Ginkgo Bioworks Memulakan Bio Foundrynya Untuk Menguasai Pasaran Enzim Berbilion Dolar

Ginkgo Bioworks sedang bersiap sedia untuk satu tahun lagi untuk mengganggu keseluruhan model industri bioteknologi dengan menu serba boleh perkhidmatan kejuruteraan biologinya. Sebagai penyedia perkhidmatan biologi sintetik tindanan penuh, Ginkgo melakukan segala-galanya: daripada membangunkan baharu rasa dan wangian kepada kejuruteraan seluruh organisma untuk rawatan tanaman and ubat-ubatan hidup. Sepanjang tahun lepas, Ginkgo telah membuat langkah ke biofarma, dan kini mereka telah mengumumkan yang baharu Kecerdasan Enzim perkhidmatan. Saya baru-baru ini berbual dengan Jason Kelly, salah seorang pengasas bersama Ginkgo dan CEO semasa, yang akan bercakap di SynBioBeta 2023, untuk mendapatkan butiran lanjut tentang tawaran terbaharu syarikat itu.

Pergerakan ke dalam enzim tidak menghairankan: dengan aplikasi dari biopharma kepada pertanian, enzim adalah berbilion dolar pasaran. Molekul-molekul ini adalah mesin biologi kecil yang boleh menjalankan fungsi serba boleh - daripada memastikan badan kita berjalan hingga memangkinkan tindak balas berskala besar dalam industri kimia. Dalam tubuh manusia sahaja, ada lebih 2,700 enzim dan kebanyakannya adalah sasaran untuk merawat penyakit. Bagi industri kimia, enzim adalah alat penting yang membuat dan memecahkan ikatan kimia. Dan untuk bioekonomi, mereka adalah pemacu penting untuk membina masa depan yang mampan.

Tanpa mengira bidang aplikasi - sama ada makanan, farmasi, penjagaan kulit, tekstil, bahan kimia, atau apa-apa sahaja yang boleh dibina dengan biologi - enzim adalah tenaga kerja biologi yang menukar input mampan kepada produk berharga. Tetapi setiap produk atau aplikasi tertentu melibatkan pembangunan dan penyempurnaan enzim tersuai untuk prestasi optimum. Proses ini, yang dipanggil "kejuruteraan enzim", memerlukan R&D yang meluas: daripada membangunkan algoritma pengiraan yang mencadangkan enzim yang mungkin berfungsi paling baik untuk tugasan yang sedang dijalankan hinggalah kepada memikirkan organisma hos mana yang akan digunakan untuk pengeluarannya. Garis masa untuk membangunkan setiap enzim baharu adalah sangat panjang, dan keputusan tidak selalu membenarkan pelaburan awal.

Ginkgo Bioworks berkata – hentikan semua itu: “Itulah anjakan besar yang kami cuba buat dalam pasaran. Kami mahu orang ramai berhenti melakukan R&D dalaman mereka sendiri dan memanfaatkan platform kami,” fikir Kelly. "Kami boleh membawa anda ke enzim komersial daripada konsep." Ini mungkin cadangan yang menarik untuk banyak syarikat yang mungkin tidak mahu melabur dalam usaha R&D mereka sendiri dan hanya memerlukan kerja itu selesai. Ginkgo berjanji bukan sahaja untuk mengambil kerja itu dari tangan mereka tetapi melakukannya dengan lebih baik dan lebih cepat.

Membuat lebih banyak enzim, lebih cepat

Kejuruteraan enzim dan pengeluaran komersial telah wujud sejak sekian lama. Tetapi apa yang telah berubah dalam dekad yang lalu ialah permintaan industri untuk molekul ini. Pada masa lalu, makmal dan syarikat akademik boleh menghabiskan masa bertahun-tahun untuk mengubahsuai satu enzim, tetapi kini biopembuatan memberi tekanan kepada jurutera enzim untuk menyampaikan biomangkin ini hari ini supaya kita dapat memenuhi matlamat kelestarian hari esok.

Membangunkan enzim yang hebat memerlukan kepakaran dan infrastruktur. Bergantung pada tugas yang sedang dijalankan, sesetengah enzim mungkin perlu dioptimumkan untuk prestasi yang dipertingkatkan atau kestabilan yang lebih baik dalam keadaan tindak balas yang keras; projek lain mungkin memerlukan pembangunan enzim baharu untuk menjalankan tindak balas unik yang tidak ada persamaannya; dan kadangkala anda hanya perlu meningkatkan pengeluaran enzim yang sedia ada. Tanpa mengira matlamat, Ginkgo boleh menguruskan segala-galanya daripada reka bentuk hingga pengoptimuman proses pembuatan.

Contohnya, semasa pandemik, Ginkgo bekerjasama dengan Aldevron untuk meningkatkan pengeluaran enzim pembatas vaksinnya, komponen kritikal yang digunakan dalam pembuatan vaksin mRNA COVID-19. Syarikat itu dengan cepat mengiktiraf potensi kesesakan ini untuk pembuatan vaksin dan berusaha untuk meningkatkan ketegangan perumah pengeluaran enzim dan mengoptimumkan keadaan penapaian. Terima kasih kepada penambahbaikan Ginkgo, Aldevron boleh buat 10 kali ganda lebih enzim setiap kelompok berbanding dengan proses sebelumnya.

