Biyoteknoloji

Malzeme, Enerji ve Gıda Endüstrileri İçin Biyoteknoloji Devrimi

mm
Yayınlandı
Güncellendi
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Açıklama: Securities.io, incelediğimiz ürünlerin bağlantılarını kullandığınızda ücret alabilir. Bu, editoryal değerlendirmelerimizi etkilemez. Kayıtlı bir yatırım danışmanı değiliz; bu bir yatırım tavsiyesi değildir. Bağlı kuruluş açıklamamızı okuyun.

Biyoteknoloji Tıbbın Ötesinde

Biyoteknolojiye yönelik ilginin büyük bölümü tıp ve ilaçlara odaklanır. Bu alan, bazı nadir ve kronik hastalıklar, kanser ve enfeksiyonlar için yeni tedaviler geliştirme potansiyeli taşır. Ancak her hastalığın ortadan kaldırılacağı veya yaşlanmanın durdurulacağı kesin değildir.

İlaç sektörü büyük şirketlerin faaliyet gösterdiği önemli bir ekonomik alandır. Bununla birlikte her biyoteknoloji girişimi kârlı değildir; araştırma, onay ve ticarileştirme riskleri yüksektir.

Biyoteknoloji yalnızca tıpta kullanılmaz. Canlı sistemler, proteinler ve hücreler aracılığıyla madde ve enerji dönüşümleri gerçekleştirir. Kömür, petrol ve doğal gazın oluşumunda da milyonlarca yıl önceki biyolojik süreçler rol oynamıştır.

Genetik ve moleküler süreçleri daha iyi anlamak, bazı sanayi yöntemlerine biyolojik alternatifler geliştirmeyi mümkün kılabilir. Sürdürülebilirlik avantajı ise kullanılan kaynaklara, enerjiye ve tüm yaşam döngüsüne bağlıdır.

Gıda Üretimi

Tıp dışındaki başlıca kullanım alanlarından biri tarımdır. Genetiği değiştirilmiş ürünler onlarca yıldır kullanılmaktadır. Yeni çeşitlerin yararları, güvenliği ve çevresel etkileri ürün ve özellik bazında değerlendirilmelidir.

Makalede tarımsal biyoteknoloji pazarının 2023’te 79,9 milyar dolardan 2028’de 119,6 milyar dolara çıkabileceğine ilişkin bir tahmin aktarılmaktadır. Bu, tanımlanan pazar kapsamına bağlı bir öngörüdür; gerçekleşmiş satış veya garantili büyüme değildir.

Uygulamalardan biri, hastalık ve zararlılara dayanıklı ya da kuraklık, sıcaklık ve sel gibi koşullara daha toleranslı ürün çeşitleri geliştirmektir.

Bir diğer yaklaşım, bitkilerin üzerindeki, içindeki ve topraktaki mikroorganizmalarla etkileşimleri iyileştirmektir. Bu, bazı gübre ve pestisit ihtiyaçlarını azaltabilir; tamamen ortadan kaldıracağını varsaymak doğru değildir. Konuyu “Tasarlanmış bitki mikrobiyomları: bakterilerle ürünleri korumak” başlıklı yazımızda ele aldık.

Kaynak: Energy.gov

Bu alanda önemli şirketlerden biri Bayer (BAYRY)’dır. Bayer hem ilaç hem tarım alanında faaliyet göstererek bu iki sektörün kesişimine örnek oluşturur.

Konuyu ve Bayer’i “Yapay zekâ ve genetik mühendisliğiyle tarımı ilerletmek: yetiştiriciliğin geleceği” ve “Minikromozom teknolojisi: ürün veriminde sürdürülebilir büyüme için bir yol mu?” yazılarımızda ele aldık.

Alternatif Gıdalar

Gen düzenleme yeni gıda kaynakları geliştirmek için de kullanılabilir. Örneğin yabani bitkilerden yeni tarım ürünleri geliştirmek bir seçenektir.Mantarların genomunu değiştirmek, et benzeri tat veya dokuya sahip alternatifler geliştirmeye yardımcı olabilir. Sağlık avantajları ise ürüne özgü beslenme ve güvenlik değerlendirmeleri gerektirir.

Biyoyakıtlar ve Enerji

Fosil yakıtların oluşumunda eski biyokütlenin rolü varsa, yeni yetiştirilen biyokütle gelecekte enerji sağlayabilir mi?

Biyoyakıtların hedefi budur. Yaygın sınıflandırmada birinci nesil yakıtlar mısır gibi gıda ürünlerine, ikinci nesil yakıtlar ise tarımsal artıklar ve diğer lignoselülozik kaynaklara dayanır.

