Рынок белковой инженерии — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз на 2018–2028 гг. Сегментировано по типу продукта (инсулин, моноклональные антитела, факторы свертывания крови {факторы крови + тканевой плазминоген}, вакцины, факторы роста {гормоны + цитокин} и другие типы продуктов), по технологии (нерациональный дизайн белка и рациональный дизайн белка), по конечному по

Обзор рынка

Глобальный рынок белковой инженерии оценивается в 2,56 млрд долларов США в 2022 году и, как ожидается, станет свидетелем впечатляющего роста в прогнозируемый период с CAGR 11,00% до 2028 года. Белковая инженерия — это отрасль биотехнологии, которая включает в себя преднамеренное проектирование, модификацию и оптимизацию белков для создания новых функций, улучшения существующих или адаптации их для конкретных приложений. Белки — это важные биологические макромолекулы, которые выполняют широкий спектр функций в живых организмах, включая катализ химических реакций (ферментов), транспортировку молекул, обеспечение структурной поддержки и регулирование клеточных процессов. Белковая инженерия использует понимание структуры и функции белков для манипулирования этими молекулами в различных целях. Достижения в области методов молекулярной биологии сделали возможным синтез и модификацию генов, кодирующих белки с определенными последовательностями. Это позволяет исследователям создавать совершенно новые белки или модифицировать существующие для различных применений.

Растущий спрос на биофармацевтические препараты, включая моноклональные антитела, вакцины и другие терапии на основе белков, был значительным драйвером. Методы белковой инженерии необходимы для оптимизации производства и эффективности этих препаратов. Постоянные достижения в области геномики, транскриптомики и протеомики давали ценную информацию о роли белков в путях развития заболеваний. Эти знания подпитывали спрос на методы белковой инженерии для разработки целевых терапий. Биотехнологическая и фармацевтическая отрасли переживали устойчивый рост с увеличением инвестиций в исследования и разработки. Этот рост стимулировал спрос на инструменты и услуги белковой инженерии. Белковая инженерия играла решающую роль в разработке методов лечения редких и орфанных заболеваний. Потенциал высокой прибыли на этом нишевом рынке был движущей силой инвестиций и инноваций. Белковая инженерия использовалась для разработки ферментов с улучшенными свойствами для различных промышленных применений, включая производство биотоплива, переработку пищевых продуктов и утилизацию отходов.

Ключевые драйверы рынка

Технологические достижения

Технологические достижения в области белковой инженерии сыграли ключевую роль в формировании этой области и расширении ее применения в различных отраслях промышленности, включая фармацевтику, биотехнологию, сельское хозяйство и промышленные процессы. Технология Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) и CRISPR-ассоциированного белка 9 (Cas9) произвела революцию в белковой инженерии. Она позволяет точно редактировать геном, что позволяет модифицировать гены и конструировать белки с высокой специфичностью и эффективностью. Это имеет далеко идущие последствия для разработки лекарств, сельского хозяйства и фундаментальных исследований. Направленная эволюция — это мощный метод, который имитирует естественный отбор для оптимизации белков для определенных функций. С помощью итеративных раундов мутации и отбора исследователи могут конструировать белки с улучшенными свойствами, такими как повышенное сродство, стабильность или ферментативная активность. Методы высокопроизводительного скрининга (HTS) стали более сложными и автоматизированными, что позволяет проводить быстрый скрининг больших библиотек белков на предмет желаемых свойств. Это ускоряет открытие новых ферментов, терапевтических антител и других продуктов на основе белков. Достижения в вычислительных методах, включая молекулярное моделирование и машинное обучение, позволяют исследователям предсказывать структуру и функцию сконструированных белков. Это экономит время и ресурсы на этапе проектирования и помогает понять взаимодействия белок-лиганд. Методы синтетической биологии позволяют создавать совершенно новые белки и биологические системы. Исследователи могут проектировать и синтезировать гены, кодирующие новые белки с индивидуальными функциями, расширяя возможности белковой инженерии. Улучшения в системах экспрессии белков, таких как дрожжи, бактерии и клетки млекопитающих, улучшили производство рекомбинантных белков и терапевтических антител. Эти достижения увеличивают выход и качество сконструированных белков.

