Как инновации в биологии изменят знакомые нам сферы бизнеса.

Пандемия COVID-19 продемонстрировала, какой прогресс совершила биология в последние годы. Скорость, с которой ученые расшифровали геном коронавируса, поистине невероятна. Если раньше подобный процесс занял бы месяцы, то на этот раз биологи уложились в считаные недели. Это только один пример внедрения инноваций в биологию. На очереди – клинические испытания вакцины от COVID-19, поиск эффективных методов лечения и детальное понимание происхождения вируса и путей его передачи.

По мнению исследовательского агентства McKinsey & Company, инновации в биологии могут кардинально изменить и другие аспекты нашей жизни. Потенциал их огромен. Уже сегодня порядка 400 разработок в этой области можно внедрить в повседневную жизнь, что принесет дополнительные $4 трлн глобальной экономике в течение 10–20 лет. Эти разработки затронут такие сферы, как здравоохранение, сельское хозяйство, потребительские технологии, энергетика и пр.

Волна инноваций в биологии была вызвана рядом открытий в науке и технологиях. Анализ больших данных, нейросети, искусственный интеллект – все это сыграло непоследнюю роль в нынешнем научном прорыве. Работа над расшифровкой человеческого генома, которая длилась 13 лет и обошлась в $3 млрд, задала направление другим исследованиям в этой области. Благодаря научно-техническому прогрессу стоимость таких исследований значительно сократилась.

Кардинальная трансформация

Одна из сфер применения биологических инноваций – это производство материалов с улучшенными свойствами. Процесс ферментации, который веками составлял основу выпекания хлеба и пивоварения, теперь используется в легкой промышленности – с его помощью производят искусственный шелк. Биология помогает создавать материалы, обладающие уникальными свойствами, или налаживать производство таким образом, чтобы минимизировать ущерб для окружающей среды. Некоторые компании, например, используют генетически модифицированные микробы для производства экологичного авиатоплива.

Открытия в области человеческого генома помогают развитию персонализированной медицины и сельского хозяйства. Все большее распространение получает терапия, основанная на наследственной предрасположенности к некоторым заболеваниям. Что касается сельскохозяйственных культур, то их генетически модифицируют, чтобы увеличить урожайность и выносливость. Последнее особенно важно в свете глобального изменения климата.

Аналитики McKinsey считают, что биологические инновации будут применяться в четырех основных сферах. Первая – это здравоохранение, где предотвращать и лечить заболевания все чаще будут с помощью генетической терапии. Антивозрастные меры, лечение репродуктивных проблем, разработка лекарств – все эти задачи в скором времени будут под силу биологам. Прорывы ожидаются в терапии серповидноклеточной анемии, кардиоваскулярных и инфекционных заболеваний.

Вторая сфера для биологических инноваций – это сельское хозяйство и продовольствие. Разведение животных и выращивание растений с помощью генной инженерии позволит улучшить качество продукции и снизить расходы. Более того, технологии помогут кардинально изменить процесс производства некоторых продуктов. Такие изобретения, как искусственное мясо, способны не только удешевить конечный продукт, но и значительно уменьшить наносимый сельским хозяйством вред экологии. По оценке McKinsey, прямой эффект от внедрения подобных технологий может составить от $0,8 трлн до $1,2 трлн в течение следующих 10–20 лет.

Биологические инновации могут изменить и сферу потребительских технологий. Новые разработки позволят предлагать потребителям персонализированные услуги и продукты, которые бы учитывали генетические особенности каждого человека. Разнообразные генетические тесты, косметика и лекарственные средства – все это станет гораздо более персонализированным. Кроме этого, на основе биотехнологий компании смогут разрабатывать индивидуальные программы тренировок и поддержания здоровья. Новые разработки привлекут в индустрию от $200 до $800 млрд, считают в McKinsey.

Новые способы производства материалов и энергии тоже станут результатом применения биотехнологий. Редактирование ДНК некоторых микробов позволит создавать материалы с принципиально новыми свойствами, например восстанавливаемую ткань. Разработки, связанные с биотопливом, приведут к кардинальным переменам в энергетике. Инновации принесут индустрии от $200 до $300 млрд в год.

