Ginkgo Bioworks aktivizē savu bioloģisko lietuvi, lai ieņemtu miljardu dolāru vērto enzīmu tirgu

Ginkgo Bioworks gatavojas vēl vienam gadam, kas izjauks visu biotehnoloģiju nozares modeli ar savu daudzpusīgo bioloģijas inženierijas pakalpojumu izvēlni. Kā pilna apjoma sintētiskās bioloģijas pakalpojumu sniedzējs Ginkgo dara visu, sākot no jauna izstrādes garšas un smaržvielas lai izstrādātu veselus organismus kultūraugu apstrāde un dzīvās zāles. Pēdējā gada laikā Ginkgo ir veicis pāreju uz biofarma, un tagad viņi ir paziņojuši par jaunu Enzīmu intelekts apkalpošana. Es nesen tērzēju ar Džeisonu Kelliju, vienu no Ginkgo līdzdibinātājiem un pašreizējo izpilddirektoru, kurš uzstāsies SynBioBeta 2023, lai iegūtu sīkāku informāciju par uzņēmuma jaunāko piedāvājumu.

Pāreja uz fermentiem nav pārsteidzoša: ar pielietojumu no biofarmācijas līdz lauksaimniecībai fermenti ir a vairāku miljardu dolāru tirgus. Šīs molekulas ir niecīgas bioloģiskas iekārtas, kas var veikt daudzveidīgas funkcijas — no mūsu ķermeņa uzturēšanas līdz masveida reakciju katalizācijai ķīmiskajā rūpniecībā. Cilvēka ķermenī vien ir pāri 2,700 fermentu un daudzi no tiem ir slimību ārstēšanas mērķi. Ķīmiskajā rūpniecībā fermenti ir svarīgi instrumenti, kas veido un pārtrauc ķīmiskās saites. Un bioekonomikai tie ir būtiski virzītājspēki ilgtspējīgas nākotnes veidošanā.

Neatkarīgi no pielietojuma jomas — vai tā būtu pārtika, farmācija, ādas kopšana, tekstilizstrādājumi, ķimikālijas vai jebkas cits, ko var veidot, izmantojot bioloģiju, fermenti ir bioloģijas darba zirgi, kas pārvērš ilgtspējīgus resursus vērtīgos produktos. Bet katrs konkrētais produkts vai pielietojums ietver pielāgotu enzīmu izstrādi un pilnveidošanu optimālai veiktspējai. Šis process, ko sauc par "enzīmu inženieriju", prasa plašu pētniecību un attīstību: no skaitļošanas algoritmu izstrādes, kas norāda, kurš enzīms var vislabāk darboties konkrētajam uzdevumam, līdz izdomāšanai, kuru saimniekorganismu izmantot tā ražošanai. Katra jauna fermenta izstrādes termiņi ir ārkārtīgi garš, un rezultāti ne vienmēr attaisno sākotnējo ieguldījumu.

Ginkgo Bioworks saka – atmetiet visu: “Šī ir lielā maiņa, ko mēs cenšamies radīt tirgū. Mēs vēlamies, lai cilvēki pārstātu veikt savu iekšējo pētniecību un izstrādi un izmantotu mūsu platformas,” domā Kellija. "Mēs varam jūs aizvest līdz pat komerciālam fermentam no koncepcijas." Tas var būt pievilcīgs piedāvājums daudziem uzņēmumiem, kuri, iespējams, nevēlas investēt savos pētniecības un attīstības pasākumos un kuriem vienkārši ir nepieciešams darbs. Ginkgo sola ne tikai noņemt šo darbu, bet arī darīt to labāk un ātrāk.

Pagatavot vairāk fermentu, ātrāk

Enzīmu inženierija un komerciālā ražošana ir pastāvējusi kādu laiku. Taču tas, kas ir mainījies pēdējā desmitgadē, ir nozares pieprasījums pēc šīm molekulām. Agrāk akadēmiskās laboratorijas un uzņēmumi varēja pavadīt gadus, pielāgojot vienu fermentu, bet tagad bioražošana izdara spiedienu uz fermentu inženieriem, lai viņi piegādātu šos biokatalizatorus. šodien lai mēs varētu sasniegt rītdienas ilgtspējības mērķus.

Lielisku fermentu izstrādei bija nepieciešamas gan zināšanas, gan infrastruktūra. Atkarībā no veicamā uzdevuma daži fermenti var būt jāoptimizē, lai uzlabotu veiktspēju vai uzlabotu stabilitāti skarbos reakcijas apstākļos; citos projektos var būt nepieciešams izstrādāt jaunu fermentu, lai veiktu unikālu reakciju, kurai dabā nav ekvivalenta; un dažreiz viss, kas jums nepieciešams, ir palielināt jau esoša fermenta ražošanu. Neatkarīgi no mērķa, Ginkgo var parūpēties par visu, sākot no dizaina līdz ražošanas procesa optimizācijai.

Piemēram, pandēmijas laikā Ginkgo sadarbojās ar Aldevron, lai uzlabotu tā vaccinia ierobežojošā enzīma ražošanu, kas ir būtisks komponents, ko izmanto COVID-19 mRNS vakcīnu ražošanā. Uzņēmums ātri atpazina šo potenciālo sašaurinājumu vakcīnu ražošanā un strādāja, lai uzlabotu fermentu ražošanas saimniekcelmu un optimizētu fermentācijas apstākļus. Pateicoties Ginkgo uzlabojumiem, Aldevrons varēja veikt 10 reizes vairāk fermentu vienā partijā nekā ar iepriekšējo procesu.

