Biotecnologia

A Revolução da Biotecnologia para Indústrias de Materiais, Energia e Alimentos

mm
Publicado em
Atualizado em
Adicione Securities.io às suas fontes preferidas no Google
Divulgação: Securities.io pode receber compensação quando você usa links para produtos que avaliamos. Isso não influencia nossas avaliações editoriais. Não somos consultores de investimentos registrados; isto não é aconselhamento de investimento. Leia nossa divulgação de afiliados.

Biotecnologia Além do Setor Médico

A maior parte da atenção no setor de Biotecnologia está direcionada para a medicina e os produtos farmacêuticos. As razões são bastante óbvias: as biotecnologias podem potencialmente erradicar doenças raras e crônicas, combater o envelhecimento e curar o câncer e doenças infecciosas.

É um setor muito lucrativo, com muitas das maiores empresas do mundo focadas no setor farmacêutico.

No entanto, este não é o único campo de aplicação para a Biotecnologia. Afinal, a biosfera como um todo é essencialmente um conjunto de nanomáquinas (proteínas e células) capazes de processar luz solar e ar em material, alimento e energia. Até mesmo toda a indústria de combustíveis fósseis baseia‑se em milhões de anos de atividade biológica que criaram carvão, petróleo e gás.

Assim, nosso domínio crescente sobre a vida, até os níveis genético e molecular, pode em breve substituir muitos processos industriais por tecnologias mais sustentáveis impulsionadas pela biotecnologia.

Produção de Alimentos

O primeiro campo não médico onde a biotecnologia é diretamente aplicável é a produção agrícola. As culturas GMO já têm décadas e estão melhorando rapidamente para se tornarem muito mais sustentáveis e menos controversas.

Espera‑se que a biotecnologia agrícola aumente de US$ 79,9 bilhões em 2023 para US$ 119,6 bilhões até 2028.

Uma aplicação direta é o desenvolvimento de novas variedades de culturas resistentes a doenças e pragas ou mais tolerantes a secas, ondas de calor, inundações e outras perturbações climáticas.

Outra possibilidade é mudar as bactérias e microrganismos nas plantas, dentro das plantas e no solo. Isso poderia substituir a necessidade de fertilizantes e pesticidas químicos por bactérias. Discutimos como poderíamos mudar o microbioma das plantas em nosso artigo “Microbiomas de Plantas Projetados — Protegindo Culturas com Bactérias”.

Fonte: Energy.gov

Neste campo, alguns líderes surgiram, notavelmente Bayer (BAYRY). A empresa é um exemplo da linha tênue entre companhias farmacêuticas e agrícolas, com atividades em ambos os segmentos.

Discutimos esse tema e a Bayer em nossos artigos “Avançando a Agricultura com IA e Engenharia Genética – O Futuro do Cultivo” e “Tecnologia de Minicromossomos – O Melhor Caminho para o Crescimento Sustentável no Rendimento das Culturas?”.

Alimentos Alternativos

A edição genética também pode ser usada para criar novos tipos de alimento. Por exemplo, culturas totalmente novas criadas a partir de ervas daninhas podem ser uma opção.

Substitutos de carne que têm a mesma sensação e sabor da carne, mas com um perfil de saúde melhor, também poderiam ser criados alterando o genoma dos cogumelos.

Biocombustíveis & Energia

Se as plantas foram a fonte original de combustíveis fósseis há milhões de anos, a biomassa recém‑cultivada poderia nos alimentar no futuro?

Esta é a promessa dos biocombustíveis. As duas primeiras gerações de biocombustíveis usavam apenas produtos da agricultura tradicional (1st geração usando produtos alimentares como milho, a 2nd geração resíduos agrícolas).

Mas a 3rd geração de biocombustíveis busca usar organismos customizados para produzir combustível diretamente de forma muito mais eficiente, evitando pressionar a produção de alimentos e o abastecimento de água doce.

Os biocombustíveis são frequentemente etanol, mas podem incluir também uma variedade de outras moléculas, incluindo ácidos graxos de cadeia longa (semelhantes ao óleo), biogás, hidrogênio e amônia.

Uma opção é usar algas, que poderiam ser cultivadas no oceano ou em desertos com água do mar. Exploramos essa possibilidade em “Biocombustível de Algas: A Próxima Revolução Energética?”.

Fonte: Exxon

Outra opção poderia ser transformar organismos conhecidos como levedura em máquinas fotossintéticas, como investigamos em “Levedura Feliz à Luz Pode Mudar Nossa Abordagem aos Biocombustíveis”.

Por fim, uma fusão de biotecnologia e nanotecnologia poderia criar biocombustíveis de 4th geração. Também é chamado às vezes de “combustível solar fotobiológico“. Isso eliminaria a necessidade de organismos completos e recriaria a fotossíntese biológica em escala através da nanotecnologia.

