Ginkgo Bioworks запускає свій біоливарний завод, щоб вийти на мільярдний ринок ферментів

Біопраці Гінкго готується до чергового року руйнування всієї моделі біотехнологічної індустрії за допомогою її різноманітного меню послуг біологічної інженерії. Як повноцінний постачальник послуг синтетичної біології, Ginkgo робить усе: від розробки нових ароматизатори та ароматизатори для створення цілих організмів обробки посівів та живі ліки. Протягом останнього року Ginkgo робить кроки в біофарма, а тепер оголосили новий Ферментний інтелект обслуговування. Нещодавно я спілкувався з Джейсоном Келлі, одним із співзасновників і нинішнім генеральним директором Ginkgo, який виступатиме на SynBioBeta 2023, щоб дізнатися більше про останню пропозицію компанії.

Перехід до ферментів не є дивним: із застосуванням від біофармацевтики до сільського господарства ферменти є багатомільярдний ринку. Ці молекули є крихітними біологічними машинами, які можуть виконувати різноманітні функції – від забезпечення працездатності нашого тіла до каталізації масових реакцій у хімічній промисловості. Тільки в організмі людини існує понад 2,700 ферменти і багато з них є мішенями для лікування хвороб. Для хімічної промисловості ферменти є важливими інструментами, які створюють і розривають хімічні зв’язки. А для біоекономіки вони є важливими рушійними силами для побудови сталого майбутнього.

Незалежно від сфери застосування – будь то їжа, фармацевтика, догляд за шкірою, текстиль, хімічні речовини чи будь-що інше, що можна створити за допомогою біології – ферменти є робочими конячками біології, які перетворюють стійкі вхідні ресурси у цінні продукти. Але кожен конкретний продукт або програма передбачає розробку та вдосконалення власних ферментів для досягнення оптимальної продуктивності. Цей процес, званий «ензимною інженерією», вимагає масштабних досліджень і розробок: від розробки обчислювальних алгоритмів, які підказують, який фермент може найкраще працювати для поставленого завдання, до з’ясування того, який організм-господар використовувати для його виробництва. Терміни для розробки кожного нового ферменту є нестерпно довгими, і результати не завжди виправдовують початкові інвестиції.

Ginkgo Bioworks каже – відмовтеся від цього: «Це великий зсув, який ми намагаємося зробити на ринку. Ми хочемо, щоб люди перестали займатися власними дослідженнями та розробками й використовували наші платформи», — вважає Келлі. «Ми можемо перевести вас від концепції до комерційного ферменту». Це може бути привабливою пропозицією для багатьох компаній, які, можливо, не бажають інвестувати у власні науково-дослідні роботи і просто потребують виконання роботи. Ginkgo обіцяє не тільки зняти цю роботу з їхніх рук, але й робити її краще та швидше.

Виробляє більше ферментів, швидше

Ферментна інженерія та комерційне виробництво існує вже деякий час. Але за останнє десятиліття змінився попит промисловості на ці молекули. У минулому академічні лабораторії та компанії могли витрачати роки на налаштування одного ферменту, але тепер біовиробництво чинить тиск на інженерів із ферментів, щоб вони постачали ці біокаталізатори сьогодні щоб ми могли досягти цілей сталого розвитку завтра.

Розробка чудових ферментів потребувала як досвіду, так і інфраструктури. Залежно від поставленого завдання деякі ферменти можуть потребувати оптимізації для покращення продуктивності або покращення стабільності в суворих умовах реакції; інші проекти можуть вимагати розробки нового ферменту для проведення унікальної реакції, для якої немає еквівалента в природі; і іноді все, що вам потрібно, це збільшити виробництво вже існуючого ферменту. Незалежно від мети, Ginkgo може подбати про все, від дизайну до оптимізації виробничого процесу.

Наприклад, під час пандемії Ginkgo співпрацювала з Aldevron, щоб покращити виробництво свого ферменту, що покриває осповакцину, важливого компонента, який використовується у виробництві мРНК-вакцин проти COVID-19. Компанія швидко розпізнала це потенційне вузьке місце для виробництва вакцин і працювала над удосконаленням штаму-господаря, що виробляє ферменти, і оптимізацією умов ферментації. Завдяки вдосконаленням Ginkgo Aldevron міг зробити в 10 разів більше ферменту на партію, ніж у попередньому процесі.

