Биотехнологии

 Среди вызовов, которые сегодня стоят перед человечеством, значимое место занимают угроза глобального потепления, продовольственный и энергетический кризис и загрязнение окружающей среды.

 Население Земли постоянно растет, что приводит к расширению массовых производств и увеличению масштабов неэффективной эксплуатации природных ресурсов.

 В сложившихся условиях создание устойчивой экономики требует пересмотра традиционных методов ведения хозяйства с целью экологизации всех производственных процессов.

Тренды

• Развитие технологий синтетической биологии, метаболической инженерии и биоинженерии
• Прогресс в области геномных и постгеномных технологий
• Развитие клеточных технологий
• Развитие нейротехнологий и методов управления когнитивными функциями
• Развитие методов биоинформатики для обработки данных анализа транскриптома, протеома, метобалома
• Развитие методов компьютерного моделирования структуры биомолекул и процессов в живых системах
• Замещение части химических способов производства биотехнологическими
• Использование микроорганизмов для переработки отвальных пород при добыче полезных ископаемых, загрязнении окружающей среды углеводородами, тяжёлыми металлами, отходов жизнедеятельности, в том числе в продукты с высокой добавленной стоимостью
• Использование рекомбинантных пептидов в товарах массового спроса (косметика, пищевые добавки, корма, ткани и т. д.)
• Использование синтетических рекомбинантных ферментов (способных работать в широком диапазоне кислотности и температуры среды в отличие от их природных аналогов) в синтетических и каталитических системах пищевой промышленности
• Глубокая переработка (вплоть до получения чистых аминокислот) сельскохозяйственного сырья
• Развитие технологий для создания биосовместимых и экологически безопасных, биоразлагаемых материалов

Эффекты

• Создание с помощью методов синтетической биологии биологических структур, которые не имеют аналогов в живой природе
• Широкое использование возобновляемых ресурсов
• Использование биологических средств защиты окружающей среды
• Создание биофабрик – растений и животных, продуцирующих полезные вещества
• Промышленный синтез продуктов питания
• Получение биоматериалов и продуктов органического синтеза из возобновляемого сырья
• Увеличение в эффективности переработки сельскохозяйственных, морских и аквакультурных продуктов и пищевых производств
• Превращение отходов жизнедеятельности в полезные продукты
• Снижение вредной нагрузки на окружающую среду, несмотря на рост численности населения и активное индустриальное развитие
• Создание биопластмасс и биотканей на основе биологических полимерных молекул

Драйверы

• Повышение спроса на продукты питания за счет увеличения населения планеты
• Скрытый голод (недостаток полезных витаминов и микроэлементов при достаточном употреблении еды)
• Климатические изменения, способствующие росту заболеваемости и сокращению площади пригодных для сельского хозяйства земель
• Потеря биоразнообразия
• Негативное влияние человека на окружающую среду, в том числе в следствие урбанизации
• Ужесточение экологического законодательства
• Рост объемов промышленных и бытовых отходов

Барьеры

• Растущая угроза биобезопасности (неконтролируемое или неблагоприятное изменение генома, дрейф генов, манипуляции со стволовыми клетками)
• Неприятие обществом отдельных биотехнологий (ГМО и др.)
• Угроза создания и использования биологического оружия
• Закрытость ряда баз данных и информационных систем от широкого научного сообщества нанобиотехнологов
• Технологические ограничения, связанные с отставанием других отраслей, в частности производства сверхчистых химических соединений, электронной промышленности и др.

Тренды

•  Развитие важнейших фундаментальных областей (геномные, клеточные биотехнологии, синтетическая биология и др.)
• Усиление внимания к проблемам экологии
• Рост объемов промышленных и бытовых отходов
• Внедрение биотехнологических решений на ряде производств
• Переход в химии по ряду направлений от нефтехимического сырья к сырью из возобновляемых источников

Эффекты

• Встраивание мегаполиса в современную биоэкономику
• Обеспечение экологической безопасности
• Решение проблемы мусора и свалок
• Развитие нетрадиционных для города секторов, например, сельского хозяйства за счет создания сити-ферм
• Производство качественных и полезных продуктов питания

Драйверы

• Высокий уровень антропогенной нагрузки
• Наличие специальной инфраструктуры для развития биотехнологий, например, биобанков и криохранилищ
• Компактные размеры биотехнологических производств, которые могут быть расположены в черте города

Барьеры

• Существенное отставание отечественной научно-исследовательской и производственно-технологической базы
• Недостаток высококвалифицированных кадров, занимающихся разработкой и использованием биотехнологий
• Законодательный запрет на производство генно-инженерно-модифицированной продукции
• Многоэтапность биотехнологий при разработке продукта требует либо значительного времени и количества труда, либо привлечения дорогостоящих биомолекулярных платформ, не производящихся в России