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Sep 03, 2023

Accélération de la biofabrication et des coûts de production

Un certain nombre de produits biomanufacturés nécessitent des acides aminés et des facteurs de croissance comme

Un certain nombre de produits biomanufacturés nécessitent des acides aminés et des facteurs de croissance comme intrants, mais ces petites molécules et protéines peuvent être très coûteuses, faisant grimper les coûts de la biofabrication, ralentissant l'expansion de la bioéconomie américaine et limitant l'utilisation de nouveaux produits agricoles biomédicaux et synthétiques. Les coûts de fabrication peuvent être considérablement limités : les responsables des National Institutes of Health et de la Fondation Bill & Melinda Gates désignent les coûts de fabrication des anticorps comme un goulot d'étranglement majeur dans le développement et la distribution de traitements pour une variété de maladies infectieuses existantes et émergentes. Pour aider à réduire les coûts de ces intrants de biofabrication, l'administration Biden-Harris devrait allouer un financement fédéral à un Grand Challenge pour rechercher et développer des procédés de fabrication à coût réduit et démontrer l'évolutivité de ces solutions.

Les acides aminés sont des intrants essentiels mais coûteux pour la bioproduction à grande échelle. Pour réduire ces coûts, le financement fédéral devrait être utilisé pour encourager le développement de méthodes de production évolutives entraînant des coûts de production qui représentent la moitié des coûts actuels. Plus précisément, le Département américain de l'agriculture (USDA) et l'ARPA-H devraient s'engager conjointement à un financement initial de 15 millions de dollars pour 10 projets de recherche au cours de la première année, avec un total de 75 dollars. millions sur cinq ans, dans le cadre du financement du Grand Challenge pour les chercheurs ou les entreprises qui peuvent développer un processus évolutif pour produire des acides aminés ou des facteurs de croissance de qualité alimentaire ou pharmaceutique à une fraction des coûts actuels. L'ARPA-H devrait également mettre à disposition des fonds pour des installations de banc d'essai que les chercheurs peuvent utiliser pour démontrer l'évolutivité de leurs méthodes de production économiques.

L'intensification de l'utilisation de la culture de cellules animales pour la production biosynthétique ne sera économiquement efficace que si les coûts des acides aminés et des facteurs de croissance sont réduits. La réduction du coût de la bioproduction de produits médicaux et pharmaceutiques comme les vaccins et les peptides antimicrobiens, ou de produits de tissus animaux comme la viande ou le cartilage, améliorerait la disponibilité et l'abordabilité de ces produits, rendrait l'innovation et le développement de nouveaux produits plus faciles et plus rentables, et augmenterait notre capacité à fabriquer économiquement des bioproduits aux États-Unis, réduisant ainsi notre dépendance à l'égard des chaînes d'approvisionnement étrangères.

Pour une meilleure compréhension de l'utilisation des acides aminés et des facteurs de croissance dans la production de produits biologiques et à base de cellules animales, et pour prévoir avec précision l'offre et la demande afin d'assurer une chaîne d'approvisionnement fiable et disponible pour les produits médicaux, le ministère de la Défense (DoD ) et l'USDA devraient commander conjointement une analyse économique des coûts des voies de fabrication synthétiques pour les bioproduits courants et inclure des évaluations des coûts de production comparatifs pour les principaux concurrents internationaux.

Les acides aminés sont des intrants nécessaires lors de la synthèse des produits protéiques et peptidiques, y compris les produits pharmaceutiques et de santé (par exemple, les anticorps, l'insuline) et les produits agricoles (par exemple, les protéines végétales et animales synthétiques pour l'alimentation, le collagène, la gélatine, les protéines insecticides), mais ils sont très coûteux. Les acides aminés en tant qu'intrants de la culture cellulaire coûtent environ 3 à 50 dollars par kg, et les facteurs de croissance coûtent 50 000 dollars par gramme, ce qui signifie que leurs coûts peuvent représenter la moitié ou plus du coût de production total.