Понимание сворачивания и стабильности белков имеет решающее значение для белковой инженерии. Вычислительные инструменты и экспериментальные методы улучшили прогнозирование структур и стабильности белков, помогая в разработке более надежных белков. Технологии секвенирования нового поколения (NGS) облегчили анализ генетических вариаций и паттернов экспрессии, что позволяет исследователям более эффективно идентифицировать и характеризовать потенциальные цели белковой инженерии. Системы бесклеточного синтеза белков стали более эффективными и универсальными. Они обеспечивают быстрое производство белков без необходимости в живых клетках, что упрощает разработку и изучение различных белков. Недавние разработки в технологиях редактирования генома, такие как CrispRGold и Prime Editing, предлагают еще большую точность и контроль при модификации генетических последовательностей. Эти достижения имеют далеко идущие последствия для генной терапии и белковой инженерии. Такие методы, как ChIP-seq и сшивание белок-ДНК, позволяют исследователям изучать взаимодействия белок-ДНК на молекулярном уровне. Это имеет решающее значение для понимания регуляции генов и разработки ДНК-связывающих белков. Достижения в технологиях протеомики отдельных клеток позволяют профилировать содержание белков в отдельных клетках, предоставляя информацию о клеточной гетерогенности и механизмах заболеваний. Этот фактор поможет в развитии глобального рынка белковой инженерии.

Растущие секторы биотехнологии и фармацевтики

Биотехнология и фармацевтика стали свидетелями перехода к биопрепаратам, которые представляют собой препараты, полученные из живых организмов. Сюда входят моноклональные антитела, вакцины и другие терапевтические средства на основе белков. Белковая инженерия играет решающую роль в разработке, оптимизации и производстве этих биопрепаратов, удовлетворяя растущий спрос на более целенаправленные и эффективные методы лечения. Процесс открытия и разработки новых лекарств часто включает в себя идентификацию и модификацию определенных белков, связанных с заболеваниями. Методы белковой инженерии позволяют модифицировать эти белки для улучшения их терапевтических свойств или создания совершенно новых кандидатов на лекарственные средства. Фармацевтический сектор все больше движется в сторону персонализированной медицины, где методы лечения подбираются под индивидуальные профили пациентов. Белковая инженерия позволяет настраивать терапевтические белки в соответствии с генетическими и молекулярными характеристиками отдельных пациентов, улучшая результаты лечения. Белковая инженерия сыграла важную роль в разработке методов лечения редких и орфанных заболеваний, которые могут не иметь больших групп пациентов. Фармацевтическая промышленность проявила интерес к этим нишевым рынкам, стимулируя спрос на услуги и технологии белковой инженерии.

Биофармацевтическая промышленность опирается на биопроизводственные процессы для производства больших объемов препаратов на основе белков. Белковая инженерия помогает оптимизировать экспрессию, выход и стабильность этих терапевтических белков, обеспечивая эффективное и экономически выгодное производство. Фармацевтические компании постоянно стремятся расширять свои лекарственные линии с помощью инновационных и дифференцированных продуктов. Белковая инженерия позволяет разрабатывать новые биологические препараты и методы лечения на основе белков, помогая компаниям оставаться конкурентоспособными. Разработка комбинированной терапии, когда несколько препаратов используются для воздействия на различные аспекты заболевания, является растущей тенденцией в фармацевтическом секторе. Белковая инженерия может использоваться для разработки дополнительных терапевтических белков, которые работают вместе синергетически. По мере истечения срока действия патентов на некоторые биологические препараты растет рынок биоаналогов, которые являются очень похожими версиями существующих биологических препаратов. Белковая инженерия используется для создания биоаналогов с сопоставимыми профилями эффективности и безопасности. Биотехнологические и фармацевтические компании вкладывают значительные средства в исследования и разработки для вывода новых препаратов на рынок. Эти инвестиции включают финансирование исследований и разработки технологий в области белковой инженерии. Сотрудничество между фармацевтическими компаниями, биотехнологическими фирмами и академическими учреждениями в области исследований белковой инженерии стало обычным явлением. Эти партнерства стимулируют инновации и ускоряют разработку методов лечения на основе белков. Такие события, как пандемия COVID-19, подчеркнули необходимость быстрой разработки вакцин и терапевтических средств. Белковая инженерия сыграла ключевую роль в разработке вакцин и методов лечения COVID-19, продемонстрировав ее важность в решении глобальных проблем здравоохранения. Этот фактор будет стимулировать спрос на мировом рынке белковой инженерии.

