Ginkgo Bioworks otvara svoju bioljevaonicu kako bi preuzeo tržište enzima vrijedno milijarde dolara

Bioradio Ginkgo sprema se za još jednu godinu narušavanja cijelog modela biotehnološke industrije svojim raznolikim izborom usluga biološkog inženjeringa. Kao cjeloviti pružatelj usluga sintetičke biologije, Ginkgo radi sve: od razvoja novih okusi i mirisi do inženjeringa cijelih organizama za tretmani usjeva i živi lijekovi. Tijekom prošle godine, Ginkgo je napravio poteze u biofarma, a sada su najavili i novu Enzimska inteligencija servis. Nedavno sam razgovarao s Jasonom Kellyjem, jednim od suosnivača Ginkga i trenutnim izvršnim direktorom, koji će govoriti na SynBioBeta 2023, kako bih dobio više pojedinosti o najnovijoj ponudi tvrtke.

Prelazak na enzime nije iznenađujući: s primjenama od biofarmake do poljoprivrede, enzimi su više milijardi dolara tržište. Te su molekule sićušni biološki strojevi koji mogu obavljati raznolike funkcije – od održavanja naših tijela u radu do kataliziranja reakcija velikih razmjera u kemijskoj industriji. Samo u ljudskom tijelu ima preko 2,700 enzima a mnogi od njih su mete za liječenje bolesti. Za kemijsku industriju enzimi su važni alati koji stvaraju i razbijaju kemijske veze. A za bioekonomiju, oni su ključni pokretači izgradnje održive budućnosti.

Bez obzira na područje primjene – bilo da se radi o hrani, farmaciji, njezi kože, tekstilu, kemikalijama ili bilo čemu drugom što se može izgraditi pomoću biologije – enzimi su biološki radni konji koji pretvaraju održive inpute u vrijedne proizvode. Ali svaki specifični proizvod ili primjena uključuje razvoj i usavršavanje prilagođenih enzima za optimalnu izvedbu. Ovaj proces, nazvan "inženjering enzima", zahtijeva opsežna istraživanja i razvoj: od razvoja računalnih algoritama koji sugeriraju koji bi enzim mogao najbolje funkcionirati za zadatak koji je pri ruci do otkrivanja koji organizam domaćin koristiti za njegovu proizvodnju. Vremenski rokovi za razvoj svakog novog enzima su nesnosno dugi, a rezultati ne opravdavaju uvijek početna ulaganja.

Ginkgo Bioworks kaže – odbacite sve to: “To je veliki pomak koji pokušavamo napraviti na tržištu. Želimo da ljudi prestanu raditi vlastito istraživanje i razvoj unutar tvrtke i iskoriste naše platforme,” misli Kelly. "Možemo vas odvesti sve do komercijalnog enzima od koncepta." Ovo bi mogao biti privlačan prijedlog za mnoge tvrtke koje možda ne žele ulagati u vlastite napore u istraživanju i razvoju i jednostavno trebaju posao obavljen. Ginkgo obećava ne samo da će preuzeti taj posao s njihovih ruku, već će ga raditi bolje i brže.

Stvaranje više enzima, brže

Enzimsko inženjerstvo i komercijalna proizvodnja postoje već neko vrijeme. Ali ono što se promijenilo u posljednjem desetljeću je potražnja industrije za ovim molekulama. U prošlosti su akademski laboratoriji i tvrtke mogli provesti godine ugađajući jedan enzim, ali sada bioproizvodnja vrši pritisak na enzimske inženjere da isporuče te biokatalizatore danas kako bismo mogli ispuniti ciljeve održivosti sutrašnjice.

Razvijanje sjajnih enzima zahtijevalo je i stručnost i infrastrukturu. Ovisno o zadatku koji se radi, neke će enzime možda trebati optimizirati za poboljšanu izvedbu ili poboljšanu stabilnost u teškim uvjetima reakcije; drugi projekti mogu zahtijevati razvoj novog enzima za izvođenje jedinstvene reakcije za koju u prirodi ne postoji ekvivalent; a ponekad je sve što trebate povećati proizvodnju već postojećeg enzima. Bez obzira na cilj, Ginkgo se može pobrinuti za sve, od dizajna do optimizacije proizvodnog procesa.

Na primjer, tijekom pandemije Ginkgo je surađivao s Aldevronom kako bi poboljšao proizvodnju svog enzima za zatvaranje vakcinije, ključne komponente koja se koristi u proizvodnji mRNA cjepiva protiv COVID-19. Tvrtka je brzo prepoznala ovo potencijalno usko grlo za proizvodnju cjepiva i radila na poboljšanju soja domaćina za proizvodnju enzima i optimiziranju uvjeta fermentacije. Zahvaljujući poboljšanjima Ginkga, Aldevron bi mogao napraviti 10 puta više enzima po seriji nego kod prethodnog procesa.

