Il futuro delle biotecnologie iacobelli 4-10-2013

Il futuro delle biotecnologie
Università di Milano, 4-10-2013Massimo Iacobelli, MD

Il Futuro delle Biotecnologie
Outline
• Key Enabling Technologies
• Futuro, uno primo sguardo…..
• Le biotecnologie
• Biotech in Italia
• Alcuni concetti importanti
• I cambiamenti futuri
• Gli sviluppi futuri
• Il vostro futuro

Il futuro
Incertezza
• In una concezione lineare del tempo,
il futuro è la parte di tempo che ancora
non ha avuto luogo……
• Popper e il futuro:
– …..dobbiamo tracciare una separazione molto netta tra il
passato, che noi possiamo e dobbiamo giudicare ed il futuro.
Sarà la nostra
chiave per predire
il futuro
– Il futuro dipende da noi; da tutti noi...
da quello che facciamo e faremo,
oggi e domani e dopodomani.
– il futuro, è decisamente aperto
e può venir da noi influenzato.

Tempo che intercorre tra scoperta iniziale
e lancio del prodotto nel mercato
L’esempio di alcuni farmaci
In altri settori,
con minori
complessità di
sviluppo
(es diagnostici,
biotech industriale),
il ritardo può essere
inferiore

Time to Market per le
biotecnologie industriali
• La tipica Ricerca nel campo della biotecnologia industriale può
richiedere da 2 a 4 anni prima di ottenere un nuovo processo
che poi potrà essere perfezionato e commercializzato.
• Sviluppare il processo fino a scala commerciale richiede spesso
altri 2 anni, e la costruzione di un nuovo impianto di
produzione richiede ulteriori 2 anni.
• Infine, le aziende devono sviluppare applicazioni specifiche
prima che il nuovo prodotto possa entrare nel mercato.
• Quindi in generale ci vogliono fino a 6 a 8 anni prima che un
prodotto possa essere commercializzato.
KET – INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY -Working Group Report, June 2011

La biotecnologia è una delle
«tecnologie fondamentali per il futuro»
• Una cospicua parte dei
beni e dei servizi che
saranno disponibili sul
mercato nel 2020 oggi
è ancora sconosciuta,
• ma il motore principale
del loro sviluppo sarà
l'applicazione delle
tecnologie abilitanti fondamentali
(Key Enabling Technologies, KET)
COM (2009) 512

La biotecnologia è una delle
«tecnologie fondamentali per il futuro»
• Basandosi sulle attuali tendenze della ricerca e del
mercato a livello mondiale, le seguenti tecnologie si
possono ritenere le KET più rilevanti dal punto di
vista strategico, considerato
COM (2009) 512
– biotecnologia
– nanotecnologia
– micro e
nanoelettronica,
– fotonica
– materiali avanzati
• il loro contributo
alla soluzione dei
problemi della società,
• la loro intensità di
conoscenza,
• il loro potenziale
economico.
Key Enabling Technologies

I prodotti più avanzati sono una
combinazione di KETs
Un esempio:
Un recente
strumento per la
diagnosi in tempo
reale di influenza
aviaria, che incorpora:
– un metodo biotech,
– microelettronica
(chips),
– rilevamento fotonico
basato su laser,
– superfici
nanotecnologiche
ottimizzate per
procedimenti
fluidici
High Level Expert Group on KET – Report June 2011

Globalizzazione e trasferimento di tecnologie
• Negli ultimi decenni sono cadute quasi tutte le barriere al
trasferimento di conoscenze e tecnologie in un pianeta
ormai globalizzato.
• Tuttavia, sono proprio i Paesi dove più alto è l’investimento in
ricerca ad avvantaggiarsi dell’assorbimento di tecnologie
provenienti dall’estero: il «free riding», quindi, non paga.
• Senza un elevato accumulo di conoscenze non si riesce ad
assorbire efficacemente l’innovazione tecnologica
proveniente da altri Paesi; e per beneficiare pienamente
dell’apertura internazionale (nel commercio, nell’acquisto di
brevetti, come negli investimenti diretti) è essenziale avere
una elevata capacità di relazione in entrambe le direzioni.
Banca d’Italia. Ignazio Visco. Perché non si può crescere senza ricerca

Futuro, uno primo sguardo…..
Il nostro viaggio nel futuro
attraverso il presente

Futuro, un primo sguardo…..
L’analisi di alcuni progetti su cui sono
state recentemente investite risorse
pubbliche (Europee) a supporto della
ricerca ci permette già oggi di
identificare alcune delle «tecnologie»
che avranno un maggiore sviluppo nei
prossimi anni.
• L’evoluzione della ricerca e gli sviluppi futuri
dipendono anche dall’ammontare degli
investimenti pubblici e privati dedicati.