La biofabrication dépend de la disponibilité de réactifs, de petites molécules et de bioproduits qui sont utilisés comme intrants bruts dans le processus de fabrication. La production de bioproduits synthétiques est limitée par le coût et la disponibilité de certains réactifs, dont les acides aminés et les petites protéines de signalisation comme les hormones et les facteurs de croissance. Ces intrants de production sont utilisés dans la culture cellulaire pour augmenter les rendements et l'efficacité de la production dans la biosynthèse de produits tels que les anticorps monoclonaux, la viande synthétique, les facteurs de coagulation et l'interféron (protéines qui inhibent la croissance tumorale et soutiennent la fonction du système immunitaire). Alors que certains bioproduits peuvent être produits synthétiquement dans des cellules végétales ou des cellules bactériennes, certains produits bénéficient d'étapes de production dans des cellules animales. Un exemple est la glycosylation, un processus de modification des protéines qui aide les protéines à se replier dans des structures stables, ce qui est un processus beaucoup plus simple dans les cellules animales que dans les bactéries ou dans les systèmes acellulaires. Les virus utilisés dans le développement de vaccins sont également généralement cultivés dans des cellules animales, bien que certains vaccins recombinants puissent être fabriqués dans des cellules de levure ou d'insecte. L'utilisation de cellules végétales, fongiques, bactériennes, d'insectes ou animales dans la bioproduction recombinante présente des avantages et des inconvénients. les cellules animales sont généralement plus polyvalentes car elles imitent étroitement les processus humains et nécessitent moins d'ingénierie que les cellules non animales. Toutes les cellules, qu'elles soient animales, végétales ou bactériennes, ont besoin d'acides aminés et de divers facteurs de croissance pour survivre et fonctionner efficacement. Alors qu'à l'avenir, les facteurs de croissance ne seront peut-être plus nécessaires, les acides aminés seront toujours nécessaires. Les acides aminés sont l'additif nécessaire le plus coûteux sur une base de prix par kilogramme; les plus coûteux des additifs de soutien sont les facteurs de croissance.

Les facteurs de croissance sont des protéines ou des stéroïdes qui agissent comme des molécules de signalisation qui régulent les processus internes des cellules, tandis que les acides aminés sont des éléments constitutifs des protéines nécessaires à la fois au fonctionnement cellulaire et à la production de nouvelles protéines dans une cellule. Les cellules nécessitent une supplémentation en facteurs de croissance et en acides aminés car la plupart des cellules ne sont pas capables de produire leurs propres facteurs de croissance. La production biosynthétique dans les cellules animales utilise fréquemment des facteurs de croissance (par exemple, TGF, IGF) pour augmenter le rendement et augmenter la vitesse de production, signalant aux cellules de travailler plus rapidement et de produire davantage d'un composé particulier.

Médicaments

Bien que les produits pharmaceutiques soient chers, des volumes de demande relativement faibles empêchent les forces du marché d'exercer une pression suffisante sur les coûts pour stimuler l'innovation dans leur production. La production biosynthétique de produits pharmaceutiques implique l'ingénierie de cellules pour produire de grandes quantités d'une molécule, telle qu'une protéine ou un peptide, qui peut ensuite être isolée, purifiée et utilisée en médecine. Les peptides thérapeutiques représentent un marché mondial de 39 milliards de dollars qui comprend des peptides vendus comme produits finaux et d'autres utilisés comme intrants dans la synthèse d'autres composés biologiques. Les précurseurs de produits protéiques et peptidiques, y compris les acides aminés et les facteurs de croissance, représentent un coût de production substantiel, ce qui constitue un obstacle à la biofabrication à faible coût et à volume élevé.

Par exemple, la production de peptides antimicrobiens, utilisés comme thérapeutiques contre les bactéries et virus résistants aux antibiotiques, est fortement contrainte par le coût des intrants chimiques. Un intrant à lui seul, la guanidine, représente plus de 25 % du coût de production d'environ 41 000 $ par gramme de peptides antimicrobiens. La réduction du coût de ces intrants aura des effets substantiels en aval sur l'économie de la production. Les peptides antimicrobiens sont actuellement très coûteux à produire, limitant leur développement comme alternatives aux antibiotiques, malgré un besoin croissant de nouveaux antibiotiques. Le plan d'action national américain pour la lutte contre les bactéries résistantes aux antibiotiques (CARB) décrit une stratégie coordonnée pour accélérer le développement de nouveaux antibiotiques et ralentir la propagation de la résistance aux antibiotiques. La réduction du coût de production des peptides antimicrobiens soutiendrait ces objectifs.