Üçüncü nesil yakıtlar genellikle alglerle ilişkilendirilir. Amaç verimli üretim ve gıda ile tatlı su kaynakları üzerindeki baskının azaltılmasıdır; bu avantajlar her sistemde otomatik olarak gerçekleşmez.

Biyoyakıtlar etanol, biyodizel, yenilenebilir hidrokarbonlar veya biyogaz gibi ürünleri içerebilir. Hidrojen ve amonyak da enerji taşıyıcılarıdır, ancak her üretim yolu biyolojik kökenli değildir.

Algler deniz suyuna dayalı sistemlerde yetiştirilebilir. Bunun maliyeti, enerji dengesi ve çevresel etkileri “Alg biyoyakıtı: yeni enerji devrimi mi?” yazımızda ele alınmıştır.

Kaynak: Exxon

Bir başka araştırma yönü, mayalara ışık enerjisinden yararlanabilen özellikler kazandırmaktır. Bu, mutlaka bitkilerdeki gibi fotosentez ve karbondioksitten büyüme anlamına gelmez. Konuyu “Işıktan yararlanan maya, biyoyakıtlara yaklaşımımızı değiştirebilir” yazımızda ele aldık.

Biyoteknoloji ile nanoteknolojinin birleştirildiği ileri yaklaşımlar bazen dördüncü nesil yakıtlar olarak adlandırılır. Bunlar arasında “fotobiyolojik güneş yakıtı” araştırmaları da bulunur. Canlı organizmaların tamamı yerine biyolojik bileşenler veya taklit sistemler kullanılabilir; sınıflandırma ve teknolojilerin olgunluğu değişir.

İklim Değişikliği

Biyoyakıtlar bazı koşullarda fosil yakıt kullanımını azaltabilir, ancak biyoteknolojinin iklimle ilgili tek uygulaması bu değildir. Yaşam döngüsü emisyonları önemlidir.

“Küresel ısınma çözümleri geliştiren biyoteknoloji şirketlerine yatırım” yazımızda başka yaklaşımları da ele aldık:

Kaynak: Medium

Malzemeler ve Sanayi Girdileri

Ahşap

En eski biyomalzemelerden biri olan ahşap, modern ekonomilerde de önemlidir. Kereste ve ormancılık büyük bir ekonomik sektör oluşturur. Pazar büyüklüğü tahminleri kapsanan faaliyetlere göre değişir.

Ağaçların uzun büyüme ve nesil süreleri genetik araştırmaları zorlaştırır, ancak onları genetik mühendisliği çalışmalarından bütünüyle dışlamamıştır.

Genetik iyileştirmeler bazı koşullarda odun verimini artırabilir. Karbon faydaları ise orman yönetimi ve arazi kullanımına da bağlıdır.

Ağaçlardan ilaç veya kimyasal üretiminde kullanılabilecek bileşikler elde etmek de araştırma konusudur.

Bu yaklaşımlar tarımsal ormancılık, gıda ormanları ve çok tür içeren orman yönetimiyle birleştirilebilir. Üretim ve ekolojik sonuçlar tasarım ile yerel koşullara bağlıdır.

Araştırmacılar alkali işlemler, ısı ve biyopolimerlerle ahşabın özelliklerini değiştirmeyi araştırmaktadır. Bazı deneylerde işlenmiş ahşabın dayanımı veya rijitliği artırılmıştır. Bu, tüm ahşapların çelikle aynı dayanıma veya betonun 23 katı rijitliğe sahip olduğu anlamına gelmez.

Biyoplastikler ve Biyokimyasallar

Plastik üretimi fosil kaynak tüketir ve atık yönetimi sorunlarına yol açabilir. Bazı senaryolarda plastik üretiminin petrol tüketimindeki payının artabileceği öngörülmektedir. Ancak 2050 için verilen oranlar gerçekleşmiş sonuç veya tüm petrol ve gaz kullanımına ilişkin kesin bir tahmin değildir.

Mikroplastiklerin insan vücudunda ve yağmur suyunda tespit edilmesi de bu konuya yönelik ilgiyi artırmıştır.

Biyoplastikler bazı fosil kökenli malzemelere alternatif olabilir. Ancak biyolojik kökenli olmak biyobozunurluk veya zararsızlık anlamına gelmez. Üretim, kullanım ve atık aşamalarının tamamı değerlendirilmelidir.

Teknik güçlükleri ve yenilikleri “Plastiğe çevre dostu alternatifler: biyobozunur plastikler bir çözüm mü?” yazımızda, şirket örneklerini ise “Beş biyoplastik şirketi” yazımızda ele aldık.

