Ускорение биопроизводства и производственных затрат

Для ряда продуктов биопроизводства в качестве исходных материалов требуются аминокислоты и факторы роста, но эти небольшие молекулы и белки могут быть очень дорогими, что увеличивает затраты на биопроизводство, замедляет расширение биоэкономики США и ограничивает использование новых биомедицинских и синтетических продуктов. сельскохозяйственные продукты. Затраты на производство могут быть существенно ограничивающими: представители Национальных институтов здравоохранения и Фонда Билла и Мелинды Гейтс указывают на затраты на производство препаратов на основе антител как на основное препятствие в разработке и распространении методов лечения различных существующих и новых инфекционных заболеваний. Чтобы снизить затраты на эти ресурсы для биопроизводства, администрация Байдена-Харриса должна выделить федеральное финансирование на «Большую задачу» по исследованию и разработке производственных процессов с меньшими затратами и демонстрации масштабируемости этих решений.

Аминокислоты являются важным, но дорогостоящим сырьем для крупномасштабного биопроизводства. Чтобы сократить эти затраты, следует использовать федеральное финансирование для стимулирования разработки масштабируемых методов производства, в результате чего производственные затраты составят половину текущих затрат. В частности, Министерство сельского хозяйства США (USDA) и ARPA-H должны совместно взять на себя обязательство выделить первоначальную сумму финансирования в размере 15 миллионов долларов США для 10 исследовательских проектов в первый год на общую сумму 75 долларов США. миллионов в течение пяти лет в рамках финансирования Grand Challenge для исследователей или компаний, которые смогут разработать масштабируемый процесс производства пищевых или фармацевтических аминокислот или факторов роста за небольшую часть текущих затрат. ARPA-H также должно предоставить финансирование для испытательных стендов, которые исследователи смогут использовать для демонстрации масштабируемости своих экономичных методов производства.

Расширение использования культуры клеток животных для биосинтетического производства будет экономически эффективным только при условии снижения затрат на аминокислоты и факторы роста. Снижение стоимости биопроизводства медицинских и фармацевтических продуктов, таких как вакцины и противомикробные пептиды, или продуктов из тканей животных, таких как мясо или хрящи, улучшит наличие и доступность этих продуктов, облегчит инновации и разработку новых продуктов и сделает их более экономически эффективными, а также увеличит наша способность экономично производить биопродукты в Соединенных Штатах, уменьшая нашу зависимость от иностранных цепочек поставок.

Для лучшего понимания использования аминокислот и факторов роста в производстве биологических препаратов и продуктов на основе животных клеток, а также для точного прогнозирования спроса и предложения, чтобы обеспечить надежную и доступную цепочку поставок медицинской продукции, Министерство обороны (DoD) ) и Министерство сельского хозяйства США должны совместно провести экономический анализ затрат на синтетическое производство обычных биопродуктов и включить оценку сравнительных затрат на производство основных международных конкурентов.

Аминокислоты являются необходимыми исходными материалами при синтезе белковых и пептидных продуктов, включая фармацевтические и медицинские продукты (например, антитела, инсулин) и сельскохозяйственные продукты (например, синтетические растительные и животные белки для пищевых продуктов, коллаген, желатин, инсектицидные белки), но они очень важны. дорогой. Аминокислоты в качестве сырья для клеточной культуры стоят примерно от 3 до 50 долларов за кг, а факторы роста стоят 50 000 долларов за грамм, а это означает, что их стоимость может составлять половину или более от общей стоимости производства.

Биопроизводство зависит от наличия реагентов, малых молекул и биопродуктов, которые используются в качестве сырья в производственном процессе. Производство синтетических биопродуктов ограничено стоимостью и доступностью определенных реагентов, включая аминокислоты и небольшие сигнальные белки, такие как гормоны и факторы роста. Эти производственные ресурсы используются в культуре клеток для повышения урожайности и эффективности производства при биосинтезе таких продуктов, как моноклональные антитела, синтетическое мясо, факторы свертывания крови и интерферон (белки, которые подавляют рост опухоли и поддерживают функцию иммунной системы). Хотя некоторые биопродукты можно производить синтетически в растительных или бактериальных клетках, некоторые продукты получают на этапах производства в клетках животных. Одним из примеров является гликозилирование, процесс модификации белков, который помогает белкам сворачиваться в стабильные структуры, что является гораздо более простым процессом в клетках животных, чем в бактериях или в бесклеточных системах. Вирусы, используемые при разработке вакцин, также обычно выращиваются в клетках животных, хотя некоторые рекомбинантные вакцины можно производить из дрожжевых клеток или клеток насекомых. Использование клеток растений, грибов, бактерий, насекомых или животных в рекомбинантном биопроизводстве имеет свои преимущества и недостатки; Клетки животных, как правило, более универсальны, поскольку они точно имитируют человеческие процессы и требуют меньше инженерных разработок, чем клетки неживотных животных. Всем клеткам, будь то животные, растения или бактерии, для выживания и эффективного функционирования необходимы аминокислоты и различные факторы роста. Хотя в будущем факторы роста могут больше не потребоваться, аминокислоты будут необходимы всегда. Аминокислоты являются наиболее дорогостоящей необходимой добавкой по цене за килограмм; Наиболее дорогостоящими из вспомогательных добавок являются факторы роста.