Створення найбільшої у світі бази даних послідовностей ферментів

Розширення, без сумніву, важливе для використання повного потенціалу ринку ферментів. Але справжньою проблемою в галузі є розробка та розробка нових функцій ферментів, яких не існує в природі. Дизайн розроблено на основі складного програмного забезпечення Ginkgo, побудованого на алгоритмах машинного навчання. Інші компанії люблять Колиска, Конструкції біоматерії, Камбрій, Арзеда та Дослідження Basecamp також використовують потужність машинного навчання та штучного інтелекту для розробки нових ферментів або вдосконалення існуючих. Вони аналізують послідовності генів із загальнодоступних і закритих баз даних і використовують прогностичні моделі, щоб «написати» нові послідовності ферментів.

Якщо ви хоч щось знаєте про моделі, ви знаєте аксіому про те, що модель хороша настільки, наскільки хороший набір даних, на якому її навчали. Саме в цьому Ginkgo Bioworks має величезну перевагу. Кодова база Гінкго, який компанія називає своїм «біологічним портфоліо», містить послідовності ДНК, які можна використовувати для навчання алгоритмів машинного навчання розпізнаванню функцій, які містять бажані якості для ферментної інженерії: «Оскільки ми керуємо нашими лабораторіями, як заводами», — каже Келлі. «Ми генеруємо систематизовані дані з такою швидкістю, як ніхто інший, і тому наші моделі такі хороші».

Ginkgo інвестував значні кошти як у цифрову, так і в фізичну інфраструктуру. За останні кілька років компанія Ginkgo вражаюче зросла і зараз має близько 1,200 співробітників після нещодавнє придбання Zymergen. Придбання Zymergen було схоже на матрьошку для нарощування потенціалу: незадовго до злиття Zymergen придбав Radiant Genomics, яка розробила промислову платформу для відкриття природних продуктів і генів. Zymergen також придбав іншу компанію під назвою Lodo Therapeutics який зібрав величезну колекцію мікробної ДНК навколишнього середовища.

Ці придбання були частиною цілеспрямованих зусиль зі створення найкращої бази даних геному. У 2019 році Ginkgo інвестувала в закупівлю Біографія Warp Drive для їхньої платформи аналізу геному з мікробними колекціями, зібраними від фармацевтичних компаній: «Ймовірно, було зроблено п’ять або шість таких запатентованих великих мікробних секвенування, і ми придбали три з них. Отже, коли ми говоримо, що у нас є велика власна база даних геноміки, ми маємо це на увазі», — сміється Келлі.

Ginkgo каже, що його база даних наразі містить близько 1 мільярда послідовностей, і вся ця величезна кількість генетичної інформації доступна їхнім клієнтам: «Це просто контракт на надання послуг від будь-кого, хто хоче розробити продукт», — каже Келлі.

Від концепції до виробництва під одним дахом

Біологія неймовірно складна, тому кожну згенеровану на моделі послідовність все ще потрібно перевіряти в лабораторії. Codebase — це лише «паливо для механізму проектування». Фактичними фізичними електростанціями, де будуються та випробовуються комп’ютерно згенеровані концепції ферментів, є ливарні підприємства Ginkgo. Foundries — це високопродуктивні лабораторії, які містять найновіші засоби автоматизації, програмне забезпечення та аналітику, включаючи власну платформу синтезу ДНК і найсучасніші ферментери, щоб мати змогу виробляти та перевіряти тисячі штамів і відкривати найкращі ферменти. .

Як стартап або навіть багатомільярдний міжнародний гігант Merck – у вас є вибір: побудувати всю цю інфраструктуру самостійно або аутсорсингу. Келлі вважає, що це безпроблемно: «Ви можете прийти й замовити великий проект у нас, і це зніме з вас велике навантаження».

«Що ми справді хочемо донести до наших клієнтів, так це те, що вам не потрібно робити це самостійно – ми інвестували півмільярда доларів в інфраструктуру та автоматизацію, тому вам не потрібно цього робити», – каже Келлі. «Ми досягаємо успіху, коли досягають успіху наші клієнти» — ось філософія, на яку спирається Ginkgo.

Спасибі Катя Тарасава для додаткових досліджень і звітів щодо цієї статті. Я є засновником SynBioBeta, і деякі компанії, про які я пишу, як-от Ginkgo Bioworks, є спонсорами Конференція SynBioBeta та дайджест щотижня.