А Исследование 2019 года опубликовано в журнале Journal of Cleaner Production states that the pharmaceutical industry’s emissions are 55% higher than that of automobiles. These problems are made worse by the fact that many life-saving medications require complex chemicals that are costly and time-consuming to produce using traditional techniques. The pharmaceutical industry is considering biosynthesis as a possible way forward as the need for creative, long-lasting, and effective solutions increases.
Введение в биосинтез
Что же такое биосинтез? Проще говоря, биосинтез — это естественный процесс в котором живые организмы производят сложные молекулы, такие как белки, антибиотики и витамины. Это подразумевает использование живых клеток (например, бактерий, грибов, растений или даже животных клеток) для производства коммерчески ценных молекул контролируемым и масштабируемым образом.
Этот подход резко контрастирует с традиционным химическим синтезом, где ученые создают молекулы с нуля с помощью многоступенчатых химических реакций. Несмотря на свою эффективность, химический синтез обычно энергоемкий и требует сложных условий, таких как высокие температуры, опасные отходы и ядовитые растворители. С другой стороны, биосинтез значительно снижает воздействие медицинского производства на окружающую среду, поскольку он происходит в мягкой водной среде. Более того, сложные соединения, которые обычно трудно синтезировать с помощью традиционных методов, часто производятся в больших количествах с его помощью.
Подумайте о производстве инсулина — лекарства, спасающего жизни миллионов больных диабетом. Первоначально инсулин получали из поджелудочной железы животных, что было дорогостоящим и неэффективным процессом. Однако генетически модифицированные бактерии способны производить человеческий инсулин с его помощью в больших количествах, что повышает как его доступность, так и его доступность.
Now, let’s begin with 10 game-changing applications of it within the pharmaceutical industry.
10 применений биосинтеза в фармацевтической промышленности
1. Биосинтез и производство антибиотиков
Антибиотики являются основополагающим элементом современной медицины. До открытия антибиотиков бактериальные заболевания, как правило, были смертельными.
Это естественный процесс, который дал нам тысячи антибиотиков. Микробный биосинтез лежит в основе большинства антибиотиков, назначаемых в качестве терапевтических средств. К ним относятся пенициллин, стрептомицин и эритромицин. Например, биосинтетическое производство пенициллина осуществляется грибком Пенициллиум, открытый Александром Флемингом в 1928 году.
Он не только производит натуральные антибиотики, но и полусинтетические. Полусинтетические антибиотики — это небольшая модификация натуральных антибиотиков. Эти изменения повышают способность лекарства бороться с резистентными микробами, проблема, которая становится все более распространенной.
Потенциальный рынок антибиотиков огромен. И должен достичь $58.4 млрд к 2025 году. Многие считают, что он становится все более и более важным в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Кроме того, с помощью передовых технологий, таких как синтетическая биология, ученые могут создавать микробов для производства новых антибиотиков. В мире, где устойчивость к антибиотикам может сделать даже простые заболевания смертельными, эти открытия дают надежду.
2. Биосинтез в разработке противораковых препаратов
Биосинтез привел к прорывам в лечении рака. Паклитаксел (Таксол), важнейший химиотерапевтический препарат, используемый при раке легких, яичников и молочной железы, является одним из самых известных решений.
The Pacific yew tree’s bark was once used to make paclitaxel, but overharvesting seriously endangered the species. These days, paclitaxel is made through the scalable and sustainable biosynthesis of plant cell cultures.
Помимо того, что биосинтетические методы предлагают более экологичный вариант уничтожения растений, они вносят изменения, которые повышают эффективность противораковых препаратов. Например, доксорубицин, антрациклиновый антибиотик, необходимый для лечения рака, производится путем биосинтетической манипуляции такими микробами, как Стрептомицеты.
Это также может позволить производить персонализированные лекарства от рака, соответствующие индивидуальному генетическому составу человека. Это может привести к более эффективному и целенаправленному лечению онкологических больных.
3. Производство вакцин путем биосинтеза
Биосинтез имел решающее значение для разработки вакцин. Традиционные вакцины часто используют инактивированные или ослабленные штаммы микробов или вирусов. Однако рекомбинантные вакцины, которые синтезируют небольшую часть патогена вместо полного микроба, стали возможны благодаря биосинтетическим методам.
