Ginkgo Bioworks pokreće svoju biolivnicu kako bi zauzeo tržište enzima od milijardu dolara

Ginkgo Bioworks sprema se za još jednu godinu narušavanja cjelokupnog modela biotehnološke industrije sa svojim svestranim izborom usluga biološkog inženjeringa. Kao potpuni dobavljač usluga sintetičke biologije, Ginkgo radi sve: od razvoja novih ukusi i mirisi za inženjering čitavih organizama za tretmani useva i živih lijekova. Tokom prošle godine, Ginkgo je krenuo biopharma, a sada su najavili i novu Enzimska inteligencija usluga. Nedavno sam razgovarao sa Jasonom Kellyjem, jednim od Ginkgo-ovih suosnivača i trenutnim izvršnim direktorom, koji će govoriti na SynBioBeta 2023, kako bih dobio više detalja o najnovijoj ponudi kompanije.

Prelazak na enzime nije iznenađujući: s primjenom od biofarme do poljoprivrede, enzimi su više milijardi dolara tržište. Ovi molekuli su sićušne biološke mašine koje mogu da obavljaju raznovrsne funkcije – od održavanja naših tela do katalizacije masovnih reakcija u hemijskoj industriji. Samo u ljudskom tijelu, ima ih više 2,700 enzima a mnogi od njih su mete za liječenje bolesti. Za hemijsku industriju, enzimi su važni alati koji stvaraju i razbijaju hemijske veze. A za bioekonomiju, oni su ključni pokretači za izgradnju održive budućnosti.

Bez obzira na područje primjene – bilo da se radi o hrani, farmaciji, njezi kože, tekstilu, hemikalijama ili bilo čemu drugom što se može izgraditi uz pomoć biologije – enzimi su radni konji biologije koji pretvaraju održive inpute u vrijedne proizvode. Ali svaki specifični proizvod ili aplikacija uključuje razvoj i usavršavanje prilagođenih enzima za optimalne performanse. Ovaj proces, nazvan “enzimski inženjering”, zahtijeva opsežno istraživanje i razvoj: od razvoja računskih algoritama koji sugeriraju koji enzim može najbolje funkcionirati za zadatak koji je pred vama do otkrivanja koji organizam domaćina koristiti za njegovu proizvodnju. Vremenski okviri za razvoj svakog novog enzima su strašno dugi, a rezultati ne opravdavaju uvijek investiciju unaprijed.

Ginkgo Bioworks kaže – odbacite sve to: „To je veliki pomak koji pokušavamo da napravimo na tržištu. Želimo da ljudi prestanu da se bave vlastitim istraživanjem i razvojem i iskoriste naše platforme,” misli Kelly. “Možemo vas odvesti sve do komercijalnog enzima od koncepta.” Ovo može biti atraktivna ponuda za mnoge kompanije koje možda neće želeti da ulažu u sopstvene napore u istraživanju i razvoju i jednostavno trebaju obavljen posao. Ginkgo obećava ne samo da će skinuti taj posao iz njihovih ruku, već će ga raditi bolje i brže.

Stvaranje više enzima, brže

Enzimski inženjering i komercijalna proizvodnja postoje već neko vrijeme. Ali ono što se promijenilo u posljednjoj deceniji je potražnja industrije za ovim molekulima. U prošlosti su akademske laboratorije i kompanije mogle provesti godine u podešavanju jednog enzima, ali sada bioproizvodnja vrši pritisak na enzimske inženjere da isporuče ove biokatalizatore. danas kako bismo mogli ispuniti sutrašnje ciljeve održivosti.

Za razvoj sjajnih enzima potrebna je i stručnost i infrastruktura. Ovisno o zadatku, neki enzimi će možda morati biti optimizirani za poboljšane performanse ili poboljšanu stabilnost u teškim uvjetima reakcije; drugi projekti mogu zahtijevati razvoj novog enzima za izvođenje jedinstvene reakcije za koju ne postoji ekvivalent u prirodi; a ponekad sve što trebate je povećati proizvodnju već postojećeg enzima. Bez obzira na cilj, Ginkgo se može pobrinuti za sve, od dizajna do optimizacije proizvodnog procesa.

Na primjer, tokom pandemije, Ginkgo je sarađivao sa Aldevronom kako bi poboljšao proizvodnju svog enzima za zatvaranje vakcinije, kritične komponente koja se koristi u proizvodnji mRNA vakcine COVID-19. Kompanija je brzo prepoznala ovo potencijalno usko grlo za proizvodnju vakcina i radila na poboljšanju soja domaćina za proizvodnju enzima i optimizaciji uslova fermentacije. Zahvaljujući poboljšanjima Ginkgo-a, Aldevron je mogao napraviti 10 puta više enzima po seriji nego kod prethodnog procesa.

