Биоинженерия: сокровища природы — на службе человека

Март 2020 г.

Автор: Кэтрин Джуэлл, Отдел публикаций ВОИС

Для Одеда Шосейова, новатора, инженера-материаловеда, изобретателя и предпринимателя, природа — это источник вдохновения. Последние 30 лет он занимается тем, что пытается раскрыть секреты природы, чтобы создавать новые растительные материалы с более выгодными свойствами по сравнению с синтетическими материалами на основе нефти, особенно в плане экологической устойчивости. В этом интервью профессор Шосейов рассказывает о своих наиболее значимых изобретениях и затрагивает роль прав интеллектуальной собственности (ИС) в обеспечении того, чтобы выгоды, предоставляемые такими изобретениями, были широко доступны обществу.

Профессор Одед Шосейов, новатор и инженер-материаловед, является обладателем 62 патентов и научным основателем 14 компаний. «Я считаю, что долг университетов заключается не только в том, чтобы обучать инженеров и ученых. Благодаря нашим научным открытиям у нас есть возможность влиять на жизнь множества людей», — отмечает он. (Фото предоставлено Одедом Шосейовом)

Как вы начали заниматься растительными нанотехнологиями?

Я родился на ферме и всегда интересовался сельским хозяйством. Моя семья держит виноградники уже более 130 лет. Сначала я изучал химию, а затем начал заниматься сельским хозяйством и биоинженерией белков. В 1990 г. я занял должность профессора молекулярной биологии растений на факультете сельского хозяйства в Еврейском университете, где я теперь руковожу довольно большой лабораторией, занимаясь вместе со студентами работой в области белковой инженерии и нанобиотехнологии.

Я всегда интересовался растениями, хотя мои исследования также охватывают медицинские и промышленные сферы. Например, уже многие годы я занимаюсь изучением возможностей использования генов человека для производства человеческого коллагена с помощью растений. Моя работа не ограничивается растениями, но я всегда возвращаюсь к ним, если необходимо создать белки или композиты с растительными материалами. Растения очень эффективны. Они создают все, что нам нужно, включая кислород, и обладают массой ресурсов.

Последние 30 лет профессор Шосейов занимается тем, что пытается раскрыть секреты природы, чтобы создавать новые растительные материалы с более выгодными свойствами по сравнению с синтетическими материалами на основе нефти, особенно в плане экологической устойчивости. Например, путем генетической модификации табака ему удалось найти способ производства растительного коллагена. (Фото предоставлено Одедом Шосейовом)

Вы изобретатель со стажем: на ваше имя зарегистрировано 62 патента. Как вы впервые столкнулись с патентами?

Это длинная история, и все произошло не само собой. Когда я только начинал научную деятельностью, моей основной целью была публикация научных статей и получение постоянного места в университете. Затем, вскоре после поступления на работу в Еврейский университет в Иерусалиме, состоялся судьбоносный ланч с соучредителем компании, которую я консультировал, после чего я отложил публикацию одной научной статьи до подачи патентной заявки на результаты моих исследований. Также мне предоставили щедрый грант на дальнейшие исследования. Соучредитель пообещал мне, что, если я найду способ практического применения своих исследований, он создаст компанию и предоставит мне 4% акций в ней, а также справедливую долю роялти от лицензирования. Разумеется, я смог найти практическое применение, результатом чего стало учреждение компании Futuragene, которую впоследствии купила за 100 млн долл. США компания Suzano, один из крупнейших в Бразилии производителей целлюлозы. Это был большой успех, который помог мне осознать, что у моих исследований большой потенциал, который не заканчивается публикацией очередной научной статьи. Тогда я впервые столкнулся с патентованием и увидел, какую роль оно играет в развитии экономики.

Компании Одеда Шосейова

Профессор Шосейов является автором и соавтором более 200 научных публикаций и владельцем 62 патентов.