Хорошим примером биосинтетически изготовленных вакцин является вакцина против гепатита В, которая производится в дрожжевых клетках. Праймеры для вакцины представляют собой последовательности генов, которые при вставке в определенные участки внутри дрожжевых клеток позволяют ученым массово производить белки, необходимые для синтеза поверхностного антигена гепатита В. Этот процесс помог предотвратить миллионы случаев заражения гепатитом В во всем мире.
Значимость этого в производстве вакцин, пожалуй, лучше всего продемонстрирована на примере разработки вакцин от COVID-19. Вакцины Pfizer-BioNTech и Moderna зависят от РНК-мессенджера, который биосинтезируется для провоцирования иммунного ответа. Массовое производство и быстрое распространение вакцин спасли множество жизней во время пандемии.
4. Биосинтез инсулина для лечения диабета
Диабет, болезнь, которую контролирует инсулин, поражает более 537 миллионов человек по всему миру. Инсулин брали из поджелудочной железы животных, таких как коровы и свиньи, до биосинтеза. Помимо того, что эта процедура была дорогостоящей и длительной, она несла риск заражения и осложнений в виде аллергических реакций.
С появлением технологии рекомбинантной ДНК в 1980-х годах такие бактерии, как Escherichia coli были впервые использованы для производства человеческого инсулина, что произвело революцию в процессе производства инсулина. Эти знания позволили фармацевтическим компаниям производить огромные объемы инсулина, вставляя ген человеческого инсулина в бактериальную ДНК, тем самым предоставляя миллионам диабетиков более стабильный, надежный и менее дорогой источник инсулина.
К 2025 году ожидается рост мирового рынка инсулина до более чем 13 млрд., с доминирующим положением биосинтетического инсулина. Дополнительные достижения, такие как инсулиновые помпы и аналоги инсулина длительного действия, также стали возможны благодаря биосинтезу, что улучшает жизнь диабетиков.
5. Биосинтетические гормоны и биофармацевтические препараты
Гормоны контролируют почти все виды деятельности человеческого тела, включая рост, химическую активность и эмоции. До рекомбинантного биосинтеза биологические продукты, такие как гормон роста человека (hGH), получали из натуральных продуктов, что создавало многочисленные риски для приобретения таких заболеваний, как болезнь Крейтцфельдта-Якоба.
В наши дни технология рекомбинантной ДНК облегчает биосинтетическую разработку гормона роста человека, предлагая обильный и безопасный источник этого гормона. Ожидается, что к 2027 году мировой рынок гормона роста человека вырастет с 14,6 млрд долл. США в 2021 году до 18,5 млрд долл. США. Другие важные гормоны, такие как фолликулостимулирующий гормон (используется в терапии бесплодия) и эритропоэтин (используется для лечения анемии), вырабатываются аналогично гормону роста человека.
6. Биосинтез витаминов и добавок
Микробный биосинтез является центральным для производства витаминов. Одной из важнейших бактерий в процессе производства является Pseudomonas denitrificans, который биосинтезирует витамин B12, необходимый компонент для функционирования нервной системы и мозга, а также для выработки эритроцитов.
По сути, он предлагает устойчивую замену синтетическим химическим процессам, которые часто являются энергоемкими и вредными для окружающей среды. Например, двухэтапная технология ферментации с использованием генетически модифицированных бактерий используется для производства биосинтетического витамина С (аскорбиновой кислоты). Такой подход более эффективен и экологичен, чем стандартный химический синтез.
Биосинтетические витамины имеют значительный рынок, и к 2028 году ожидается, что мировой рынок витаминов и добавок вырастет до $196 млрд. Производство витаминов и пищевых добавок будет все больше зависеть от биосинтеза, поскольку потребительский спрос на устойчивые и полезные продукты растет.
7. Моноклональные антитела и биосинтез
Одним из самых значительных достижений современной медицины является применение моноклональных антител, особенно при лечении бактериальных и вирусных инфекций, аутоиммунных заболеваний и лечении рака. Они играют важную роль в синтезе белков, предназначенных для связывания и устранения определенных чужеродных агентов в организме.
Клетки яичника китайского хомячка (CHO) являются широко используемыми линиями клеток млекопитающих для биосинтеза моноклональных антител (мАТ) с целью производства антител в больших масштабах. Они используются фармацевтическими компаниями для достижения наилучшего процесса синтеза и получения высокоселективных и продуктивных антител.
