Биотехнологии и их роль в глобальной политике

Ключевые тенденции  развития современных биотехнолоногий

Биотехнологии – это использование живых организмов, их составляющих (ДНК, микроорганизмы, клетки или клеточные компоненты), а также продуктов их жизнедеятельности для производства различной продукции и решения прикладных задач. Сейчас биотехнологии, или биотех, являются одним из наиболее растущих секторов мировой экономики и одной из ключевых отраслей постиндустриального общества.

Наиболее развитые и богатые страны начали гонку инвестиций в биотехнологии ещё в конце 1980-х – начале 1990-х годов. Первопроходцами здесь стали США, а именно крупные технологические и фармацевтические компании Кремниевой долины, Япония, а также страны Европы – Великобритания, Германия и Швеция – которые стали интегрировать представителей бизнеса, науки и высшего образования в так называемых научных парках по примеру США. В начале 2010-х годов о себе заявил Китай как о перспективном центре биотехнологий.

Биотехнологии наиболее востребованы в трёх крупных отраслях: медицина и фармацевтика, сельское хозяйство, энергетика и промышленность. В медицине и фармацевтике специалисты-биотехнологи создают препараты, способные побеждать тяжелые и трудноизлечимые заболевания, вакцины, а также препараты генной и клеточной терапии. В сельском хозяйстве задействуют биотехнологии, чтобы получить самую устойчивую к болезням продукцию и увеличить урожай. В энергетической промышленности надежды на биотехнологии связаны с биотопливом – его производством из природного растительного и животного сырья, а также промышленных отходов, что в теории могло бы сократить потребление ископаемых видов топлива.

В настоящее время можно выделить несколько ключевых трендов в области развития биотехнологий.

Во-первых, это – кластеризация науки о биотехнологиях, т.е. интеграция нескольких отраслей науки под одной «зонтичной». Так, биотехнологии появились на стыке биологии, генетики и генной инженерии, а позже изучение биотехнологий нельзя было представить без физики, химии, информатики, а также производных от этих наук.

Второй тренд – интеграция искусственного интеллекта (ИИ) в биотехнологические разработки, особенно в медицине. Растущий объем данных создает потребность в передовых инструментах анализа, для восполнения которой специалисты активно задействуют ИИ. Например, ИИ используют для более точного выявления генетических вариаций, вызывающих заболевания. Внедрение искусственного интеллекта в рутинную медицинскую практику также способствует оптимизации диагностики, ускорению и повышению эффективности лечения, а также все более индивидуальному подходу к каждому пациенту.

Третий тренд в биотехнологиях – это растущая автоматизация исследований и создание автоматизированных лабораторных систем. Автоматизация ускоряет процесс поиска лекарств, позволяя исследователям быстро тестировать тысячи соединений одновременно и повышая при этом точность результатов. По мере распространения персонализированной медицины и сложных биологических препаратов потребность в автоматизации растет. Такие инструменты, как робототехника и системы обработки жидкостей, помогают исследователям плавно переходить от лабораторных исследований к производству, экономя время и сокращая расходы.

Наконец, четвёртый тренд в биотехнологиях – это рост соперничества США и Китая за статус мирового центра биотехнологий и использование биотехнологий для наращивания своего влияния и мощи. США сейчас являются ведущим интеллектуальным центром в области биотехнологий, т.е. там разрабатываются наиболее передовые технологии, препараты и знания в данной области. В свою очередь Китай обладает статусом крупнейшей фабрики мира в области биотехнологического производства. И США, и Китай стремятся к концентрации технологических и производственных мощностей на своей территории, что приводит к превращению биотехнологий как науки в арену для соперничества.

Стоит отметить, что, несмотря на снятие большинства законодательных ограничений на работу с генами и ДНК человека, этические вопросы, связанные с клонированием человека и генными операциями по-прежнему вызывают ожесточенные общественные и законодательные дискуссии. Кроме того, создание генов с нуля (первый искусственный ген был синтезирован в 1970 году) означает, что когда-нибудь новые живые организмы,  в том числе и человека, смогут создавать из набора химических элементов, что, несомненно, может противоречить этическим или религиозным убеждениям значительного числа людей. Существуют и другие этические проблемы, такие как использование людей и животных в качестве объектов клинических и доклинических испытаний, что пока остаётся «серой» областью законодательства даже в развитых странах.

Мировые лидеры и их подходы к развитию биотехнологий

Биотехнологии являются высокодинамичной научной сферой ввиду того, что она постоянно интегрируется с другими науками и технологиями – робототехникой, искусственным интеллектом, клеточными исследованиями, нанотехнологиями и микроэлектроникой. В результате этого синтеза были созданы прорывные разработки, которые определяют настоящее и будущее современной науки и промышленности.

Итак, на настоящий момент наибольшие надежды связаны со следующими биотехнолгиями.