Он является научным основателем 14 компаний, включая следующие:

  • Futuragene Limited: создание трансгенных эвкалиптовых деревьев для целлюлозно-бумажной промышленности.
  • Collplant Limited: производство человеческого рекомбинантного коллагена I типа с помощью трансгенных растений для медицинских имплантов, используемых в тканевой инженерии и регенеративной медицине.
  • Biobetter Limited: производство терапевтических антител в растениях табака.
  • GemmaCert Limited: разработка эффективных решений для обеспечения стандартизации медицинских продуктов из каннабиса.
  • SP-Nano materials Limited: производство нанопокрытий на основе белков для отрасли композитных материалов.
  • Melodea Limited: разработка и производство CNC из шлама для пеноматериалов, композитов и связывающих веществ.
  • Valentis Nanotech Limited: разработка и производство прозрачных нано- и биопленок для упаковки пищевых продуктов и применения в сельском хозяйстве.
  • Paulee CleanTec Limited: эта компания с помощью своего устройства AshPoopie стремится стать лидером в области сбора и утилизации экскрементов домашних животных и найти способ превращать отходы человека в стерильные органические удобрения без запаха (этим занимается дочерняя компания Epic-Cleantech.
  • Smart Resilin Limited: разработка способов выделения резилина, что должно позволить производителям использовать этот материал в своих продуктах в целях повышения их выносливости и эластичности.
  • Sensogenic Limited: разработка устройства для диагностики пищевой аллергии.
  • Karme Yosef Winery: компания учреждена в 1999 г. профессором Ами Бравдо, ведущим специалистом по современному виноградарству, и Одедом Шосейовом, его бывшим студентом.

Какое применение своим исследованиям вы тогда нашли?

В том случае моя работа позволила обеспечить ускорение роста эвкалиптовых растений, что нашло применение в целлюлозно-бумажной промышленности. Такие растения стали первыми коммерческими трансгенными лесными растениями, которые получили одобрение надзорных органов Бразилии. После этого я учредил несколько компаний, включая Melodea и Collplant (см. вставку). Хотя я не занимаюсь управлением ими на повседневной основе, я, тем не менее, принимаю участие в их работе — в качестве консультанта, члена правления или ведущего научного специалиста.

Есть ли что-то общее в ваших изобретениях?

(Фото: StockRocket / iStock / Getty Images Plus)

В течение многих миллиардов лет эволюции природа создавала функциональные и экологически устойчивые материалы,

отмечает профессор Шосейов.

Да. Все они связаны с материаловедением и биоматериалами в частности. Биоматериалы значительно превосходят синтетические материалы. Как отметил однажды бывший министр нефтяной промышленности Саудовской Аравии, каменный век закончился не из-за нехватки камня. Точно так же и нефтяной век закончится задолго до того, как кончится нефть. И я бы добавил, что у этого есть причины: биоматериалы значительно эффективнее. Нам нужно просто понять и разобраться, как функционируют живые системы и как разрабатывать инновации на их основе.

В течение многих миллиардов лет эволюции природа создавала функциональные и экологически устойчивые материалы. Ученые не смогли добиться того же за 200 лет развития современной химии. Поэтому в мировом океане растут острова из пластика. Следовательно, что-то нужно изменить, но при этом не изобретать колесо. Я часто говорю: если нужна новая идея, надо открыть старую книгу! На написание этой книги ушло более 3 млрд лет эволюции, а ее текст — это ДНК всех живых организмов. Все, что нам нужно, — прочесть генетический код и начать развитие с этой точки.

Если нужна новая идея, надо открыть старую книгу! На написание этой книги ушло более 3 млрд лет эволюции, а ее текст — это ДНК всех живых организмов. Все, что нам нужно, — прочесть генетический код и начать развитие с этой точки.

Что вас привлекает в работе с биоматериалами?

В основе прочности и функциональности биоматериалов лежит тот факт, что для них характерна самосборка по принципу «снизу-вверх». Отказ синтетических имплантов, которые ставят хирурги-ортопеды, нередко связан с тем, что их механические свойства не соответствуют свойствам окружающих тканей. Почему? Потому что они не являются самособирающимися. Моя голова не прикручена к шее, а кожа не приклеена к телу. В природе все живые организмы состоят из клеток, которые путем самосборки создают ткани и органы. Так устроена жизнь. И именно так должны создаваться вещи.

Расскажите о нанокристаллах целлюлозы (CNC) и их применении.