Mudança Climática

Embora os biocombustíveis possam ser um contribuinte sério para combater o aquecimento global e reduzir o uso de combustíveis fósseis, esta não é a única forma como as biotecnologias podem ajudar.

Em “Investindo em Ações de Biotecnologia que Trabalham em Soluções para o Aquecimento Global” discutimos algumas outras possibilidades:

Fonte: Medium

Materiais e Suprimentos Industriais

Madeira

Um dos biomateriais mais antigos, a madeira, ainda é um material importante nas economias modernas. A silvicultura e a indústria madeireira são um setor massivo valendo US$ 1,16 trilhão em 2024.

Devido ao seu crescimento lento e ao intervalo entre gerações, as árvores foram historicamente excluídas de programas de engenharia genética.

Genética aprimorada poderia aumentar a produção de madeira e a captura de carbono.

Também poderia criar formas inovadoras de “agricultura de árvores”, onde as árvores são usadas para produzir novos compostos valiosos, de produtos farmacêuticos a químicos.

Esses conceitos provavelmente serão integrados ao progresso na compreensão de ecossistemas, com conceitos como agroflorestas, florestas alimentares e silvicultura multiespecífica otimizada impulsionando tanto a produtividade quanto os benefícios ecológicos.

Finalmente, a madeira pode ser um material muito mais potente do que se esperava. Pesquisadores estão descobrindo que condições alcalinas, altas temperaturas e biopolímeros podem transformar madeira em “madeira aumentada que pode ter a resistência do aço e uma rigidez 23 vezes maior que o concreto”.

Bioplásticos & Biquímicos

Uma grande parte do consumo de combustíveis fósseis, bem como uma fonte importante de poluição, é dedicada à produção de plástico, que pode chegar a 20% do consumo de petróleo e gás em 2050.

Este é um problema importante à medida que percebemos que microplásticos estão se tornando onipresentes, tanto nos nossos corpos quanto na água da chuva.

Substituir o plástico baseado em combustíveis fósseis por bioplástico é uma tarefa difícil, exigindo ainda muita engenharia química. Mas isso pode ser feito e provavelmente é necessário se quisermos continuar usando plástico sem poluir irrevogavelmente o meio ambiente.

Discutimos os desafios técnicos e algumas das inovações mais recentes neste setor em “Alternativas Ecológicas aos Plásticos: Chave para Esforços de Sustentabilidade – São os Plásticos Biodegradáveis uma Solução?”. E as empresas líderes neste setor no “Top 5 Empresas de Bioplásticos”.

Alternativas baseadas em bio também estão sendo encontradas em outros campos. Por exemplo, para cola, onde formaldeído tóxico pode ser substituído por lignina. Ou como painéis feitos de cânhamo (plantas de cannabis não psicoativas) podem ser usados para o isolamento térmico de edifícios.

Fibras Têxteis

Pesquisadores conseguiram engenhar bichos‑da‑seda capazes de produzir em escala seda de aranha, uma fibra 6x mais resistente que o Kevlar usado em coletes à prova de balas. Poderia ser usada em aplicações aeroespaciais e militares, bem como em suturas cirúrgicas. A seda de aranha poderia até ser usada para músculos robóticos.

Remediação da Poluição & Meio Ambiente

Bactérias que Comem Plástico

A poluição plástica também pode ser resolvida de outra forma. Carbios, uma startup francesa, identificou uma bactéria com uma enzima modificada que digere plástico.

Outra empresa, Epoch Biodesign cria proteínas capazes de degradar detergentes, tintas, agroquímicos, plásticos, etc.

Mesmo plantas e fungos podem contribuir para a degradação do plástico, adicionando-se às soluções disponíveis para remediar a poluição.

Limpeza de Águas Residuais de Óleo de Xisto

Mais recentemente, uma nova aplicação de campos emergentes de biotecnologia inicialmente desenvolvidos para a saúde humana apareceu.

Ao usar bacteriófagos, pesquisadores conseguiram reduzir a poluição causada pelo processamento de águas residuais da produção de óleo de xisto. Discutimos em detalhe como funciona em “Bacteriófagos Podem Reduzir Danos Causados pelo Fraturamento Hidráulico, Uma Prática Notoriamente Divisiva”.

Ressuscitando Espécies Mortas

A poluição plástica ou a mudança climática não são os únicos impactos negativos das atividades humanas. Muitas espécies estão em risco de extinção ou foram exterminadas há séculos ou milênios. (DTST )

Em “Esforços de Conservação Impulsionados pelos Avanços em BioTech – Rinocerontes Brancos os Mais Recentes a Beneficiar”, analisamos como os últimos progressos em reprodução artificial e engenharia genética podem salvar espécies ameaçadas como o rinoceronte branco, e talvez até trazer de volta à vida espécies como o mamute-lanoso.