Il cervello da un miliardo di euro
Sembra fantascienza, ma
ricercatori europei hanno
iniziato il lavoro di
costruzione di un modello
di un cervello umano
pienamente funzionante,
dopo aver vinto uno dei
più grandi finanziamenti
per la ricerca mai
assegnati in Europa
- e sperano che il dispositivo
potrà aiutare ad affrontare
malattie come l'Alzheimer e il
Parkinson.
Rete neuronale simulata, mostra immagini 3D di cellule individuali
(ricostruita da dati di laboratorio). L© EPFL / Blue Brain Progetto
Con un miliardo di euro, l’Human Brain Project (HBP) è
uno dei progetti di ricerca di punta dell'UE per i
prossimi 10 anni. Impiegherà supercomputers per
ricostruire un cervello umano e quindi utilizzarlo per
controllare robot e testare trattamenti farmacologici.

Complessità dei sistemi biologici
Signal
transduction
pathways

Polmone “on chip”
• Un'altra tendenza emergente nel
campo della biologia sintetica è
simulare le funzioni e le attività di
organi viventi in micro-dispositivi
che sono fabbricati come un
microchip e rivestiti da cellule
umane vive.
• Recentemente, è stato sviluppato un
"polmone-on-chip", che contiene condotti
separati da una membrana porosa flessibile,
rivestita su un lato da cellule epiteliali airsac, e
dall'altro con cellule dei vasi sanguigni.
• Applicando deformazioni cicliche all'interfaccia
tessuto-tessuto, il sistema mima i movimenti
della respirazione.
Lung on a Chip, by Donald Ingber, Wyss Institute for
Biologically Inspired Engineering at Harvard University
Questo semplice "organo in un chip" può
simula la risposta del polmone umano
alle infezioni, infiammazioni, e tossine
ambientali. Tali dispositivi offrono un
nuovo approccio per testare farmaci e
valutare la tossicità di inquinanti.
Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University

La memorizzazione dei dati
si trasforma in DNA
• Quante volte amici o parenti vi hanno detto che il
vostro aspetto e carattere dipendono dai vostri
genitori, …. cioè dal codice genetico conservato nel
vostro DNA
• Memorizzazione dei dati in molecole di DNA
• nel futuro, una tazza di DNA potrebbe
• memorizzare 100 milioni di ore di video.
• La ricerca è stata finanziata dalla UE e i fondi saranno utilizzati per affinare la
tecnica in modo che potesse essere scalata fino a memorizzare tutti i dati che
esistono sulla terra - stimata in tre zettabytes, o 3.000 miliardi di miliardi di byte
- che, per coloro che non pensano in 'byte', è più o meno equivalente a una pila
di 750 miliardi di DVD.
• Memorizzare le informazioni in una forma minuscola che riduce lo spazio ed elimina il
bisogno di energia per dischi rigidi ad alto consumo e costosi.
DNA

Con l’utilizzo di cellule viventi e
la scoperta di nuove molecole,
l’innovazione biotech fornisce
alla società metodi innovativi per:
Le biotecnologie sono l’industria del futuro
Aiutano la società a risolvere vecchi problemi con nuovi metodi.
2013 Policy Principles to Promote Biotechnology
Migliorare l’ambiente
• sviluppando processi
di fabbricazione che
prevengano
l’inquinamento
• riducano gli scarti,
• riducano il consumo
di acqua
Combattere le malattie
• rivelando l’origine
genetica delle
malattie,
• per trovare nuovi
metodi e prodotti per
la diagnosi e la cura
Produrre alimenti a
sufficienza per tutti
• aumentando la resa
dei raccolti e
• riducendo l’impatto
ambientale
dell’agricoltura

Cosa sono le biotecnologie?
Il mondo delle biotecnologie
Il termine "biotecnologia" è una parola nuova che descrive
però una disciplina antica. In effetti già migliaia di anni fa
l'uomo ha iniziato a produrre birra, vino, pane e a
trasformare il latte in yogurt e formaggio.
Louis Pasteur (1861), per primo comprende questi eventi,
individuando i microrganismi responsabili delle trasformazioni.
Il passo successivo è rappresentato dalla tecnologia del DNA
ricombinante (ingegneria genetica), nata negli anni Ottanta.
L’ulteriore sviluppo è legato alla messa a punto di tecnologie per
la loro coltivazione e l'ottimizzazione dei processi produttivi.