Başka alanlarda da biyolojik kökenli alternatifler araştırılmaktadır. Örneğin bazı yapıştırıcılarda formaldehit içeren bileşenlerin yerine lignin kullanılması veya kenevir esaslı panellerin binalarda ısı yalıtımında kullanılması bu yaklaşımlardandır.

Tekstil Lifleri

Araştırmacılar örümcek ipeği proteini üreten genetiği değiştirilmiş ipek böcekleri geliştirmiştir. Çalışmada belirli liflerin tokluğu Kevlar’dan yaklaşık altı kat yüksek bulunmuştur. Tokluk, çekme dayanımıyla aynı özellik değildir ve karşılaştırma deney koşullarına bağlıdır. Olası uygulamalar arasında havacılık, cerrahi dikişler ve robotik kaslar araştırılmaktadır.

Kirlilik Giderimi ve Çevre

Plastiklerin Biyolojik Yollarla Parçalanması

Plastik atıklar için biyolojik yöntemler de geliştirilmektedir. Fransız Carbios şirketi, özellikle PET’i monomerlerine ayıran geliştirilmiş enzimler kullanmaktadır. Bu süreç, tüm plastikleri yiyen bir bakterinin çevreye bırakılması anlamına gelmez.

Bir başka şirket olan Epoch Biodesign, çeşitli malzemelerin parçalanması ve dönüşümü için tasarlanmış enzimler geliştirmektedir. Uygulamalar malzeme ve süreç bazında değerlendirilmelidir.

Bazı bitkiler ve mantarlar da belirli plastikler veya katkılarla ilgili parçalanma araştırmalarına konu olur. Bu bulgular, çevredeki tüm plastik kirliliğini ortadan kaldırabilecek hazır çözümler anlamına gelmez.

Şist Yağı Atık Suyunun Temizlenmesi

İnsan sağlığı alanında incelenen biyolojik araçlar çevre uygulamalarında da araştırılmaktadır.

Bakteriyofajlarla yapılan araştırmalar, hidrolik kırma faaliyetlerinin atık suyundaki bazı bakteri kaynaklı sorunları azaltmayı amaçlamaktadır. Bu, tüm kimyasal kirleticilerin giderildiği anlamına gelmez. Konuyu “Bakteriyofajlar, tartışmalı hidrolik kırma uygulamasının bazı zararlarını azaltabilir” yazımızda açıkladık.

Nesli Tükenmekte Olan Türlerin Korunması

İnsan faaliyetlerinin etkileri plastik ve iklimle sınırlı değildir. Çok sayıda tür yok olma tehlikesindedir; bazıları ise çoktan yok olmuştur.

“Biyoteknolojiyle koruma çalışmalarını ilerletmek: beyaz gergedan örneği” yazımızda yardımcı üreme tekniklerinin tür korumada kullanımını ele aldık. Tüylü mamut benzeri özelliklere sahip hayvanlar geliştirme çalışmaları ise ayrı ve deneysel bir alandır; soyu tükenmiş bir türün eksiksiz olarak geri getirildiği anlamına gelmez.

Kaynak: Colossal

DNA Veri Depolama

Biyoteknolojinin olası uygulamalarından biri de verilerin DNA’da saklanmasıdır. Veri depolama bugüne kadar yalnızca yarı iletkenlerden oluşmamıştır; manyetik ve optik ortamlar da kullanılır. DNA’nın yüksek kuramsal hacimsel yoğunluğu vardır, ancak değerler kodlama ve sistem varsayımlarına bağlıdır. Bunu doğrudan sabit disklerin alan yoğunluğuyla karşılaştırmak yanıltıcıdır.

Uygun koşullarda saklanan DNA uzun süre dayanabilir. Pasif saklama az enerji gerektirebilir, ancak sentez, okuma, hazırlama ve çevresel kontrolün enerji ve malzeme ihtiyacı vardır.

DNA sentezindeki doğruluk ve maliyet gelişmeleri, deneysel veri depolama sistemlerinin ilerlemesine yardımcı olmaktadır.

Yazma ve okuma süreçleri hâlâ pahalı ve yavaştır. Bu nedenle DNA depolama, sık erişilmeyen uzun vadeli arşivler için araştırılmaktadır; kitlesel kullanımın zamanı kesin değildir.

DNA Veri Depolama Birliği üyeleri arasında DNA sentezi şirketi Twist Bioscience, dizileme şirketi Illumina, veri depolama şirketi Western Digital, Microsoft (MSFT ), Lenovo ve diğer kuruluşlar yer alır.