Fonte: Colossal

Armazenamento de Dados em DNA

Um segmento inesperado para a biotecnologia pode ser o armazenamento de dados, campo que até agora era reservado aos semicondutores. Contudo, o DNA é na verdade um meio extraordinariamente denso para informação, com densidade de informação de DNA de 1,47 terabit/mm² ou 950 terabit/in², mais de 800 vezes a densidade de HDDs.

Ele também pode ter a vantagem única de ser estável por um período muito longo sem exigir materiais caros ou poluentes. O armazenamento também não requer energia.

Custos decrescentes e melhorias na precisão da síntese de DNA sintético agora tornam o armazenamento de DNA de alta qualidade possível.

Um problema é ler o material, que é significativamente mais complexo que dados escritos em substratos semicondutores. Portanto, é provável que o armazenamento em DNA fique restrito a dados de arquivo e outros dados não consultados com frequência no futuro previsível.

Aliança de Armazenamento de Dados em DNA foi recentemente formada e inclui a empresa de síntese de DNA Twist Biosciences, a empresa de sequenciamento genômico Illumina, a empresa de armazenamento de dados Western Digital , Microsoft (MSFT ), Lenovo e muitos outros.

Empresas de Biotecnologia Não‑Farmacêuticas

1. Ginkgo Bioworks

DNA Gráfico de preços

A empresa produz organismos sob demanda para aplicações específicas. Estas incluem aplicações biomédicas e inúmeros programas de ciências industriais e de materiais.

Ginkgo é exatamente o tipo de empresa que grandes conglomerados industriais poderiam recorrer para engenharia de levedura customizada dedicada à produção de biocombustíveis. O mesmo vale para químicos complexos valiosos ou métodos de despoluição.

Ginkgo Bioworks (DNA ) diversificou amplamente suas aplicações com muitos programas de pesquisa e parcerias:

Ela ganha dinheiro sendo paga antecipadamente pelo processo de desenvolvimento e depois por royalties sobre o produto final.

As parcerias da Ginkgo estão constantemente se expandindo, com:

Ginkgo Bioworks também faz parcerias com todas as principais corporações agrícolas, a maioria das quais tem algum interesse na produção de biocombustíveis e microbiologia.  Alguns desses incluem Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta e mais.

2. Bayer Crop Science  (BAYRY)

Bayer Crop Science, parte da Bayer Global (também uma empresa farmacêutica), foca em inovações em sementes, traços e proteção de culturas.

As inovações da Bayer ajudaram seus cientistas de biotecnologia a fazer melhorias direcionadas no DNA das plantas.

Desde sua fusão com a Monsanto, também lidera em culturas GMO e manejo de ervas daninhas. Essa fusão trouxe o problema de processos judiciais muito caros contra o RoundUp, que fez as ações da empresa despencarem nos anos seguintes à fusão.

Controla a maior parte do mercado tradicional de sementes GMO e também está trabalhando no uso de CRISPR para a próxima geração de sementes de milho, soja, trigo, etc.

Os benefícios da proteção de culturas, segundo a Bayer, são enormes. O mecanismo de proteção de culturas salvaguarda cerca de 30 % dos rendimentos agrícolas mundiais, equivalente a 550 milhões de toneladas de alimentos que poderiam alimentar mais de 2 bilhões de pessoas.

Fonte: Bayer

A Bayer está passando dos GMO tradicionais através de uma parceria com a Ginkgo Bioworks (DNA), uma das maiores empresas de biologia sintética. A parceria foca no desenvolvimento de alternativas biológicas aos fertilizantes químicos via edição genética de microrganismos.

É líder em variedade de sementes e edição genética em plantas, com mais de 500 novas variedades de culturas em seu pipeline (e 250 novos registros de culturas em 2022).

A empresa também lidera na integração de tecnologia na agricultura. Por exemplo, A Bayer assinou uma parceria com a Microsoft para combinar o sistema de gerenciamento de dados da gigante tecnológica, Azur, com a expertise da Bayer em usar dados de satélites, sensores de campo, drones, equipamentos de campo e sensores de solo para criar fazendas verdadeiramente modernas e conectadas.

Fonte: Bayer

Graças à sua liderança em GMO (tradicionais e edição genética avançada), seleção de variedade de plantas e integração de big data na agricultura, a Bayer seria um candidato natural para acompanhar o processo de criação de culturas domesticadas de novo, bem como a detecção hiperespectral de ervas daninhas por robôs agrícolas.

mm

Jonathan é um ex‑pesquisador bioquímico que trabalhou em análise genética e ensaios clínicos. Ele agora é analista de ações e escritor financeiro com foco em inovação, ciclos de mercado e geopolítica em sua publicação 'The Eurasian Century'.