Ci siamo già occupati di questo argomento, sulle pagine di Trend Online. Per la precisione, l'abbiamo fatto in questo articolo.

In esso dicevamo che "La biologia sintetica è un campo della scienza che comporta la riprogettazione di organismi per scopi utili, ingegnerizzandoli per avere nuove capacità. I ricercatori di biologia sintetica e le aziende di tutto il mondo stanno sfruttando il potere della natura per risolvere problemi in medicina, produzione dei materiali e agricoltura."

In quell'articolo affrontavamo diversi argomenti. Cosa possa fare la biologica sintetica, o SynBio; la differenza che c'è tra quest'ultima e l'editing genomico; le implicazioni etiche e sociali di questo campo, evidenti appena si pensi al fatto che oggi possiamo editare da zero o modificare interi genomi, e non solo specifiche sequenze; l'incrocio tra ambientalismo e sostenibilità; come la biologia sintetica possa migliorare la nostra salute, il cibo e i materiali; infine, come investire in questo campo, citando società quotate e fondi in grado di permettere un'esposizione al settore.

Oggi vogliamo andare oltre, approfondendo l'argomento per mostrare come la biologia sintetica stia ridisegnano la vita ed i quali settori, e quale sia la scienza che stia dietro alla SybBio. Nel fare tutto questo speriamo di far comprendere l'assunto del titolo, ovverosia perché la biologia sintetica sia un campo in cui investire.

Come la biologia sintetica sta ridisegnando la vita

La biologia sintetica (o SynBio, come è normalmente abbreviata in inglese) è un campo della scienza che coinvolge l'ingegneria della vita per il beneficio umano. Consente di rimodellare molti aspetti della società, dalla produzione di cibo all'individuazione e cura delle malattie.

È un campo della scienza in rapida crescita. Infatti, entro il 2026, il fatturato globale del mercato SynBio dovrebbe raggiungere 34,5 miliardi di dollari, con un CAGR (tasso di crescita annuo composto) del 21,9%.

Il mercato globale della biologia sintetica è destinato a crescere ad un tasso di crescita significativo a causa di un buon numero di fattori trainanti.

Il mercato globale della biologia sintetica

Secondo l'International Federation of Pharmaceutical Manufacturers & Associations (IFPMA), l'industria farmaceutica basata sulla ricerca ha una spesa di oltre 149,8 miliardi di dollari in R&S all'anno, compresi i prodotti di biologia sintetica.

Nel 2015, ci sono stati 56 nuovi prodotti farmaceutici lanciati, su più di 7.000 composti in sviluppo, compresa la sintesi di nuovi prodotti "bio-based". Tuttavia, va detto che la mancanza di certezza nei risultati della ricerca biologica, come in ogni altra scienza, e gli attuali vincoli tecnici possono ostacolare la crescita del mercato.

Nonostante ciò, la crescente attenzione sulle specialità medicinali per creare materiali reattivi e multifunzionali con l'avanzamento tecnologico utilizzando l'intelligenza artificiale, l'apprendimento automatico, i grandi dati per la ricerca clinica sulla modellazione dei bio-sistemi, lo sviluppo del telaio e l'estrazione del genoma, nonché l'aumento delle fusioni, acquisizioni e investimenti più lunghi in una migliore gestione dei grandi dati (big data), può creare più opportunità per l'ulteriore crescita del mercato globale della biologia sintetica durante il prossimo periodo.

Il mercato globale della biologia sintetica dovrebbe essere guidato dalla crescente domanda di biologia sintetica nelle aziende farmaceutiche e biotecnologiche per scopi di ricerca e sviluppo, e investimenti governativi in scienza e tecnologia per la scoperta di farmaci e prodotti biologici sintetici e le sue applicazioni in varie altre industrie.

In base al tipo, il mercato è segmentato in DNA sintetico, oligo sintetici, geni sintetici, strumenti software, organismi a telaio, cloni sintetici e cellule sintetiche.

In base all'applicazione, il mercato è segmentato in prodotti farmaceutici e diagnostici, prodotti chimici, biocarburanti, bioplastiche e altri.

In base al tipo di tecnologia, il mercato è segmentato in sintesi nucleotidica e sequenziamento, bioinformatica, microfluidica e ingegneria genetica.

Il mercato geografico della biologia sintetica

Geograficamente, il mercato globale della biologia sintetica è oggi dominato dal Nord America, con un 42,77% nell'anno 2019.

Il Nord America dovrebbe essere testimone di una crescita sostanziale nel periodo di previsione (entro il 2026) a causa dell'elevata adozione della tecnologia avanzata di ricerca e sviluppo, dell'aumento delle aziende biofarmaceutiche e farmaceutiche per i prodotti biologici sintetici, nonché delle iniziative governative di sostegno relative alla biologia sintetica in questa regione.