Les coûts élevés de la production synthétique limitent la croissance du marché des produits synthétiques. Cela crée un équilibre local qui n'est pas optimal pour le développement de l'industrie de la biologie synthétique et crée des obstacles à l'entrée sur le marché des produits synthétiques qui pourraient, à grande échelle, répondre aux préoccupations environnementales et de biodisponibilité associées aux sources naturelles. Le gouvernement fédéral a déjà manifesté son intérêt à soutenir le développement d'un centre de biofabrication robuste et innovant basé aux États-Unis, avec l'adoption de la loi CHIPS and Science Act et du décret exécutif 14081 sur l'avancement de la biotechnologie et de l'innovation dans la biofabrication pour une bioéconomie américaine durable, sûre et sécurisée. La réduction des coûts des intrants de base du processus de biofabrication d'une gamme de produits répond à ce désir de rendre la biofabrication américaine plus durable. Il existe d'autres exemples d'investissements fédéraux visant à réduire le coût des intrants de fabrication, du soutien de l'USDA à de nouvelles méthodes de production d'engrais, à l'investissement de la Food and Drug Administration pour améliorer la fabrication pharmaceutique et établir des centres de R&D de fabrication dans les universités, au soutien de l'USDA National Institute of Food and Agriculture (NIFA) pour le développement de bioplastiques et de matériaux de construction biosourcés. Le soutien fédéral à la R et D augmente le financement ultérieur de la recherche privée et augmente le nombre de nouveaux produits que les bénéficiaires développent, une mesure positive de l'innovation.

L'effort pour réduire les coûts de biofabrication est plus important que n'importe quelle entreprise ; par conséquent, il faut un effort coordonné entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour développer et mettre en œuvre la meilleure solution. La capacité de fabriquer des précurseurs de manière rentable fera progresser directement et indirectement tous les aspects de la biofabrication. Le milieu universitaire et l'industrie sont prêts à améliorer l'efficacité et le coût de la bioproduction, mais ont besoin de la coordination et du soutien du gouvernement fédéral pour atteindre cette étape essentielle et pour soutenir le développement de la nouvelle industrie émergente des bioproduits synthétiques à grande échelle.

Viande synthétique

Le développement d'une synthèse rentable de protéines et de peptides éliminerait un obstacle important à l'expansion des produits médicaux et agricoles synthétiques, ce qui résoudrait les goulots d'étranglement actuels de l'approvisionnement (par exemple, les protéines sanguines, les anticorps) et les défis environnementaux et politiques croissants liés à l'approvisionnement naturel (par exemple, le bœuf, les protéines de soja). Au cours de la dernière décennie, les percées dans la capacité de fabrication pour produire synthétiquement des produits biologiques, comme les biocarburants ou l'artémisinine, un médicament antipaludique, n'ont pas réussi à atteindre la compétitivité des coûts avec les concurrents d'origine naturelle, malgré les avantages environnementaux et liés à la chaîne d'approvisionnement d'une version synthétique. Le ministère de l'Énergie (DoE) et d'autres continuent d'investir dans le développement de biocarburants et de bioproduits, et une innovation de recherche supplémentaire pourrait bientôt amener ces produits à un seuil de compétitivité des coûts. Pour les bioproduits qui dépendent des acides aminés et des facteurs de croissance comme intrants, ce seuil peut être très proche. La recherche de preuve de concept sur la production de facteurs de croissance et d'acides aminés, ainsi que les évaluations technico-économiques des produits carnés synthétiques, indiquent que les acides aminés et les protéines précurseurs sont des obstacles importants à la compétitivité des coûts de la bioproduction, mais qu'ils sont sur le point d'être surmontés grâce au développement technologique. Les innovateurs potentiels manquent de soutien pour investir dans le développement de technologies potentiellement bénéfiques à l'échelle mondiale avec des rendements incertains.