İlaç Dışı Biyoteknoloji Şirketleri

1. Ginkgo Bioworks

DNA Fiyat Grafiği

Ginkgo Bioworks, belirli uygulamalar için hücre ve organizma tasarımı üzerinde çalışır. Bunlar biyomedikal uygulamaların yanı sıra sanayi ve malzeme projelerini de kapsar.

Örneğin şirketler biyoyakıt, karmaşık kimyasal üretimi veya çevresel uygulamalara yönelik mikroorganizmalar geliştirmek için bu tür bir platformla çalışabilir. Teknik başarı ticari başarının garantisi değildir.

Ginkgo Bioworks (DNA ) farklı araştırma programları ve ortaklıklarla uygulama alanlarını genişletmiştir:

İş modeli araştırma ve geliştirme ücretlerinin yanı sıra sözleşmeye bağlı kilometre taşı ödemeleri veya telif gelirlerini içerebilir. Her proje bitmiş bir ürün ya da sürekli gelir oluşturmaz.

Açıklanan ortaklık ve projeler arasında şunlar bulunur:

Ginkgo ayrıca Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM ve başka tarım şirketleriyle projeler açıklamıştır. Her ortağın biyoyakıt veya mikrobiyolojiyle aynı düzeyde ilgilendiği varsayılmamalıdır.

2. Bayer Crop Science  (BAYRY)

Bayer’in Crop Science bölümü, grubun ilaç faaliyetlerinden ayrı olarak tohumlar, bitki özellikleri ve ürün koruma alanlarında çalışır.

Şirketin araştırmaları bitki DNA’sında hedefli değişiklikler yapılmasını da içerir.

Bayer, Monsanto’yu 2018’de satın alarak tohum ve ürün koruma faaliyetlerini genişletti. Roundup davaları önemli mali ve hukuki yükler doğurdu. Satın alma ile birleşme terimleri ve sonraki piyasa etkileri birbirinden ayrılmalıdır.

Şirket genetiği değiştirilmiş tohumlarda önemli bir aktördür ve mısır, soya, buğday gibi ürünlerde gen düzenleme çalışmaları yürütür. Pazarın çoğunu kontrol ettiği iddiası, ürün ve bölge tanımlanmadan kullanılamaz.

Bayer, ürün korumanın küresel verime önemli katkıda bulunduğunu savunmaktadır. Yüzde 30, 550 milyon ton veya iki milyardan fazla kişiye gıda gibi hesaplar şirketin kullandığı varsayımlara bağlıdır; tüm ürünlere ve yöntemlere ait bağımsız, evrensel sonuçlar değildir.

Kaynak: Bayer

Bayer, geleneksel tohum teknolojilerine ek olarak Ginkgo Bioworks ile ortaklık yoluyla mikrobiyal çözümler geliştirmektedir (DNA). Bu ortaklık, bitkilerin beslenmesini destekleyen biyolojik yaklaşımlara odaklanır. Her uygulama aynı gen düzenleme yöntemini kullanmaz ve tüm kimyasal gübrelerin yerini alacağı garanti değildir.

Şirketin yeni çeşitlere ilişkin portföy ve tescil sayıları belirli dönemlere ait şirket verileridir. Geliştirme aşamasındaki çeşitler onaylanmış ya da satışa çıkmış ürünlerle aynı değildir.

Şirket tarımsal verilerin kullanımına da yatırım yapmaktadır. Örneğin Bayer, Microsoft ile bir ortaklık açıklamıştır. Amaç Microsoft Azure teknolojisini Bayer’in uydu, sensör, drone ve tarla verilerine ilişkin deneyimiyle birleştirmektir. Böyle bir altyapı tek başına tüm çiftlikleri bağlantılı veya daha kârlı hale getirmez.

Kaynak: Bayer

Bayer’in tohum geliştirme, gen düzenleme ve veri uygulamaları, yeni bitkilerin tarıma kazandırılması ve otomatik yabancı ot tespiti gibi alanlarda rol oynama potansiyeli sunar. Ancak belirli teknolojilerde gelecekte lider olacağı veya ticari başarı sağlayacağı kesin değildir.

mm

Jonathan, genetik analiz ve klinik deneylerde çalışan eski bir biyokimyacı araştırmacıdır. Şu anda yenilik, piyasa döngüleri ve jeopolitik konulara odaklanan bir hisse senedi analisti ve finans yazarıdır ve bu konularda 'The Eurasian Century' adlı yayınında yazmaktadır.