Biotechnologie
01.11.2004 00:00:01
Biotechnologia w Polsce znajduje się we wstępnej fazie rozwoju, rokującej pozytywne nadzieje na szybki jej rozkwit. Dziedzina rozrasta się szybko, ale pomimo tego dostrzegalny jest dystans, który dzieli nas od krajów Europy Zachodniej, nie wspominając już o niezaprzeczalnym liderze, którym są Stany Zjednoczone. Współczesne strategie rozwoju gospodarczo-ekonomicznego nie zawsze doceniają siły napędowe, które tkwią w tej nowoczesnej dziedzinie nauki, wykorzystującej procesy biologiczne na skalę przemysłową.
Sławomir Rupiński
Otrzymywanie produktów za pomocą czynników biologicznych, m.in. mikroorganizmów, wirusów, komórek zwierzęcych i roślinnych oraz substancji pozakomórkowych i składników komórek stwarza nowe możliwości na zwiększenie efektywności i opłacalności produkcji.
Technologia stara czy nowa?
Biotechnologia jest właściwie połączeniem nauk przyrodniczych i inżynieryjnych w celu uzyskania zastosowań organizmów, komórek bądź ich części dla pozyskania odpowiednich produktów. Są właściwie dwa rodzaje biotechnologii. Pierwszym jest biotechnologia tradycyjna, a drugim biotechnologia nowoczesna. Biotechnologia tradycyjna znana jest już od kilku tysięcy lat i wykorzystuje podstawowe procesy biologiczne. Biotechnologia nowoczesna utożsamiana jest z inżynierią genetyczną, w której przenosi się lub modyfikuje geny pomiędzy różnymi osobnikami za pomocą specjalistycznych technik laboratoryjnych. Biotechnologia tradycyjna, to również przenoszenie genów, lecz bez dokładnego określenia jakich. Biotechnologia nowoczesna jest dokładniejszą dziedziną nauki (ma do dyspozycji większe zasoby techniczne, doskonałą aparaturę analityczną) gdyż wgłębia się w budowę genów oraz ich budowę molekularną, natomiast w tradycyjnej wykorzystuje i przystosowuje się organizmy żywe w sposób naturalny, chociaż nie zawsze zgodny z naturą. Można jednak spotkać także i inne podziały biotechnologii dokonane przez przedstawicieli z EuropaBio, będącego organizacją, której głównym zadaniem jest promowanie innowacyjnego i dynamicznie rozwijającego się bioprzemysłu. Według organizacji EuropaBio, stowarzyszającej 24 narodowych organizacji biotechnologicznych, biotechnologia dzieli się na trzy działy:
· Biała - biotechnologia przemysłowa wykorzystująca systemy biologiczne w produkcji przemysłowej i ochronie środowiska. Opiera się ona na biokatalizie i bioprocesach, z wykorzystaniem surowców odnawialnych, głównie produktów rolnych, które są przekształcane z wykorzystaniem komórek pleśni, drożdży, bakterii, czy enzymów z nich pochodzących w cenne chemikalia, leki, biopolimery, czynniki energetyczne, funkcjonalne składniki żywności, itd.
· Czerwona - biotechnologia wykorzystywana w ochronie zdrowia, związana z produkcją nowych biofarmaceutyków, rozwojem diagnostyki genetycznej, czy też genoterapii i ksenotransplantologii, · Zielona - biotechnologia związana z rolnictwem, obejmująca stosowanie metod inżynierii genetycznej w celu doskonalenia produkcji roślinnej czy zwierzęcej, której ważnym obszarem jest wprowadzanie transgenicznych roślin do produkcji szczepionek doustnych i rekombinowanych białek, a także wykorzystanie roślin jako surowców odnawialnych w biorafineriach (np. rzepak).
Procesy biotechnologiczne w porównaniu z procesami chemicznymi są znacznie mniej energochłonne, niskoodpadowe lub bezodpadowe, tańsze i wydajniejsze, a powstające przy nich zanieczyszczenia są na ogół mało uciążliwe dla środowiska.
