Tegyük fel a szándékosan provokatív kérdést, hogyan lehetne megduplázni az ország bruttó nemzeti össztermékét (GDP)? Ez jelenleg 163,5 milliárd USD, ha úgy tetszik az egy főre jutó GDP 16470 USD, ezzel a világon az ötvenegyedikek vagyunk. Ha megkétszereznénk a bruttó nemzeti összterméket, akkor körülbelül Olaszország szintjére jutnánk. De hogyan lehetne ezt megtenni? Nyilván ha olajat, uránt, lítiumot vagy aranyat találnának nagy mennyiségben mondjuk az Alföldön, az segítene, de erre nem sok esélyt látok. Így mindenképpen valamilyen ipari teljesítménnyel kellene ezt megtenni. Erre tennék egy meglepő javaslatot: Gyárthatnánk fehérjéket.
Egy régebbi írásomban már pedzegettem, hogy a különböző fehérjék gyártása bombaüzlet. Csak az ellenanyagok piaca már most megközelíti a bruttó nemzeti összterméket és erőteljesen nő, várhatóan néhány éven belül le is hagyja. De hogyan lehetne betörni erre a piacra? A dolog nehézsége, hogy például ellenanyagokat génmódosított emlős sejtvonalakban szoktak termelni, így ezeket megfelelő tápoldatban kell tartaniuk, csíramentes környezetben, természetesen úgy, hogy közben kapjanak elég oxigént, tápanyagot és legfőképpen ne fertőződjenek be. Erre bioreaktorokat szoktak használni jelenleg. A mai első cikkünk (Yang és mtsai 2019.) tulajdonképpen egy mérnöki terv, két ellenanyagtermelési módszert hasonlít össze. Az üst-bioreaktorokat és a folyamatos üzemű bioreaktorokat. A végkövetkeztetése annyi, hogy egy üstreaktor rendszerű üzem körülbelül 160 millió dollárba kerül, míg egy folyamatos üzemű reaktor 50 millióba. Az üzemeltetésük is elég borsos árú, az üstreaktoroké évi hatvanmillió dollár, a folyamatos üzemű reaktoroké ennek a fele. Három évnyi építési idővel és tizenöt évnyi működéssel számolva egy megfelelő méretű (évi egy tonna fölötti kapacitású) ilyen gyár üstreaktorokkal 99-360 dollárért állít elő egyetlen gramm ellenanyagot, míg egy folyamatos üzemű gyárnál az előállítási költségek leszoríthatóak 50-100 dollárra is. Ami még mindig bombaüzlet, ugyanis egy gramm ellenanyag átlagos eladási ára gyógyszerként valahol ezer dollárnál kezdődik, bár lényegesen drágábbak is akadnak. Jelenleg úgy néz ki ez az ipar, hogy nagy befektetéssel, jó drágán, de kincset érő terméket állít elő.
No de akkor miért éppen ezt emelem ki, hogyan lehetne ebbe az iparba betörni? Ha megnézzük ugyanebben a cikkben egy ellenanyag bekerülési költségeit, amit az első ábra részletez, észrevehetjük, hogy az ellenanyagokat termelő sejtek felszaporítása adja a költségek kétharmadát. Nem csoda, rengeteg emberi munkát és általában elég drága táptalajokat igényel. Viszont létezik rá módszer, hogy ezt a költséget jelentősen lecsökkentsük. Fehérjéket nem csak emlős sejtvonalak termelnek, hanem gyakorlatilag minden élőlény. Nagyobb méretű fehérjék, mint például egy ellenanyag nehezen termeltethetőek meg baktériumokban, ellenben növények például használhatóak fehérjetermelésre. Ezzel az eljárással egy génkazettát juttatnak a növény genomjába, ami a megfelelő fehérjét kódoló gént tartalmazza. A génmódosított növényeket egyszerűen a szántóföldön nevelik fel, ahogy minden más haszonnövényt, majd learatják, a növényi részekből kivonják a megtermelt fehérjét. Szépen hangzik, de mennyi is termeltethető így?
