Bioworks Ginkgo Bio Foundry خود را راه اندازی کرد تا بازار آنزیم های میلیارد دلاری را در اختیار بگیرد.

جینکو Bioworks با منوی همه کاره خدمات مهندسی زیست شناسی خود را برای یک سال دیگر برای ایجاد اختلال در کل مدل صنعت بیوتکنولوژی آماده می کند. به عنوان یک ارائه دهنده خدمات زیست شناسی مصنوعی تمام پشته، Ginkgo همه کارها را انجام می دهد: از توسعه موارد جدید طعم و عطر به مهندسی کل موجودات برای درمان های زراعی و داروهای زنده. در سال گذشته، جینکو در حال حرکت به سمت آن بوده است بیوفارما، و در حال حاضر آنها جدید اعلام کرده اند هوش آنزیمی سرویس. من اخیراً با جیسون کلی، یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل فعلی Ginkgo که در SynBioBeta 2023 صحبت خواهد کرد، صحبت کردم تا جزئیات بیشتری در مورد آخرین پیشنهاد این شرکت به دست بیاورم.

حرکت به سمت آنزیم ها تعجب آور نیست: با برنامه های کاربردی از بیوفارما به کشاورزی، آنزیم ها یک چند میلیارد دلاری بازار. این مولکول‌ها ماشین‌های بیولوژیکی کوچکی هستند که می‌توانند عملکردهای چندمنظوره ای را انجام دهند - از نگه داشتن بدن ما تا کاتالیز کردن واکنش‌های مقیاس عظیم در صنایع شیمیایی. در بدن انسان به تنهایی، بیش از وجود دارد 2,700 آنزیم و بسیاری از آنها اهدافی برای درمان بیماری هستند. برای صنایع شیمیایی، آنزیم ها ابزار مهمی هستند که پیوندهای شیمیایی را می سازند و می شکنند. و برای اقتصاد زیستی، آنها محرک های اساسی برای ساختن آینده ای پایدار هستند.

صرف نظر از حوزه کاربرد - اعم از غذا، دارو، مراقبت از پوست، منسوجات، مواد شیمیایی یا هر چیز دیگری که می توان با زیست شناسی ساخت - آنزیم ها نیروی کار زیست شناسی هستند که ورودی های پایدار را به محصولات با ارزش تبدیل می کنند. اما هر محصول یا برنامه خاصی شامل توسعه و تکمیل آنزیم های سفارشی برای عملکرد بهینه است. این فرآیند، که «مهندسی آنزیم» نامیده می‌شود، نیازمند تحقیق و توسعه گسترده است: از توسعه الگوریتم‌های محاسباتی که نشان می‌دهد کدام آنزیم ممکن است برای کار در حال انجام بهتر عمل کند تا اینکه از کدام ارگانیسم میزبان برای تولید آن استفاده شود. جدول زمانی برای توسعه هر آنزیم جدید بسیار طولانی است و نتایج همیشه سرمایه گذاری اولیه را توجیه نمی کند.

Ginkgo Bioworks می‌گوید - همه اینها را رها کنید: «این تغییر بزرگی است که ما در تلاش هستیم در بازار ایجاد کنیم. کلی فکر می‌کند که ما می‌خواهیم مردم از تحقیق و توسعه داخلی خود دست بردارند و از پلتفرم‌های ما استفاده کنند. ما می‌توانیم شما را از یک مفهوم به یک آنزیم تجاری برسانیم.» این ممکن است پیشنهادی جذاب برای بسیاری از شرکت‌هایی باشد که ممکن است نخواهند در تلاش‌های تحقیق و توسعه خود سرمایه‌گذاری کنند و به سادگی به انجام کار نیاز دارند. جینکو قول می دهد که نه تنها این کار را از دستان آنها بردارد بلکه آن را بهتر و سریعتر انجام دهد.

