Когда в начале этого года ученые обнародовали результаты исследования о распространенности микропластика в плацентах человека, результаты были крайне тревожными. Исследователи проанализировали 62 образца плацентарной ткани и обнаружили микропластик во всех из них.
По словам ведущего автора исследования, “если мы наблюдаем воздействие на плаценту, то это может повлиять на всю жизнь млекопитающих на этой планете”.
Миру крайне необходимо отказаться от использования ископаемого топлива и других химических веществ на его основе ради сохранения здоровья планеты и человечества (которые неразрывно связаны). Именно здесь синтетическая биология, или synbio, может сыграть важную роль.
Представьте себе мир, в котором мы могли бы заменить все до единого вредные синтетические химические вещества и пластик на основе ископаемого топлива полностью натуральными и биоразлагаемыми соединениями. Это привело бы к меньшей потере биоразнообразия, сокращению выбросов парниковых газов и уменьшению количества микропластика, циркулирующего в нашей крови. Такие компании, как FabricNano, пытаются воплотить это в реальность.
Красота биологии
Многие основатели стартапов хотят верить, что они на пути к следующему крупному прорыву в области технологий. (Я уже потерял счет всем “революционным” и “новаторским” обещаниям в пресс-релизах, в основном без особого внимания к фактическим определениям этих слов).
Но время от времени появляются стартапы, которые действительно могут похвастаться такими описаниями своих технологий. FabricNano не только хочет помочь нам сознательно избавиться от токсичного отношения к пластмассам, но и преобразовать химическую промышленность в целом — по одному бесклеточному ферменту на биологической основе за раз.
“Если вы идете в лес, вы видите деревья — там есть кора, листья, все эти материалы. Когда вы смотрите на свое собственное тело, вы видите мягкую кожу, нежные волосы, но также и очень твердые ногти. Все эти материалы основаны на биологии и производятся из химических веществ”, — рассказывает Грант Ааронс, основатель и генеральный директор FabricNano.
Избавление от биотехнологических «фабрик»
Химические вещества, о которых говорит Ааронс, образуются в клетках — клетках кожи человека, клетках растений и т.д. Материалы, которые они производят, являются результатом преобразования исходного химического вещества в другое химическое вещество с помощью белков внутри клетки.
Первая версия синтетической биологии и биомеханики заключалась в том, чтобы заставить клетки, подобные дрожжам, поглощать сахар и вместо того, чтобы производить алкоголь, изменять некоторые белки внутри, чтобы они поглощали сахар и производили пластик.
Биомеханическое производство на основе клеток использует живые клетки в качестве фабрик для производства биологически активных продуктов, таких как фармацевтические препараты, химикаты, ферменты и другие биомолекулы. Являясь краеугольным камнем биотехнологической промышленности, он подвержен загрязнению и требует точного контроля условий выращивания для обеспечения здоровья клеток, продуктивности и генетической стабильности.
Это также дорого, и различные ферменты клетки могут конкурировать друг с другом за энергию. Но при удалении ферментов из клеток реакции и процессы производства все равно могут продолжаться, а это означает, что живые микробные фабрики не всегда необходимы.
“На самом деле ферменты, которые выводятся из клетки, могут выполнять свою работу в условиях, когда любая клетка перестала бы что-либо делать, например, при высоких температурах, в присутствии токсичных соединений или при экстремальных значениях рН”, — говорит доктор Фолькер Зибер, профессор химии биогенных ресурсов Технического университета. из Мюнхена, объясняет это по электронной почте.
Кроме того, проще создать фермент, чтобы он соответствовал поставленной задаче, чем целый микроорганизм, добавляет доктор Зибер.
Элегантный, но недолговечный ферментный аппарат
Извлечение ферментов из клеток для проведения химических процессов означает, что вы занимаетесь бесклеточным биомеханическим производством, поскольку больше не используете клетки — только белок.
“Красота природы в том, что у нас есть триллионы белков”, — говорит Ааронс. Каждый из этих белков может взять совершенно уникальную исходную молекулу и преобразовать ее в другую конечную молекулу. Ааронс описывает их как “очень элегантный и усовершенствованный механизм, который может осуществить практически любую трансформацию, какую вы только можете себе представить, используя биологические ресурсы”.
