Accelerare la bioproduzione e i costi di produzione

Numerosi prodotti biofabbricati richiedono aminoacidi e fattori di crescita come input, ma queste piccole molecole e proteine ​​possono essere molto costose, facendo lievitare i costi della bioproduzione, rallentando l’espansione della bioeconomia statunitense e limitando l’uso di nuove tecnologie biomediche e prodotte sinteticamente. prodotti agricoli. I costi di produzione possono essere sostanzialmente limitanti: funzionari del National Institutes of Health e della Bill & Melinda Gates Foundation indicano i costi di produzione dei farmaci anticorpali come un grave collo di bottiglia nello sviluppo e nella distribuzione di trattamenti per una varietà di malattie infettive esistenti ed emergenti. Per contribuire a ridurre i costi di questi input di bioproduzione, l’amministrazione Biden-Harris dovrebbe stanziare finanziamenti federali per una grande sfida per ricercare e sviluppare processi di produzione a costi ridotti e dimostrare la scalabilità di queste soluzioni.

Gli amminoacidi sono input essenziali ma costosi per la bioproduzione su larga scala. Per ridurre questi costi, i finanziamenti federali dovrebbero essere utilizzati per incentivare lo sviluppo di metodi di produzione scalabili che portino a costi di produzione pari alla metà dei costi attuali. Nello specifico, il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) e l’ARPA-H dovrebbero impegnarsi congiuntamente a un importo di finanziamento iniziale di 15 milioni di dollari per 10 progetti di ricerca nel primo anno, per un totale di 75 dollari. milioni di euro in cinque anni, nel finanziamento Grand Challenge per ricercatori o aziende che possono sviluppare un processo scalabile per la produzione di amminoacidi o fattori di crescita per uso alimentare o farmaceutico a una frazione dei costi attuali. ARPA-H dovrebbe anche mettere a disposizione finanziamenti per strutture di prova che i ricercatori possano utilizzare per dimostrare la scalabilità dei loro metodi di produzione a basso costo.

Aumentare l’uso di colture cellulari animali per la produzione biosintetica sarà economicamente efficace solo se si ridurranno i costi degli aminoacidi e dei fattori di crescita. Ridurre il costo della bioproduzione di prodotti medici e farmaceutici come vaccini e peptidi antimicrobici, o di prodotti di tessuti animali come carne o cartilagine, migliorerebbe la disponibilità e l’accessibilità economica di questi prodotti, renderebbe l’innovazione e lo sviluppo di nuovi prodotti più facili ed economici e aumenterebbe la nostra capacità di produrre economicamente bioprodotti negli Stati Uniti, riducendo la nostra dipendenza dalle catene di approvvigionamento straniere.

Per una migliore comprensione dell'uso degli aminoacidi e dei fattori di crescita nella produzione di prodotti biologici e a base di cellule animali e per prevedere con precisione l'offerta e la domanda per garantire una catena di approvvigionamento affidabile e disponibile per i prodotti medici, il Dipartimento della Difesa (DoD ) e l'USDA dovrebbero commissionare congiuntamente un'analisi economica dei costi del percorso di produzione sintetica dei comuni prodotti biologici e includere valutazioni dei costi comparativi di produzione per i principali concorrenti internazionali.

Gli aminoacidi sono input necessari quando si sintetizzano prodotti proteici e peptidici, compresi prodotti farmaceutici e sanitari (ad esempio, anticorpi, insulina) e prodotti agricoli (ad esempio, proteine ​​vegetali e animali sintetiche per alimenti, collagene, gelatina, proteine ​​insetticide), ma sono molto importanti costoso. Gli amminoacidi come input per la coltura cellulare costano dai 3 ai 50 dollari al kg, mentre i fattori di crescita costano 50.000 dollari al grammo, il che significa che i loro costi possono rappresentare la metà o più del costo di produzione totale.

La bioproduzione dipende dalla disponibilità di reagenti, piccole molecole e bioprodotti utilizzati come input grezzi nel processo di produzione. La produzione di bioprodotti sintetici è limitata dal costo e dalla disponibilità di alcuni reagenti, tra cui amminoacidi e piccole proteine ​​di segnalazione come ormoni e fattori di crescita. Questi input di produzione vengono utilizzati nella coltura cellulare per aumentare le rese e l’efficienza produttiva nella biosintesi di prodotti come anticorpi monoclonali, carne sintetica, fattori di coagulazione e interferone (proteine ​​che inibiscono la crescita del tumore e supportano la funzione del sistema immunitario). Mentre alcuni bioprodotti possono essere prodotti sinteticamente in cellule vegetali o batteriche, alcuni prodotti beneficiano di fasi di produzione in cellule animali. Un esempio è la glicosilazione, un processo di modificazione delle proteine ​​che aiuta le proteine ​​a ripiegarsi in strutture stabili, che è un processo molto più semplice nelle cellule animali che nei batteri o nei sistemi privi di cellule. Anche i virus utilizzati nello sviluppo dei vaccini vengono solitamente coltivati ​​in cellule animali, sebbene alcuni vaccini ricombinanti possano essere prodotti in cellule di lievito o di insetti. Ci sono vantaggi e svantaggi nell'uso di cellule vegetali, funghi, batteri, insetti o animali nella bioproduzione ricombinante; le cellule animali sono generalmente più versatili perché imitano da vicino i processi umani e richiedono meno ingegneria rispetto alle cellule non animali. Tutte le cellule, siano esse animali, vegetali o batteriche, necessitano di aminoacidi e vari fattori di crescita per sopravvivere e funzionare in modo efficiente. Anche se in futuro i fattori di crescita potrebbero non essere più necessari, gli amminoacidi saranno sempre necessari. Gli aminoacidi sono l'additivo necessario più costoso in termini di prezzo al chilogrammo; tra gli additivi di supporto i più costosi sono i fattori di crescita.