Az ötlet egyáltalán nem új, több mint húsz éve (1997 -ben) próbálkozott először egy ProdiGene nevű cég szántóföldön termesztett kukoricában fehérjetermeléssel. Sajnos a GMO ellenes hisztéria áldozatául esett a kísérlet: az USDA ellenőrei 2002 -ben kétszer is találtak az árvakelés között a ProdiGene génmódosított kukoricájából, sőt, az egyik alkalommal a betakarított szójabab közé is keveredett belőle. Ugyan azt azóta sem sikerült bemutatni, hogy ez hogyan árthatott volna bárminek vagy bárkinek, de mivel a cégnek kötelessége lett volna ezt huszonnégy órán belül jelenteni az USDA ellenőreinek, amit valamiért elmulasztott, rávertek egy csinos büntetést, illetve ki kellett fizetnie a teljes szójababmennyiség árát, amivel érintkezhetett a kukoricája, így a végső számla 3,75 millió dollárnál állt meg. Tökéletes példa arra, hogy megfelelően lehetetlen szabályozással bármilyen üzletet ki lehet készíteni.
De azóta szerencsére mások is próbálkoztak ilyesmivel, Moon és munkatársai 2020 -as cikke éppen ezzel foglalkozik. A szakirodalomból gyűjtötték össze, hogy milyen növényi fehérjetermelő rendszereket próbáltak ki eddig és milyen eredménnyel. A mi önző szempontunkból három kísérlet érdekes: az első kettő a MucoRice-ARP1 és a MucoRice-mTNF-VHH. Mindkettőről írtunk már itt a Critical Biomass blogon, mindkettő egy-egy génmódosított rizs, amik egy-egy fehérjét termelnek nagy mennyiségben. A két megtermelt fehérje ugyan kis méretű (~13 kDa tömegű, míg egy ellenanyag molekula ~150 kDa), ám mindkettő egy-egy ellenanyag rövidebb szakasza, amik önmagukban is használhatóak a gyógyászatban. A kitermelésük döbbenetes, az ARP1 fehérje a rizs tömegének 0,85% -át tette ki, míg az mTNF-VHH fehérje a rizsszemek tömegének 1,45% -át adta. Ez nem hangzik soknak, de Magyarországon a rizs termésátlaga eléri a hektáronkénti négy tonnát. Vagyis ha az alacsonyabbik értékkel számolunk, egy hektár rizsben megtermeltethető harmincnégy kilogramm fehérje. Mennyit ér ez? Ha az első közlemény bekerülési költségeivel számolunk, akkor a legalacsonyabb érték is 50 dollár, aminek kétharmada a fehérje előállítása, vagyis jelenleg egy gramm ellenanyag előállítási költsége 33 USD. Ha mondjuk ennek a feléért (16 USD) tudjuk piacra vinni a rizsben termelt ellenanyagunkat, akkor a harmincnégy kiló valamivel több, mint félmillió dollárt ér (544000 USD). Így háromszázezer hektáron (a magyar vetésterület 4,1% -án) meg is termelhetnénk a magyar bruttó nemzeti összterméket. Ha csak grammonként tíz dollárért adjuk el, 340000 USD az évi termésünk hektáronként (a vetésterület 6,5% -án megteremne a GDP), ha csak öt dollárért (a jelenlegi előállítási költség hatodáért), akkor egy hektár rizs évente százhetvenezer dollárt jövedelmez (a vetésterület 13% -a jövedelmezne a jelenlegi GDP -vel egyenlő mennyiségű dollárt). Elég szép haszon, semmilyen mezőgazdasági termelés sem ér a közelébe sem.