La réduction des coûts de ces intrants pour le marché des médicaments peptidiques et pharmaceutiques pourrait également faire baisser les coûts de la viande synthétique, augmentant ainsi un marché supplémentaire substantiel pour les acides aminés et les facteurs de croissance à faible coût tout en allégeant les charges environnementales d'une demande croissante de viande. Israël a démontré qu'il existe une forte demande pour ces produits et a considérablement investi dans son secteur de la viande synthétique, qui à son tour a augmenté sa bioéconomie globale.

Il est impossible de ramener le coût de la viande synthétique des estimations actuelles de 250 $ par kg au prix de gros le plus élevé de la viande à 10 $ par kg sans réduire le coût des facteurs de croissance et des acides aminés comme intrants de production, mais cela réduirait également l'utilisation de l'eau et des terres pour la production de viande de 70 % à 95 %. La viande synthétique atténuerait également de nombreuses objections éthiques et environnementales à l'agriculture animale, réduirait le gaspillage alimentaire et augmenterait la quantité de produits végétaux disponibles pour la consommation humaine (actuellement, 77% des terres agricoles sont utilisées pour le bétail, la viande et la production laitière, et 45% des calories des cultures mondiales sont consommées par le bétail).

Initiatives et opportunités de bioéconomie

Le maintien de la compétitivité et du leadership des États-Unis dans la biofabrication et la bioéconomie est une priorité pour l'administration Biden-Harris, qui a conduit à une stratégie nationale de bioéconomie qui vise à coordonner les investissements fédéraux dans la R&D pour la biofabrication, à améliorer et à développer la capacité de biofabrication nationale et à élargir les opportunités de marché pour les produits biosourcés. La réduction des coûts et l'augmentation de l'offre d'acides aminés et de facteurs de croissance soutiennent ces trois objectifs en rendant les bioproduits dérivés de cellules animales moins chers et plus efficaces à produire.

Plusieurs directives de l'Initiative nationale de biotechnologie et de biofabrication du président Biden pourraient s'appliquer à l'objectif de produire des acides aminés et des facteurs de croissance rentables, mais une stipulation particulière pour le ministère de la Santé et des Services sociaux se démarque. Le décret exécutif 14081 de 2022 sur l'avancement de l'innovation en matière de biotechnologie et de biofabrication pour une bioéconomie américaine durable, sûre et sécurisée comprend une directive pour le ministère de la Santé et des Services sociaux (HHS) d'investir 40 millions de dollars pour « élargir le rôle de la biofabrication des ingrédients pharmaceutiques actifs (IPA), des antibiotiques et des principales matières premières nécessaires pour produire des médicaments essentiels et répondre aux pandémies ». Les précurseurs de produits protéiques et peptidiques sont des matières premières essentielles pour les produits médicaux et pharmaceutiques, justifiant le soutien du HHS pour ce défi de recherche.

Le Congrès a également signalé son intention de faire progresser la biotechnologie et la biofabrication aux États-Unis. Le CHIPS and Science Act autorise le financement de projets susceptibles de développer la bioéconomie américaine. Le titre IV de la loi, relatif à la recherche et au développement en bioéconomie, autorise le soutien financier à la recherche, les bancs d'essai pour le passage à l'échelle des technologies et les outils d'accélération de la recherche. Ce soutien pourrait prendre la forme de subventions, de financement collaboratif multi-agences et de financement pour la recherche sur l'innovation dans les petites entreprises (SBIR) ou le programme de transfert de technologie pour les petites entreprises (SBTTP).

La biofabrication est importante pour la sécurité et la stabilité nationales, mais beaucoup de recherche et de développement sont nécessaires pour réaliser ce potentiel. Les possibilités de financement susmentionnées devraient être mises à profit pour soutenir les capacités fondamentales et transversales afin de créer des produits biomanufacturés abordables et accessibles, tels que la production de molécules précurseurs essentielles.