Нанокристаллы целлюлозы обладают отличными свойствами. Их основой является целлюлозное волокно, которое в изобилии встречается в природе. Это возобновляемый материал, состоящий из сахаров. При этом в весовом отношении CNC в 10 раз прочнее стали, что открывает возможности для множества разнообразных применений. При смешивании с водой в концентрации 3% CNC превращается в жидкие кристаллы, и при нанесении этого раствора на любые поверхности (бумагу, пластик, бетон) вода испаряется, а кристаллы самостоятельно собираются и образуют очень прочную прозрачную пленку. Это отличное решение для упаковки. В прошлом стандартные коробки для сока производились из ламинированного полимера (например, полиэтилена или PET), алюминия и картона. Это хорошее решение с точки зрения упаковки, но оно не дает возможностей для переработки.

Одной из моих компаний, Melodea, удалось найти более эффективную и дешевую альтернативу, предусматривающую использование только пригодной для переработки целлюлозы. Эта компания была учреждена на основе запатентованной технологии, разработанной в моей исследовательской лаборатории. Она производит CNC и вместе с клиентами изучает новые возможности для применения этого материала. Это очень важно, так как они (клиенты) лучше понимают потребности рынка и пути выхода на него. Например, Melodea сотрудничает со шведской компанией Holmen AB и бразильской компанией Klabin SA в области производства биоупаковки на основе CNC в промышленных масштабах.

В действительности Melodea и ее партнеры также способствуют решению одной из крупнейших экологических проблем, связанной с тем, что ежегодно целлюлозная промышленность производит миллионы тонн шлама. Только в Европе ежегодно производится 11 млн тонн. Однако для Melodea и ее партнеров это ценное сырье, которое можно превратить в экологичную упаковку для товаров длительного пользования. При этом для производства упаковки пищевых продуктов мы из соображений безопасности используем целлюлозу из первичного сырья.

CNC также можно использовать для повышения прочности тканей. Если взять хлопчатобумажную пряжу и покрыть ее тонким слоем CNC, то вес пряжи увеличится всего на 1%, тогда как прочность при этом возрастет на 500%. Точно так же, если покрыть стекло CNC, оно станет прочнее, что дает широкие возможности для применения в стеклянных конструкциях и авиации, где необходимо легкое, но прочное стекло, а также в других областях.

Награды

Профессору Шосейову были присуждены следующие награды:

  • Премия им. Полак за выдающиеся научные достижения, 2002 г.;
  • Премия Исаака Кая за инновационные и прикладные исследования, 1999 и 2010 гг.;
  • Благодарность премьер-министра Израиля за предпринимательскую и инновационную деятельность, 2012 г.;
  • Президентская премия за вклад в экономику и общество Израиля, 2018 г.

Какие еще секреты раскрыла вам природа?

Мы также работаем с резилином. Это белок, благодаря которому кошачьи блохи могут прыгать в 200 раз выше собственного размера. Это лучшая резина на Земле! Она встречается у членистоногих и таких насекомых, как стрекозы, которые летают на небольшие расстояния. Вместе с партнерами мы работаем над созданием спортивной обуви с промежуточной подошвой из резилина, а также гибкой электроники, например сенсорного дисплея. Для этих целей мы можем производить резилин экономичным образом путем включения соответствующего гена в бактерию (E.coli) и ее ферментирования. В будущем мы хотели бы разработать экологичные шины. Но для такого крупномасштабного производства нам нужно будет производить резилин с помощью растений и с большим выходом продукции, чтобы снизить издержки. Мы работаем над этим, и со временем все получится.

Компания Melodea и ее партнеры способствуют решению одной из крупнейших экологических проблем: они используют те миллионы тонн шлама, которые ежегодно производит целлюлозная промышленность, для создания экологичной упаковки для товаров длительного пользования. (Фото предоставлено Одедом Шосейовом)

Как вы начали работать над растительным коллагеном?

Популярность продуктов для омоложения кожи (например, с использованием дермальных филлеров) растет уже давно. Компании — производители косметики искали более безопасные, дешевые и эффективные альтернативы животному коллагену и гиалуроновой кислоте. Поэтому я задумался над тем, можно ли производить коллаген с помощью растений. Это была непростая задача, потому что для создания одного функционального белка пришлось использовать пять человеческих генов. Я написал небольшую статью о том, как это сделать, и в итоге, при поддержке технологического инкубатора смог провести апробацию концепции и учредить компанию. Так появилась компания Collplant.