BIO w Polsce
Roczny dochód krajowych firm polskiego przemysłu biotechnologicznego to ok. 100 mln USD. Największy generują podmioty zajmujące się ochroną zdrowia, następnie przemysł biotechnologiczny (głównie biofermentacyjny) oraz przedsiębiorstwa związane z produkcją rolną. Główne kierunki rozwoju biotechnologii rolnej to środki ochrony roślin, produkty weterynaryjne (szczepionki nawozowe, preparaty paszowe, diagnostyczne i profilaktyczne, enzymy) oraz transgeniczne. Jej silny rozwój dostrzegalny jest także w ochronie środowiska, gdzie m.in. znajduje zastosowanie w oczyszczaniu ścieków, neutralizacji i bioutylizacji odpadów, a także w produkcji biogazu. Poza tym, osiągnięcia biotechnologii stosuje się także w medycynie i farmakologii (produkcja antybiotyków i szczepionek), przemyśle spożywczym (mleczarstwo), chemii, a nawet energetyce. We wspomnianych sektorach biotechnologicznych struktura dochodu rozłożona jest różnorodnie. Prawie 50% przypada na ochronę zdrowia, sam przemysł biotechnologiczny plasuje się na drugim miejscu z wynikiem 34%, następnie produkcja rolnicza - ok. 15% i wreszcie ochrona środowiska - 1%. W odniesieniu zarówno do zespołów naukowo-badawczych, jak i firm, kierunek rozwoju biotechnologii wyznaczyło Polsce wstąpienie do Unii Europejskiej. Akcesja do UE silnie związana była z uczestnictwem w Europejskiej Strategii Innowacji, gdzie biotechnologia zajęła czołowe miejsce. Jaki jest polski potencjał biotechnologiczny? Otóż banki genów w Polsce utrzymują ok. 73 tys. genotypów o znaczeniu użytkowym. W ramach programu finansowanego przez Ministerstwo Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej chronionych jest około 55 tys. obiektów. Z tego ponad 49 tys. stanowią próbki nasion, które znajdują się w Krajowym Centrum Roślinnych Zasobów Genowych IHAR, a ok. 1800 genotypów przechowywanych jest w Ogrodzie Botanicznym Państwowej Akademii Nauk. Poza tym biotechnologia, to nie tylko próbki, ale również edukacja. W Polsce edukacja biotechnologiczna jest prowadzona w już ponad 20-tu uczelniach wyższych, z których 7 prowadzi studia doktoranckie. Akredytację w zakresie nauczania biotechnologii posiada 10 uczelni: 7 uniwersytetów oraz 3 politechniki. Łącznie w ciągu roku, w systemie studiów dziennych oraz wieczorowych, rozpoczyna studia biotechnologiczne ponad 2 tys. studentów, natomiast kończy ok. 1500-1700 osób. Biotechnologia jest kierunkiem bardzo atrakcyjnym, pomimo braku informacji o kwalifikacjach i zawodowej przydatności absolwentów, dla których rynek pracy jest jak na warunki polskie ograniczony. Pomimo tego, że chętnych na jedno miejsce na kierunku biotechnologicznym jest wielu, to absolwenci jak dotychczas mają niewielkie szanse na zatrudnienie w dobrej firmie. Sytuacja na biotechnologicznym rynku pracy nie jest zadowalająca, ze względu na to, że liczba firm bazujących na wysoko zawansowanych technologiach z obszaru biotechnologii jest w skali kraju niewielka. Sytuację zatrudnienia w tej branży powinno znacznie poprawić wprowadzenie odpowiedniej polityki proinnowacyjnej państwa i rozwój, na który oczywiście brakowało i brakuje pieniędzy. Alternatywą dla absolwentów biotechnologii może okazać się wyjazd do ośrodków zaawansowanych technologii, które znajdują się poza granicami naszego kraju. Tam chętnie przygarniają dobrze wykształconych Polaków, którzy mogą liczyć na wysokie wynagrodzenie, karierę i rozwój związany z możliwością pracy nad nowymi wynalazkami. W 2002 r. w Urzędzie Patentowym RP dokonano 323 zgłoszeń patentowych dotyczących wynalazków biotechnologicznych, wśród których 41 zostało zgłoszonych przez podmioty polskie. W tym samym roku Urząd Patentowy RP udzielił 72 patenty na wynalazki z tej dziedziny, przy czym 7 dotyczyło wynalazków polskich. Dla porównania, w całej Europie w roku 2001 pojawiło się ponad 3,5 tys. zgłoszeń patentowych wynalazków biotechnologicznych.