Pour fournir le catalyseur de l'innovation qui fera baisser le prix des composants, un financement fédéral devrait être mis à la disposition des organisations développant des voies de production biosynthétiques rentables. Le financement initial serait plus utile sous la forme de subventions de recherche dans le cadre d'un concours Grand Challenge. Les chercheurs universitaires ont fait des progrès en matière de preuve de concept dans le développement de méthodes rentables de synthèse d'acides aminés, mais l'investissement requis pour démontrer que ces méthodes réussissent à grande échelle n'est actuellement pas fourni par le marché. Le principal marché des intrants synthétiques de biofabrication comme les acides aminés est celui des produits pharmaceutiques, qui peuvent répercuter des coûts de production élevés sur le consommateur et ne sont pas suffisamment incités à faire baisser les coûts des intrants.

Recommandation 1. Fournir un financement du Grand Défi pour des méthodes de production évolutives à coût réduit pour les acides aminés et les facteurs de croissance.

L'USDA (par le biais de l'USDA-NIFA Agriculture and Food Research Initiative [AFRI] ou via AgARDA si elle est financée) et l'ARPA-H devraient s'engager conjointement à 15 millions de dollars pour 10 projets la première année, avec un total de 75 millions de dollars sur cinq ans, dans le cadre du financement Grand Challenge1 pour les chercheurs ou les entreprises qui peuvent développer un processus évolutif de production d'acides aminés ou de facteurs de croissance de qualité alimentaire ou pharmaceutique à une fraction des coûts actuels (par exemple, 100 000 $ par kg pour les facteurs de croissance, et 1,50 par kg pour les acides aminés), avec des prix croissants pour une plus grande réduction des coûts. Les candidats peuvent également démontrer le développement de facteurs de croissance issus de la bio-ingénierie produits de manière évolutive qui démontrent une efficacité et une efficience accrues. Les Grands Défis offrent un financement pour encourager une concurrence productive entre les chercheurs pour atteindre des objectifs spécifiques ; ils peuvent également offrir des prix pour la réalisation d'étapes intermédiaires vers un objectif plus large. L'ARPA-H et l'USDA sont bien placés pour stimuler l'innovation dans la production rentable de précurseurs. La diminution des coûts de production des acides aminés et des facteurs de croissance permettrait le développement transformateur de produits biologiques et de produits à base de cellules animales comme la viande synthétique, ce qui correspond bien à l'objectif d'ARPA-H de soutenir le développement de produits et technologies médicaux et biologiques révolutionnaires. L'ARPA-H vise à utiliser son financement de 6,5 milliards de dollars du budget fédéral de l'exercice 22 pour investir dans des projets de trois à cinq ans qui soutiendront des technologies révolutionnaires qui ne sont pas encore économiquement convaincantes ou suffisamment réalisables pour que les entreprises investissent en interne dans leur développement. Un exemple de technologie citée par le document conceptuel de l'ARPA-H est "de nouveaux procédés de fabrication pour créer des lymphocytes T spécifiques au patient pour rechercher et détruire les cellules malignes, réduisant les coûts de 100 000 $ à 1 000 $ pour rendre ces thérapies largement disponibles". De même, de nouveaux procédés de fabrication pour les intrants de culture de cellules animales rendront les produits biosynthétiques plus rentables et largement disponibles, mais le marché potentiel est encore spéculatif, ce qui rend l'investissement risqué. Étant donné que produire de la viande cellulaire à un coût égal à celui de la viande animale serait une réussite agricole, la réduction du coût des intrants nécessaires à la production de viande cellulaire pourrait relever du champ d'application d'AgARDA.

Recommandation 2. Récompenser les gagnants du Grand Challenge qui font preuve d'évolutivité et offrent une préférence d'achat au programme BioPreferred.