Однако белки невероятно быстро портятся. Как только вы перекачиваете их за пределы клетки, они сохраняют жизнеспособность около часа. Затем они распадаются и теряют как свою трехмерную форму, так и свои функции.
Учитывая, что получение одного килограмма белка в течение такого ограниченного периода времени обходится примерно в 100 долларов, эта технология оказалась нежизнеспособной в промышленных масштабах. И здесь на помощь приходит FabricNano.
Иммобилизация белка
Технология компании использует белок, находящийся вне клетки, и вместо простого часа обеспечивает его сохранность в течение полугода, используя процесс, называемый иммобилизацией белка.
“Мы берем белки, такие как процессоры или транзисторы — представьте себе, как в мире полупроводников, — и помещаем их на поверхность. Если мы правильно их привяжем, они останутся на поверхности и продолжат выполнять свои функции в течение шести месяцев, прежде чем окончательно развалятся”, — говорит Ааронс.
Сложная задача, добавляет Ааронс, заключается в том, чтобы найти подходящую поверхность, которая соответствовала бы нужному белку для создания этих “биокатализаторов”. Для этого FabricNano изучает данные “сотен тысяч белков на различных физических материалах — предметах, которые выглядят как бусины, стекло, кофейные зерна, все, что вы можете себе представить, что является большим и круглым”.
Затем компания обрабатывает данные с помощью модели искусственного интеллекта, которая подсказывает, как соединить фрагменты.
Путь к выходу на рынок
Некоторые из них уже нашли свое коммерческое применение. Например, биопластики из древесной коры, целлюлозы и лигнина, а также биодизельное топливо из растительных масел. Однако, по словам Ааронса, “почти все уже доступно”. Некоторые из них уже нашли свое коммерческое применение. Например, биопластики из древесной коры, целлюлозы и лигнина, а также биодизельное топливо из растительных масел. Однако, по словам Ааронса, “почти все уже доступно”.
Это включает в себя химикаты, топливо, пластмассы, лекарства и различные полезные сахара для улучшения качества продуктов питания. “Вы можете назвать практически все, что есть на свете, и я скажу вам, что это возможно с помощью биологии. Но это не сработает, если белок не будет храниться достаточно долго. И таким образом мы решаем эту проблему стабильности, эту проблему надежности”.
Но этот процесс не является быстрым решением. FabricNano создает свои продукты на заказ и с нуля, а это означает, что стартапу иногда приходится проходить то, что Ааронс называет пятилетним путешествием в химической компании.
Где стартап мог бы оказать большее влияние на ранней стадии, так это там, где он мог бы уже сегодня обслуживать готовый рынок. Одним из примеров является использование ферментов более длительного действия в моющих средствах для стирки, что означает использование большего количества продуктов на биологической основе, а не на нефтяной, и меньшее количество порошка, необходимого для достижения той же степени удаления пятен.
По данным Insight Ace Analytics, в прошлом году рынок биомеханики нового поколения оценивался в $22,76 млрд, а к 2031 году, по прогнозам, достигнет $48,27 млрд. Компания FabricNano, основанная в 2018 году, к настоящему времени привлекла чуть менее 25 млн долларов, в том числе за счет средств венчурной компании Atomico и знаменитого инвестора-ангела Эммы Уотсон.
В настоящее время в компании работают 30 человек, многие из которых работают в ее лабораториях в Юстоне, Лондон. Хотя Ааронс считает, что в Лондоне гораздо больше талантов в области биотехнологий, чем где-либо еще в мире, здесь нет такой специализации, как в большинстве известных биотехнологических центров, например, в фармацевтическом районе Бостона в США.
Важность общего видения в области глубоких технологий
Ааронс с оптимизмом смотрит на потенциальное влияние технологии своего стартапа. Профессор Зибер согласен с этим, подтверждая, что использование бесклеточных ферментов, либо в свободном виде в растворе, либо в иммобилизованном виде для повышения стабильности процесса и возможности повторного использования, таких как FabricNano, в биопроизводстве имеет “большие перспективы”.
В то время как FabricNano работает над химическим синтезом с крупными корпорациями, более перспективными проектами являются потребительские товары и другие средства, способствующие экологическим решениям, таким как связывание углерода на биологической основе путем усиления выветривания горных пород или ВПВ.
Не забудьте поделиться ;-)