BIO-Euro-Technologia
Rynek biotechnologiczny w Wielkiej Brytanii jest największym w Europie i drugim w świecie po Stanach Zjednoczonych. W roku 2001 wartość rynku biotechnologii Wielkiej Brytanii była na poziomie 5,4 mld USD i przewiduje się że do roku 2006 powinna wzrosnąć do 18,6 mld USD, czyli o prawie 200% począwszy od roku 2002. Zatrudnienie w przemyśle biotechnologicznym w Wielkiej Brytanii wzrasta rocznie o ok. 20% i obecnie pracuje w nim ponad 42 tys. ludzi. Sektor ten najwięcej korzyści czerpie z przemysłu farmaceutycznego, który jeśli chodzi o sprzedaż jest piątym największym rynkiem na świecie, i trzecim jeśli chodzi o eksport. Prawie 10% wartości światowego rynku farmaceutycznego pochłaniają wydatki na badania i rozwój. To bogactwo środków i wiedzy daje krajowym firmom biotechnologicznym umocnioną przewagę nad konkurencyjnymi międzynarodowymi rywalami. W Wielkiej Brytanii jest ponad 450 przedsiębiorstw biotechnologicznych, z których 46 notowanych jest na giełdzie, czyli znacznie więcej niż w innych europejskich krajach. Wspólnie są one odpowiedzialne za ok. 3 farmaceutyków stosowanych w próbach klinicznych w Europie. Brytyjskie firmy stanowią prawie 1 przedsiębiorstw biotechnologicznych w Europie, a sektor, który tworzą zbudowały na silnych fundamentach. Siłę temu sektorowi nadają takie czynniki jak: światowej klasy nauka, silny i dobrze zorganizowany sektor usług finansowych oraz nieugięte poparcie rządu. Brytyjscy naukowcy w ostatnich 50-ciu latach zostali uhonorowani aż 40 nagrodami Nobla w zakresie nauk biologicznych i medycznych połączonych ze sobą innowacyjnymi technologiami. Największymi ośrodkami biotechnologicznymi w Wielkiej Brytanii są: Oxford, Cambridge, London, Edynburg oraz Manchester i Liverpool, a największe przedsiębiorstwa z tej branży to Oksford GlycoSciences (OGS) i Celltech.
W 2002 r. dochody 1980 biotechnologicznych przedsiębiorstw w Europie podniosły się o 2% do 20,7 mld euro, przy czym wydatki na badania i rozwój zwiększyły się o 11% do 12,4 mld euro. W konsekwencji całkowite straty netto potroiły się do 6,7 mld euro. Między 102 przedsiębiorstwami sektora publicznego straty wzrosły czterokrotnie do 2,6 mld euro. Europejski przemysł biotechnologiczny jest jak łata uzupełniająca spustoszone miejsca. Jedne firmy generują zyski, inne tracą zainwestowane pieniądze, ale mimo niezrównoważonego bilansu biotechnologia prze do przodu, pomimo tego, że po raz pierwszy w roku 2003 nie wzrosła liczba biotechnologicznych przedsiębiorstw w Europie w porównaniu z rokiem 2002. Tuż po Wielkiej Brytanii na miejscu drugim w sektorze biotechnologicznym podążają Niemcy. W tym kraju jest 360 przedsiębiorstw biotechnologicznych “dużego formatu”. Z tego tylko 13 jest publicznych. Całkowite dochody niemieckich przedsiębiorstw biotechnologicznych w roku 2002 nie przekroczyły 500 mln euro. Niemieckie przedsiębiorstwa publiczne wykorzystały w roku 2002 tylko 15 biofarmaceutyków w próbach przedklinicznych i klinicznych, podczas gdy w tym samym czasie w Szwajcarii wykorzystano 79, natomiast w Wielkiej Brytanii aż 194. Niemcy przeżywają kryzys finansowy, który dopada głównie małe przedsiębiorstwa biotechnologiczne skutecznie wchłaniane, bądź też eliminowane przez gigantyczne koncerny. Dobrym przykładem dla Niemców w tym sektorze jest Szwajcaria, posiadająca pięciu najsilniejszych publicznych graczy na tym rynku, porównywalnych do wspomnianych 46-ciu w Wielkiej Brytanii. Wśród nich największymi i najbardziej stabilnymi finansowo w branży są: Serono (największe europejskie przedsiębiorstwo jeśli chodzi o rynek kapitalizacji), Actelion i Roche. Małe i średnie przedsiębiorstwa (MSP) trzymają się znacznie lepiej, aniżeli ich odpowiednicy w Niemczech, pomimo tego, że nie otrzymują poparcia ze strony władz państwa, tak jak to się ma w Wielkiej Brytanii. MSP utrzymują bliskie kontakty z uniwersytetami, które dostarczają im możliwości wykorzystania laboratoriów i wiedzy zarówno biochemicznej jak i inżynieryjnej. W działalność tę oczywiście uwikłani są naukowcy, których badania są przez te firmy finansowane i ukierunkowywane na uzyskiwanie patentów. Stwarza to problemy etyczne, które nie są nowe, ale które bardzo się nasiliły (np. klonowanie zwierząt).
