A Ginkgo Bioworks beindítja bioöntödéjét, hogy felvegye a helyét a milliárd dolláros enzimpiacon

Ginkgo Bioworks egy újabb évre készül, amikor a biotechnológiai ipar teljes modelljét megzavarja sokoldalú biológiamérnöki szolgáltatásaival. Teljes szintetikus biológia szolgáltatóként a Ginkgo mindent megtesz: az új fejlesztésétől kezdve ízek és illatanyagok egész organizmusok tervezésére terménykezelések és a élő gyógyszerek. Az elmúlt évben a Ginkgo megmozdult biofarma, és most bejelentettek egy új Enzim intelligencia szolgáltatás. Nemrég beszélgettem Jason Kelly-vel, a Ginkgo egyik társalapítójával és jelenlegi vezérigazgatójával, aki a SynBioBeta 2023 rendezvényen fog felszólalni, hogy további részleteket kapjak a cég legújabb ajánlatáról.

Az enzimek felé való elmozdulás nem meglepő: a biofarmától a mezőgazdaságig terjedő alkalmazásokkal az enzimek a több milliárd dollár piac. Ezek a molekulák apró biológiai gépek, amelyek sokoldalú funkciókat képesek ellátni – a testünk működésétől a vegyiparban zajló hatalmas reakciók katalizálásáig. Csak az emberi testben van vége 2,700 enzim és ezek közül sok a betegségek kezelésének célpontja. A vegyipar számára az enzimek fontos eszközök a kémiai kötések létrehozására és megbontására. A biogazdaság számára pedig a fenntartható jövő építésének alapvető mozgatórugói.

Függetlenül az alkalmazási területtől – legyen szó élelmiszerről, gyógyszerről, bőrápolásról, textilekről, vegyszerekről vagy bármi másról, ami biológiával építhető – az enzimek a biológia igáslói, amelyek a fenntartható inputokat értékes termékekké alakítják. De minden egyes termékhez vagy alkalmazáshoz egyedi enzimek fejlesztése és tökéletesítése szükséges az optimális teljesítmény érdekében. Ez az „enzim-mérnökségnek” nevezett folyamat kiterjedt kutatás-fejlesztést igényel: a számítási algoritmusok kidolgozásától, amelyek azt sugallják, hogy melyik enzim működhet a legjobban az adott feladatnál, egészen annak meghatározásáig, hogy melyik gazdaszervezetet használja a termeléshez. Az egyes új enzimek kifejlesztésének határideje elviselhetetlenül hosszú, és az eredmények nem mindig indokolják az előzetes befektetést.

A Ginkgo Bioworks azt mondja – hagyd ezt az egészet: „Ez az a nagy változás, amit megpróbálunk létrehozni a piacon. Azt akarjuk, hogy az emberek ne végezzenek saját házon belüli kutatás-fejlesztést, és kihasználják a platformjainkat” – gondolja Kelly. "Egy koncepciótól kezdve egészen a kereskedelmi enzimekig el tudjuk vinni." Ez vonzó ajánlat lehet sok olyan vállalat számára, amelyek esetleg nem akarnak befektetni saját K+F erőfeszítéseikbe, és egyszerűen csak el kell végezniük a munkát. A Ginkgo megígéri, hogy nemcsak leveszi ezt a munkát, hanem jobban és gyorsabban is elvégzi.

Több enzim készítése gyorsabb

Az enzimfejlesztés és a kereskedelmi termelés már egy ideje létezik. De ami megváltozott az elmúlt évtizedben, az az iparág kereslete ezekre a molekulákra. A múltban az akadémiai laboratóriumok és vállalatok éveket tölthettek egyetlen enzim beállításával, de most a biogyártás nyomást gyakorol az enzimmérnökökre, hogy szállítsák ezeket a biokatalizátorokat. Ma hogy teljesíteni tudjuk a holnap fenntarthatósági céljait.

Nagyszerű enzimek fejlesztése szakértelmet és infrastruktúrát is igényelt. Az adott feladattól függően előfordulhat, hogy egyes enzimeket optimalizálni kell a fokozott teljesítmény vagy a kedvezőtlen reakciókörülmények közötti stabilitás javítása érdekében; más projektek új enzim kifejlesztését írhatják elő olyan egyedi reakció végrehajtására, amelynek a természetben nincs megfelelője; és néha csak egy már létező enzim termelését kell növelni. A céltól függetlenül a Ginkgo a tervezéstől a gyártási folyamat optimalizálásáig mindenről gondoskodik.

Például a világjárvány idején a Ginkgo együttműködött az Aldevronnal, hogy javítsa a vaccinia capping enzim termelését, amely a COVID-19 mRNS vakcinák gyártásában használt kritikus komponens. A vállalat gyorsan felismerte ezt a potenciális szűk keresztmetszetet a vakcinagyártásban, és az enzimtermelő gazdatörzs fejlesztésén és a fermentációs körülmények optimalizálásán dolgozott. A Ginkgo fejlesztéseinek köszönhetően az Aldevron tudott 10-szer több enzim tételenként, mint az előző eljárásnál.

