Biotechnologie

De Biotechnologische Revolutie voor Materiaal-, Energie- en Voedingsindustrieën

mm
Gepubliceerd op
Bijgewerkt op
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Toelichting: Securities.io kan een vergoeding ontvangen wanneer u links naar beoordeelde producten gebruikt. Dit beïnvloedt onze redactionele beoordelingen niet. Wij zijn geen geregistreerd beleggingsadviseur; dit is geen beleggingsadvies. Lees onze affiliateverklaring.

Biotechnologie buiten de medische sector

Het grootste deel van de aandacht in de BioTechnology sector is gericht op geneeskunde en farmaceutica. De redenen zijn vrij duidelijk: Biotechnologieën kunnen potentieel zeldzame en chronische ziekten uitroeien, veroudering bestrijden en kanker en infectieziekten genezen.

Het is een zeer winstgevende sector, met veel van de grootste bedrijven ter wereld die zich richten op de farmaceutische sector.

Dit is echter niet het enige toepassingsgebied voor BioTechnology. Uiteindelijk is de biosfeer als geheel in wezen een samenstelling van nanomachines (eiwitten en cellen) die zonlicht en lucht kunnen omzetten in materiaal, voedsel en energie. Zelfs de volledige fossiele brandstofindustrie is gebaseerd op miljoenen jaren biologische activiteit die kolen, olie en gas hebben gecreëerd.

Dus, onze groeiende beheersing van het leven, tot op genetisch en moleculair niveau, zou binnenkort kunnen leiden tot het vervangen van talrijke industriële processen door duurzamere, door biotechnologie aangedreven technologieën.

Voedselproductie

Het eerste niet-medische gebied waar biotechnologie direct toepasbaar is, is de landbouwproductie. GMO-gewassen bestaan nu al tientallen jaren en verbeteren snel om veel duurzamer en minder controversieel te worden.

Landbouwbiotechnologie wordt naar schatting gestegen van $79,9 miljard in 2023 tot $119,6 miljard in 2028.

Een eenvoudige toepassing is de ontwikkeling van nieuwe gewasvariëteiten die bestand zijn tegen ziektes & plagen of beter bestand zijn tegen droogte, hittegolven, overstromingen en andere klimaatschokken.

Een andere mogelijkheid is het veranderen van de bacteriën en micro-organismen op de planten, in de planten en in de bodem. Dit zou de behoefte aan chemische meststoffen en pesticiden kunnen vervangen door bacteriën. We bespraken hoe we het plantmicrobioom konden veranderen in ons artikel “Geïngineerde plantmicrobioomen — Bescherming van gewassen met bacteriën”.

Bron: Energy.gov

In dit veld zijn enkele leiders naar voren gekomen, met name Bayer (BAYRY). Het bedrijf is een voorbeeld van de vage scheidslijn tussen farmaceutische en agrarische bedrijven, met activiteiten in beide segmenten.

We bespraken dit onderwerp en Bayer in onze artikelen “Vooruitgang in de landbouw met AI en genetische engineering – De toekomst van cultivatie” en “Minichromosoomtechnologie – De beste manier voor duurzame groei in gewasopbrengst?”.

Alternatieve Voedsel

Genbewerking kan ook worden gebruikt om nieuwe soorten voedsel te creëren. Bijvoorbeeld, volledig nieuwe gewassen gemaakt van onkruid kunnen een optie zijn.

Vleesvervangers die aanvoelen en smaken als vlees, maar een beter gezondheidsprofiel hebben, kunnen ook worden gecreëerd door het genoom van paddenstoelen te wijzigen.

Biobrandstoffen & Energie

Als planten miljoenen jaren geleden de oorspronkelijke bron van fossiele brandstoffen waren, kan vers geteelde biomassa ons dan in de toekomst van energie voorzien?

Dit is de belofte van biobrandstoffen. De eerste twee generaties biobrandstoffen gebruikten alleen producten uit traditionele landbouw (1ste generatie met voedselproducten zoals maïs, de 2de generatie landbouwafval).