Possono essere definite come:
• ogni tecnologia che utilizza organismi
viventi (quali batteri, lieviti, cellule
vegetali, cellule animali di organismi
semplici o complessi) o loro componenti
Cosa sono le biotecnologie?
Per European Medicines Agency - Biotecnologia: l'uso di organismi viventi
per creare o modificare prodotti, compresi i medicinali.
sub-cellulari purificati (ad es enzimi)
• al fine di ottenere notevoli quantità di prodotti utili,
• o per sviluppare microrganismi utili per usi specifici,
• oppure per migliorare le caratteristiche di piante e
animali

Campi di applicazione delle biotecnologie
Per la salute
(“red biotechnologies”)
• Farmaci
• Diagostici
• Vaccini
Per l’ambiente
(“grey biotechnologies”)
• Ceppi naturali o ingegnerizzati di
microrganismi in grado di
degradare le sostanze inquinanti
• Fitorisanamento: la capacità di
alcune piante di assorbire metalli
pesanti e altri composti presenti
nel terreno
• Diagnostica ambientale
Per l’agroalimentare
(“green biotechnologies”)
• Metodi per migliorare I processi di
produzione e i prodotti
• Metodi per controllo di qualità,
conservazione, contaminanti
Per l’industria
(“white biotechnologies”)
• Biomateriali, es bioplastica
• Enzimi , ad es utilizzati
nell'industria alimentare
• Processi di bioconversione
(produzione di antibiotici,
vitamine, aromi, carta ed altri
derivati della cellulosa, ecc.).
• Bioenergie: biomasse,
combustibili liquidi, biogas

The Human Genome Project
• Iniziato nel 1990, finanziato dal
National Institute of Health (NIH),
USA, il Progetto Genoma Umano
(HGP) è stato una delle più grandi
imprese di ricerca della storia;
• uno sforzo di ricerca internazionale per la
sequenza e la mappa di tutti i geni - insieme
conosciuto come il genoma - dei membri
della nostra specie, Homo sapiens.
• Il progetto, costato ∼∼∼∼10 miliardi $, è stato completato nel 2003
• ci ha dato la possibilità, per la prima volta, di leggere completamente il modello
genetico della natura per la costruzione di un essere umano.
Circa 800 basi di sequenza di DNA
(pari a 1/3.800.000 del genoma
umano), contenenti il primo di
quattro tratti di codice del gene Ras
umano. Solo una parte della
sequenza contiene il codice genetico

Perché sono così importanti gli
studi sul genoma?
• Il cancro è una malattia del genoma
• Prima del Progetto Genoma Umano, si conosceva la base
genetica di circa 60 malattie.
• Oggi, si conosce la base di più di 5.000 condizioni.
• Per più di 100 farmaci approvati sono ora disponibili informazioni
genomiche (varianti genetiche che influenzano efficacia, dosaggi
o effetti collaterali rischiosi).
• Ma il lavoro per i ricercatori non è affatto finito. Vi sono ancora
regioni del genoma umano di cui non conosciamo la funzione.

Drammatica riduzione dei costi dell’analisi
completa del DNA
• Dopo 13 anni del Progetto Genoma Umano, oggi il
sequenziamento completo di un genoma umano costa meno di
5.000 $ e prendere solo un giorno o due. E si sta cercando di
ridurne il costo (1000 $).
Altri risultati sinora ottenuti
con i 10,4 miliardi di $ investiti in
ricerca scientifica nel progetto:
• Lancio della “rivoluzione
genomica”
• 796 miliardi di $ come
impatto economico
• 3,8 milioni di anni-lavoro
creati nel corso del progetto

Applicazioni della genomica
Rapporto 2013 sulle biotecnologie in Italia
• I campi di applicazione e gli sviluppi della
genomica sono ampi, oltre alla salute umana,
in molti settori diversi nell’ambito delle
biotecnologie.
• Biotecnologie Veterinarie
• Biotecnologie Vegetali, Alimentari e
Agroambientali
• Biotecnologie Industriali ed Ambientali
• altri

Diagnostica genetica
http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Risk/BRCA
Un esempio: cancro della mammella
• Il cancro al seno delle donne nella
popolazione generale si sviluppa in
circa il 12% dei casi.
• Invece, dal 55 al 65% delle donne che
presentano (ereditano) una mutazione
del gene BRCA1, e circa il 45 % delle
donne che ereditano una mutazione di
BRCA2 svilupperanno il cancro al seno
dopo 70 anni di età.
14 maggio 2013. Angelina
Jolie ha annunciato oggi di
aver subito "una doppia
mastectomia preventiva".
L'attrice ha spiegato la sua
decisione …..

Le biotecnologie guidano l’innovazione
Bridging the market gap . NATURE | VOL 501 | 26 SEPTEMBER 2013.
L’innovazione biomedica domina nel numero di
brevetti presentati

Le biotecnologie guidano l’innovazione
OECD, Biotechnology Statistics Database, December 2012.
L'indice di avanzamento tecnologico rilevato è calcolato come la quota in brevetti biotecnologici
sui brevetti totali, per Paese.
Avanzamento tecnologico rilevato nel campo delle biotecnologie,
confronto 1998-2000 e 2008-10

DJIA (.INDU)
Uno dei settori industriali più attraenti, e in
crescita continua (anche per gli investitori)
NASDAQ Composite
(COMP)
NASDAQ Biotechnology
(NBI)
S&P 500 (SPX)
I rendimenti dell'indice
non rappresentano la
performance effettiva del
Biotechnology Index Fund
NASDAQ e hanno scopo
puramente descrittivo. La
performance passata non è
garanzia di risultati futuri

