davvero moderne e connesse.

Fonte: Bayer

Grazie alla sua leadership negli OGM (tradizionali e di editing genetico avanzato), nella selezione delle varietà di piante e nell’integrazione dei big data in agricoltura, Bayer sarebbe un candidato naturale per accompagnare il processo di creazione di colture domesticate de novo, nonché la rilezione iperspettrale delle erbe infestanti da parte dei robot agricoli.

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Jonathan è un ex ricercatore biochimico che ha lavorato nell'analisi genetica e nelle sperimentazioni cliniche. Ora è un analista di titoli e scrittore finanziario con un focus su innovazione, cicli di mercato e geopolitica nella sua pubblicazione 'The Eurasian Century'.