Skalierbare Bio-Revolution

Durchbrüche in der Bioherstellung könnten die US-Wirtschaft für neue Möglichkeiten positionieren, die Industrien umgestalten – und unsere globale Wettbewerbsfähigkeit erhalten

Stellen Sie sich vor, Sie grillen ein im Labor gezüchtetes Steak auf Ihrer Terrasse – aber die Ziegel bestehen aus Bakterien. Die Gäste Ihres Grillabends tragen einen Pilzgürtel, Algen-Flip-Flops oder einen Proteinmantel. Währenddessen rollt jemand neue Löwenzahnreifen für sein Auto auf. All dies könnte mit der Technologierevolution möglich sein, die schnell aufkeimt.

Die Vereinigten Staaten sind seit Jahren führend in der biowissenschaftlichen Forschung, haben aber kürzlich einen Wendepunkt erreicht. Die Gensequenzierung kann jetzt kostengünstig durchgeführt werden, während Fortschritte in der Genbearbeitung, fortschrittlicher Computertechnik, Bioinformatik, Automatisierung und künstlicher Intelligenz zusammenlaufen, um das, was wir mit der Biologie tun können, auf ein neues, erstaunliches Niveau zu heben. Unsere Fähigkeit, Moleküle, Materialien und Strukturen biologisch aufzubauen, wird bahnbrechende Innovationen hervorbringen, die Objekte und Produkte ersetzen werden, die wir heute verwenden. Eine aktuelle Studie des McKinsey Global Institute schätzt, dass bis zu 60 % der physischen Inputs für die Weltwirtschaft theoretisch biologisch produziert werden könnten.

R&D hat diese Möglichkeit hervorgebracht. Biomanufacturing ist die Art und Weise, wie wir diese Revolution in industriellen, ökologischen und gesellschaftlichen Bereichen skalieren. Die Vorteile könnten enorm sein:

· Laut der McKinsey-Analyse 4 Billionen US-Dollar pro Jahr an globalen wirtschaftlichen Auswirkungen.

· Nachhaltigere Produkte wie Chemikalien, sauberere Kraftstoffe und nachhaltig produzierte Waren und Lebensmittel.

· Innovationen zur Dekarbonisierung und Umweltsanierung.

· Bahnbrechende Innovationen im Gesundheitswesen, einschließlich Gewebereparatur und bedarfsgesteuerte Arzneimittelproduktion.

· Wirtschaftliche Chancen für ländliche Agrarwirtschaften.

· Neue Industrien und neue Arbeitsplätze.

Zeit zum Skalieren. In Erinnerung an die frühen Tage der digitalen Revolution in den 1990er Jahren schlich sich die digitale Technologie in die Wirtschaft ein und machte etwa 200 Milliarden US-Dollar an Wertschöpfung in den USA aus. Die Clinton-Administration hat einen politischen Rahmen geschaffen, um die Entwicklung und den Einsatz digitaler Technologien und Infrastrukturen im Privatsektor zu unterstützen. Die digitale Revolution beschleunigte sich zu einem steilen Aufstieg auf der Adoptionskurve, und die digitale Wirtschaft hat sich im realen Wert auf mehr als 2.5 Billionen US-Dollar im Jahr 2021 verzehnfacht. Als die digitale Revolution skalierte, veränderte sie die menschliche Erfahrung, die Wirtschaft, die nationale Sicherheit, die Wirtschaft, Kommunikation, ganze Branchen und die Gesellschaft – und wird nicht langsamer.

Im Jahr 2017 hat sich der Council on Competitiveness mit vier US National Laboratories für eine Studie mit dem Titel „Advancing US Bioscience: Challenges and Opportunities in Sustainable Energy, Environmental Remediation, 21st Century Agriculture, Human Health, and Biomanufacturing“ zusammengetan.„Der Zweck der Partnerschaft und Studie bestand darin, unsere jahrelange Forschung und Milliarden von F&E-Investitionen zu nutzen, um von Labors und Pilotfertigung zu großen Biofertigungsplattformen überzugehen. Wir forderten eine strategische, aggressive und koordinierte Anstrengung der USA, um das große Potenzial der Biomanufaktur zu nutzen. Diese Schritte beinhalteten:

· Verfolgung der Grenzen der Biowissenschaften und des Bioingenieurwesens, einschließlich Forschung und Entwicklung, und Stärkung unserer Fähigkeiten, wie z. B. die Anwendung fortschrittlicher Computer und KI, um einen sich schnell verändernden Sektor voranzutreiben.

· Überbrückung des Innovations-„Tals des Todes“ – die durchschnittlich 10 Jahre, die das Energieministerium angibt, um einen Bioprozess vollständig zu skalieren – und Beschleunigung des Innovationsprozesses. Mit dem Ziel, diese Zeit zu halbieren, brauchen wir Testbeds und Prototyping-Bemühungen, um die Übertragung der Wissenschaft auf die Anwendung in der Pilotfertigung zu beschleunigen, sowie eine industrielle Infrastruktur und Lieferketten, um die Biofertigung in großem Maßstab zu ermöglichen.