Anche Google nel biotech
• Google ha recentemente
presentato Calico, una nuova
azienda che tenterà di risolvere
alcuni dei maggiori problemi
dell’assistenza sanitaria.
• Una delle principali iniziative
della joint venture indipendente
sarà di cercare di estendere
significativamente la durata
della vita umana.
• Arthur Levinson, l'ex capo di
Genentech, una delle prime e più
importanti aziende biotech, sarà
l’amministratore delegato.
http://business.time.com/2013/09/18/google-extend-human-life/

Percentuale di aziende specializzate
in biotecnologie, per applicazione
ultimo anno disponibile
Health Agriculture Food
Natural
resources
Environment
Industrial
processing
Bioinformatics Other Year
Australia (2006) 47,8 13,3 5,0 3,3 8,8 7,7 8,7 5,5 2006
Austria (2010*) 67,5 2,6 0,0 0,0 0,0 7,8 0,0 22,1 2010
Belgium (2010) 64,3 8,9 6,3 0,5 6,7 11,2 1,3 0,9 2010
Canada (2005) 58,3 20,1 7,3 3,9 7,3 0,0 0,9 2,1 2005
Estonia (2011) 61,0 0,0 6,0 6,0 3,0 3,0 21,0 0,0 2011
Germany (2011) 47,8 4,2 0,0 1,2 3,4 5,9 4,3 33,2 2011
Israel (2010*) 60,2 13,5 0,0 1,5 6,7 5,6 .. 12,5 2010
Italy (2010*) 63,7 4,8 5,5 0,0 4,8 8,2 2,1 11,0 2010
Korea (2010*) 33,9 1,5 22,7 0,0 7,3 6,0 6,2 22,4 2010
New Zealand (2011) 29,9 18,4 19,5 .. 5,7 17,2 5,7 3,4 2011
Poland (2011*) 54,8 19,4 - 0,0 6,5 12,9 0,0 6,4 2011
Portugal (2010*) 38,1 2,4 .. 2,4 9,5 19,0 .. 28,6 2010
Slovenia (2011*) 44,2 .. .. .. 15,6 40,2 .. .. 2011
South Africa (2006) 39,0 37,0 4,0 4,0 6,0 0,0 1,0 9,0 2006
Spain (2010*) 39,3 15,6 52,8 .. 14,2 11,5 .. .. 2010
United Kingdom (2012*) 74,0 1,0 1,0 N/A 0,0 17,0 7,0 0,0 2012
Per l'Italia i risultati sono per applicazione principale.

Sviluppo delle biotecnologie industriali
in Europa
BIOTIC Draft Roadmap to overcome hurdles for innovation in industrial biotechnology in Europe

L’industria biotech in Italia
Dettaglio imprese
OCSE e pure biotech
Multi-coreGenomica, Proteomica
Industriale
Agro-alimentare
Salute

L’industria biotech in Italia
Analisi per localizzazione geografica, imprese biotech

Terapie Avanzate
• Utilizzando specifici geni, ottenuti in
laboratorio, è possibile trattare (spesso in modo
risolutivo) molte malattie di origine genetica.
• Ricorrendo all’uso di cellule manipolate, per adattare le
loro caratteristiche biologiche a quelle dei pazienti, è
possibile rigenerare o sostituire i tessuti danneggiati.
• Interessanti prospettive
emergono anche dall’ uso
delle cellule staminali, che
si sono dimostrate in grado
di indurre l’organismo a
rigenerare i tessuti
danneggiati.
Aziende specializzate in Italia

Alcune concetti importanti
Incertezza
Complessità
Ricerca
Brevetti
ValueProposition
Risorse

Incertezza
• Con l'espressione "incertezza", in campo scientifico, si
intende uno stato di conoscenza limitata, incompleta,
talora indeterminata, per cui non è possibile
descrivere esattamente lo stato esistente.
• Di fatto, non conosciamo ancora completamente i
complessi meccanismi biologici che determinano la
fisiologia umana, animale e anche vegetale
• Necessario continuare la ricerca di base (fondamentale)
per comprendere questi meccanismi

La ricerca
Ricerca di base
• ha come obiettivo primario l'avanzamento
della conoscenza e la comprensione teorica
delle relazioni tra le diverse variabili in gioco
in un determinato processo.
• I suoi risultati possono avere ricadute
applicative inaspettate.
Ricerca applicata
• Il suo obiettivo primario è lo sfruttamento
della conoscenza teorica già acquisita, per lo
sviluppo della relativa tecnologia.
• Solitamente viene eseguita in ambiente
industriale oppure in università con
finanziamenti da industrie interessate.
Spesso il confine tra
ricerca di base e
ricerca applicata
non è così netto, e
il criterio è definito
dalla relazione
temporale, in
quanto
la ricerca di base,
normalmente,
precede quella
applicata