Каким образом вы производите растительный коллаген?

Профессор Шосейов вместе со своей командой работает с
резилином. Это белок, который встречается у членистоногих и таких
насекомых, как стрекозы, которые летают на небольшие расстояния.
По мнению профессора Шосейова, это «лучшая резина в мире».
Он надеется, что в будущем из этого материала можно будет
производить экологичные шины.
(Фото: coopder1 / iStockphoto;enot-poloskun / iStockphoto)

Мы создали генетически модифицированный табак (так как это растение не является частью пищевой цепочки), который содержит пять человеческих генов, необходимых для производства коллагена. Мы выращиваем такие растения из семян в наших теплицах площадью 25 тыс. кв. метров, которые разбросаны по всему Израилю, и затем распространяем саженцы среди фермеров. После сбора листья перевозят в охлаждаемых грузовиках на завод Collplant, где их размалывают для извлечения сока и выделяют коллаген, который затем очищается в чистых помещениях и используется для производства различных медицинских имплантов. Недавно мы завершили клинические испытания и получили одобрение надзорных органов в ЕС и Израиле на производство инъекционного продукта для лечения язв, вызванных синдромом диабетической стопы, и тендинита.

Кроме того, мы разработали биочернила на основе растительного коллагена для 3D-печати тканей и органов. Этот продукт пока находится на доклиническом этапе, но мы уже реализуем очень интересный проект в США с двумя компаниями (United Therapeutics и 3D Systems). Он связан с 3D-печатью человеческих легких. Вы увидите его результаты примерно в 2024 г.

Почему права ИС важны для ваших компаний?

Если рассматривать права ИС как бизнес-активы, то они не менее важны, чем сотрудники. Благодаря правам ИС мы можем работать с такими партнерами, как United Therapeutics и 3D Systems, и делать удивительные вещи. Без прав ИС и той охраны, которую они дают, мои компании были бы уязвимы и привлечь инвесторов было бы практически невозможно. Наряду с законодательным регулированием, права ИС являются ключевым инструментом, обеспечивающим нормальное функционирование общества на этой планете.

Почему вам было важно коммерциализировать свои исследования?

Я считаю, что долг университетов заключается не только в том, чтобы обучать инженеров и ученых. Благодаря нашим научным открытиям у нас есть возможность влиять на жизнь множества людей. Коммерциализация и охрана ИС — это единственный способ реализовать сделанные открытия на практике.

Если рассматривать права ИС как бизнес-активы, то они не менее важны, чем сотрудники. Благодаря правам ИС мы можем работать с партнерами… и делать удивительные вещи. Без прав ИС и той охраны, которую они дают, […] привлечь инвесторов было бы практически невозможно.

Какой проект следующий?

В моей лаборатории в Еврейском университете идет работа над несколькими проектами. В основном они связаны с совершенствованием растительных систем таким образом, чтобы производить животные белки для продовольственной и фармацевтической промышленности. Также мы разрабатываем новые биологические композитные материалы, обладающие выдающимися механическими свойствами, и новые технологии 3D-печати.

Кто вдохновляет вас и почему?

Леонардо да Винчи. Он был величайшим междисциплинарным ученым и изобретателем.

Что бы вы посоветовали молодым амбициозным исследователям/предпринимателям?

Держаться подальше от людей, которые говорят нет. Всегда стремиться к высочайшим целям и сотрудничать с умными людьми.

«Журнал ВОИС» призван помочь читателям улучшить свое понимание интеллектуальной собственности и деятельности ВОИС и не является официальным документом ВОИС. Используемые в этой публикации обозначения и представляемые материалы никоим образом не выражают мнение ВОИС относительно правового статуса каких бы то ни было стран, территорий или районов или их органов власти или относительно делимитации их границ. Данная публикация не преследует цели отразить точку зрения государств-членов или Секретариата ВОИС. Упоминание в публикации конкретных компаний или продуктов определенных производителей не означает, что ВОИС их поддерживает или рекомендует или отдает им предпочтение перед другими аналогичными компаниями и продуктами, которые в материалах не упомянуты.