Ha megnézzük a harmadik, számunkra érdekes rendszert, Huang és munkatársai 2010 -ben dohánynövényekben termeltek teljes méretű ellenanyagokat. A rendszerük sokkal rugalmasabban működött, mint a MucoRice platform, ők a dohánynövények leveleit baktériumoldattal kezelték, a baktériumok a dohány sejtjeibe jutva a növénysejtek genomjába juttatták az ellenanyagokat kódoló géneket, így a dohánynövények termelték meg a fehérjét. Ez a rendszer számos előnyt mutat, hiszen a génkazetták baktériumsejtekben készíthetőek el, lényegesen gyorsabban, mint ahogy egy génmódosított dohánynövény előállítható (bár az sem tart túl sokáig). Ezen kívül a dohány egy ígéretes ipari növény, évezredek óta termesztik, Magyarországon is könnyedén termelhető, rég kiépült a dohányiparunk is, ám az eredeti felhasználása (a füstjét belélegezzük) erősen rákkeltő, így leginkább egyáltalán nem kellene dohányzásra használnunk. Viszont így jelentős szabad termelési kapacitásaink maradtak, megvan hozzá a szakmai hátterünk, hogy korlátlan mennyiségben termeljünk dohányt. Ráadásul a dohány általában nem keveredik élelmiszerekkel, aki esetleg amiatt aggódik, hogy emberi fogyasztásra kerülnének a fehérjetermelő növények (nem mintha ennek bármi veszélye lenne), az a bagórágás elhagyásával egyszerűen elkerülheti őket. A zölddohány 0,5 % ellenanyagot termelt ugyan, ám mivel egy hektáron tizenhat tonna zöld dohány terem, így elérhető a hektáronkénti 80 kg fehérjetermelés. Megjegyzendő, hogy ezt a rendszert üvegházakban próbálták ki eddig, mivel a baktériumkezelés után néhány nappal már leszüretelhető a megtermelt fehérje, így nem tudni, mennyire működne szabad földön, könnyen lehet, hogy a hektáronkénti 80 kg túlzás, így ehhez nem is számoltam GDP értéket. Akkor is igen szép eredmény és komoly haszon.
Viszont a kérdésnek magyar vonatkozásai is akadnak. Az English and Scientific Consulting Kft. egy Nógrád megyei kis faluban, Szirákon működtet egy apró ellenanyaggyárat, ahol emlős sejtvonalakban termelnek ellenanyagokat és ezeket forglamazzák. Ez valamiért nagyon foglalkoztatja a magyar sajtót, pedig a cég csak árnyéka annak, ami lehetett volna. Ha ugyanis kicsit feltúrjuk a szakirodalmat, találhatunk egy érdekes doktori dolgozatot 2005 -ből, amiben Bogdan Morgun éppen azt írja le, hogy megpróbálták a SCICONS Kft. három ellenanyagát dohányban megtermeltetni, méghozzá a cégalapító, Lukács Noémi témavezetésével, a Szegedi Biológiai Kutatóközpontban. Ezek a növények a szó hagyományos értelmében génmódosítottak, magról szaporíthatóak, a kikelő növények termelik meg az ellenanyagot. Sajnos nem találtam rá adatot, hogy mennyiségileg mennyit termelnek, de abból ítélve, hogy a SCICONS cég 1180 dollárért árul egyetlen milligramm ellenanyagot, vélhetőleg hektáronként néhány kilogramm is csillagászati hasznot hozna. Vagyis jó tizenöt évvel ezelőtt elkészültek azok a dohánynövények, amik berobbanthatták volna a fehérjetermelés forradalmát Magyarországon, de ugye mi inkább a GMO tilalom irányába mozdultunk el. Azért érdekes eljátszani a gondolattal, mi lenne, ha akkor nem nyírjuk ki törvényi úton a magyar fejlesztéseket, hanem engedjük, hogy a SCICONS jelentős árelőnnyel gyártson ellenanyagokat? Könnyen előfordulhat, hogy mára nem egy világvégi faluban működő háromfős családi vállalkozás lenne, három ellenanyaggal, hanem a világpiacból jelentős részt hasított volna ki magának, így milliárd dolláros hasznot termelő bivalyerős biotech óriássá hízott volna, néhány száz ellenanyaggal, néhány ezer alkalmazottal és annyi adóbefizetéssel, hogy el sem tudná költeni az egész megye.
A megoldás ott a kezünkben, csúcstechnológiás iparágakkal a kis országok is könnyedén fölemelkedhetnek. Csak hagyni kellene, hogy működjenek ezek a cégek, nem törvényi úton kinyírni őket.
Yang, O., Prabhu, S., & Ierapetritou, M. (2019). Comparison between batch and continuous monoclonal antibody production and economic analysis. Industrial & Engineering Chemistry Research, 58(15), 5851-5863.
Moon, K. B., Park, J. S., Park, Y. I., Song, I. J., Lee, H. J., Cho, H. S., ... & Kim, H. S. (2020). Development of systems for the production of plant-derived biopharmaceuticals. Plants, 9(1), 30.
Huang, Z., Phoolcharoen, W., Lai, H., Piensook, K., Cardineau, G., Zeitlin, L., ... & Chen, Q. (2010). High‐level rapid production of full‐size monoclonal antibodies in plants by a single‐vector DNA replicon system. Biotechnology and bioengineering, 106(1), 9-17.