ساخت آنزیم های بیشتر، سریعتر

مهندسی آنزیم و تولید تجاری مدتی است که وجود داشته است. اما آنچه در دهه گذشته تغییر کرده است، تقاضای صنعت برای این مولکول ها است. در گذشته، آزمایشگاه‌ها و شرکت‌های دانشگاهی می‌توانستند سال‌ها صرف تغییر یک آنزیم کنند، اما اکنون تولید زیستی بر مهندسان آنزیم فشار می‌آورد تا این بیوکاتالیست‌ها را تحویل دهند. امروز تا بتوانیم به اهداف پایداری فردا برسیم.

توسعه آنزیم های بزرگ هم نیاز به تخصص و هم زیرساخت دارد. بسته به کار در دست، ممکن است برخی از آنزیم ها برای بهبود عملکرد یا بهبود پایداری در شرایط واکنش سخت بهینه سازی شوند. پروژه های دیگر ممکن است نیاز به توسعه یک آنزیم جدید برای انجام واکنش منحصر به فردی داشته باشند که در طبیعت معادلی برای آن وجود ندارد. و گاهی تنها چیزی که نیاز دارید این است که تولید یک آنزیم موجود را افزایش دهید. صرف نظر از هدف، جینکو می تواند از طراحی گرفته تا بهینه سازی فرآیند تولید مراقبت کند.

به عنوان مثال، در طول همه‌گیری، جینکو با Aldevron برای بهبود تولید آنزیم پوشاننده واکسن، یک جزء حیاتی که در ساخت واکسن‌های mRNA COVID-19 استفاده می‌شود، همکاری کرد. این شرکت به سرعت این گلوگاه بالقوه را برای تولید واکسن تشخیص داد و روی بهبود سویه میزبان تولید آنزیم و بهینه‌سازی شرایط تخمیر کار کرد. به لطف پیشرفت های جینکو، آلدورون می تواند انجام دهد 10 برابر آنزیم بیشتر در هر دسته نسبت به فرآیند قبلی.

ساخت بزرگترین پایگاه داده جهان از توالی آنزیم

بدون شک افزایش مقیاس برای استفاده از پتانسیل کامل بازار آنزیم مهم است. اما چالش واقعی در صنعت طراحی و مهندسی عملکردهای جدید آنزیمی است که در طبیعت وجود ندارند. این طراحی توسط نرم افزار پیچیده Ginkgo ساخته شده است که بر اساس الگوریتم های یادگیری ماشین ساخته شده است. شرکت های دیگر مانند گهواره, طرح های زیست ماده, کامبریوم, ارزداو تحقیقات Basecamp همچنین از قدرت یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی برای طراحی آنزیم های جدید یا بهبود آنزیم های موجود استفاده می کنند. آن‌ها توالی‌های ژنی را از پایگاه‌های اطلاعاتی عمومی و اختصاصی تجزیه و تحلیل می‌کنند و از مدل‌های پیش‌بینی برای «نوشتن» توالی‌های آنزیمی جدید استفاده می‌کنند.

اگر چیزی در مورد مدل‌ها می‌دانید، این اصل را می‌دانید که مدل فقط به اندازه مجموعه داده‌ای است که روی آن آموزش داده شده است. اینجاست که Ginkgo Bioworks یک مزیت بزرگ دارد. پایگاه کد جینکوکه این شرکت از آن به عنوان "پرتفولیوی بیولوژیکی" خود یاد می کند، حاوی توالی های DNA است که می توان از آنها برای آموزش الگوریتم های یادگیری ماشین برای تشخیص ویژگی هایی استفاده کرد که حاوی کیفیت های مورد نظر برای مهندسی آنزیم هستند: "چون ما آزمایشگاه های خود را مانند کارخانه ها اداره می کنیم." کلی. "ما داده های سیستماتیک را با سرعتی تولید می کنیم که هیچ کس دیگری چنین نیست و به همین دلیل است که مدل های ما بسیار خوب هستند."