A világ legnagyobb enzimszekvenciák adatbázisának építése

A méretnövelés kétségtelenül fontos az enzimpiaci potenciál teljes kiaknázásához. Az iparban azonban az igazi kihívást olyan újszerű enzimfunkciók tervezése és kivitelezése jelenti, amelyek a természetben nem léteznek. A tervezést a Ginkgo gépi tanulási algoritmusokra épülő kifinomult szoftvere hajtja. Más cégek pl Bölcső, Biomatter Designs, kambrium, Arzedaés Basecamp kutatás a gépi tanulás és a mesterséges intelligencia erejét is használják új enzimek tervezésére vagy a meglévők fejlesztésére. Nyilvános és védett adatbázisokból elemeznek génszekvenciákat, és prediktív modelleket használnak új enzimszekvenciák „írásához”.

Ha tud valamit a modellekről, akkor ismeri azt az axiómát, hogy a modell csak annyira jó, mint az az adatkészlet, amelyre betanították. Ez az, ahol a Ginkgo Bioworks hatalmas előnyt jelent. Ginkgo kódbázisa, amelyet a vállalat „biológiai portfóliójukként” emleget, olyan DNS-szekvenciákat tartalmaz, amelyek segítségével a gépi tanulási algoritmusok betaníthatók, hogy felismerjék azokat a funkciókat, amelyek tartalmazzák az enzimfejlesztéshez szükséges tulajdonságokat: „Mivel laboratóriumainkat gyárakként működtetjük” – mondja. Kelly. „Olyan sebességgel hozunk létre rendszerezett adatokat, mint senki más, és ezért olyan jók a modelljeink.”

A Ginkgo jelentős összegeket fektetett be mind a digitális, mind a fizikai infrastruktúrába. Az elmúlt néhány évben a Ginkgo lenyűgöző növekedésen ment keresztül, és mára közel 1,200 alkalmazottja van. a Zymergen legutóbbi felvásárlása. A Zymergen felvásárlása olyan volt, mint egy fészekbaba a kapacitásépítéshez: nem sokkal az egyesülés előtt a Zymergen felvásárolta a Radiant Genomicsot, amely ipari platformot fejlesztett ki a természetes termékek és gének felfedezéséhez. A Zymergen egy másik céget is vásárolt Lodo Therapeutics amely a környezeti mikrobiális DNS hatalmas gyűjteményét állította össze.

Ezek a felvásárlások annak a szándékos erőfeszítésnek a részét képezték, amely a legjobb genom-adatbázis összeállítására irányult. 2019-ben a Ginkgo vásárlásba fektetett Warp Drive Bio genombányászati ​​platformjuk számára, gyógyszergyártó cégektől gyűjtött mikrobiológiai gyűjteményekkel: „Valószínűleg öt-hat ilyen szabadalmazott nagy mikrobiális szekvenálási erőfeszítést végeztünk, és hármat beszereztünk. Tehát, amikor azt mondjuk, hogy van egy nagy, szabadalmaztatott genomikai adatbázisunk, akkor komolyan gondoljuk” – nevet Kelly.

A Ginkgo azt állítja, hogy adatbázisa jelenleg közel 1 milliárd szekvenciát tartalmaz, és ez a rengeteg genetikai információ elérhető az ügyfeleik számára: „Ez csak egy szolgáltatási szerződés távolságra van mindenkitől, aki terméket szeretne fejleszteni” – mondja Kelly.

A koncepciótól a gyártásig egy fedél alatt

A biológia hihetetlenül összetett, ezért minden modell által generált szekvenciát még tesztelni kell a laboratóriumban. A Codebase csak „az üzemanyag a tervezőmotorhoz”. A tényleges fizikai erőművek, ahol a számítógéppel generált enzimkoncepciókat építik és tesztelik, a Ginkgo's Foundries. Az öntödék nagy áteresztőképességű laboratóriumok, amelyek a legújabb automatizálást, szoftvert és analitikát tartalmazzák – amelyek magukban foglalják a saját DNS-szintézis platformját és a legmodernebb fermentorokat –, hogy több ezer törzset gyárthassanak és szűrjenek, és felfedezzék a legjobb enzimeket. .

Startupként – vagy akár több milliárd dolláros nemzetközi óriásként, mint pl Merck – választhat: saját maga építi fel az infrastruktúrát, vagy kiszervezi. Kelly úgy gondolja, hogy ez nem gond: "Eljöhetsz, és kiszervezhetsz egy nagy projektet nekünk, és ez nagy terhet vesz le rólad."

„Amit igazán haza akarunk vinni ügyfeleinkhez, az az, hogy nem kell saját kezűleg csinálnia – félmilliárd dollárt fektettünk be az infrastruktúrába és az automatizálásba, hogy ne kelljen” – mondja Kelly. „Amikor ügyfeleink sikerrel járunk, akkor sikeresek vagyunk” – ez a Ginkgo filozófiája.

Köszönöm Katia Tarasava a cikkhez kapcsolódó további kutatásokhoz és jelentésekhez. Én vagyok a SynBioBeta alapítója, és néhány cég, amelyekről írok, mint például a Ginkgo Bioworks, szponzorai a SynBioBeta konferencia és a heti megemésztés.