Biotechnologia morska
Biotechnologia morska jest stosunkowo młodą dziedziną, która pociąga za sobą nowe odkrycia i aplikacje produktów i procesów pochodzących z organizmów morskich. Jej obiecująca przyszłość odzwierciedla się w olbrzymiej bioróżnorodności mórz i oceanów na całym świecie, które pokrywają ponad 3 powierzchni ziemi. Bioróżnorodność jest ogromną siłą organizmów. Daje roślinom i zwierzętom szanse przystosowania się do zmieniających się warunków środowiska. Stanowi zabezpieczenie żywnościowe dla pewnych odmian roślin, czy zwierząt. Nowe innowacyjne technologie korzystają z rozwiązań natury. Większość żywych organizmów, głównie morskich przez lata ewolucji w zmieniającym się środowisku rozwinęła unikalne struktury wpływające na zmiany swego metabolizmu. Przystosowując się do środowiska naturalnego wytworzyły odpowiednie systemy reprodukcyjne, czuciowe i mechanizmy obronne, które stały się interesujące dla człowieka. Wiele z nich ma ogromne znaczenie w życiu człowieka i może znaleźć szereg potencjalnych aplikacji. Dla przykładu organizmy morskie mogą powstrzymywać inne organizmy przed przyleganiem do powierzchni, jak również odwrotnie - mogą ułatwiać ich przyczepianie. Są one wykorzystywane min. w przemyśle morskim jako inhibitory przylegania (farby przeciwporostowe) oraz w medycynie jako nowe typy klejów podobnych do klejów medycznych służących do łączenia tkanek i komórek. Światowy rynek produktów biotechnologii morskiej i związanych z nią różnych procesów biotechnologicznych oceniono w roku 2002 na wartość 2,4 mld USD, czyli o 9,4% więcej, aniżeli w roku 2001. Rynek amerykański w roku 2002 oceniony był na wartość 804 mln USD, czyli ok. 30% całego światowego rynku. Poza Stanami Zjednoczonymi zastosowanie biotechnologii morskiej oceniono na 1,6 mld USD. Poza amerykański rynek w ciągu następnych dwóch lat powinien rozwijać się średnio rocznie na poziomie 6,4%, czyli szybciej, niż rynek USA w latach 2002-2007, który przewiduje się, że będzie rozwijał się na poziomie 4,7%/rok i może osiągnąć wartość przekraczającą 1 mld USD. Jest to jednakże wartość o ponad połowę niższa, w porównaniu z rynkiem biotechnologii morskiej w innych krajach, w których szeroko rozwinął się bioprzemysł.
Biotechnologia rolna
Poza biotechnologią morską również biotechnologia rolna zanotowała szybki rozwój. Przykładem mogą tu być rośliny transgeniczne (upowszechnienie w Europie produkcji transgenicznych zbóż zmniejszyłoby zużycie pestycydów w rolnictwie o 60%). Są one odporne na szkodniki oraz określone herbicydy. Uprawianie ich przynosi zysk bez negatywnych efektów. Wynikiem zastąpienia w stosowaniu drogich środków chemicznych na biologiczne jest czystsze środowisko, tańszy i zdrowszy produkt oraz obniżone koszty jego uzyskania. Inżynieria genetyczna pozwala przyspieszyć pozyskiwanie nowych roślin uprawnych i jest metodą bardziej przewidywalną niż tradycyjne krzyżówki. Pozwala na uzyskiwanie nowych odmian roślin tj. np. złoty ryż - wyhodowany przez dr Ingo Portrykusa, a także ziemniaków zawierających flawonoidy, sałaty i innych - może nawet wkrótce owoców? Hodowcy twierdzą, że zmodyfikowana genetycznie żywność jest całkowicie zdrowa i pozbawiona szkodliwych składników, choć nie brakuje przeciwników tej tezy. Rynek produktów biotechnologii rolnej w USA powinien wzrosnąć o ok. 5,8% do roku 2006. Produkcja nasion transgenicznych, a także odpornej na owady i herbicydy kukurydzy i soi będzie nadal wiodąca na amerykańskim rynku. Jeśli chodzi o soję to w 2000 r. aż 59% wszystkich upraw zmodyfikowanych stanowiła soja, co odpowiadało 36% całej światowej produkcji soi. Soja i kukurydza stanowią bardzo ważny element w przetwórstwie spożywczym i paszowym. Jednak długookresowe działania biotechnologiczne skierowane będą ku transgenicznej pszenicy i nasion ryżu, a także w kierunku innych roślin i hodowli