Ритуксимаб — один из лучших примеров биосинтетических моноклональных антител, используемых при лечении лейкемии и лимфомы. Прогнозируется, что индустрия моноклональных антител будет стоить $163 млрд в 2022 году и составит около $345 млрд к 2030 году. Область фармакологии останется активной областью исследований из-за изменений в методах биосинтеза.
8. Биосинтез в производстве статинов
Статины, препараты для снижения уровня холестерина, являются одними из самых потребляемых лекарств в мире. Эти лекарства снижают вероятность развития сердечных заболеваний, которые являются основной причиной смерти в современном мире. Они достигают этого, блокируя фермент, который участвует в производстве холестерина.
Ловастатин, один из первых статинов, биосинтезируется из грибка Аспергилл терреус. Благодаря биосинтезу возможно крупномасштабное производство статинов в фармацевтических компаниях, что обеспечивает надежные и постоянные поставки. Также были разработаны и широко используются в терапии несколько биосинтетических статинов, в том числе аторвастатин и симвастатин.
Рынок статинов оценивался в $14.3 млрд в 2020 году, и он продолжает расширяться, поскольку сердечные заболевания остаются серьезной проблемой. Биосинтез помогает поддерживать доступность этих препаратов для миллионов людей, которым они необходимы.
9. Зелёная химия: устойчивое развитие в производстве лекарств
Поскольку устойчивость в производстве лекарств привлекает всеобщее внимание, фармацевтическая промышленность ищет способы снижения своего воздействия на окружающую среду. Биосинтез предлагает решение посредством зеленой химии, которая стремится исключить отходы и использование вредных химикатов в производстве лекарств.
Заметным успехом зеленой химии является производство эффективного противомалярийного препарата артемизинина. Артемизинин получают из растения полыни горькой путем экстракции, что является трудоемкой и ресурсоемкой процедурой. Сегодня ученые генетически модифицировали дрожжи для производства артемизинина с использованием биосинтетических методов, что обеспечивает более эффективный и экологически чистый подход к производству этого спасающего жизни лекарства.
Помимо минимизации негативных последствий разработки лекарств для окружающей среды, биосинтез стимулирует поставки и, следовательно, доступность этих важных лекарств. Фармацевтический бизнес в настоящее время совершенствует зеленую химию, и биосинтез находится в центре этого движения.
10. Биосинтез в персонализированной медицине
Персонализированная медицина — это путь будущего, и биосинтез будет иметь решающее значение для достижения этой цели. Биосинтетические методы используются в генной терапии и персонализированной вакцинации для разработки индивидуальных методов лечения для каждого пациента.
Например, генная терапия использует биосинтез в производстве вирусных векторов, которые лечат заболевания, вызванные генетическими нарушениями, эффективно внедряя определенный генетический материал в тело пациента. Вакцины также разрабатываются с помощью биосинтетических методов, чтобы иммунологически предрасполагать организм к атаке определенных опухолей.
Биосинтез внесет огромный вклад в рост мирового рынка персонализированной медицины, который, как ожидается, к 2028 году достигнет объема в 1 TP4T796 млрд. Такой подход может произвести революцию в медицине, предоставив пациентам более эффективные и менее токсичные методы лечения.
Почему биосинтез важен как никогда
Поскольку глобальные проблемы здравоохранения, такие как устойчивость к антибиотикам, устойчивое производство лекарств и индивидуальная терапия, приобретают все большее значение, биосинтез обеспечивает средства, которые обычный химический синтез предложить не может. Вот почему:
- Устойчивость: большинство традиционных химических процессов приводят к образованию значительного количества отходов и обычно включают в себя высококоррозионные химикаты, которые создают риски для окружающей среды. Однако биосинтез является более естественным и эффективным способом, который использует природные организмы для синтеза молекул с нуля.
- Эффективность и масштабируемость: Некоторые органические соединения, которые потенциально трудно или невозможно синтезировать с помощью обычной химии, теперь можно синтезировать с помощью биосинтеза. Также фармацевтические корпорации могут производить лекарства в больших масштабах, используя микробы или растительные ткани, чтобы удовлетворить растущие мировые потребности.
