„Ginkgo Bioworks“ suaktyvina savo biologinę liejyklą, kad užimtų milijardų dolerių vertės fermentų rinką

„Ginkgo Bioworks“ ruošiasi dar vieniems metams sužlugdyti visą biotechnologijų pramonės modelį savo įvairiapusišku biologijos inžinerijos paslaugų meniu. Būdamas visos sintetinės biologijos paslaugų teikėjas, Ginkgo daro viską: nuo naujų kūrimo skoniai ir kvapai sukurti ištisus organizmus pasėlių apdorojimas ir gyvi vaistai. Per pastaruosius metus Ginkgo ėmėsi veiksmų biofarma, o dabar jie paskelbė apie naują Fermentų intelektas paslauga. Neseniai kalbėjausi su Jasonu Kelly, vienu iš „Ginkgo“ įkūrėjų ir dabartiniu generaliniu direktoriumi, kuris kalbės „SynBioBeta 2023“, kad gaučiau daugiau informacijos apie naujausią bendrovės pasiūlymą.

Perėjimas prie fermentų nestebina: naudojant biofarmaciją ir žemės ūkį, fermentai yra a kelių milijardų dolerių turgus. Šios molekulės yra mažytės biologinės mašinos, galinčios atlikti įvairias funkcijas – nuo ​​mūsų kūno paleidimo iki didžiulio masto reakcijų chemijos pramonėje katalizavimo. Vien žmogaus kūne jų yra daugiau 2,700 fermentai ir daugelis iš jų yra ligų gydymo tikslai. Chemijos pramonei fermentai yra svarbūs įrankiai, kurie sukuria ir nutraukia cheminius ryšius. O bioekonomikai jie yra esminiai varikliai kuriant tvarią ateitį.

Nepriklausomai nuo taikymo srities – ar tai būtų maistas, farmacija, odos priežiūra, tekstilė, chemikalai ar bet kas kita, ką galima sukurti naudojant biologiją – fermentai yra biologijos darbiniai arkliukai, kurie tvarias žaliavas paverčia vertingais produktais. Tačiau kiekvienas konkretus produktas ar taikymas apima individualių fermentų kūrimą ir tobulinimą, kad būtų užtikrintas optimalus veikimas. Šiam procesui, vadinamam „fermentų inžinerija“, reikalingi dideli moksliniai tyrimai ir plėtra: nuo skaičiavimo algoritmų kūrimo, kurie rodo, kuris fermentas geriausiai tinka šiai užduočiai, iki išsiaiškinimo, kurį organizmą šeimininką naudoti jo gamybai. Kiekvieno naujo fermento kūrimo terminai yra nepaprastai ilgi, o rezultatai ne visada pateisina išankstines investicijas.

Ginkgo Bioworks sako – atsisakykite viso to: „Tai yra didelis pokytis, kurį mes stengiamės sukurti rinkoje. Norime, kad žmonės nustotų vykdyti savo vidinius MTTP ir panaudotų mūsų platformas“, – mano Kelly. „Mes galime jus nuvesti iki komercinio fermento nuo koncepcijos. Tai gali būti patrauklus pasiūlymas daugeliui įmonių, kurios galbūt nenori investuoti į savo MTEP pastangas ir kurios tiesiog turi atlikti darbą. Ginkmedis žada ne tik nuimti šį darbą iš savo rankų, bet ir padaryti tai geriau ir greičiau.

Gamina daugiau fermentų, greičiau

Fermentų inžinerija ir komercinė gamyba egzistuoja jau kurį laiką. Tačiau per pastarąjį dešimtmetį pasikeitė pramonės poreikis šioms molekulėms. Anksčiau akademinės laboratorijos ir įmonės galėdavo praleisti metus keisdamos vieną fermentą, tačiau dabar biogamyba daro spaudimą fermentų inžinieriams, kad šie pristatytų šiuos biokatalizatorius. šiandien kad galėtume pasiekti rytojaus tvarumo tikslus.

Norint sukurti puikius fermentus, reikėjo ir patirties, ir infrastruktūros. Atsižvelgiant į atliekamą užduotį, kai kuriuos fermentus gali tekti optimizuoti, kad būtų pagerintas jų veikimas arba stabilumas atšiauriomis reakcijos sąlygomis; kituose projektuose gali būti reikalaujama sukurti naują fermentą, skirtą atlikti unikalią reakciją, kuriai gamtoje nėra ekvivalento; ir kartais viskas, ko jums reikia, yra padidinti jau esamo fermento gamybą. Nepriklausomai nuo tikslo, Ginkgo gali pasirūpinti viskuo – nuo ​​projektavimo iki gamybos proceso optimizavimo.

Pavyzdžiui, pandemijos metu „Ginkgo“ bendradarbiavo su „Aldevron“, kad pagerintų vakcinų ribojimo fermento, svarbiausio komponento, naudojamo gaminant COVID-19 mRNR vakcinas, gamybą. Bendrovė greitai atpažino šią galimą vakcinų gamybos kliūtį ir dirbo gerindama fermentų gamybos šeimininko padermę ir optimizuodama fermentacijos sąlygas. Dėl Ginkgo patobulinimų Aldevronas galėjo tai padaryti 10 kartų daugiau fermentų vienai partijai nei naudojant ankstesnį procesą.