Maar de 3de generatie biobrandstoffen wil aangepaste organismen gebruiken om direct brandstof te produceren, veel efficiënter, terwijl druk op voedselproductie en zoetwatervoorziening wordt vermeden.

Biobrandstoffen zijn vaak ethanol, maar kunnen ook een verscheidenheid aan andere moleculen omvatten, waaronder lange-keten vetzuren (vergelijkbaar met olie), biogas, waterstof en ammoniak.

Een optie is om algen te gebruiken, die in de oceaan of in woestijnen met zeewater kunnen worden gekweekt. We verkenden deze mogelijkheid in “Algaebrandstof: De volgende energierevolutie?”.

Bron: Exxon

Een andere optie zou kunnen zijn om bekende organismen zoals gist om te vormen tot fotosynthetische machines, zoals we onderzochten in “Lichtgelukkige gist kan onze benadering van biobrandstoffen veranderen”.

Ten slotte zou een fusie van biotechnologie en nanotechnologie 4de generatie biobrandstoffen kunnen creëren. Het wordt soms ook genoemd \”fotobiologische zonnebrandstof\”. Dit zou de noodzaak voor volledige organismen omzeilen en biologische fotosynthese op schaal nabootsen via nanotechnologie.

Klimaatverandering

Hoewel biobrandstoffen een serieuze bijdrage kunnen leveren aan de strijd tegen de opwarming van de aarde en het verminderen van het gebruik van fossiele brandstoffen, is dit niet de enige manier waarop biotechnologieën kunnen helpen.

In “Investeren in biotech-aandelen die werken aan oplossingen voor de opwarming van de aarde” bespraken we een paar andere mogelijkheden:

Bron: Medium

Materiaal- en industriële leveringen

Hout

Een van de oudste biomaterialen, hout, blijft een belangrijk materiaal in de moderne economieën van vandaag. Hout en bosbouw vormen een enorme industrie ter waarde van $1,16 biljoen in 2024.

Vanwege hun trage groei en de tijd tussen generaties zijn bomen lange tijd uitgesloten van genetische engineeringprogramma’s.

Verbeterde genetica zou de houtproductie en koolstofvastlegging kunnen verhogen.

Het zou ook nieuwe vormen van “boomteelt” kunnen creëren, waarbij bomen worden gebruikt om nieuwe waardevolle verbindingen te produceren, van farmaceutica tot chemicaliën.

Deze concepten zullen waarschijnlijk worden geïntegreerd met de vooruitgang in het begrip van ecosystemen, met concepten zoals agroforestry, voedselbossen en geoptimaliseerde meervoudige bosbouw die zowel de productiviteit als de ecologische voordelen verhogen.

Ten slotte zou hout een veel krachtiger materiaal kunnen zijn dan verwacht. Onderzoekers ontdekken dat alkalische omstandigheden, hoge temperaturen en biopolymeren hout kunnen omzetten in “versterkt hout dat de sterkte van staal kan hebben en een rigiditeit 23 keer groter dan beton”.

Bioplastics & Biochemicals

Een groot deel van het fossiele brandstofverbruik, evenals een belangrijke bron van vervuiling, wordt besteed aan de productie van plastic, die in 2050 mogelijk 20% van het olie- en gasverbruik kan uitmaken.

Dit is een belangrijk probleem nu we beginnen te beseffen dat microplastics alomtegenwoordig worden, zowel in onze lichamen als zelfs in regenwater.

Het vervangen van op fossiele brandstoffen gebaseerd plastic door bioplastic is een moeilijke taak, met nog veel chemische engineering nodig. Maar dit kan worden gedaan en is waarschijnlijk noodzakelijk als we plastic willen blijven gebruiken zonder onherstelbaar onze omgeving te vervuilen.