Secondo il National Centre for Biotechnology Information, la ricerca di biologia sintetica e gli investimenti di sviluppo da parte del governo degli Stati Uniti è stata valutata in 220 miliardi di dollari all'anno con il finanziamento da vari dipartimenti, tra cui il Dipartimento dell'Energia, la National Science Foundation (NSF), il Dipartimento della Difesa (compreso il DARPA), il National Institutes of Health (NIH), e il Dipartimento dell'Agricoltura (USDA).

L'Asia Pacifico dovrebbe essere il mercato in più rapida crescita a causa della crescente prevalenza di terapie, malattie croniche con l'aumento della ricerca sulla biologia di sintesi per nuovi prodotti bio sintetizzati e l'aumento della popolazione in età geriatrica.

La crescita del mercato della biologia sintetica è più probabile nei paesi in via di sviluppo, tra cui India e Cina. Secondo il rapporto dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, nei paesi ad alto reddito dell'Asia-Pacifico, la quota della popolazione di età superiore ai 65 anni è destinata a raddoppiare, per raggiungere una media del 27,6% nel 2050, mentre la quota della popolazione di età superiore agli 80 anni è destinata a triplicare, per raggiungere il 10,2%.

Nei paesi dell'Asia-Pacifico a reddito medio-alto e medio-basso, la quota di popolazione con più di 65 e più di 80 anni sarà due volte e mezzo e quattro volte quella attuale, e raggiungerà rispettivamente il 23,9% e il 14,5% (più di 65 anni) e il 7,9% e il 3,5% (più di 80 anni).

Anche se vale la pena prestare attenzione a questa affascinante area di ricerca, essa potrebbe essere scoraggiante da comprendere, soprattutto se non si possiede un background scientifico. Detto questo, cerchiamo di dare una breve introduzione alla biologia sintetica, ed a come essa funzioni.

Cos'è la biologia sintetica?

La SynBio è un'area di ricerca scientifica che comporta l'editing e la riprogettazione dei componenti biologici, in pratica dei sistemi e delle interazioni che costituiscono la vita. Facendo questo, la SynBio può garantire agli organismi nuove abilità che sono benefiche per gli esseri umani.

È simile all'ingegneria genetica; tuttavia, è leggermente più specifica. Questo perché mentre l'ingegneria genetica si occupa di trasferire materiale genetico già esistente tra gli organismi, la SynBio permette di editare, cioè di costruire, del nuovo materiale genetico "from scratch", cioè da zero.

La SynBio ha applicazioni in moltissimi campi, con ricerche che coprono dall'esplorazione spaziale alla scoperta di farmaci. Quelle che seguono sono solo alcune delle applicazioni più importanti che la SynBio può avere:

  1. Tecnologie mediche. La SynBio ha molte applicazioni mediche; tra queste scoperta di farmaci, produzione di anticorpi, innovazione dei vaccini (per esempio, è stata basilare ed essenziale nella lotta contro la COVID-19). La SynBio ha anche un ruolo essenziale nel concetto di sviluppo del "farmaco vivente", che non è nientaltro che l'uso di microrganismi viventi per trattare malattie croniche o gravi.
  2. Energie sostenibili. Il biocarburante, che è una modalità di energia rinnovabile derivata dalla materia organica, potrebbe sostituire petrolio e diesel nel futuro prossimo; la biologia sintetica sta sviluppando processi di fermentazione più evoluti, per produrre biocarburante in modo più efficiente.
  3. Biorimedi. E' un sistema che utilizza organismi viventi per riportare siti inquinati alle loro condizioni primigenie. La SynBio è utilizzata per efficentare il processo di decontaminazione, ed al contempo per ampliare la lista dei contaminanti che il biorimedio può prendere di mira.
  4. Cibo e agricoltura. La SynBio è estremamente importante nell'agricoltura cellulare, cioè nella produzione di prodotti agricoli direttamente da cellule piuttosto che da bestiame o piante. Questi alimenti modificati potrebbero essere fonti di valori nutrizionali più elevati, o essere privi di allergeni. Per esempio, questo processo può essere usato per rendere gli hamburger vegetali più gustosi della carne. Noi abbiamo già affrontato questo argomento nello specifico in questo articolo ed in quest'altro.
  5. Sistemi spaziali ed esplorazione. SynBio e stampa 3-D hanno un enorme potenziale per sostenere la vita durante l'esplorazione spaziale. Usando questo tipo di tecnologia, cellule e batteri potrebbero essere modificati per produrre una quantità notevole di materiali, dalla plastica alla medicina e persino al cibo, e gli astronauti potrebbero stampare questi materiali sintetici su specifica necessità mentre sono nello spazio.