zwierząt. Przewiduje się rozwój dziedziny hormonów wzrostu zwierząt i modyfikacji DNA. Rynek biotechnologii rolnej oszacowano w USA na wartość 2,1 mld USD. Rynek biotechnologii rolnej, to nie tylko transgeniczne nasiona, zwierzęce hormony wzrostu, ale także biopestycydy, diagnostyka rolna, transgeniczny żywy inwentarz oraz produkty dla leśnictwa. Wśród największych firm biotechnologicznych na rynku rolniczym w USA potentatami są: Monsanto, DuPont, Syngenta, Delta, Pine Land i Bayer CropScience. Ogromny popyt na transgeniczne nasiona (genetycznie modyfikowane organizmy - GMO) na ogólnoświatowym rynku powinien wzrastać o ok. 13% rocznie osiągając wartość ok. 3 mld USD do końca bieżącego roku, głównie w USA, Kanadzie i Argentynie. Na rynku GMO powinny się wkrótce pojawić również Chiny i Brazylia. Wśród największych firm biotechnologicznych na światowym rynku rolniczym znajdują się takie koncerny jak Astra Zeneca, Aventis, Dow, DuPont, Monsanto i Novartis.Wielkość upraw transgenicznych stale znacząco wzrasta. W 2000 r powierzchnia wszystkich światowych upraw transgenicznych wynosiła 44,2 miliona ha, czyli o 4,3 mln ha (11%) więcej niż w roku 1999. Rozwój rolnictwa wykorzystującego rośliny transgeniczne staje się istotnym elementem przemysłu rolnego, a w rezultacie także związanego z nim przemysłu przetwórczego.
Tradycyjny obszar – medycyna
Współczesna medycyna również nie może obejść się bez biotechnologii. Wiele nowoczesnych leków uzyskuje się metodami biotechnologicznymi, gdzie niektóre półprodukty wytwarzane są przez odpowiednio wyselekcjonowane, a obecnie także zmodyfikowane metodami inżynierii genetycznej drobnoustroje. Są nimi zazwyczaj grzyby (Penicillium i Cephalosporium), a także w przypadku niektórych leków i szczepionek - drożdże (Saccharomyces) lub bakterie (Escherichia coli). Ameryka Północna, Japonia i Europa stanowią 80% rynku farmaceutycznego, stąd też intensywnie prowadzone są badania nad biotechnologią, która dla wielu koncernów farmaceutycznych może być źródłem kolosalnych zysków. Poza przemysłem farmaceutycznym również aktywnie na rynku biotechnologicznym działają firmy produkujące aparaturę medyczną. Wspólnie z jednostkami naukowo-badawczymi prowadzą badania nad bioukładami, które łączą krzem z DNA, by stworzyć czujniki potrafiące wykrywać konkretne choroby.
Spokojna przyszłość?
Biotechnologia jest jedną z niewielu innowacyjnych i dynamicznie rozwijających się dziedzin naukowych związanych z bioprzemysłem. W Wielkiej Brytanii biotechnologię okrzyknięto nauką XXI wieku. Osiągnięcia naukowe i technologiczne biotechnologów są szansą na polepszenie warunków życia oraz na ulepszenie jakości produktów. Biotechnologia gigantycznie wpłynęła na oczyszczenie środowiska. Mikroorganizmy i inne żywe organizmy są używane w oczyszczalniach ścieków, w których usuwają zanieczyszczenia. Stosowane w filtrach oczyszczają powietrze, wodę i gaz. Stosuje się je również do oczyszczania gleby. Mikroorganizmy zdolne są do rozkładu wielu zanieczyszczeń jak ropa naftowa, detergenty czy pestycydy.
Biotechnologia w najbliższej przyszłości może pomóc w podwyższaniu jakości produktów, poprzez przedłużanie ich trwałości. Może pomóc w pozyskiwaniu dodatków i czynników wspomagających produkcję żywności oraz obniżyć koszty jej przetwórstwa. W medycynie powinna odegrać dominującą rolę w produkcji biofarmaceutyków, które są aktualnie bardzo drogie. Możliwości biotechnologii do końca nie są jeszcze poznane, ale wkrótce może zostaną wyjaśnione nurtujące nas niejasności i rozwikłane zagadki natury. A może inżynieria genetyczna przyczyni się do tego, że świat stanie się lepszy, bez nękających nas chorób? Miejmy nadzieję, że będziemy świadkami coraz to nowocześniejszych odkryć i dokonań biotechnologii, a następne pokolenia na własnej skórze odczują niespełnione marzenia naszych przodków.
zirelh