Ricadute della ricerca
• Scientifica
– Divulgazione risultati:
• Presentazioni a congressi
• Pubblicazioni
• Brevetti
• Avanzamenti carriera
• Finanziamenti per
ulteriore ricerca
• Sviluppi industriali
• Economica in generale:
– Posti di lavoro
– Crescita locale
Differenti a seconda
del punto di vista:
• Per singole persone
• Per la società
• Per l’università
• Per i datori di
lavoro
• Per l’industria
• Eventuali altri

Brevetti
• Il brevetto è un formidabile strumento commerciale per le imprese,
perchè consente loro:
– di proteggere i propri investimenti in ricerca e innovazione,
– di acquisire risorse economiche supplementari attraverso la
gestione economica dei suoi diritti di uso.
• Un brevetto tutela e valorizza un’innovazione tecnica, ovvero un
prodotto o un processo che fornisce una nuova soluzione a un
determinato problema tecnico.
• E’ un titolo in forza del quale viene conferito un monopolio
temporaneo di sfruttamento sull’oggetto del brevetto stesso, per
un periodo di 20 anni a partire dalla data di deposito, consistente
nel diritto esclusivo di realizzarlo, di disporne e di farne un uso
commerciale, vietando tali attività ad altri soggetti non autorizzati.

Non tutto ciò
che è brevettato
ha una “value
proposition”!
Value Proposition

Risorse finanziarie disponibili
per lo sviluppo delle biotecnologie
1. Risorse rese disponibili dai governi ed istituzioni sovranazionali.
2. Risorse rese disponibili dalla Comunità Europea.
3. Risorse apportate da società di investimento (Capital Ventures)
4. Investimenti aggressivi nella ricerca biotecnologica in alcuni
Paesi (es Singapore, Cina e India)
5. Sovvenzioni governative sul bioetanolo e altri biocarburanti
in sostituzione dei combustibili a base di petrolio.
6. Le grandi aziende farmaceutiche pagano prezzi elevati per
acquisire le aziende biotech.
Source: Plunkett Research, Ltd.

Spese del settore pubblico
nella ricerca sulle biotecnologie
2011 or latest available year
(*) = % public biotech R&D in total government expenditures on R&D

Spese dei fondi di investimento in
aziende private anni 2000-2013.
Brady Huggett. Biotech’s wellspring: the health of private biotech in 2012.Nature Biotechnology 31, 396–403 (2013)

Investimenti per modalità terapeutica
2008 2009 2010 2011 2012
Deals $ Deals $ Deals $ Deals $ Deals $
Biomaterials 22 108 13 78 15 75 15 91 7 29
Cell therapy 44 472 35 372 41 259 28 352 29 356
Gene therapy 16 235 15 180 10 70 24 241 13 162
Immunotherapy 70 1,056 44 630 57 626 42 627 33 367
Protein therapeutics 48 566 47 637 41 530 33 430 33 798
Small molecule 50 788 45 598 48 585 46 610 42 622
Specialty pharma 16 294 17 283 18 220 15 457 15 143
Other 74 730 84 794 72 812 66 841 63 674
Deals = Number of deals
$ = Amount invested ($ millions)
Brady Huggett. Biotech’s wellspring: the health of private biotech in 2012.Nature Biotechnology 31, 396–403 (2013)

Futuro: alcuni cambiamenti importanti

10 Paesi più popolosi (milioni abitanti)
China 1.387 Pachistan 182
India 1.255 Nigeria 174
USA 320 Bangladesh 156
Indonesia 250 Russia 142
Brazil 200 Giappone 127
Attualmente, la popolazione
mondiale è di 7,1 miliardi …….e
sta crescendo drammaticamente!
Previsto che raggiungerà:
• 8 miliardi nel 2024
• 9 miliardi per il 2040
. / 1 - 1804: da 0.2 a 1 miliardo /------1804 - 2011 (207 years): da 1 miliardo a 7 miliardi ------/
Anno 1 1000 1500 1650 1750 1804 1850 1900 1927 1950 1960 1975 1980 1987 1999 2011 2020 2024 2030 2040 2050
Pop. (miliardi) 0.2 0.27 0.45 0.5 0.7 1 1.2 1.6 2 2.55 3 4 4.5 5 6 7 7.7 8 8.4 9 9.5
Aumento della popolazione mondiale

The Lancet, Volume 349, Issue 9064, Pages 1498 - 1504, 24 May 1997
L’età media della
popolazione mondiale
aumenterà a causa dell’
aumento della durata della
vita e del declino nelle
nascite nei Paesi sviluppati.
Cambiamenti previsti nella distribuzione per fascie di
età della popolazione mondiale, 1990-2020
Nei Paesi sviluppati:
15-44 anni = si ridurrà
45-64 anni = +26%
>65 anni = +71%
Nei paesi in via di
sviluppo:
<15 anni = +15%
45-59 anni = +140%.