Izgradnja najveće svjetske baze podataka enzimskih sekvenci

Povećanje je bez sumnje važno za iskorištavanje punog potencijala tržišta enzima. Ali pravi izazov u industriji je dizajniranje i inženjering novih enzimskih funkcija koje ne postoje u prirodi. Dizajn pokreće Ginkgov sofisticirani softver izgrađen na algoritmima strojnog učenja. Druge tvrtke poput Kolijevka, Dizajni biomaterije, kambrijski, Arzedai Basecamp istraživanje također koriste snagu strojnog učenja i umjetne inteligencije za dizajniranje novih enzima ili poboljšanje postojećih. Oni analiziraju sekvence gena iz javnih i vlasničkih baza podataka i koriste prediktivne modele za "pisanje" novih sekvenci enzima.

Ako znate nešto o modelima, znate aksiom da je model dobar onoliko koliko je dobar skup podataka na kojem je obučen. Tu Ginkgo Bioworks ima veliku prednost. Ginkova baza kodova, koji tvrtka naziva svojim "biološkim portfeljem", sadrži sekvence DNK koje se mogu koristiti za treniranje algoritama strojnog učenja da prepoznaju značajke koje sadrže željene kvalitete za enzimski inženjering: "Budući da naše laboratorije vodimo poput tvornica," kaže Kelly. "Generiramo sistematizirane podatke brzinom kojom nitko drugi nije i zato su naši modeli tako dobri."

Ginkgo je mnogo uložio u digitalnu i fizičku infrastrukturu. Tijekom posljednjih nekoliko godina Ginkgo je doživio impresivan rast i sada ima blizu 1,200 zaposlenika nakon nedavna akvizicija Zymergena. Akvizicija Zymergena bila je poput lutke za izgradnju kapaciteta: nedugo prije spajanja, Zymergen je preuzeo tvrtku Radiant Genomics koja je razvila industrijsku platformu za otkrivanje prirodnih proizvoda i gena. Zymergen je također kupio još jednu tvrtku tzv Lodo Therapeutics koji je sakupio golemu kolekciju mikrobne DNK okoliša.

Ove akvizicije bile su dio namjernog nastojanja da se priredi najbolja baza podataka o genomima. Ginkgo je u 2019. investirao u otkup Warp Drive Bio za njihovu platformu za rudarenje genoma, s mikrobnim zbirkama prikupljenim od farmaceutskih tvrtki: “Vjerojatno je učinjeno pet ili šest ovih velikih vlasničkih pokušaja sekvenciranja mikroba, a nabavili smo 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 trenutačno sadrži blizu 1 milijarde sekvenci, a sve to bogatstvo genetskih informacija dostupno je njihovim kupcima: "To je samo ugovor o pružanju usluga za svakoga tko želi razviti proizvod", kaže Kelly.

Od zamisli do proizvodnje pod jednim krovom

Biologija je nevjerojatno složena, tako da svaki slijed generiran modelom još treba testirati u laboratoriju. Codebase je samo "gorivo za motor dizajna". Stvarne fizičke elektrane u kojima se izgrađuju i testiraju računalno generirani koncepti enzima su Ginkgo's Foundries. Ljevaonice su visokoučinkoviti laboratoriji koji sadrže najnoviju automatizaciju, softver i analitiku – što uključuje vlastitu platformu za sintezu DNK i najsuvremenije fermentore – kako bi mogli proizvoditi i pregledavati tisuće sojeva i otkrivati ​​najbolje enzime .

Kao startup – ili čak kao međunarodni div vrijedan više milijardi dolara Merck – imate izbor: izgraditi svu tu infrastrukturu sami ili vanjskim suradnicima. Kelly smatra da je to jednostavno: "Možete doći i angažirati veliki projekt kod nas i to će vas opteretiti."

“Ono što doista želimo pokazati našim kupcima je da to ne morate učiniti sami – uložili smo pola milijarde dolara u infrastrukturu i automatizaciju tako da vi to ne morate”, kaže Kelly. 'Mi uspijevamo kada naši klijenti uspiju' je filozofija na koju Ginkgo računa.

Hvala i tebi Katia Tarasava za dodatno istraživanje i izvješćivanje o ovom članku. Osnivač sam SynBioBeta i neke od tvrtki o kojima pišem, kao što je Ginkgo Bioworks, sponzori su SynBioBeta konferencija i tjedni sažetak.