Технология редактирования генов или генетические ножницы – CRISPR-Cas9 – позволяет устранить причину генетических заболеваний в виде мутации благодаря модификации участков в проблемных генах. Помимо непосредственно медицины, редактирование генов обладает многообещающим потенциалом и в agrotech – биотехнологиях для сельского хозяйства, где с помощью модификации генов возможно создание культур, устойчивых к засухе, природным бедствиям и болезням. В 2020 году учёные-создатели CRISPR-Cas9 – Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна – получили Нобелевскую премию по химии.

МРНК и вакцинные технологии. Вакцины на основе мРНК – молекула, без которой невозможен синтез белков и жизнедеятельность организмов – получили распространение во время COVID-19, а сейчас их используют при раке и инфекционных заболеваниях (ВИЧ, грипп). В ближайшем будущем на основе мРНК ученые планируют создать персонализированные вакцины – их свойства будут подстраиваться под особенности человека.

Клеточная терапия CAR-T – используется для лечения рака крови, лечения стволовыми клетками (например, болезнь Паркинсона, травмы спинного мозга) и создания новых органов (регенеративная медицина).

Создание культур, не содержащих ГМО-генов (например, бананы, устойчивые к грибкам), биофортифицированных культур и выращивание мяса из клеточных культур (альтернативное мясо).

В области промышленных и энергетических биотехнологий наиболее важные разработки касаются биотоплива, биопластика и генных бактерий. Так, биотопливо представляет альтернативу возобновляемым источникам энергии, биоразлагаемые пластики из бактерий уменьшают загрязнение окружающей среды, а генетически модифицированные бактерии и грибы способны очищать воздух и воду.

Лидирующие позиции в области биотехнологий удерживают США, Китай и ЕС, причём США пока имеют доминирующий статус, а Китай и ЕС пытаются догнать США, используя свои конкурентные преимущества.

Соединенные Штаты сохраняют позиции мирового лидера в biotech благодаря мощному сочетанию государственного финансирования и частных инвестиций, передового академического опыта и сотрудничества с промышленностью, а также гибкого регулирования.

В США биотехнологии получают поддержку как на государственном, так и на частном (венчурные инвесторы) уровне. Со стороны государства наиболее перспективные разработки финансируют Национальные институты здоровья (NIH),  Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), Национальный научный фонд (NSF) и Министерство энергетики (DOE). В общей сложности ежегодные субсидии государства в биотехнологии превышают $50 млрд. Кроме этого, инвестиции частного сектора приближаются к $25 млрд, учёным доступны именные гранты от университетов и научных центров, а компании могут рассчитывать на налоговые льготы.

Помимо очевидного преимущества в виде финансирования, в США действует привлекательная культура biotech-стартапов, инновационного предпринимательства, сотрудничества между наукой и бизнесом, что позволяет быстро и эффективно коммерциализировать перспективные разработки. В свою очередь, развитая система авторского права и защиты интеллектуальной собственности гарантирует учёным защиту их изобретений со стороны государства. В целом система патентования и одобрения лекарств в США более гибкая, чем в ЕС. Это позволяет выводить препараты на рынок в ускоренном порядке, из-за чего перспективные европейские стартапы нередко делают выбор в пользу США.

Рост биотехнологий в Китае стимулирует несколько факторов, включая субсидии, научные парки, стартап-инкубаторы, схемы привлечения талантливых специалистов, государственно-частное партнерство, а также реформы, направленные на ускорение рассмотрения лекарств и усиление защиты интеллектуальной собственности. В результате реформ, сочетающих западные практики с элементами командной экономики, китайские биотехнологии стали конкурировать с европейской продукцией, а в некоторых отраслях, особенно в биотехнологиях для промышленности –  и с США.

 Китай по-прежнему отстает в своей способности превращать научные разработки в продукты, а также испытывает проблемы в разработке собственных технологий вместо копирования западных. Тем не менее, обладая статусом ведущего производителя материалов для биотехнологий (более 90% аммериканских биотехнологических компаний зависят от импортного сырья), Китай обладает внушительным потенциалом в области промышленных биотехнологий.

Если рассматривать коллективный потенциал европейских стран, то ЕС (а также Великобритания и Швейцария) входят в тройку мировых лидеров в области биотехнологий. ЕС отличается сильными научно-техническими университетами и центрами в Копенгагене, Берлине, Брюсселе, однако отстаёт от США в расходах на биотехнологии, а от Китая – в скорости принятия решений и масштабировании производства. Например, с 2021 по 2027 год ЕС выделил около $100 млрд на биотехнологии, в то время как в США ежегодичное финансирование этой отрасли государством составляет около $50 млрд.

