Ginkgo Bioworks spúšťa svoju biozlievareň, aby sa presadila na trhu s enzýmami v hodnote miliardy dolárov

Ginkgo Bioworks sa pripravuje na ďalší rok narušenia celého modelu biotechnologického priemyslu so svojou všestrannou ponukou služieb biologického inžinierstva. Ako poskytovateľ komplexných služieb syntetickej biológie robí Ginkgo všetko: od vývoja nového príchute a vône na skonštruovanie celých organizmov ošetrenie plodín a živé lieky. Za posledný rok sa Ginkgo presťahovalo Biopharma, a teraz ohlásili nový Enzýmová inteligencia služby. Nedávno som sa rozprával s Jasonom Kellym, jedným zo spoluzakladateľov Ginkgo a súčasným generálnym riaditeľom, ktorý bude hovoriť na SynBioBeta 2023, aby som získal ďalšie podrobnosti o najnovšej ponuke spoločnosti.

Prechod na enzýmy nie je prekvapujúci: s aplikáciami od biofarmaceutiky po poľnohospodárstvo sú enzýmy a niekoľko miliárd dolárov trhu. Tieto molekuly sú maličké biologické stroje, ktoré môžu vykonávať všestranné funkcie – od udržiavania nášho tela v chode až po katalyzovanie rozsiahlych reakcií v chemickom priemysle. Len v ľudskom tele je ich viac 2,700 enzýmy a mnohé z nich sú cieľom liečby chorôb. Pre chemický priemysel sú enzýmy dôležitými nástrojmi, ktoré vytvárajú a rušia chemické väzby. A pre biohospodárstvo sú základnými hnacími silami budovania udržateľnej budúcnosti.

Bez ohľadu na oblasť použitia – či už ide o potraviny, farmáciu, starostlivosť o pleť, textílie, chemikálie alebo čokoľvek iné, čo sa dá vytvoriť pomocou biológie – enzýmy sú ťažnými koňmi biológie, ktoré premieňajú udržateľné vstupy na hodnotné produkty. Ale každý konkrétny produkt alebo aplikácia zahŕňa vývoj a zdokonaľovanie vlastných enzýmov pre optimálny výkon. Tento proces, nazývaný „enzýmové inžinierstvo“, si vyžaduje rozsiahly výskum a vývoj: od vývoja výpočtových algoritmov, ktoré navrhnú, ktorý enzým môže najlepšie fungovať pre danú úlohu, až po zistenie, ktorý hostiteľský organizmus použiť na jeho produkciu. Časové harmonogramy vývoja každého nového enzýmu sú neznesiteľne dlhé a výsledky nie vždy oprávňujú počiatočnú investíciu.

Ginkgo Bioworks hovorí – zanechajte všetko: „To je ten veľký posun, ktorý sa snažíme na trhu dosiahnuť. Chceme, aby ľudia prestali robiť svoj vlastný interný výskum a vývoj a využili naše platformy,“ myslí si Kelly. "Môžeme vás dostať až ku komerčnému enzýmu od konceptu." To môže byť atraktívny návrh pre mnohé spoločnosti, ktoré možno nechcú investovať do vlastného úsilia v oblasti výskumu a vývoja a jednoducho potrebujú svoju prácu. Ginkgo sľubuje, že túto prácu nielenže zloží z rúk, ale urobí ju lepšie a rýchlejšie.

Vytvárajte viac enzýmov rýchlejšie

Enzýmové inžinierstvo a komerčná výroba sú tu už nejaký čas. Čo sa však v poslednom desaťročí zmenilo, je dopyt priemyslu po týchto molekulách. V minulosti mohli akademické laboratóriá a spoločnosti stráviť roky vylepšovaním jedného enzýmu, ale teraz biovýroba vyvíja tlak na enzýmových inžinierov, aby dodali tieto biokatalyzátory. dnes aby sme mohli splniť ciele udržateľnosti zajtrajška.

Vývoj skvelých enzýmov si vyžadoval odborné znalosti aj infraštruktúru. V závislosti od aktuálnej úlohy môže byť potrebné niektoré enzýmy optimalizovať na zvýšenie výkonu alebo zlepšenie stability v drsných reakčných podmienkach; iné projekty môžu vyžadovať vývoj nového enzýmu na uskutočnenie jedinečnej reakcie, pre ktorú v prírode neexistuje ekvivalent; a niekedy všetko, čo potrebujete, je zvýšiť produkciu už existujúceho enzýmu. Bez ohľadu na cieľ sa Ginkgo dokáže postarať o všetko od návrhu až po optimalizáciu výrobného procesu.

Napríklad počas pandémie Ginkgo spolupracovalo so spoločnosťou Aldevron na zlepšení produkcie svojho enzýmu na zakrytie vakcínie, kritickej zložky používanej pri výrobe mRNA vakcín COVID-19. Spoločnosť rýchlo rozpoznala túto potenciálnu prekážku pri výrobe vakcín a pracovala na zlepšení hostiteľského kmeňa produkcie enzýmov a optimalizácii podmienok fermentácie. Vďaka Ginkgovým vylepšeniam mohol Aldevron robiť 10-krát viac enzýmu na dávku ako pri predchádzajúcom procese.