Повышенное внимание к редким заболеваниям

Редкие заболевания, также известные как орфанные заболевания, часто не имеют эффективного лечения из-за их низкой распространенности. Белковая инженерия предлагает многообещающий подход к разработке индивидуальных методов лечения этих заболеваний, решая значительные неудовлетворенные медицинские потребности. Изучение редких заболеваний часто включает в себя выявление конкретных генетических мутаций или аномалий белков, лежащих в основе этих состояний. Белковая инженерия позволяет настраивать терапевтические белки для точного нацеливания на молекулярные пути, вовлеченные в редкие заболевания, что позволяет применять подходы прецизионной медицины. Правительства и регулирующие органы по всему миру предоставляют стимулы для разработки орфанных препаратов для лечения редких заболеваний. Белковая инженерия играет важную роль в разработке и оптимизации этих препаратов, включая моноклональные антитела и заместительную ферментную терапию. Редкие заболевания часто вызываются специфическими аномалиями белков. Методы белковой инженерии позволяют разрабатывать целевые терапии, которые могут исправить или компенсировать эти аномалии, что приводит к улучшению результатов лечения.

Моноклональные антитела, разработанные для воздействия на редкие белки, связанные с заболеваниями, показали значительные перспективы в лечении таких состояний, как определенные формы мышечной дистрофии и лизосомные болезни накопления. Белковая инженерия тесно связана с генной терапией, которая имеет большой потенциал для лечения редких генетических заболеваний. Сконструированные белки, такие как вирусные векторы или ферменты, могут использоваться для доставки терапевтических генов пациентам с редкими заболеваниями. Для некоторых редких нарушений обмена веществ необходима ферментозамещающая терапия. Методы белковой инженерии могут оптимизировать стабильность, активность и нацеливание этих терапевтических ферментов. Рынок орфанных препаратов неуклонно растет, чему способствует сочетание нормативных стимулов, увеличения финансирования и достижений в технологиях белковой инженерии. Этот рост стимулирует инвестиции в исследования и разработки в области редких заболеваний. Сотрудничество между академическими исследователями, фармацевтическими компаниями и группами защиты прав пациентов в области редких заболеваний стало более распространенным. Такое сотрудничество ускоряет исследования и разработку методов лечения на основе белков. Активные пропагандистские усилия групп пациентов и фондов, занимающихся редкими заболеваниями, повысили осведомленность и поддержку исследований и разработки методов лечения. Эти усилия стимулируют финансирование и интерес к решениям в области белковой инженерии. Достижения в диагностических технологиях, таких как геномика и протеомика, позволяют идентифицировать биомаркеры, специфичные для редких заболеваний. Затем белковая инженерия может использоваться для разработки диагностических средств и таргетной терапии. Этот фактор ускорит спрос на мировом рынке белковой инженерии.