Les chercheurs développant une nouvelle méthodologie de production à faible coût et à haute efficacité pour les acides aminés et les facteurs de croissance auront également besoin d'accéder à des installations et à des bancs d'essai de fabrication pour s'assurer que leurs solutions peuvent évoluer jusqu'aux niveaux de production industriels. Pour soutenir cela, l'ARPA-H devrait mettre un financement à la disposition des gagnants du Grand Challenge pour démontrer la mise à l'échelle de leurs solutions à des centaines de kilogrammes par an. Ceci est aligné sur le développement du banc d'essai mandaté par le CHIPS et la Science Act. Ce financement devrait inclure 15 millions de dollars pour établir cinq installations de banc d'essai (une installation similaire à l'Université du Delaware a été financée à 3 millions de dollars) et 3 millions de dollars supplémentaires pour fournir des bons d'un montant compris entre 10 000 et 300 000 dollars à utiliser dans les installations de banc d'essai. (Ces montants sont similaires aux bons fournis par le California Department of Energy pour son programme de banc d'essai d'énergie propre.)

Pour soutenir l'établissement d'un marché pour les nouveaux procédés de production, l'USDA devrait ajouter à son programme BioPreferred une exigence selon laquelle les achats fédéraux donnent la préférence aux gagnants du Grand Challenge lors de l'achat d'acides aminés ou de facteurs de croissance pour la production de produits biologiques et de produits dérivés de cellules animales. Le programme BioPreferred exige que les achats fédéraux favorisent les produits biosourcés (par exemple, des couverts biodégradables plutôt que des couverts en plastique) lorsque le produit biosourcé répond aux exigences d'utilisation de ce produit par l'acheteur. Ce type d'engagement d'achat serait particulièrement précieux pour les gagnants du Grand Challenge qui identifient de nouvelles méthodes de production, telles que la « culture » moléculaire dans les plantes ou la synthèse de protéines sans cellules, dont les coûts de démarrage rendent difficile le démarrage d'une croissance incrémentielle de la production. Exiger que les achats fédéraux donnent la préférence aux gagnants du Grand Challenge assure un certain volume de demande pour que de nouveaux fournisseurs s'établissent sans augmenter les coûts pour les acheteurs.

Le soutien des parties prenantes à ce Grand Challenge inclurait les universités de recherche ; les industries des protéines alternatives, des produits peptidiques et des protéines synthétiques ; les organisations à but non lucratif soutenant la réduction des prix des médicaments peptidiques (comme l'American Diabetes Association ou la Boulder Peptide Foundation) et une réduction de l'agriculture animale (comme New Harvest ou le Good Food Institute); et les partisans de la bioproduction aux États-Unis, notamment le DoE et le DoD. Les entreprises et les chercheurs travaillant sur de nouvelles méthodes de production évolutive d'acides aminés et de facteurs de croissance soutiendront également un financement supplémentaire pour des solutions indépendantes de la technologie (des solutions qui se concentrent sur les caractéristiques du produit final plutôt que sur la méthode - comme la fermentation de précision, l'ingénierie végétale ou la synthèse sans cellule - utilisée pour obtenir le produit).

Comme autre incitation, l'ARPA-H devrait solliciter un financement philanthropique et privé supplémentaire pour les gagnants du Grand Challenge, qui pourrait prendre la forme d'un prix supplémentaire ou d'un engagement d'achat anticipé pour un volume spécifié d'acides aminés ou de facteurs de croissance à un prix seuil donné, offrant une incitation supplémentaire pour ramener les coûts en dessous du niveau spécifié par le Challenge.

Recommandation 3. Pour projeter la demande future, le DoD devrait commander une analyse économique des coûts des voies de fabrication synthétiques pour les bioproduits courants et inclure des évaluations des coûts comparatifs chez les principaux concurrents internationaux (par exemple, la Chine, l'Union européenne, le Royaume-Uni, Singapour, la Corée du Sud, le Japon).

Cette analyse pourrait être financée en partie via les appels à projets BioMADE pour la recherche en technologie et innovation. BioMADE a reçu 87 millions de dollars de financement du DoD en 2020 pour une période de sept ans, plus 450 millions de dollars supplémentaires annoncés en 2023. Le partage des coûts de ce projet pourrait provenir de la Direction de la technologie, de l'innovation et des partenariats de la NSF ou du programme de recherche biologique et environnementale du Bureau des sciences du DoE, qui a soutenu des analyses technico-économiques de technologies similaires, telles que les biocarburants.