Membina pangkalan data jujukan enzim terbesar di dunia

Peningkatan adalah, tidak syak lagi, penting untuk memanfaatkan potensi pasaran enzim penuh. Tetapi cabaran sebenar dalam industri ialah mereka bentuk dan kejuruteraan fungsi enzim novel yang tidak wujud dalam alam semula jadi. Reka bentuk ini dikuasakan oleh perisian canggih Ginkgo yang dibina pada algoritma pembelajaran mesin. Syarikat lain suka Cradle, Reka Bentuk Biomaterial, Cambrium, Arzeda, dan Penyelidikan Basecamp juga menggunakan kuasa pembelajaran mesin dan AI untuk mereka bentuk enzim baharu atau menambah baik enzim sedia ada. Mereka menganalisis urutan gen daripada pangkalan data awam dan proprietari dan menggunakan model ramalan untuk "menulis" urutan enzim baharu.

Jika anda tahu apa-apa tentang model, anda tahu aksiom bahawa model itu hanya sebaik set data yang telah dilatih. Di sinilah Ginkgo Bioworks mempunyai kelebihan yang besar. Pangkalan Kod Ginkgo, yang syarikat itu rujuk sebagai "portfolio biologi" mereka, mengandungi urutan DNA yang boleh digunakan untuk melatih algoritma pembelajaran mesin untuk mengenali ciri yang mengandungi kualiti yang diingini untuk kejuruteraan enzim: "Kerana kami menjalankan makmal kami seperti kilang," kata Kelly. "Kami menjana data bersistem pada kadar yang tiada orang lain dan itulah sebabnya model kami sangat bagus."

Ginkgo telah melabur banyak dalam infrastruktur digital dan fizikal. Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, Ginkgo telah melalui pertumbuhan yang memberangsangkan dan kini mempunyai hampir 1,200 kakitangan selepas pengambilalihan Zymergen baru-baru ini. Pemerolehan Zymergen adalah seperti anak patung bersarang untuk membina kapasiti: tidak terlalu lama sebelum penggabungan, Zymergen telah memperoleh Radiant Genomics yang telah membangunkan platform perindustrian untuk produk semula jadi dan penemuan gen. Zymergen juga telah membeli syarikat lain yang dipanggil Lodo Therapeutics yang telah menyusun koleksi DNA mikrob alam sekitar yang besar.

Pengambilalihan ini telah menjadi sebahagian daripada usaha yang disengajakan untuk mengatur pangkalan data genom terbaik di luar sana. Pada 2019 Ginkgo melabur dalam pembelian Bio Pemacu Warp untuk platform perlombongan genom mereka, dengan koleksi mikrob yang dikumpulkan daripada syarikat farmasi: “Mungkin terdapat lima atau enam usaha penjujukan mikrob besar proprietari ini dilakukan dan kami telah memperoleh tiga daripadanya. Jadi, apabila kami mengatakan kami mempunyai pangkalan data genomik proprietari yang besar, kami bersungguh-sungguh,” ketawa Kelly.

Ginkgo berkata pangkalan datanya pada masa ini mengandungi hampir 1 bilion jujukan, dan semua kekayaan maklumat genetik itu tersedia kepada pelanggan mereka: "Ia hanya kontrak perkhidmatan daripada sesiapa sahaja yang ingin membangunkan produk," kata Kelly.

Dari konsep hingga pengeluaran di bawah satu bumbung

Biologi adalah sangat kompleks, jadi setiap jujukan yang dihasilkan model masih perlu diuji di makmal. Codebase hanyalah "bahan api untuk enjin reka bentuk". Pusat kuasa fizikal sebenar di mana konsep enzim yang dijana komputer dibina dan diuji ialah Foundries Ginkgo. Foundries ialah makmal berkemampuan tinggi yang mengandungi automasi, perisian dan analitik terkini - yang termasuk platform sintesis DNAnya sendiri dan penapai tercanggih - untuk dapat mengeluarkan dan menyaring beribu-ribu strain dan menemui enzim terbaik .

Sebagai permulaan - atau gergasi antarabangsa berbilion dolar seperti Merck – anda mempunyai pilihan: untuk membina semua infrastruktur itu sendiri atau penyumberan luar. Kelly berpendapat ia tidak perlu dipersoalkan: "Anda boleh datang dan menyumber luar projek besar kepada kami dan itu akan mengambil beban besar daripada anda."

“Apa yang kami benar-benar mahu bawa pulang kepada pelanggan kami ialah anda tidak perlu melakukannya sendiri – kami telah melabur setengah bilion dolar ke dalam infrastruktur dan automasi supaya anda tidak perlu melakukannya,” kata Kelly. 'Kami berjaya apabila pelanggan kami berjaya' adalah falsafah yang disandarkan oleh Ginkgo.

Terima kasih kepada Katia Tarasava untuk penyelidikan dan pelaporan tambahan mengenai artikel ini. Saya ialah pengasas SynBioBeta dan beberapa syarikat yang saya tulis, seperti Ginkgo Bioworks, adalah penaja kepada Persidangan SynBioBeta and penghadaman mingguan.