Основные проблемы рынка

Сложность дизайна белков

Белки имеют сложные трехмерные структуры, которые имеют решающее значение для их функций. Разработка белков со специфическими структурами, которые правильно сворачиваются, является сложной задачей, поскольку небольшие изменения в последовательностях аминокислот могут привести к неправильному сворачиванию и потере функции. Предсказать точную функцию разработанного белка может быть сложной задачей. Многие белки играют многогранную роль в биологических системах, и разработка белка для выполнения определенной функции может быть очень сложной. Обеспечение стабильности разработанного белка и его правильного сворачивания в функциональную конформацию является серьезной проблемой. Достижение правильного сворачивания белка имеет решающее значение для его активности и эффективности. Белки часто взаимодействуют с другими молекулами, такими как лиганды, кофакторы или другие белки. Разработка белка, который взаимодействует избирательно и с высоким сродством с определенной молекулой, может быть сложной. Разработка белков, которые участвуют в специфических белок-белковых взаимодействиях, может быть особенно сложной. Прогнозирование того, как различные белки будут взаимодействовать друг с другом, и точное проектирование этих взаимодействий является сложной задачей. Проектирование белка требует знаний в нескольких дисциплинах, включая биологию, химию, биоинформатику и структурную биологию. Сотрудничество между экспертами в этих областях часто необходимо.

Устойчивость и экологические проблемы

Исследования в области белковой инженерии часто требуют значительных ресурсов, включая лабораторное оборудование, расходные материалы и энергию. Воздействие этих ресурсоемких процессов на окружающую среду может вызывать беспокойство. Производство белковых продуктов, таких как терапевтические белки, ферменты и альтернативные белки (например, мясо на растительной и клеточной основе), может иметь экологические последствия. Оптимизация процессов биопроизводства для большей устойчивости является сложной задачей. Разработка генетически модифицированных организмов (ГМО) для различных применений, включая сельское хозяйство и промышленную биотехнологию, вызывает экологические и нормативные опасения. Обеспечение безопасного использования ГМО и устранение потенциальных экологических последствий имеет важное значение. Биопроизводственные процессы могут генерировать отходы и побочные продукты, которые могут иметь экологические последствия. Управление и минимизация потоков отходов является проблемой устойчивости. Многие процессы белковой инженерии требуют контролируемых сред и точных условий, которые могут быть энергоемкими. Сокращение потребления энергии и переход на возобновляемые источники энергии являются приоритетами для устойчивости. Использование химикатов в белковой инженерии, таких как реагенты для синтеза ДНК и очистки белков, может иметь экологические последствия. Разработка более экологичных подходов к химии является целью устойчивости. Хотя альтернативные белки (растительные и клеточные) часто считаются более устойчивыми, чем традиционное животноводство, их экологический след может различаться. Снижение воздействия этих технологий на окружающую среду является постоянной проблемой.

Основные тенденции рынка

Расширение белковой инженерии

Белковая инженерия используется для изменения генетического состава сельскохозяйственных культур с целью улучшения определенных признаков. Это может включать повышение устойчивости к вредителям и болезням, улучшение толерантности к экологическим стрессорам (например, засухе или засолению) и оптимизацию содержания питательных веществ. Разработка культур с повышенной устойчивостью к болезням с помощью белковой инженерии снижает потребность в химических пестицидах, способствуя экологически чистому и устойчивому сельскому хозяйству. Инженерия культур с устойчивостью к вредителям может защитить урожайность и снизить зависимость от химических инсектицидов, что приносит пользу как окружающей среде, так и фермерам. Белковая инженерия может помочь создать культуры, более устойчивые к засухе, что имеет решающее значение в регионах, сталкивающихся с нехваткой воды и проблемами изменения климата. Белковая инженерия применяется для повышения питательной ценности культур за счет повышения содержания основных питательных веществ, таких как витамины и минералы. Повышая урожайность культур и снижая потребность в химических веществах, белково-инженерные культуры могут способствовать более устойчивым и экологически чистым методам ведения сельского хозяйства. Использование генетически модифицированных культур, разработанных с помощью белковой инженерии, может привести к снижению эрозии почвы, снижению выбросов парниковых газов и снижению сельскохозяйственных стоков, тем самым смягчая вред окружающей среде. Биофортификация подразумевает повышение уровня основных питательных веществ в культурах. Белковая инженерия может сыграть роль в биоукреплении основных культур для решения проблемы недоедания и дефицита питательных веществ у уязвимых групп населения.