EO 14081 inclut également le DoD en tant que contributeur majeur à la construction de la bioéconomie. Le programme Tri-Service Biotechnology for a Resilient Supply Chain du DoD investira 270 millions de dollars sur cinq ans pour accélérer l'application de la recherche à la fabrication de produits. La diminution des coûts des acides aminés et des facteurs de croissance en tant qu'intrants dans la fabrication de produits biologiques pourrait faire partie de ce nouveau programme, selon les détails à venir de sa mise en œuvre. Faire progresser la biofabrication rentable transformera les capacités de défense nécessaires pour maintenir la compétitivité des États-Unis, sécuriser les chaînes d'approvisionnement critiques et améliorer la résilience de nos troupes et les besoins de défense, y compris les médicaments, les aliments alternatifs, les carburants, les produits chimiques de base et spécialisés, les capteurs, les matériaux, etc. La Chine a récemment déclaré mettre l'accent sur la production de protéines animales synthétiques dans son plan quinquennal pour l'agriculture de janvier 2022. Notre relation commerciale avec la Chine, qui comprend de nombreux produits agricoles, pourrait changer si la Chine réussit à produire synthétiquement ces produits.

Pour soutenir le développement d'une économie de biofabrication expansive et agile aux États-Unis, les agences fédérales devraient veiller à ce que les intrants nécessaires à la création de produits biomanufacturés soient aussi abondants et rentables que possible. Tout comme le coût de production d'une amande dépend fortement du coût de l'eau, le coût de fabrication d'un produit biologique dans un système de fabrication à base de cellules dépend du coût des intrants utilisés pour alimenter ce système. Les produits biomanufacturés qui nécessitent des acides aminés et des facteurs de croissance comme intrants vont des produits médicalement nécessaires, comme les facteurs de coagulation et les anticorps monoclonaux, aux produits potentiellement monumentaux et révolutionnaires, comme la viande et les produits laitiers à base de cellules. Les mesures fédérales visant à accroître la faisabilité et la rentabilité de la fabrication de ces produits aux États-Unis auront des effets bénéfiques sur l'industrie bioéconomique et biotechnologique, les industries pharmaceutique et biomédicale, et potentiellement aussi sur les industries agro-alimentaire.

Partenariats pour l'innovation. Ce programme finance la recherche translationnelle pour accélérer le développement technologique, qui pourrait s'appliquer à la recherche visant à intensifier la production d'acides aminés et de facteurs de croissance, et à développer des méthodes de production, de purification et de traitement innovantes et peu coûteuses.

Des subventions similaires par le biais du NINDS (CREATE Bio) et du NIST (NIIMBL) pour les initiatives de biofabrication ont consacré 10 à 16 millions de dollars en financement pour 12 à 14 projets. L'USDA a récemment accordé 10 millions de dollars sur cinq ans à l'Université Tufts pour développer un institut national pour l'agriculture cellulaire, dans le cadre d'un investissement de 146 millions de dollars dans 15 projets de recherche annoncés en 2021 et distribués par le programme AFRI-SAS (Sustainable Agricultural Systems) de l'USDA-NIFA Agriculture and Food Research Initiative. AFRI-SAS soutient la formation de la main-d'œuvre et la normalisation des méthodes utilisées dans la production de viande à base de cellules, tandis que les objectifs de recherche plus larges de Tufts incluent l'évaluation de l'économie de la production. La diminution du coût de la viande synthétique est essentielle pour développer un programme d'agriculture cellulaire durable, et l'USDA pourrait consacrer une partie de son financement AFRI-SAS à soutenir cette initiative.