В конечном счете биологические инновации затронут практически все сферы экономики. По мнению исследователей McKinsey, биотехнологии трансформируют цепочки поставок и распространенные бизнес-модели. Вполне возможно, что их внедрение поможет смягчить глобальные проблемы вроде потепления климата.

Зона риска

Разумеется, применение биотехнологий связано с определенными рисками и вызывает вопросы морального характера. Редактирование генома человека – лишь один из примеров, вызывающих неоднозначные оценки ученых и обычных людей. Отношение к подобным экспериментам зависит от глубинных морально-этических установок человека, и зачастую прийти к единому мнению практически невозможно. Отсюда – сложности в координации работы ученых и юридическая неопределенность.

Беспокойство у экспертов вызывают и вопросы защиты персональных данных, которые приобретают особое значение, если речь идет о биологических свойствах человека. Крайне важно, убеждены в McKinsey, проработать вопросы добровольного согласия на предоставление доступа третьим лицам к телу и мозгу человека.

Помимо этого, необходимо помнить о том, что неравный доступ к подобным технологиям только усугубит социально-^­экономическое неравенство как внутри отдельно взятых стран, так и между развитыми и остальными государствами. Тот, кто получит доступ к биотехнологиям раньше других, значительно укрепит свое преимущество, а отстающим придется туго.

Все эти риски нуждаются в выработке совместных решений, некоторые из которых должны быть оригинальными. Разработка законодательства, механизмы контроля над научными экспериментами – над всем этим предстоит поработать правительствам. Международное сотрудничество – ключевой аспект здесь. Как мы уже убедились на примере пандемии коронавируса, биологии границы неведомы.

Приведёт ли COVID-19 к биореволюции?

Перспективы биологии редко привлекали так много внимания в мире, как сейчас, во время кризиса COVID-19. В ситуации, когда новый коронавирус заражает миллионы людей во всём мире и разоряет мировую экономику, наши главные надежды на преодоление пандемии связаны с новым поколением быстро эволюционирующих биологических инструментов и ресурсов. Впрочем, решение проблемы COVID-19 – это лишь вершина айсберга возможностей биологических инноваций

Прогресс в биологических науках набирает обороты с тех пор, как была составлена полная карта генома человека – этот процесс, длившийся 13 лет, завершился в 2003 году. Как показано в новом исследовании Глобального института McKinsey (MGI), результатом этого стала биореволюция, которой способствует быстрый прогресс в сфере компьютеров, автоматизации и искусственного интеллекта (сокращённо ИИ).

Исследование MGI выявило около 400 способов применения биотехнологий, которые уже находятся в той или иной стадии инновационных разработок; в совокупности они могут генерировать до $4 трлн ежегодно в течение следующего десятилетия или двух. Больше половины этих способов относятся не к здоровью человека, а связаны с такими областями, как сельское хозяйство и продовольствие, потребительские продукты и услуги, а также производство материалов, химикатов и энергии.

Впрочем, конечный эффект биореволюции будет на несколько порядков более масштабным. Например, вплоть до 60% физических ресурсов, необходимых мировой экономике, может, в принципе, производиться с помощью биологических средств. Сюда относятся не только биологические материалы (одна треть), но также товары, производимые с использованием инновационных биологических процессов, например биопластика (две трети). Такие товары способны предложить превосходящее качество работы и устойчивость.

Кроме того, в течение ближайших 10-20 лет биологические инновации могут сократить глобальное бремя болезней на 1-3%, что примерно эквивалентно совокупному бремени раковых заболеваний лёгких, груди и простаты. В случае же реализации полного потенциала этих инноваций, глобальное бремя болезней можно будет сократить на 45%.

Для достижения такого уровня нам придётся преодолеть множество проблем как научного характера, так и связанных с коммерциализацией и масштабированием инноваций. Но и здесь есть многообещающие тенденции. Начать с того, что стоимость картирования генома человека резко снизилась – примерно с $3 млрд в 2003 до менее $1000 в 2016. И эта цифра может упасть ниже $100 в течение десятилетия.