Il cambiamento demografico della popolazione è una delle cause
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20 40 60 80
%dellapopolazioneaffettadacancro
Età (anni)
Rischio di cancro* per età
Aumento della domanda di cure
Con l’aumentare dell’età media della
popolazione nei Paesi sviluppati, un
numero maggiore di persone soffrirà di:
• Cancro,
• Malattie cardiovascolari,
• Fratture,
• Demenza,
• altre condizioni.
• Inoltre, la spesa sanitaria per
la popolazione anziana potrà
diventare insostenibile.

• Saranno necessari più
oncologi, infermieri,
ricercatori per:
- prevenzione
- diagnosi precoce
- nuovi trattamenti
• Sarà, anche, necessario
sviluppare soluzioni
economicamente
sostenibili
Mortalità per cancro

Mortalità per inquinamento
La NASA fornisce
informazioni su
dove c’è una
maggiore
probabilità
di morire
a causa dell’
inquinamento
atmosferico.

Aumento del fabbisogno alimentare
Si stima che per il 2050, il consumo di carne crescerà di circa il
73%, mentre il consumo di prodotti caseari salirà del 58%
rispetto ai livelli odierni.
Questo potrà essere soddisfatto dall'uso di
sistemi d'allevamento intensivo su larga scala
(allo stato attuale, alternative alla produzione
intensiva, non sembrano tecnicamente o
economicamente fattibili)
• Ciò è fonte di preoccupazione:
• per l’impatto ambientale, come l'inquinamento delle falde
acquifere e l'emissione di gas serra,
• in quanto potenziali incubatori di malattie
• Saranno, quindi, necessarie nuove conoscenze e tecnologie…

Le arti magiche servono a poco…..

Un’analisi delle aree tematiche su cui, nel
prossimo futuro, saranno investite risorse
pubbliche (Europee) a supporto della ricerca
ci permette già oggi di identificare le
«tecnologie» che avranno un maggiore
sviluppo nei prossimi anni.
• L’evoluzione della ricerca e gli sviluppi futuri
dipendono anche dall’ammontare degli
investimenti pubblici e privati dedicati.

Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca
ed Innovazione (2014-2020)
• Horizon 2020 è lo strumento finanziario a supporto
dell’innovazione nell’Unione Europea.
• Il programma dell'UE per la ricerca e l'innovazione è
una delle iniziative volte a creare nuova crescita e
posti di lavoro in Europa.
• Sarà sviluppato tra il 2014 e il 2020 con un bilancio
di € 80 miliardi.

1) Incrementare le biotecnologie d'avanguardia
come driver di innovazione futura
- Biotecnologie -
2) Processi industriali basati sulle biotecnologie
3) Piattaforme tecnologiche innovative e competitive
4) Bioeconomia

1) Incrementare le biotecnologie d'avanguardia
come driver di innovazione futura
• L'obiettivo è quello di gettare le basi per l'industria europea per
rimanere in prima linea nell’innovazione, anche nel medio e lungo
termine.
• Comprende lo sviluppo di metodi emergenti come la biologia
sintetica (synthetic biology), la bioinformatica, la biologia dei
sistemi (system biology) e la valorizzazione della convergenza con
altre tecnologie abilitanti, come le nanotecnologie (ad es bio-
nanotecnologie) e ICT (es. bioelettronica).
• Per la realizzazione di nuove applicazioni (sistemi di somministrazione
di farmaci, biosensori, biochip, ecc.)
COM(2011) 811 final
- Biotecnologia -

Synthetic Biology
OECD, Biotechnology Policies
• Synthetic biology è un insieme di strumenti
e tecniche che fondono ingegneria e biologia
che si propone di costruire nuove entità
biologiche e ridisegnare quelle esistenti.
• Applicazioni possono essere trovate in medicina,
energia, ambiente e materiali. strumenti e tecniche.
• Si tratta di un nuovo campo, che ha già
stimolato la discussione per quanto
riguarda le sue possibilità tecniche, gli
aspetti etici, il suo ruolo nell'affrontare le
sfide globali e per aumentare la nostra
comprensione della biologia.

Synthetic Biology
OECD, Biotechnology Policies
Deve essere colmato il divario tra le possibili
applicazioni e gli strumenti e le tecniche
disponibili. Investimenti in tecnologie come
sintetizzatori di DNA e le tecnologie
combinatorie sono importanti per rafforzare
la ricerca e ottimizzare la durata degli studi.
Questo richiede investimenti per sviluppare
strumenti e tecniche.
Le grandi aziende farmaceutiche non sono ancora coinvolte nella
Synthetic Biology, anche se già considerano il campo vicino della "
system biology " come fondamentale per affrontare malattie
complesse.