Pasaulē lielākās enzīmu secību datu bāzes izveide

Palielināšana, bez šaubām, ir svarīga, lai pilnībā izmantotu fermentu tirgus potenciālu. Taču patiesais izaicinājums nozarē ir tādu jaunu enzīmu funkciju projektēšana un izstrāde, kas dabā nepastāv. Dizainu nodrošina Ginkgo izsmalcinātā programmatūra, kas veidota uz mašīnmācīšanās algoritmiem. Citiem uzņēmumiem patīk Šūpulis, Biomatērijas modeļi, Kambrija, Arzeda, un Basecamp izpēte izmanto arī mašīnmācības un AI, lai izstrādātu jaunus fermentus vai uzlabotu esošos. Viņi analizē gēnu sekvences no publiskām un patentētām datu bāzēm un izmanto prognozēšanas modeļus, lai “rakstītu” jaunas enzīmu sekvences.

Ja jūs kaut ko zināt par modeļiem, jūs zināt aksiomu, ka modelis ir tikai tik labs, cik labi tas ir apmācīts. Šeit uzņēmumam Ginkgo Bioworks ir milzīgas priekšrocības. Ginkgo kodu bāze, ko uzņēmums dēvē par savu “bioloģisko portfeli”, satur DNS sekvences, kuras var izmantot, lai apmācītu mašīnmācīšanās algoritmus, lai atpazītu funkcijas, kas satur fermentu inženierijai vēlamās īpašības: “Tā kā mēs savas laboratorijas vadām kā rūpnīcas,” saka. Kellija. "Mēs ģenerējam sistematizētus datus tādā ātrumā, kādu nedara neviens cits, un tāpēc mūsu modeļi ir tik labi."

Ginkgo ir ieguldījis lielus ieguldījumus gan digitālajā, gan fiziskajā infrastruktūrā. Dažu pēdējo gadu laikā Ginkgo ir piedzīvojis iespaidīgu izaugsmi, un tagad tajā strādā gandrīz 1,200 darbinieku pēc nesenā Zymergen iegāde. Zymergen iegāde bija kā ligzdošanas lelle kapacitātes palielināšanai: neilgi pirms apvienošanās Zymergen bija iegādājies Radiant Genomics, kas bija izstrādājis rūpniecisku platformu dabisko produktu un gēnu atklāšanai. Zymergen bija arī iegādājies citu uzņēmumu ar nosaukumu Lodo terapija kas bija apkopojis plašu vides mikrobu DNS kolekciju.

Šīs iegādes ir bijušas daļa no apzinātiem centieniem izveidot labāko genoma datubāzi. 2019. gadā Ginkgo investēja pirkšanā Warp Drive Bio viņu genoma ieguves platformai ar mikrobu kolekcijām, kas savāktas no farmācijas uzņēmumiem: “Iespējams, ir veikti pieci vai seši no šiem patentētajiem lielajiem mikrobu sekvencēšanas pasākumiem, un mēs esam iegādājušies trīs no tiem. Tātad, kad mēs sakām, ka mums ir liela patentēta genomikas datubāze, mēs to domājam, ”smejas Kellija.

Ginkgo saka, ka tā datu bāzē pašlaik ir gandrīz 1 miljards sekvenču, un visa šī bagātīgā ģenētiskā informācija ir pieejama viņu klientiem: "Tas ir tikai pakalpojumu līgums, kas nav pieejams ikvienam, kas vēlas izstrādāt produktu," saka Kellijs.

No koncepcijas līdz ražošanai zem viena jumta

Bioloģija ir neticami sarežģīta, tāpēc katra modeļa ģenerētā secība joprojām ir jāpārbauda laboratorijā. Codebase ir tikai "degviela dizaina dzinējam". Faktiskās fiziskās spēkstacijas, kurās tiek veidotas un pārbaudītas datorizētās enzīmu koncepcijas, ir Ginkgo's Foundries. Lietuves ir augstas caurlaidības laboratorijas, kurās ir jaunākā automatizācija, programmatūra un analītika, kas ietver savu DNS sintēzes platformu un vismodernākos fermentatorus, lai varētu ražot un pārbaudīt tūkstošiem celmu un atklāt labākos fermentus. .

Kā jaunuzņēmums vai pat vairāku miljardu dolāru vērts starptautisks gigants, piemēram Merck – Jums ir izvēle: būvēt visu infrastruktūru pašam vai izmantot ārpakalpojumus. Kellija uzskata, ka tas ir bezjēdzīgi: "Jūs varat nākt un uzticēt mums lielu projektu, un tas no jums noņems lielu slodzi."

“Tas, ko mēs patiešām vēlamies aizvest mājās pie saviem klientiem, ir tas, ka jums tas nav jādara pašiem – mēs esam ieguldījuši pusmiljardu dolāru infrastruktūrā un automatizācijā, lai jums tas nebūtu jādara,” saka Kellija. “Mums gūst panākumus, kad gūst panākumus mūsu klientiem” ir Ginkgo filozofija.

Paldies Ketija Tarasava papildu pētījumiem un ziņojumiem par šo rakstu. Esmu SynBioBeta dibinātājs, un daži uzņēmumi, par kuriem rakstu, piemēram, Ginkgo Bioworks, ir uzņēmuma sponsori. SynBioBeta konference un nedēļas sagremot.