· Entwicklung einer multidisziplinären Belegschaft, die Biowissenschaften und Bioverarbeitung, Chemie, Bioingenieurwesen, Daten- und Computerwissenschaften und Biomanufacturing-Produktion umfasst.

· Schaffung klarer, transparenter regulatorischer Wege für Unternehmen, um biobasierte Produkte auf den Markt zu bringen. Da Bioanwendungen eine Reihe von Bereichen umfassen werden – von Lebensmitteln und Arzneimitteln über Materialien und Chemikalien bis hin zu Umweltsanierungen und Konsumgütern – ist die regulatorische Landschaft komplex, aber die Prozesse müssen effizient, rationalisiert und zeitnah sein.

· Festlegung von Standards für das Biomanufacturing-Paradigma. Leitplanken werden benötigt, um Biosafety und Biosecurity sowie Umwelt- und Arbeitssicherheit über den gesamten Lebenszyklus biobasierter Produkte hinweg zu fördern. Wir müssen auch ein ernsthaftes Gespräch über ethische, rechtliche und soziale Fragen führen, einschließlich Datenschutz.

Maßstabsgetreuer Rahmen. Im vergangenen Jahr haben der Kongress und die Biden-Administration viele dieser Maßnahmen durch den CHIPS and Science Act von 2022 in Gang gesetzt. Die Gesetzgebung schreibt vor, dass der Präsident eine Nationale Forschungs- und Entwicklungsinitiative für Ingenieurbiologie umsetzt, und weist den Präsidenten an, die Biomanufacturing-Forschung durch interdisziplinäre Forschung voranzutreiben Zentren, unterstützen Aus- und Weiterbildung und arbeiten auf ein nationales Netzwerk von Testbeds und Proof-of-Concept-Aktivitäten hin, um die Laborforschung zu verbessern.

Darüber hinaus unterzeichnete Präsident Biden im September die Exekutivverordnung 14081 zur „Förderung von Biotechnologie und Biomanufacturing-Innovation“, mit der ein regierungsweiter Ansatz zur Förderung der Biotechnologie und Biomanufaktur unter der Leitung des Assistenten des Präsidenten für nationale Sicherheitsangelegenheiten festgelegt wurde. Die Durchführungsverordnung fordert die Stärkung und Koordinierung von Bundesinvestitionen in die Forschung und Entwicklung im Bereich Biomanufacturing, die Förderung der Ausweitung der heimischen Biomanufacturing-Produktion, die Schulung von Arbeitskräften sowie die Klärung und Straffung von Vorschriften. Es weist auch Bundesbehörden an, ihren Beitrag zu leisten, angefangen von Forschung und Entwicklung, Standards oder Personalentwicklung bis hin zur Minderung von Bedrohungen für die nationale und wirtschaftliche Sicherheit.

„Da sich die Bioökonomie von Therapeutika zu Massenprodukten ausdehnt, ist es entscheidend, dass wir die Investitionen in Forschung und Entwicklung für Plattformtechnologien wie synthetische Biologie und datengesteuerte Scale-up-Prozessentwicklung deutlich erhöhen, um die Zeit vom Labor bis zur Markteinführung weiter zu verkürzen. “, sagte Joe Elabd, der Vizekanzler für Forschung am System der Texas A&M University. „Eine starke Allianz aus Akademie, Industrie und Regierung und ein Netzwerk regionaler Knotenpunkte werden ein entscheidender Faktor sein, um dieses Ziel zu erreichen und die Wettbewerbsfähigkeit der USA zu stärken.“

Dieser nationale Politik- und Programmrahmen könnte den Innovationsmotor des Privatsektors beschleunigen und die Bio-Revolution auf Hochtouren und auf die Überholspur bringen. Gleichzeitig strebt China an, seine Bioökonomie bis 2035 an die Spitze der Welt zu bringen. Sein 14. Fünfjahresplan für die Entwicklung der Bioökonomie ist eine ausgeklügelte Strategie zur Förderung der chinesischen Pfeilerindustrien in vier Bereichen – Biomedizin, Landwirtschaft, Bioherstellung und Biosicherheit – durch Innovation , Industrialisierung und Regierungspolitik. Der Konkurrenzkampf mit unserem größten wirtschaftlichen Gegenstück ist bereits im Gange – unsere Bemühungen sind Schritte in die richtige Richtung, und wir müssen sie ausbauen und uns nicht ausruhen.

Da die Bioherstellung zahlreiche Sektoren und gesellschaftliche Bereiche durchdringt, werden neue Bio-Fähigkeiten die Wirtschaft massiv umgestalten, von der Fertigung über die Landwirtschaft bis hin zu Lieferketten für Pharmazeutika, Chemikalien und Konsumgüter. Wir haben uns schnell vom Labor an die Schwelle der Revolution bewegt, mit realen, alltäglichen Anwendungen wie dem oben erwähnten Cookout. Indem Wege – und Investitionen – geschaffen werden, damit sich diese Technologien durchsetzen, können wir und zukünftige Generationen davon profitieren und weiterhin innovativ sein.