We bespreken de technische uitdagingen en enkele van de nieuwste innovaties in deze sector in “Eco-vriendelijke alternatieven voor plastic: Sleutel tot duurzaamheidsinspanningen: Zijn biologisch afbreekbare plastics een oplossing?”. En de leidende bedrijven in deze sector in de “Top 5 Bioplastics Bedrijven”.

Biobased alternatieven worden ook gevonden in andere velden. Bijvoorbeeld, voor lijm, waarbij giftig formaldehyde kan worden vervangen door lignine. Of hoe panelen gemaakt van hennep (niet-psychoactieve cannabisplanten) kunnen worden gebruikt voor de thermische isolatie van gebouwen.

Textielvezels

Onderzoekers hebben het ontwerpen van zijdenwormen die op schaal spinnendraad kunnen produceren, een vezel die 6x sterker is dan Kevlar dat wordt gebruikt in kogelwerende vesten. Het zou kunnen worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en militaire toepassingen, evenals chirurgische hechtingen. Spinnendraad zou zelfs kunnen worden gebruikt voor robotische spieren.

Vervuilingsherstel & Milieu

Plastic-eters Bacteriën

Plasticvervuiling kan ook op een andere manier worden opgelost. Carbios, een Frans startup, heeft een bacterie geïdentificeerd met een gemodificeerd enzym dat plastic afbreekt.

Een ander bedrijf, Epoch Biodesign creëert eiwitten die detergent, verf, agrochemicaliën, plastics, enz. kunnen afbreken

Zelfs planten en schimmels kunnen bijdragen aan de afbraak van plastic, wat de beschikbare oplossingen voor het verhelpen van vervuiling vergroot.

Reinigen van schalieolie-afvalwater

Meer recent is een nieuwe toepassing van opkomende biotechnologievelden, oorspronkelijk ontwikkeld voor de menselijke gezondheid, verschenen.

Door bacteriophagen te gebruiken, hebben onderzoekers de vervuiling veroorzaakt door de verwerking van afvalwater uit schalieolieproductie weten te verminderen. We bespraken in detail hoe het werkt in “Bacteriofagen kunnen schade veroorzaakt door fracking verminderen, een berucht verdeelde praktijk”.

Heropvoeden van uitgestorven soorten

Plasticvervuiling of klimaatverandering is niet de enige negatieve impact van menselijke activiteiten. Veel soorten staan op het punt van uitsterven of werden eeuwen of millennia geleden uitgeroeid.

In “Beschermingsinspanningen versterkt door vooruitgang in BioTech – Witte neushoorns als laatste die profiteren”, bekeken we hoe de laatste vooruitgang in kunstmatige fok en genetische engineering bedreigde soorten zoals de witte neushoorn zou kunnen redden, en zelfs misschien soorten zoals de wolharige mammoet weer tot leven kan brengen.

Bron: Colossal

DNA-gegevensopslag

Een nieuw onverwacht segment voor biotechnologie zou gegevensopslag kunnen zijn, een veld dat tot nu toe gereserveerd was voor halfgeleiders. DNA is echter een buitengewoon dicht medium voor informatie, met een DNA-informatiedichtheid van 1,47 terabit/mm2 of 950 terabit/in2, of meer dan 800 keer de dichtheid van HDD’s.

Het kan ook het unieke voordeel hebben dat het over een zeer lange periode stabiel blijft, zonder dure of vervuilende materialen te vereisen. Opslag vereist bovendien geen energie.

Dalende kosten en verbeteringen in de nauwkeurigheid van synthetische DNA-synthese maken nu hoogwaardige DNA-opslag mogelijk.

Een probleem is het lezen van het materiaal, wat aanzienlijk complexer is dan gegevens die op halfgeleider-substraten zijn geschreven. Daarom zal DNA-opslag waarschijnlijk beperkt blijven tot archiefgegevens en andere gegevens die niet vaak worden geraadpleegd, voor de nabije toekomst.

De DNA Data Storage Alliance (DTST )  is recent opgericht en omvat DNA-synthesebedrijf Twist Biosciences, genomische sequencerbedrijf Illumina, gegevensopslagbedrijf Western Digital, Microsoft (MSFT ), Lenovo, en veel anderen.