Полный геном вируса SARS-CoV-2, который вызывает болезнь COVID-19, был секвенирован и опубликован через несколько недель после обнаружения. Между тем для секвенирования и публикации генома вируса SARS-CoV-1, вызывающего тяжёлый острый респираторный синдром, потребовалось несколько месяцев с момента его появления в 2002. Сегодня геном SARS-CoV-2 регулярно секвенируется в различных лабораториях мира с целью проверить его мутации и получить дополнительные данные о динамике передачи инфекции.

Ещё один аспект биологических инноваций, используемых в борьбе с COVID-19: значительное повышение скорости диагностирования. Непрерывная миниатюризация машин полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (сокращённо ОТ-ПЦР), а это самый передовой метод тестирования на COVID-19, позволила сделать эту технологию более доступной для широкого практического применения.

Кроме того, нельзя забывать о машинном обучении и других ИИ-технологиях, которые учёные используют для получения выводов из огромных объёмов геномных (и микробиомных) данных, причём намного быстрее, чем когда-либо раньше. Эти возможности, наряду с повышением скорости и гибкости производства вакцин на основе нуклеиновых кислот, значительно ускорили работу над поиском вакцины от COVID-19.

К середине апреля, менее чем через четыре месяца с момента официальной идентификации COVID-19, в лабораториях по всему миру существовало уже более 150 вакцин-кандидатов. А когда в 2015 году началась эпидемия Зика, потребовалось больше года для начала первой фазы клинических испытаний возможной вакцины.

Впрочем, способность анализировать биологические системы и процессы – это лишь часть истории. В центре сегодняшней биореволюции находятся наши расширяющиеся возможности биологической инженерии с использованием современных инструментов редактирования генов, таких как CRISPR-Cas9. В случае с SARS-CoV-2 организмы, модифицированные с помощью генной инженерии, используются для разработки потенциального лечения. Например, с помощью генной инженерии была получена мышь, производящая моноклональные антитела, и коровы, производящие поликлональные антитела.

Учёные также изучают варианты лечения от COVID-19, в которых используются малые интерферирующие РНК (siRNA) для взаимодействия со специфическими молекулами и процессы РНК-интерференции (RNAi) для подавления определённых генов. В других способах лечения используются Т-лимфоциты (ключевые игроки в иммунной системе) и стволовые клетки (их можно применять для создания различных типов клеток). В целом на сегодня изучается более 200 потенциальных видов лечения от COVID-19.

Наши возможности делать выводы из геномных (и микробиомных) данных и заниматься инженерией клеток, тканей и органов становятся всё более сложными и продвинутыми, а применение этих технологий далеко не ограничивается здоровьем человека. Уже сегодня эти технологии находят применение в таких разных отраслях, как сельское хозяйство, производство текстиля и топлива. А на горизонте маячит новая перспектива: интерфейс взаимодействия мозга и машины. Программы, работающие напрямую от сигналов из мозга, не только станут мотором революции в протезировании; они также сделают возможным хранение данных в ДНК.

Риски таких прорывных инноваций не следует недооценивать. Хотя бы потому, что неравный доступ к биологическим инновациям может углубить социально-экономическое неравенство – внутри и между странами. Кроме того, биологические системы фундаментально являются самоподдерживающимися и самовоспроизводящимися. Последствия вмешательства в экосистемы могут быть глубокими, длительными и часто непредсказуемыми. Когда ящик Пандоры открыт, тогда всё происходящее в дальнейшем может оказаться вне нашего контроля.

Ценность инвестиций в биологические инновации никогда не была такой очевидной, как во время пандемии. Но подобные инвестиции должны сопровождаться серьёзными усилиями по смягчению рисков, и эти усилия в идеале должны осуществляться глобально скоординированным образом. К сожалению, как показывают принимаемые, как правило, на национальном уровне меры борьбы с COVID-19, здесь может возникнуть особая проблема.

Майкл Чуй, партнёр в Глобальном институте McKinsey, специалист по большим данным

Маттиас Эверс, старший партнёр в гамбургском офисе McKinsey, один из руководителей глобального направления исследований и разработок в сфере фармацевтической и медицинской продукции