System Biology
• La Biologia post-genomica è focalizzata
sullo studio di proteine isolate e linee
cellulari;
• Per capire perché una sistema biologico
evolve in patologia richiede di
comprendere una serie dinamica e
complessa di interazioni nel sistema,
ma questo non può essere compreso
studiando le diverse entità
separatamente .
• Un approccio di biologia dei sistemi è necessarie per razionalizzare
e modellare un sistema biologico specifico per estrarre ipotesi forti
che porteranno a progredire nel trattamento di pazienti.

System Biology
"L'approccio riduzionista ha
identificato con successo la
maggior parte dei componenti e
molte delle interazioni, ma,
purtroppo, non offre concetti o
metodi convincenti per capire
come le proprietà del sistema
emergono ... il pluralismo delle
cause e degli effetti di sistemi
biologici è meglio affrontato
osservando, attraverso misure
quantitative, più componenti
contemporaneamente e con una
rigorosa integrazione di dati con
modelli matematici.
Il riduzionismo sostiene che un sistema
complesso non è altro che la somma delle sue
parti, e che un risultato può essere ridotto ai
risultati dei singoli costituenti

Bioinformatica
• L’analisi statistica di grandi quantità
di dati biologici.
• Le informazioni possono provenire
da molte fonti, tra cui campioni di
tessuto, ricerca genetica, statistiche
dei pazienti e studi clinici.
• Miglioramenti della capacità di analisi dei dati genetici sono
indispensabili per lo sviluppo della genomica, in quanto:
• Attualmente, costa di più analizzare un genoma che
sequenziarlo.
• I risultati del sequenziamento possono essere ormai ottenuti in
un paio di giorni, l’analisi può impiegare anche 2 settimane.

• L'obiettivo è duplice:
• da un lato, consentire all'industria europea (ad esempio chimica,
sanità, industria mineraria, energia, cellulosa e carta, tessile,
trasformazione dei prodotti alimentari)
– di sviluppare nuovi prodotti e processi che soddisfino le
esigenze industriali e della società;
– e prodotti alternativi per sostituire prodotti esistenti,
migliorati e competitivi, basati sulle biotecnologie;
• d'altra parte, sfruttare il potenziale delle biotecnologie per
individuare, monitorare, prevenire e eliminare l'inquinamento.
COM(2011) 811 final
- Biotecnologia -

• Comprende:
– attività di ricerca sulle vie enzimatiche e metaboliche,
– progettazione di bio-processi,
– fermentazione avanzata,
– processi up- e down-stream,
– una migliore conoscenza della dinamica delle famiglie
microbiche.
• Comprenderà anche lo sviluppo di prototipi per valutare la
fattibilità tecnica ed economica dei prodotti e dei processi
sviluppati.
COM(2011) 811 final
- Biotecnologia -

• Down-stream
COM(2011) 811 final
Up-stream e down-stream process
• Up-stream

3) Piattaforme tecnologiche innovative e competitive
• L'obiettivo è sviluppare piattaforme tecnologiche (per esempio
genomica, meta-genomica, proteomica, metodi molecolari),
che inneschino la leadership e vantaggi competitivi in un
ampio numero di settori economici.
• Include il sostegno allo sviluppo di bio-risorse con proprietà e
applicazioni ottimizzate rispetto alle alternative
convenzionali;
• Che consentano l'esplorazione, la comprensione e lo sfruttamento
in modo sostenibile della biodiversità terrestre e marina per nuove
applicazioni e per sostenere lo sviluppo di soluzioni sanitarie basate
sulla biotecnologia (ad esempio diagnostici, prodotti biologici,
dispositivi biomedici)
COM(2011) 811 final
- Biotecnologia -

2030
• Una sistema sanitario basato
completamente sulla genomica sarà la
norma
– Medicina preventiva individualizzata
– Fattori ambientali e loro interazioni con il
genotipo identificati per molte malattie
– Malattie individuate precocemente
attraverso sorveglianza molecolare
– Terapia genetica e farmacologica per
target genici disponibile per molte
malattie
• Modelli computerizzati di cellule umane
rimpiazzeranno molti esperimenti di
laboratorio
• La vita media raggiungerà i 90 anni,
stressando gli assetti sociali precedenti
2020
• La terapia farmacologica sarà
precisamente indirizzata al
profilo molecolare del tumore
• La diagnosi e prescrizione di
molti farmaci sulla base di
informazioni farmacogenomiche
entrerà nella pratica medica
• La diagnosi delle malattie
mentali sarà trasformata,
nuove terapie saranno in studio,
ci sarà un cambiamento nella
visione della società
• Tecnologie ricombinanti
omologhe suggeriranno che la
terapia genica su cellule
germinali è sicura
Sviluppi futuri conseguenti alle
acquisizioni sul genoma umano

COM(2011) 811 final
Proteomica
• Le proteine sono essenziali
per l’attività cellulare, dal
metabolismo all’espressione
dei geni, alla divisione
cellulare e alla morte
cellulare.
• L'obiettivo della proteomica
è di comprendere la
funzione e la struttura delle
proteine

COM(2011) 811 final
Metagenomica
• La metagenomica è un
approccio basato sull'utilizzo di
tecniche genomiche moderne
per lo studio di comunità
microbiche direttamente nel
loro ambiente naturale,
evitando così il problema della
coltivazione in laboratorio.
• La maggior parte di questi organismi sono di difficile coltivazione a causa delle
loro particolari esigenze (temperature elevatissime, pressioni pari a quella
dei fondali oceanici, concentrazioni saline alte, ecc.) Non potendo coltivare
queste forme di vita, occorre un prelievo nei siti in cui crescono attivamente.