Niet-farmaceutische biotechnologiebedrijven

1. Ginkgo Bioworks

DNA Prijsgrafiek

Het bedrijf produceert op aanvraag organismen voor specifieke toepassingen. Deze omvatten biomedische toepassingen en tal van industriële en materiaalkundige programma’s.

Ginkgo is precies het type bedrijf waar grote industriële conglomeraten zich tot kunnen wenden voor het ontwerpen van een op maat gemaakte gist voor de productie van biobrandstoffen. Hetzelfde geldt voor waardevolle complexe chemicaliën of depollutiemethoden.

Ginkgo Bioworks (DNA ) heeft haar toepassingen breed gediversifieerd met vele onderzoeksprogramma’s en partnerschappen:

Het verdient geld door eerst vooraf betaald te worden voor het ontwikkelingsproces en vervolgens via royalty’s op het eindproduct.

De partnerschappen van Ginkgo breiden zich voortdurend uit, met:

Ginkgo Bioworks werkt ook samen met alle grote agrarische bedrijven, waarvan de meesten enige interesse hebben in de productie van biobrandstoffen en microbiologie. Een paar hiervan zijn Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta en meer.

2. Bayer Crop Science  (BAYRY)

Bayer Crop Science, onderdeel van Bayer Global (ook een farmaceutisch bedrijf), richt zich op innovaties rond zaden, eigenschappen en gewasbescherming.

De innovaties van Bayer hebben hun biotechnologiewetenschappers geholpen gerichte verbeteringen in het plantDNA aan te brengen.

Sinds de fusie met Monsanto is het ook een leider in GMO-gewassen en onkruidbeheer. Deze fusie ging gepaard met het probleem van zeer dure RoundUp-rechtszaken, die ervoor zorgden dat de aandelen van het bedrijf in de jaren na de fusie kelderden.

Het controleert het grootste deel van de traditionele GMO-zaadmarkt en werkt ook aan het gebruik van CRISPR voor de volgende generatie zaden voor maïs, soja, tarwe, enz.

Volgens Bayer zijn de voordelen van gewasbescherming enorm. Het gewasbeschermingsmechanisme beschermt ongeveer 30 procent van de wereldwijde landbouwopbrengsten, gelijk aan 550 miljoen ton voedsel die meer dan 2 miljard mensen kan voeden.

Bron: Bayer

Bayer stapt over van traditionele GMO’s via een partnerschap met Ginkgo Bioworks (DNA), een van de grootste synthetische biologiebedrijven. Het partnerschap richt zich op het ontwikkelen van biologische alternatieven voor chemische meststoffen via genbewerking van micro-organismen.

Het is een leider in zaadvariëteiten en genbewerking in planten, met meer dan 500 nieuwe gewasvariëteiten in de pijplijn (en 250 nieuwe gewasregistraties in 2022).

Het bedrijf is ook een leider in het integreren van technologie in de landbouw. Bijvoorbeeld, Bayer tekende een partnerschap met Microsoft om het datamanagementsysteem Azur van de techgigant te combineren met Bayer’s expertise in het gebruik van gegevens van satellieten, veldsensoren, drones, veldapparatuur en bodemsensoren om echt moderne en verbonden boerderijen te creëren.

Bron: Bayer

Dankzij zijn leiderschap in GMO’s (traditioneel en geavanceerde genbewerking), selectie van plantvariëteiten en integratie van big data in de landbouw, zou Bayer een natuurlijke kandidaat zijn om het proces van het creëren van de novo gedomesticeerde gewassen te begeleiden, evenals hyperspectrale detectie van onkruid door landbouwrobots.

mm

Jonathan is een voormalig biochemisch onderzoeker die werkzaam was in genetische analyse en klinische proeven. Hij is nu een aandelenanalist en financieel schrijver met een focus op innovatie, marktcycli en geopolitiek in zijn publicatie 'The Eurasian Century'.