Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Микробы и грибки уже давно помогают природе производить изысканные продукты питания, напитки и лекарства, но новые цифровые технологии могут открыть гораздо больший потенциал для европейского биотехнологического сектора.
Пиво, возможно, не является ответом на все проблемы жизни, но стоящая за ним наука может помочь декарбонизировать промышленные процессы и очистить окружающую среду.
Биотехнология, которая использует живые организмы для создания различных продуктов или процессов, остается важной в современном производстве продуктов питания и напитков. Но она также все чаще используется для широкого спектра промышленных продуктов, включая лекарства, где она сочетает древние принципы с передовыми технологиями.
Древняя мудрость, современные процессы
«Мы используем биотехнологии уже тысячи лет для производства сыра, пива и вина», — сказал Майкл О'Донохью, эксперт по микробным ферментам и промышленной биотехнологии из Национального исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Франции (INRAE).
Теперь О'Донохью, возглавляющий финансируемый ЕС проект под названием «Биоиндустрия 4.0», вместе с командой экспертов по биотехнологиям из 10 европейских стран исследует, как те же принципы биотехнологии могут быть использованы для создания химикатов или очистки промышленных отходов с гораздо меньшим воздействием на окружающую среду, чем традиционные методы.
«Мы не работаем с процессами, которые работают в агрессивных средах, как, например, химическая промышленность», — сказал О'Донохью, подчеркнув важный положительный аспект биотехнологий.
Маленькие рабочие лошадки
Биотехнологии уже изменили нашу жизнь, выйдя далеко за рамки улучшения вкуса пива. Современные достижения начались с использования грибов в начале 20 века для создания антибиотиков, спасающих жизни. Сегодня биотехнологии остаются решающими для производства лекарств.
Как объяснил О'Донохью, «рабочими лошадками биотехнологии на промышленном уровне являются в основном дрожжи и нитчатые грибы».
Но поскольку дрожжи могут быть непредсказуемыми в том, какие соединения и в каком количестве они производят, Биоиндустрия 4.0, которая продлится до декабря 2026 года, будет использовать цифровые технологии для повышения согласованности результатов биотехнологий.
Преимущество биотехнологии в том, что она может предложить более чистую альтернативу традиционному химическому производству.
В то время как многие промышленные процессы требуют высоких температур и опасных химикатов, в биотехнологии большинство клеток живут при температуре от 30°C до 40°C, наслаждаются мягкими условиями pH, процветают в жидкостях на водной основе и не производят опасных или ядовитых веществ.
Концепция уже доказана. Предприятия в Европе используют естественные процессы для производства цветных пигментов и замены химических красителей, что может помочь сократить колоссальное использование воды в текстильной отрасли.
Биотехнологические компании также могут производить топливо и полезные химикаты из сельскохозяйственных отходов или даже из выхлопных газов, выделяемых промышленными предприятиями.
Ограничение несоответствий
Но варианты использования ограничены, поскольку дрожжи, грибки и бактерии, в отличие от синтетических химикатов, могут вести себя непредсказуемым образом, и этого недостаточно для большей части современной промышленности, где ключевым фактором является постоянство.
«Мы говорим о промышленных процессах, поэтому название игры всегда — затраты, эффективность и воспроизводимость», — сказал О'Донохью. «Мы хотим получать одни и те же результаты каждый раз, когда запускаем биопроцесс. Это то, что происходит, например, в производстве автомобилей».
Биоиндустрия 4.0 направлена на устранение этого недостатка с помощью использования цифровых технологий. «Объединить эти две технологии — сложная задача, но это также огромная возможность для биотехнологии двигаться быстрее», — сказал О'Донохью.
Некоторые партнеры по исследованиям, например, разрабатывают датчики реального времени для установки в биореакторы, где микробы выращиваются во взвешенных растворах. Сенсоры могут отслеживать рост микробов и выработку соединений и предупреждать исследователей, если им необходимо вмешаться, например, добавив больше сахара.
Игра в догонялки
Биотехнологии являются основным направлением глобальная промышленность оценивается в 720 миллиардов евро в 2021 году, но Европа в настоящее время отстает от США. Европейская комиссия описывает биотехнологию как «одну из самых многообещающих технологических областей этого столетия» и предприняла шаги для ее развития в Европе.
«США — крупный игрок. Они забирают 60% пирога», — сказал О'Донохью. «Мы выявили несколько слабых мест в Европе для биотехнологий. У нас разрозненный ландшафт, из-за чего, если вы разрабатываете биотехнологии, довольно сложно узнать, что доступно и где».
Тем не менее, сказал О'Донохью, потенциал есть. «Европа была местом рождения современной биотехнологии. У нас много инфраструктуры. У нас много опыта».
Биоиндустрия 4.0 основывается на работе PREP-IBISBA, еще одного финансируемого ЕС проекта, который длился до конца 2023 года и был направлен на упрощение процесса совместного использования исследовательских объектов для промышленной биотехнологии.
Команда проекта разработала IBISBA, концепцию исследовательской инфраструктуры, которая обеспечивает доступ к передовым объектам для тестирования, например, точного состава новых материалов, производимых микробами.
Подключившись к IBISBA, исследователи могут быстро получить необходимые знания или оборудование.
Формирование рынка
Эта концепция уже реализована, помогая молодым европейским компаниям, таким как Calidris Bio, бельгийскому стартапу, целью которого является производство высококачественного белка с использованием меньшего количества ресурсов.
«Мы хотим довести эту идею до уровня рынке в качестве ингредиента для замены рыбной муки и сои, которые в настоящее время выращиваются нерационально», — сказала Лив Хофлак, соучредитель Calidris Bio.
Но производство белка — это только полдела. Новый продукт должен быть проверен на безопасность, вкус и пищевую ценность.
«С IBISBA мы нашли место с нужным оборудованием, нужными экспертными знаниями и правильным мышлением, чтобы вывести наш процесс на новый уровень», — сказал Хофлак.
Европейская комиссия заявила, что ее цель — стимулировать биотехнологии для борьбы с изменением климата и нехваткой ресурсов. Он работает над Законом ЕС о биотехнологиях и нацелен на продвижение нормативных песочниц для тестирования новых подходов в контролируемой среде в течение ограниченного периода времени под регулирующим надзором.
Он также будет работать над потоковой передачей правил и созданием Центра биотехнологий ЕС, чтобы помочь компаниям ориентироваться в нормативных морях и определять поддержку для масштабирования своих предприятий.
«Нам нужно помочь европейской науке оставаться в гонке и помогать нашим новаторам находить поддержку, особенно на первых шагах», — сказал О'Донохью.
Дополнительная информация:
- Биоиндустрия 4.0
- PREP-IBISBA
- Исследования и инновации в области биоэкономики ЕС
- Политика ЕС в отношении биопродуктов
Предоставлено Horizon: журналом исследований и инноваций ЕС