Izgradnja najveće svjetske baze podataka o sekvencama enzima

Povećanje je, bez sumnje, važno za iskorištavanje punog tržišnog potencijala enzima. Ali pravi izazov u industriji je dizajniranje i inženjering novih funkcija enzima koje ne postoje u prirodi. Dizajn pokreće Ginkgo sofisticirani softver izgrađen na algoritmima mašinskog učenja. Druge kompanije poput Cradle, Biomatter Designs, Cambrium, Arzeda, I Basecamp Research također koriste moć mašinskog učenja i AI za dizajniranje novih enzima ili poboljšanje postojećih. Oni analiziraju sekvence gena iz javnih i vlasničkih baza podataka i koriste prediktivne modele kako bi "pisali" nove sekvence enzima.

Ako znate nešto o modelima, znate aksiom da je model dobar onoliko koliko je dobar skup podataka na kojem je obučen. Ovdje Ginkgo Bioworks ima ogromnu prednost. Ginkgo's Codebase, koji kompanija naziva svojim "biološkim portfeljem", sadrži sekvence DNK koje se mogu koristiti za obuku algoritama mašinskog učenja da prepoznaju karakteristike koje sadrže željene kvalitete za enzimsko inženjerstvo: "Zato što svoje laboratorije vodimo kao fabrike", kaže Kelly. „Generišemo sistematizovane podatke brzinom kojom niko drugi nije i zato su naši modeli tako dobri.”

Ginkgo je mnogo investirao i u digitalnu i u fizičku infrastrukturu. U posljednjih nekoliko godina, Ginkgo je prošao kroz impresivan rast i sada ima blizu 1,200 zaposlenih nakon nedavna akvizicija Zymergena. Zymergenova akvizicija bila je poput lutke za gniježđenje za izgradnju kapaciteta: nedugo prije spajanja, Zymergen je kupio Radiant Genomics koji je razvio industrijsku platformu za otkrivanje prirodnih proizvoda i gena. Zymergen je također kupio drugu kompaniju pod nazivom Lodo Therapeutics koji je sakupio ogromnu kolekciju mikrobne DNK životne sredine.

Ove akvizicije bile su dio namjernog napora da se napravi najbolja baza podataka genoma. U 2019. godini Ginkgo je investirao u kupovinu Warp Drive Bio za njihovu platformu za rudarenje genoma, sa kolekcijama mikroba prikupljenim od farmaceutskih kompanija: „Vjerovatno je urađeno pet ili šest ovih vlasničkih velikih pokušaja sekvenciranja mikroba, a mi smo nabavili tri od njih. Dakle, kada kažemo da imamo veliku vlasničku bazu podataka o genomici, to i mislimo”, smije se Kelly.

Ginkgo kaže da njegova baza podataka trenutno sadrži blizu 1 milijardu sekvenci, a svo to bogatstvo genetskih informacija dostupno je njihovim kupcima: „To je samo ugovor o usluzi od svakoga ko želi da razvije proizvod“, kaže Kelly.

Od koncepta do proizvodnje pod jednim krovom

Biologija je nevjerovatno složena, tako da svaka sekvenca generirana modelom još uvijek mora biti testirana u laboratoriji. Codebase je samo „gorivo za motor dizajna“. Stvarne fizičke elektrane u kojima se grade i testiraju kompjuterski generisani koncepti enzima su Ginkgo's Foundries. Livnice su laboratorije visoke propusnosti koje sadrže najnoviju automatizaciju, softver i analitiku – što uključuje vlastitu platformu za sintezu DNK i najsavremenije fermentore – kako bi mogli proizvesti i pregledati hiljade sojeva i otkriti najbolje enzime .

Kao startup – ili čak više milijardi dolara vrijedan međunarodni gigant Merck – imate izbor: da sami izgradite svu tu infrastrukturu ili da eksternalizujete. Kelly smatra da je to beznačajno: „Možete doći i predati nam veliki projekat i to će vam skinuti veliki teret.“

„Ono što zaista želimo da dovedemo našim kupcima do kuće je da ne morate to da radite sami – uložili smo pola milijarde dolara u infrastrukturu i automatizaciju, tako da ne morate,“ kaže Kelly. 'Mi uspijevamo kada naši klijenti uspiju' filozofija je na koju se Ginkgo oslanja.

Hvala Katia Tarasava za dodatna istraživanja i izvještavanje o ovom članku. Osnivač sam SynBioBeta i neke od kompanija o kojima pišem, kao što je Ginkgo Bioworks, su sponzori SynBioBeta konferencija i sedmični pregled.