Bioeconomy: la nuova rivoluzione EU
Una nuova rivoluzione verde
• Nel 2012, la Commissione europea ha
adottato una strategia di spostare la
nostra economia verso una maggiore
e più sostenibile uso delle risorse
rinnovabili.
• La Commissione europea (CE), gli
Stati membri dell'UE e l'industria
europea hanno annunciato che
investiranno più di € 22 miliardi di
euro nei prossimi sette anni in ricerca
ed innovazione nella bioeconomia, in
settori che offrano posti di lavoro di
alta qualità.
I settori saranno:
• farmaci innovativi,
• aeronautica,
• industrie bio-based,
• celle a combustibile e
idrogeno,
• elettronica.
• ridurre le emissioni di
carbonio in atmosfera,
• fornire la prossima
generazione di antibiotici
• prodotti di uso quotidiano
«più verdi» ottenuti
utilizzando risorse naturali
rinnovabili e tecnologie
innovative.

Trends futuri per la bioeconomia
L'Ocse vede le seguenti applicazioni delle biotecnologie industriali
con un'alta probabilità di raggiungere il mercato entro il 2030:
• Miglioramento enzimi per una crescente gamma di applicazioni nel
settore chimico.
• Migliori microrganismi che possono produrre un numero sempre
maggiore di prodotti chimici in un unico passaggio, alcuni dei quali
si basano su geni identificati attraverso bioprospecting.
• Biosensori per il monitoraggio in tempo reale degli inquinanti
ambientali ed elementi biometrici per l'identificazione di persone.
• Biocarburanti ad alta capacità energetica, prodotti dalla canna da
zucchero e biomasse da cellulosia.
• Quota di mercato maggiore per i biomateriali come bioplastiche,
soprattutto in settori di nicchia, dove garantiscono vantaggi.
The Bioeconomy to 2030: Designing a Policy Agenda

Barriere al trasferimento dei risultati della
ricerca al mercato, per la bioeconomia
Ci sono almeno 5 barriere che limitano il trasferimento della ricerca al mercato:
• Comprendere precocemente il potenziale tecnologico e di business
dei risultati della ricerca dell’università.
• Per il prossimo futuro deve essere prevista una forte competitività.
– Le nuove tecnologie devono garantire la competitività anche in scenari di alti costi di energia
e delle materie prime. Prodotti provenienti da fonti rinnovabili hanno spesso maggiori costi
di produzione e catene del valore più complesse.
• Modelli di bio-raffineria in grado di produrre prodotti diversi,
– che necessitano di un efficace flessibilità nella gestione dei processi per essere in grado di
adattarsi alle diverse situazioni di mercato. Questi processi flessibili non sono ancora disponibili.
• Periodo di tempo ridotto per esercitare i ricavi derivanti dalla
Proprietà Intellettuale , dopo il lancio del prodotto sul mercato
• La disponibilità di ricercatori adeguatamente istruiti (biologi, chimici,
botanici) e di ingegneri (di impianto, di processo)
KET – INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY -Working Group Report, June 2011

Trend occupazionale nelle biotecnologie

Capacità richieste dall’industria
Current & Projected Workforce Trends in the Life Science Industry, 2013
• Conoscenza delle vie biologiche delle malattie
• Conoscenza delle banche dati/ biblioteche di campioni
Conoscenze tecniche richieste
Biomarkers
Discovery
Identificazione
Biomarcatori
Misurazione
Biomarcatori
Sviluppo metodi
e strumenti
Validazione
Analitica
Validazione
Clinica
• Metodi high throughput per l’identificazione dei biomarcatori
• Analisi per identificare le caratteristiche dei biomarcatori
• Metodi di determinazione diagnostica
• Algoritmi per la valutazione di segnali multiparametrici
• Tecniche per determinare le specifiche dei metodi
• Tecniche e processi per l’ottimizzazione del metodi
• Sviluppo protocolli per la valutazione dei parametri
• Sviluppo procedure per la raccolta e gestione dei campioni
• Conoscenza dello sviluppo clinico mediante piccoli studi pilota
• Gestione dei dati : creazione di database per l’analisi dei dati

STUDIACREAILTUO
CURRICULUM
WINAJOB
and…Make
adifference
2013

La realtà può essere migliore delle
aspettative

Collaborazione
Da non dimenticare che …….
Competizione

Il futuro delle biotecnologie iacobelli 4-10-2013

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