La scienza dietro la biologia sintetica

Immergiamoci adesso nella scienza che c'è dietro alla biologia sintetica. In una sola espressione, per capire bene i meccanismi della SynBio, è importante capire che relazione c'è tra DNA e produzione di proteine, che fondamentalmente è una sola: il DNA è indispensabile per la sintesi delle proteine, che sono create a partire dal codice iscritto nel DNA.

Le proteine sono l'essenza della vita in una cellula, e sono i mattoni fondamentali del funzionamento di tutto ciò che è vivo. Esse vengono sintetizzate attraverso un processo chiamato, appunto, sintesi proteica, che che non può prescindere dal DNA.

Il DNA è indispensabile nella produzione delle proteine perché contiene tutte le informazioni di cui una cellula ha bisogno per la sintesi proteica. Se non vivete sulla luna, questa è una cosa che, in un modo o nell'altro, avete imparato a scuola o che avete comunque letto da qualche parte.

Una volta che una proteina è stata sintetizzata, cioè creata, essa inizia un complesso viaggio attraverso la cellula, interagendo con una serie di altre proteine e componenti cellulari per svolgere le funzioni necessarie per la sopravvivenza della cellula secondo la sua programmazione, dovuta appunto al DNA.

Questo processo appena delineato è un esempio di sistema biologico, per la precisione quello che sta alla base del tutto. Ed è un sistema biologico come questo che i biologi che si occupano di SynBio studiano e cercano di modificare per ottenere ciò che desiderano.

Le principali aree di ricerca della biologia sintetica

Dopo aver cercato in letteratura scientifica, abbiamo potuto evidenziare diverse aree principali di ricerca di SynBio:

  1. Biologia sintetica al silicio. In pratica un'analisi "via computer"; in questa tipologia di ricerca si usano simulazioni computazionali per progettare e prevedere nuovi sistemi biologici.
  2. Biologia molecolare "innaturale". Si tratta di un'area di ricerca incentrata sull'alterazione della più piccola unità di DNA, il nucleotide, cioè molecole organiche che costituiscono i mattoni costruttivi del DNA e del suo precursore, l'RNA.
  3. Bioingegneria. In questo caso ci si occupa di parti più grandi di DNA, come i geni o i cromosomi, ed alle volte anche di altri componenti cellulari che interagiscono con il DNA. Il suo scopo è di sintetizzare nuove proteine o sistemi proteici, ed è attualmente l'area più popolare della ricerca in biologia sintetica.
  4. Genomica sintetica. Si concentra sull'alterazione e la manipolazione di interi genomi (cioè l'insieme completo del DNA di una cellula, da quello di un virus od un batterio alle cellule che costituiscono organi, apparati e, quindi, organismi viventi multicellulari).
  5. Biologia sintetica protocellulare. In quest'altro caso ci si concentra sul costruire cellule intere ex novo. E' il primo passo verso la creazione di organismi interamente sintetici, ed è quello che pone più problemi etici, perché introduce argomenti come l'eugenetica.

Conclusioni

L'innovazione in nel campo della biologia sintetica è aumentata rapidamente nell'ultimo decennio, anche in virtù delle aumentate capacità computazionali delle macchine coinvolte nello studio delle molecole complesse che si utilizzano, di una aumentata disponibilità di fondi e di tecnologie realmente innovative, come la CRISPR.

La presenza e rilevanza dei prodotti di biologia sintetica sta diventando sempre più pervasiva nella vita di ogni giorno. Realmente tanto che, entro il 2030, alcuni scienziati ritengono che la maggior parte delle persone avrà mangiato, indossato o usato qualcosa creato attraverso la biologia sintetica.

E' di ogni evidenza, quindi, che investire sin d'ora direttamente nelle società coinvolte in questa ricerca, sia pubbliche che private, o attraverso gli opportuni strumenti finanziari, sia salire a bordo di un'auto che sta partendo a tutta velocità, verso un traguardo che non solo non si vede, ma che ancora deve essere determinato.

Si tratta quindi di un megatrend vero e proprio, che è bene sfruttare nella sua infanzia, quale si trova a vivere adesso.

Le principali aziende chiave che si concentrano sul mercato della biologia sintetica? Thermo Fisher Scientific, Twist Bioscience, Synthetic Genomics, Codexis, Merck KGaA (Germania), Agilent Technologies, Novozymes A/S (Danimarca), Ginkgo Bioworks, Amyris, Intrexon, GenScript Biotech (Cina), Cyrus Biotechnology, ATUM, TeselaGen, Arzeda, Integrated DNA Technologies, Synthego, Creative Enzymes, Eurofins Scientific (Lussemburgo) e New England Biolabs.