Didžiausios pasaulyje fermentų sekų duomenų bazės kūrimas

Didinimas, be jokios abejonės, yra svarbus norint išnaudoti visą fermentų rinkos potencialą. Tačiau tikras iššūkis pramonėje yra naujų fermentų funkcijų, kurių gamtoje nėra, projektavimas ir inžinierius. Dizainas sukurtas naudojant sudėtingą „Ginkgo“ programinę įrangą, sukurtą naudojant mašininio mokymosi algoritmus. Kitos įmonės kaip Cradle, Biomedžiagos dizainas, Kambriumas, Arzedair „Basecam“ tyrimai taip pat naudoja mašininio mokymosi ir AI galią kurdami naujus fermentus arba patobulindami esamus. Jie analizuoja genų sekas iš viešųjų ir patentuotų duomenų bazių ir naudoja nuspėjamuosius modelius, kad „rašytų“ naujas fermentų sekas.

Jei ką nors išmanote apie modelius, žinote aksiomą, kad modelis yra tik tiek geras, kiek duomenų rinkinys buvo apmokytas. Čia Ginkgo Bioworks turi didžiulį pranašumą. Ginkgo kodų bazė, kurį bendrovė vadina savo „biologiniu portfeliu“, yra DNR sekos, kurios gali būti naudojamos mašininio mokymosi algoritmams išmokyti atpažinti funkcijas, turinčias norimų fermentų inžinerijos savybių: „Kadangi savo laboratorijas valdome kaip gamyklas“, – sakoma. Kelly. „Mes generuojame susistemintus duomenis tokiu greičiu, kokio nedaro niekas kitas, todėl mūsų modeliai yra tokie geri.

„Ginkgo“ daug investavo į skaitmeninę ir fizinę infrastruktūrą. Per pastaruosius kelerius metus „Ginkgo“ įspūdingai išaugo ir dabar joje dirba beveik 1,200 XNUMX darbuotojų. neseniai įsigijo Zymergen. „Zymergen“ įsigijimas buvo tarsi lizdinė lėlė pajėgumams didinti: likus nedaug laiko iki susijungimo „Zymergen“ įsigijo „Radiant Genomics“, kuri sukūrė pramoninę natūralių produktų ir genų atradimo platformą. Zymergenas taip pat įsigijo kitą įmonę, pavadintą „Lodo Therapeutics“. kuri sudarė didžiulę aplinkos mikrobų DNR kolekciją.

Šie įsigijimai buvo dalis sąmoningų pastangų sukurti geriausią genomo duomenų bazę. 2019 metais Ginkgo investavo į pirkimą Warp Drive Bio savo genomo gavybos platformai su mikrobų kolekcijomis, surinktomis iš farmacijos kompanijų: „Tikriausiai buvo atliktos penkios ar šešios šios patentuotos didelės mikrobų sekos nustatymo pastangos ir mes įsigijome tris iš jų. Taigi, kai sakome, kad turime didelę patentuotą genomikos duomenų bazę, tai turime omenyje“, – juokiasi Kelly.

„Ginkgo“ teigia, kad jo duomenų bazėje šiuo metu yra beveik 1 milijardas sekų, o visa ta turtinga genetinė informacija yra prieinama jų klientams: „Tai tik paslaugų sutartis su bet kuriuo, norinčiu sukurti produktą“, – sako Kelly.

Nuo sumanymo iki gamybos po vienu stogu

Biologija yra neįtikėtinai sudėtinga, todėl kiekviena modelio sukurta seka vis tiek turi būti išbandyta laboratorijoje. Kodų bazė yra tik „degalai projektavimo varikliui“. Faktinės fizinės jėgainės, kuriose kuriamos ir išbandomos kompiuteriu sukurtos fermentų koncepcijos, yra Ginkgo liejyklos. Liejyklos yra didelio našumo laboratorijos, kuriose yra naujausia automatika, programinė įranga ir analizė, įskaitant savo DNR sintezės platformą ir moderniausius fermentatorius, kad būtų galima gaminti ir tikrinti tūkstančius padermių bei atrasti geriausius fermentus. .

Kaip startuolis – ar net kelių milijardų dolerių vertės tarptautinis milžinas, kaip "Merck" – turite pasirinkimą: kurti visą tą infrastruktūrą patiems arba perduoti iš išorės. Kelly mano, kad tai niekam tikęs: „Galite ateiti ir perduoti mums didelį projektą, ir tai nuims jums didelę naštą“.

„Mes tikrai norime parvežti savo klientus namo, kad jums nereikėtų to daryti patiems – investavome pusę milijardo dolerių į infrastruktūrą ir automatizavimą, kad jums to nereikėtų“, – sako Kelly. „Mums sekasi, kai sekasi mūsų klientams“ – tokia filosofija vadovaujasi „Ginkgo“.

Ačiū Katia Tarasava papildomų tyrimų ir pranešimų apie šį straipsnį. Esu „SynBioBeta“ įkūrėjas ir kai kurios įmonės, apie kurias rašau, pavyzdžiui, „Ginkgo Bioworks“, yra „SynBioBeta“ konferencija ir savaitinis suvirškinimas.