Ginkgo Bioworks запалва своята био леярна, за да поеме пазара на ензими за милиарди долари

Ginkgo Bioworks се готви за още една година на разрушаване на целия модел на биотехнологичната индустрия с разнообразното си меню от услуги за биологично инженерство. Като пълен набор от услуги за синтетична биология, Ginkgo прави всичко: от разработването на нови вкусове и аромати за конструиране на цели организми за обработки на културите намлява живи лекарства. През последната година Ginkgo навлезе в Biopharma, а сега обявиха нов Ензимен интелект обслужване. Наскоро разговарях с Джейсън Кели, един от съоснователите на Ginkgo и настоящ главен изпълнителен директор, който ще говори на SynBioBeta 2023, за да получа повече подробности за най-новото предложение на компанията.

Преходът към ензимите не е изненадващ: с приложения от биофармацевтични до селско стопанство, ензимите са много милиарди долари пазар. Тези молекули са малки биологични машини, които могат да изпълняват разнообразни функции – от поддържане на тялото ни да работи до катализиране на мащабни реакции в химическата промишленост. Само в човешкото тяло има над 2,700 ензима и много от тях са цели за лечение на болести. За химическата промишленост ензимите са важни инструменти, които създават и разрушават химически връзки. А за биоикономиката те са основни двигатели за изграждането на устойчиво бъдеще.

Независимо от областта на приложение – било то храна, фармацевтика, грижа за кожата, текстил, химикали или нещо друго, което може да бъде изградено с биология – ензимите са работните коне на биологията, които превръщат устойчивите вложени ресурси в ценни продукти. Но всеки конкретен продукт или приложение включва разработване и усъвършенстване на персонализирани ензими за оптимална работа. Този процес, наречен „ензимно инженерство“, изисква обширна научноизследователска и развойна дейност: от разработването на изчислителни алгоритми, които предполагат кой ензим може да работи най-добре за поставената задача до намирането на кой организъм гостоприемник да се използва за неговото производство. Сроковете за разработване на всеки нов ензим са мъчително дълги и резултатите не винаги оправдават първоначалната инвестиция.

Ginkgo Bioworks казва – зарежете всичко това: „Това е голямата промяна, която се опитваме да създадем на пазара. Искаме хората да спрат да извършват собствена вътрешна научноизследователска и развойна дейност и да използват нашите платформи“, смята Кели. „Можем да ви отведем до търговски ензим от концепция.“ Това може да е привлекателно предложение за много компании, които може да не искат да инвестират в собствените си усилия за научноизследователска и развойна дейност и просто се нуждаят от свършена работа. Ginkgo обещава не само да отнеме тази работа от ръцете им, но и да я направи по-добре и по-бързо.

Създаване на повече ензими, по-бързо

Ензимното инженерство и търговското производство съществуват от известно време. Но това, което се промени през последното десетилетие, е търсенето на тези молекули в индустрията. В миналото академичните лаборатории и компании можеха да прекарат години в настройване на един ензим, но сега биопроизводството оказва натиск върху ензимните инженери да доставят тези биокатализатори днес за да можем да постигнем целите за устойчивост на утрешния ден.

Разработването на страхотни ензими изисква както опит, така и инфраструктура. В зависимост от поставената задача, някои ензими може да се нуждаят от оптимизиране за подобрена производителност или подобрена стабилност при сурови условия на реакция; други проекти може да изискват разработването на нов ензим за извършване на уникална реакция, за която няма еквивалент в природата; и понякога всичко, от което се нуждаете, е да увеличите производството на вече съществуващ ензим. Независимо от целта, Ginkgo може да се погрижи за всичко - от дизайна до оптимизирането на производствения процес.

Например по време на пандемията Ginkgo си сътрудничи с Aldevron, за да подобри производството на своя ензим за затваряне на ваксиния, критичен компонент, използван в производството на иРНК ваксини срещу COVID-19. Компанията бързо разпозна това потенциално тясно място за производството на ваксини и работи върху подобряването на щама гостоприемник за производство на ензими и оптимизирането на условията на ферментация. Благодарение на подобренията на Ginkgo, Aldevron може да направи 10 пъти повече ензим на партида в сравнение с предишния процес.