Oui. Les méthodes de production actuelles de produits biologiques, tels que les anticorps monoclonaux, sont suffisamment élevées pour que le développement d'anticorps monoclonaux pour les maladies infectieuses qui affectent principalement les régions pauvres du monde soit considéré comme irréalisable. La diminution des coûts de fabrication de ces médicaments en diminuant les coûts de leurs intrants rendrait économiquement possible le développement de médicaments à base d'anticorps pour des maladies comme le paludisme et le zika, et l'innovation biomédicale pour d'autres maladies infectieuses pourrait suivre. De même, la diminution des coûts des intrants d'acides aminés et de facteurs de croissance donnerait aux entreprises de viande synthétique une plus grande flexibilité dans les types de produits et les procédés de fabrication qu'elles peuvent utiliser, augmentant ainsi leur capacité à innover.

En fait, quelques entreprises non américaines poursuivent la production de facteurs de croissance synthétiques ainsi que des plateformes de bio-ingénierie pour la production de facteurs de croissance à moindre coût. La société israélienne BioBetter, la société islandaise ORF Genetics, la société britannique CellRX et la société canadienne Future Fields s'efforcent toutes de réduire le coût des facteurs de croissance, tandis que la société japonaise Ajinomoto et des sociétés chinoises telles que Meihua Bio et Fosun Pharma développent des procédés pour réduire les coûts des acides aminés. Beaucoup de ces entreprises reçoivent des subventions ou sont financées par des fonds de capital-risque nationaux dédiés à la biologie synthétique et au secteur des protéines alternatives. ainsi, le financement fédéral américain de la production d'acides aminés et de facteurs de croissance à moindre coût soutiendrait la compétitivité continue de la bioéconomie nationale et démontrerait son soutien aux produits issus de la bio-ingénierie fabriqués dans le pays.

La réduction des coûts de la chaîne d'approvisionnement de la fabrication permet aux entreprises d'augmenter les volumes de fabrication, de produire une gamme plus large de produits et de vendre sur des marchés plus sensibles aux prix, ce qui pourrait entraîner une croissance de l'emploi et l'expansion du centre de biofabrication. À titre d'exemple d'un produit qui a connu des effets similaires, les panneaux solaires et les cellules photovoltaïques ont vu leurs coûts de production diminuer considérablement, ce qui s'est accompagné d'une croissance de l'emploi. Les emplois dans le photovoltaïque connaissent les plus fortes augmentations parmi la croissance globale de l'emploi dans les énergies renouvelables.

Les techniques requises pour réduire les coûts et la production à grande échelle d'acides aminés et de facteurs de croissance devraient se traduire par la production d'autres types de petites molécules et protéines, et pourraient même ouvrir la voie à des méthodes de production plus efficaces et moins coûteuses en génie chimique, qui partage certaines méthodes avec la bio-ingénierie et la fabrication biologique. Par exemple, le génie chimique peut impliquer la production de molécules organiques et des étapes de traitement et de filtration qui sont également utilisées dans la production d'acides aminés et de facteurs de croissance.

L'augmentation de la production de viande synthétique aidera à répondre à la demande croissante de viande et d'aliments riches en protéines avec laquelle l'industrie de l'élevage se débat actuellement, en combinaison avec d'autres demandes de terres, d'eau, de produits agricoles et de main-d'œuvre qualifiée. À titre d'exemple, la récente pénurie d'œufs aux États-Unis a démontré que l'industrie de l'élevage est sensible aux chocs de production externes causés par des maladies et des effets environnementaux inattendus. De nombreuses grandes entreprises de viande, y compris des géants comme Cargill et Tyson Foods, se considèrent comme une entreprise de fourniture de protéines plutôt que d'abattage d'animaux, et ont investi dans des entreprises de viande végétale pour élargir leurs portefeuilles. L'expansion dans la viande synthétique est une autre façon pour l'agriculture animale de continuer à servir de la viande aux clients tout en intégrant de nouvelles méthodes technologiques de production. Si l'adoption de la viande synthétique se développe suffisamment rapidement pour réduire le besoin d'élevage, les agriculteurs et les éleveurs réagiront probablement en modifiant les types de produits qu'ils produisent, que ce soit en cultivant plus de légumes et de plantes ou en élevant des animaux pour d'autres industries.

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