Budovanie najväčšej svetovej databázy sekvencií enzýmov

Rozšírenie je nepochybne dôležité pre využitie plného potenciálu trhu s enzýmami. Skutočnou výzvou v tomto odvetví je však navrhovanie a vytváranie nových funkcií enzýmov, ktoré v prírode neexistujú. Dizajn je poháňaný sofistikovaným softvérom Ginkgo postaveným na algoritmoch strojového učenia. Iné spoločnosti ako kolíska, Návrhy biohmoty, Cambrium, Arzedaa Výskum základného tábora tiež využívajú silu strojového učenia a AI na navrhovanie nových enzýmov alebo zlepšovanie existujúcich. Analyzujú génové sekvencie z verejných a proprietárnych databáz a používajú prediktívne modely na „písanie“ nových enzýmových sekvencií.

Ak viete niečo o modeloch, poznáte axiómu, že model je len taký dobrý, ako dobrý je súbor údajov, na ktorom bol trénovaný. V tomto má Ginkgo Bioworks obrovskú výhodu. Ginkgo's Codebase, ktoré spoločnosť označuje ako ich „biologické portfólio“, obsahuje sekvencie DNA, ktoré možno použiť na trénovanie algoritmov strojového učenia, aby rozpoznali vlastnosti, ktoré obsahujú požadované vlastnosti pre enzýmové inžinierstvo: „Pretože naše laboratóriá prevádzkujeme ako továrne,“ hovorí Kelly. "Generujeme systematizované údaje rýchlosťou, ktorou nikto iný, a preto sú naše modely také dobré."

Ginkgo veľa investovalo do digitálnej aj fyzickej infraštruktúry. Za posledných niekoľko rokov prešlo Ginkgo pôsobivým rastom a teraz má takmer 1,200 XNUMX zamestnancov po nedávna akvizícia spoločnosti Zymergen. Akvizícia spoločnosti Zymergen bola ako hniezdo na budovanie kapacít: krátko pred fúziou spoločnosť Zymergen získala spoločnosť Radiant Genomics, ktorá vyvinula priemyselnú platformu na objavovanie prírodných produktov a génov. Zymergen tiež kúpil ďalšiu spoločnosť s názvom Lodo Therapeutics ktorý zhromaždil rozsiahlu zbierku environmentálnej mikrobiálnej DNA.

Tieto akvizície boli súčasťou zámerného úsilia vytvoriť najlepšiu databázu genómu. V roku 2019 Ginkgo investovalo do nákupu Životopis Warp Drive pre ich platformu na ťažbu genómu s mikrobiálnymi zbierkami získanými od farmaceutických spoločností: „Pravdepodobne bolo vykonaných päť alebo šesť týchto vlastných veľkých snáh o mikrobiálne sekvenovanie a my sme získali tri z nich. Takže, keď hovoríme, že máme veľkú proprietárnu databázu genomiky, myslíme to vážne,“ smeje sa Kelly.

Ginkgo tvrdí, že jeho databáza v súčasnosti obsahuje takmer 1 miliardu sekvencií a všetko to množstvo genetických informácií je dostupné pre ich zákazníkov: „Je to len servisná zmluva pre každého, kto chce vyvinúť produkt,“ hovorí Kelly.

Od koncepcie až po výrobu pod jednou strechou

Biológia je neuveriteľne zložitá, takže každá sekvencia vygenerovaná modelom musí byť stále testovaná v laboratóriu. Codebase je len „palivo pre dizajnový motor“. Skutočné fyzikálne elektrárne, kde sa vyrábajú a testujú počítačom generované koncepty enzýmov, sú Ginkgo's Foundries. The Foundries sú vysokovýkonné laboratóriá, ktoré obsahujú najnovšiu automatizáciu, softvér a analytiku – ktorá zahŕňa vlastnú platformu na syntézu DNA a najmodernejšie fermentory – aby boli schopné vyrábať a testovať tisíce kmeňov a objavovať najlepšie enzýmy. .

Ako startup – alebo dokonca medzinárodný gigant v hodnote niekoľkých miliárd dolárov Merck – máte na výber: vybudovať celú túto infraštruktúru sami alebo outsourcovať. Kelly si myslí, že je to zbytočné: „Môžete prísť a zadať nám veľký projekt a to vás veľmi zaťaží.“

„Skutočne chceme našim zákazníkom priniesť to, že to nemusíte robiť sami – investovali sme pol miliardy dolárov do infraštruktúry a automatizácie, takže vy nemusíte,“ hovorí Kelly. „Uspejeme, keď uspejú naši zákazníci“ je filozofia, na ktorej sa Ginkgo spolieha.

Ďakujem Katia Tarasava pre ďalší výskum a správy o tomto článku. Som zakladateľom SynBioBeta a niektoré spoločnosti, o ktorých píšem, ako napríklad Ginkgo Bioworks, sú sponzormi Konferencia SynBioBeta a týždenný prehľad.