Изграждане на най-голямата в света база данни от ензимни последователности

Разрастването без съмнение е важно за оползотворяване на пълния потенциал на пазара на ензими. Но истинското предизвикателство в индустрията е проектирането и проектирането на нови ензимни функции, които не съществуват в природата. Дизайнът се захранва от усъвършенствания софтуер на Ginkgo, изграден върху алгоритми за машинно обучение. Други компании като люлка, Дизайни на биоматерия, Камбриум, Арзеда, и Basecamp Research също използват силата на машинното обучение и AI, за да проектират нови ензими или да подобрят съществуващите. Те анализират генни последователности от публични и патентовани бази данни и използват прогнозни модели, за да „напишат“ нови ензимни последователности.

Ако знаете нещо за моделите, знаете аксиомата, че моделът е толкова добър, колкото е добър наборът от данни, върху който е обучен. Това е мястото, където Ginkgo Bioworks има огромно предимство. Кодовата база на Ginkgo, което компанията нарича тяхното „биологично портфолио“, съдържа ДНК последователности, които могат да се използват за обучение на алгоритмите за машинно обучение, за да разпознават характеристиките, които съдържат желаните качества за ензимно инженерство: „Тъй като ние управляваме нашите лаборатории като фабрики“, казва Кели. „Ние генерираме систематизирани данни със скорост, която никой друг не прави и затова нашите модели са толкова добри.“

Ginkgo инвестира сериозно както в дигиталната, така и в физическата инфраструктура. През последните няколко години Ginkgo отбеляза впечатляващ растеж и сега има близо 1,200 служители след скорошно придобиване на Zymergen. Придобиването на Zymergen беше като кукла за изграждане на капацитет: не много преди сливането Zymergen придоби Radiant Genomics, която беше разработила индустриална платформа за откриване на естествени продукти и гени. Zymergen също беше закупил друга компания, наречена Лодо терапевтици които са събрали огромна колекция от микробна ДНК на околната среда.

Тези придобивания са част от умишлено усилие да се подреди най-добрата база данни за геноми. През 2019 г. Ginkgo инвестира в закупуване Warp Drive Bio за тяхната платформа за копаене на геноми, с колекции от микроби, събрани от фармацевтични компании: „Вероятно са направени пет или шест от тези патентовани големи усилия за секвениране на микроби и ние сме придобили три от тях. Така че, когато казваме, че имаме голяма собствена база данни за геномика, имаме предвид това“, смее се Кели.

Ginkgo казва, че неговата база данни в момента съдържа близо 1 милиард последователности и цялото това богатство от генетична информация е достъпно за клиентите им: „Това е просто договор за услуга от всеки, който иска да разработи продукт“, казва Кели.

От концепцията до производството под един покрив

Биологията е невероятно сложна, така че всяка генерирана от модел последователност все още трябва да бъде тествана в лабораторията. Кодовата база е просто „горивото за дизайнерския двигател“. Действителните физически центрове, където компютърно генерираните ензимни концепции са изградени и тествани, са леярните на Ginkgo. The Foundries са лаборатории с висока производителност, които съдържат най-новата автоматизация, софтуер и анализи – което включва собствена платформа за синтез на ДНК и най-съвременни ферментатори – за да могат да произвеждат и скринират хиляди щамове и да откриват най-добрите ензими .

Като стартираща компания – или дори като международен гигант за милиарди долари Merck – имате избор: да изградите цялата тази инфраструктура сами или да възложите. Кели смята, че това е безсмислено: „Можете да дойдете и да възложите голям проект на нас и това ще свали голямо натоварване от вас.“

„Това, което наистина искаме да донесем на нашите клиенти, е, че не е необходимо да го правите сами – ние сме инвестирали половин милиард долара в инфраструктура и автоматизация, така че не е нужно да го правите“, казва Кели. „Ние успяваме, когато нашите клиенти успяват“ е философията, на която залага Ginkgo.

Благодаря ви за Катя Тарасава за допълнителни изследвания и докладване на тази статия. Аз съм основател на SynBioBeta и някои от компаниите, за които пиша, като Ginkgo Bioworks, са спонсори на Конференция SynBioBeta намлява седмичен дайджест.