Сегментарные идеи

Технологические идеи

В 2022 году сегмент рационального проектирования белков занимал наибольшую долю на мировом рынке белковой инженерии и, как ожидается, продолжит расширяться в ближайшие годы.

Сведения о типе продукта

В 2022 году сегмент моноклональных антител на мировом рынке белковой инженерии занимал наибольшую долю выручки и, как ожидается, продолжит расширяться в ближайшие годы.

Сведения о конечном использовании

В 2022 году сегмент фармацевтических и биотехнологических компаний на мировом рынке белковой инженерии занимал наибольшую долю и, как ожидается, продолжит расширяться в ближайшие годы.

Региональные данные

Северная Америка доминировала на мировом рынке белковой инженерии в 2022 году.

Прогнозируется, что Азиатско-Тихоокеанский регион будет расти самыми быстрыми темпами среднегодового темпа роста в течение прогнозируемого периода. Поскольку в развивающихся странах Азии высокие показатели аутоиммунных, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Кроме того, ожидается, что высокое экономическое развитие в странах с развивающейся экономикой, таких как Индия и Китай, будет поддерживать расширение сектора в неисследованных перспективах этой области. Кроме того, прогнозируется, что расширение региона будет способствовать наличию значительной базы населения для исследований и клинических испытаний приложений белковой инженерии.

Последние события

• В июле 2021 года частный биотехнологический стартап под названием Protomer Technologies («Protomer») был приобретен Eli Lilly и стартапом. Для поиска и создания молекул, которые могут обнаруживать глюкозу или другие эндогенные модуляторы активности белка, Protomer использует свою запатентованную платформу пептидной и белковой инженерии. Protomer разрабатывает белковые терапии следующего поколения, которые могут обнаруживать клеточные молекулярные активаторы. Компания может создавать терапевтические белки и пептиды с настраиваемой активностью, которую можно регулировать крошечными молекулами, благодаря своей запатентованной платформе, основанной на химической биологии. Этот метод использовался Protomer для продвижения различных терапевтических кандидатов, таких как глюкозо-чувствительные инсулины, которые могут определять уровень сахара в крови и автоматически включаться по мере необходимости в течение дня.
• В марте 2022 года было объявлено об исследовательском партнерстве между Amgen и Generate Biomedicines с целью выявления и разработки белковых терапий для пяти клинических целей в различных терапевтических областях и системах доставки. Группа Digital Biologics Discovery была сформирована из-за стратегии генеративной биологии Amgen, направленной на извлечение выгоды из передовых преимуществ компании в области биологии, автоматизации и белковой инженерии. Цель генеративной биологии в Amgen — использовать этот опыт и знания в области биологии вместе с передовой технологией разработки лекарств на основе последовательностей для разработки сложных многоспецифических методов лечения для ряда сложных расстройств. Сокращая время, необходимое для разработки лекарств, и производя потенциальные молекулы-лидеры с предсказуемым производственным и клиническим поведением, опыт Amgen в разработке биологических лекарств может быть объединен с платформой искусственного интеллекта (ИИ) Generate Biomedicines для дальнейшего упрощения разработки многоспецифичных лекарств.

Ключевые игроки рынка

• Agilent Technologies Inc.
• Amgen Inc.
• Bruker Corporation
• Bio-Rad Laboratories Inc.
• Eli Lilly and Company
• Merck KGaA
• Novo Nordisk AS
• PerkinElmer Inc.
• Thermo Fisher ScientificInc.
• Waters Corporation
• Genscripts USA, Inc.
• GE Healthcare