По объёмам частных инвестиций ЕС также уступает США, а высокая забюракратизированность процессов одобрения технологий и препаратов вынуждает перспективные стартапы и компании задуматься о переезде в США или Сингапур. Тем не менее сравнительно высокие зарплаты и высокое качество жизни помогают привлечь в ЕС талантливых специалистов-биохимиков из других стран (Индия, Вьетнам, постсоветские страны), а сильные связи между наукой и производством позволяют ЕС выпускать конкурентоспособную продукцию.

Биотехнологии будущего

Хотя биотехнологии уже поспособствовали созданию нескольких десятков новых научных направлений, наука не стоит на месте и постоянно совершенствуется путем интеграции и пересечения с другими областями. Буквально за последние 3-5 лет в сфере биотехнологий появились несколько важных направлений, а именно:

Биокибербезопасность (или кибербиобезопасность) – это пересечение биотехнологий, биозащиты и кибербезопасности.         Традиционно биобезопасность фокусируется на снижении рисков, связанных с неправомерным использованием инструментов и/или знаний в области наук о жизни, в то время как кибербезопасность направлена на защиту информации в системах. Целью объединенной дисциплины кибербиозащиты является решение проблемы потенциального или фактического злонамеренного уничтожения, неправильного использования или эксплуатации ценной информации, процессов и материалов на стыке наук о жизни и цифрового мира.

Синтетическая биология – одна из приоритетных отраслей для США. Синтетическая биология применяет инженерные принципы к биологии для создания ценных биологических компонентов и систем, которые еще не существуют в естественном мире.

С 2020 года Министерство обороны США ведёт работу по созданию Инновационного института производства синтетической биологии (SynBio MII) для поддержки американской экосистемы биопроизводства. Большая часть этой работы будет связана с новыми способами использования ДНК. Главная цель – предоставить США внутренние возможности для производства критически важных ресурсов и обеспечить безопасность цепочки поставок. Инновации будут применяться практически во всех отраслях производства, однако в первую очередь для оборонной промышленности.

Наконец, в ближайшем будущем особое внимание уделят и технологиям аугментации человека ввиду перспектив этой отрасли биотехнологий для армии и управления. Аугментация человека – означает использование технологий для улучшения когнитивных или физических способностей. Предполагается, что вживление чипов в мозг для стимуляции определенных областей улучшит процесс принятия решений, ситуационную осведомленность, а также общие физические и когнитивные способности. Хотя пока что разговоры о вживлении чипов в мозг кажутся фантастикой, американские источники утверждают, что, в частности, у Китая есть планы по использованию аугментационных технологий с целью усилить собственную армию.

Специалисты в военной отрасли возлагают особые надежды на регенеративную медицину – воссоздание утраченных органов и кожного покрова различных участков тела на основе клеточных технологий – и когнитивные биотехнологии. Когнитивные биотехнологии получили развитие во второй половине 2010-х годов на фоне всплеска исследований в области нейрохирургии и искусственного интеллекта. Сейчас военные и секретные службы рассчитывают, что с помощью когнитивных технологий будет возможно воздействовать на мышление человека и его реакцию на физическую и социальную среду.

Несмотря на статус одной из самых молодых наук в обширной системе биотехнологий, когнитивные биотехнологии уже доказали свой потенциал. К примеру, в последние 5 лет ученым удалось сочетать сигналы мозга с аппаратными интерфейсами и на основе этого создать протезы, управляемые силой мысли. Сейчас особый интерес к биокогнитивным разработкам наблюдается в структурах НАТО и Министерстве обороны США. Там уже выделили несколько миллиардов долларов на исследования и потенциальное применение когнитивных технологий в военном деле. Именно идея о создании неуязвимой и высокомотивированной армии и необходимость готовиться к крупным геополитическим столкновениям (например, теоретический конфликт США и Китая) во многом стимулирует интерес государств и военных структур к такого рода исследованиям.

Наряду с микроэлектроникой, искусственным интеллектом и высокоточной промышленностью биотехнологии становятся ареной противоречий между современными сверхдержавами – прежде всего между США и Китаем. В развитии биотехнологий обе державы видят потенциал для усиления своей технологической, продовольственной и промышленной безопасности.

США делают ставку на сочетание многомиллиардных государственных инвестиций с поощрением предпринимательской среды и культуры развития инноваций. Китай также пытается нагнать США путем щедрых субсидий для бизнеса и НИОКР, добившись успехов в биотехнологиях для промышленности.

Биотехнологии можно смело назвать определяющими технологиями для любой страны, желающей качественно встроиться в современную мировую архитектуру. Они могут гарантировать как продовольственную безопасность, так и доступ к критически важным технологиям и ресурсам. Поэтому расходы на биотехнологии – это не пустые траты, а инвестиции в собственную безопасность, человеческий капитал и технологический суверенитет, а умное внедрение биотехнологий может существенно помочь в экономии ресурсов и создании продукции с высокой добавочной стоимостью.