- Борьба с устойчивостью к антибиотикам: В связи с развитием бактерий, устойчивых к антибиотикам, концепция биосинтеза используется в процессе создания новых антибиотиков или их модификации. Синтетическая биология позволяет эффективно программировать микробы, которые производят новые лекарства для борьбы с устойчивыми штаммами.
- Инновации в разработке лекарств: Используя биосинтез, можно синтезировать новые лекарственные молекулы, генную терапию, биопрепараты и моноклональные антитела. В целом, биосинтез открывает новые горизонты в лечении заболеваний, включая рак, аутоиммунные заболевания и генетические нарушения.
- Экономически эффективное производство: Биосинтез снижает стоимость разработки сложных молекул для различных процессов.
По этим причинам биосинтез неуклонно становится все более распространенной концепцией среди ключевых процессов в современном фармацевтическом производстве лекарственных препаратов.
Будущее биосинтеза в фармацевтике
За последние несколько лет новые методы, такие как прецизионная ферментация, CRISPR для модификации генов и синтетическая биология, превратили биосинтез в революционный процесс в терапевтических открытиях. Использование этих технологий дает возможность точно контролировать микробиологические агенты для производства лекарств, которые спасают жизни легче.
Более крупные организации, такие как компания BaiLun Biotechnology, предоставляют биореакторы или биомасса, сертифицированная по GMP производителей для поддержки OSV. Эти ресурсы делают даже самые сложные биосинтетические процессы, такие как те, которые необходимы для производства вакцин, биопрепаратов и других ценных продуктов, более доступными.
Генетические модификации с использованием CRISPR позволяют бактериям производить сложные соединения, которые в противном случае было бы трудно производить с использованием традиционных методов. Таким образом, прецизионная ферментация может генерировать высокие выходы молекул, таких как инсулин или моноклональные антитела.
Более того, биосинтез обещает больше эволюционных достижений в персонализированном лечении. Микробные штаммы, которые могут быть созданы или построены с использованием ИИ, в конечном итоге могут быть использованы для биосинтеза целевых лекарств. Эта возможность возрождает надежды на получение специализированных лекарств для редких заболеваний.
Помимо оптимизации использования ресурсов и утилизации химикатов, биосинтез не только улучшает здравоохранение, но и способствует экологической устойчивости. Чтобы компенсировать спрос на биопрепараты и обеспечить постоянное производство, фармацевтические компании используют биореакторы, поскольку они оказывают незначительное воздействие на окружающую среду.
Биосинтез открывает огромные перспективы для устойчивых методов производства, которые также могут быть использованы для быстрого создания более безопасных и эффективных лекарств. Компании, которые внедряют эту технологию на ранних этапах и используют преимущества устройств следующего поколения, таких как БайЛун умные ферментеры будет иметь все возможности возглавить следующую фармацевтическую революцию.
Заключение
Помимо того, что биосинтез является просто средством производства лекарств, он является преобразующей силой, влияющей на направление фармацевтического сектора. Биосинтез уже произвел революцию в современной медицине, производя противораковые и спасающие жизни лекарства. Биосинтез будет стимулировать дальнейшие достижения, поскольку исследования открывают новые возможности, особенно в области зеленой химии, персонализированной медицины и устойчивого производства лекарств.
Ожидается, что мировой фармацевтический рынок вырастет до $1.57 триллионов к 2026 году! Биосинтез будет становиться все более и более важным. Помимо предоставления устойчивых и экономически эффективных альтернатив для производства лекарств, биосинтез представляет новые возможности в лечебных подходах, используя природу в качестве своего конечного инструментария.
Выведите производство вакцин на новый уровень с помощью биореакторов для вакцин GMP от BaiLun!
Раскройте потенциал биосинтеза с помощью новейших технологий Биореактор для вакцин (GMP) от BaiLum Biotechnology. Его безупречная инженерия для точного, крупномасштабного производства вакцин гарантирует постоянное качество и соответствие международным фармацевтическим стандартам. Независимо от того, создаете ли вы вакцины или другие медицинские решения, этот биореактор обеспечивает масштабируемость и эффективность.
Исследуйте биореактор для вакцин и узнайте, как он формирует будущее биосинтетического фармацевтического производства. Для дальнейших запросов и заказов, свяжитесь с нами сегодня.
Русский 
English 
简体中文 
Español