جینکو سرمایه گذاری زیادی در زیرساخت های دیجیتال و فیزیکی انجام داده است. طی چند سال گذشته، جینکو رشد چشمگیری را پشت سر گذاشته و اکنون نزدیک به 1,200 کارمند دارد. خرید اخیر Zymergen. خرید Zymergen مانند یک عروسک تودرتو برای ایجاد ظرفیت بود: مدت زیادی قبل از ادغام، Zymergen Radiant Genomics را خریداری کرده بود که یک پلت فرم صنعتی برای محصولات طبیعی و کشف ژن ایجاد کرده بود. زیمرگن شرکت دیگری را نیز خریداری کرده بود Lodo Therapeutics که مجموعه وسیعی از DNA میکروبی محیطی را گردآوری کرده بود.

این اکتساب‌ها بخشی از یک تلاش عمدی برای تهیه بهترین پایگاه داده ژنومی در آنجا بوده است. در سال 2019 جینکو روی خرید سرمایه گذاری کرد Warp Drive Bio برای پلت فرم استخراج ژنوم خود، با مجموعه‌های میکروبی جمع‌آوری‌شده از شرکت‌های داروسازی: «احتمالاً پنج یا شش مورد از این تلاش‌های اختصاصی توالی‌یابی میکروبی بزرگ انجام شده است و ما سه مورد از آنها را به دست آورده‌ایم. بنابراین، وقتی می گوییم یک پایگاه داده ژنومیک اختصاصی داریم، منظورمان این است.» کلی می خندد.

Ginkgo می‌گوید که پایگاه داده‌اش در حال حاضر شامل نزدیک به 1 میلیارد توالی است و تمام این اطلاعات ژنتیکی در دسترس مشتریان است: «کلی می‌گوید: «این فقط یک قرارداد خدماتی است که از هر کسی که می‌خواهد محصولی را توسعه دهد فاصله دارد.

از تصور تا تولید زیر یک سقف

زیست شناسی فوق العاده پیچیده است، بنابراین هر توالی تولید شده توسط مدل هنوز باید در آزمایشگاه آزمایش شود. Codebase فقط "سوخت موتور طراحی" است. نیروگاه های فیزیکی واقعی که در آن مفاهیم آنزیمی تولید شده توسط کامپیوتر ساخته شده و مورد آزمایش قرار می گیرند، Foundries جینکو هستند. Foundries آزمایشگاه‌هایی با توان عملیاتی بالا هستند که حاوی جدیدترین اتوماسیون، نرم‌افزار و تجزیه و تحلیل هستند - که شامل پلت فرم سنتز DNA و تخمیرکننده‌های پیشرفته است - تا قادر به تولید و غربالگری هزاران گونه و کشف بهترین آنزیم‌ها باشد. .

به عنوان یک استارت آپ – یا حتی یک غول بین المللی چند میلیارد دلاری مانند مرک - شما یک انتخاب دارید: خودتان تمام زیرساخت ها را بسازید یا برون سپاری کنید. کلی فکر می‌کند که این کار بیهوده‌ای است: «شما می‌توانید بیایید و یک پروژه بزرگ را به ما برون‌سپاری کنید و این بار سنگینی را از دوش شما خواهد برد».

کلی می‌گوید: «چیزی که ما واقعاً می‌خواهیم به مشتریان خود برسانیم این است که نیازی نیست خودتان این کار را انجام دهید – ما نیم میلیارد دلار در زیرساخت‌ها و اتوماسیون سرمایه‌گذاری کرده‌ایم، بنابراین شما مجبور به انجام آن نباشید». «ما زمانی موفق می شویم که مشتریان ما موفق شوند» فلسفه ای است که جینکو بر آن بانکی می زند.

با تشکر از شما کتیا تاراساوا برای تحقیق و گزارش بیشتر در مورد این مقاله. من بنیانگذار SynBioBeta هستم و برخی از شرکت هایی که در مورد آنها می نویسم، مانند Ginkgo Bioworks، حامیان مالی هستند. کنفرانس SynBioBeta و هضم هفتگی.