Ginkgo Bioworks își deschide turnătoria bio pentru a prelua piața de enzime de un miliard de dolari

Ginkgo Bioworks se pregătește pentru încă un an de perturbare a întregului model de industrie biotehnologică cu meniul său versatil de servicii de inginerie biologie. În calitate de furnizor complet de servicii de biologie sintetică, Ginkgo face totul: de la dezvoltarea de noi arome și parfumuri pentru a proiecta organisme întregi pentru tratamente cu culturi și medicamente vii. În ultimul an, Ginkgo a făcut mișcări în BioPharma, iar acum au anunțat un nou Inteligența enzimatică serviciu. Am discutat recent cu Jason Kelly, unul dintre co-fondatorii și actualul CEO Ginkgo, care va vorbi la SynBioBeta 2023, pentru a obține mai multe detalii despre cea mai recentă ofertă a companiei.

Trecerea către enzime nu este surprinzătoare: cu aplicații de la biofarma la agricultură, enzimele sunt a de mai multe miliarde de dolari piaţă. Aceste molecule sunt mașini biologice minuscule care pot îndeplini funcții versatile - de la menținerea corpului nostru în funcțiune până la catalizarea reacțiilor la scară masivă în industria chimică. Numai în corpul uman, există peste 2,700 enzime și multe dintre acestea sunt ținte pentru tratarea bolilor. Pentru industria chimică, enzimele sunt instrumente importante care creează și rup legăturile chimice. Și pentru bioeconomie, aceștia sunt factori esențiali pentru construirea unui viitor durabil.

Indiferent de domeniul de aplicare – fie că este vorba despre alimente, produse farmaceutice, de îngrijire a pielii, textile, produse chimice sau orice altceva care poate fi construit cu biologie – enzimele sunt calii de bătaie ai biologiei care transformă inputurile durabile în produse valoroase. Dar fiecare produs sau aplicație specifică implică dezvoltarea și perfecționarea enzimelor personalizate pentru performanțe optime. Acest proces, numit „ingineria enzimatică”, necesită cercetare și dezvoltare extinsă: de la dezvoltarea algoritmilor de calcul care sugerează care enzimă poate funcționa cel mai bine pentru sarcina în cauză până la a afla ce organism gazdă să folosească pentru producerea sa. Termenele pentru dezvoltarea fiecărei enzime noi sunt extrem de lungi, iar rezultatele nu justifică întotdeauna investiția inițială.

Ginkgo Bioworks spune – renunțați la toate acestea: „Aceasta este marea schimbare pe care încercăm să o creăm pe piață. Ne dorim ca oamenii să nu mai facă propriile cercetări și dezvoltare interne și să ne folosească platformele”, crede Kelly. „Putem să vă ducem până la o enzimă comercială dintr-un concept.” Aceasta poate fi o propunere atractivă pentru multe companii care nu doresc să investească în propriile eforturi de cercetare și dezvoltare și pur și simplu au nevoie de munca făcută. Ginkgo promite nu numai că va lua acea muncă de pe mâini, dar o va face mai bine și mai rapid.

Producerea mai multor enzime, mai rapid

Ingineria enzimatică și producția comercială există de ceva vreme. Dar ceea ce s-a schimbat în ultimul deceniu este cererea industriei pentru aceste molecule. În trecut, laboratoarele academice și companiile puteau petrece ani de zile modificând o singură enzimă, dar acum bioproducția pune presiune asupra inginerilor de enzime pentru a furniza acești biocatalizatori. astăzi astfel încât să putem îndeplini obiectivele de durabilitate de mâine.

Dezvoltarea de mari enzime a necesitat atât expertiză, cât și infrastructură. În funcție de sarcina la îndemână, este posibil ca unele enzime să fie optimizate pentru o performanță îmbunătățită sau o stabilitate îmbunătățită în condiții dure de reacție; alte proiecte pot solicita dezvoltarea unei noi enzime care să realizeze o reacție unică pentru care nu există echivalent în natură; și uneori tot ce aveți nevoie este să creșteți producția unei enzime deja existente. Indiferent de obiectiv, Ginkgo se poate ocupa de orice, de la proiectare la optimizarea procesului de fabricație.

De exemplu, în timpul pandemiei, Ginkgo a colaborat cu Aldevron pentru a îmbunătăți producția enzimei sale de acoperire vaccinia, o componentă critică utilizată în fabricarea vaccinurilor ARNm COVID-19. Compania a recunoscut rapid acest potențial blocaj pentru fabricarea vaccinurilor și a lucrat la îmbunătățirea tulpinii gazdă de producție de enzime și la optimizarea condițiilor de fermentație. Datorită îmbunătățirilor lui Ginkgo, Aldevron a putut face de 10 ori mai multă enzimă pe lot decât cu procesul anterior.

Construirea celei mai mari baze de date din lume cu secvențe de enzime

Extinderea este, fără îndoială, importantă pentru valorificarea întregului potențial al pieței enzimelor. Dar adevărata provocare în industrie este proiectarea și proiectarea de noi funcții enzimatice care nu există în natură. Designul este alimentat de software-ul sofisticat Ginkgo construit pe algoritmi de învățare automată. Alte companii ca Leagăn, Proiecte de biomaterie, Cambrian, Arzeda, și Cercetare în tabăra de bază folosesc, de asemenea, puterea învățării automate și a inteligenței artificiale pentru a proiecta enzime noi sau pentru a le îmbunătăți pe cele existente. Ei analizează secvențe de gene din baze de date publice și proprietare și folosesc modele predictive pentru a „scrie” noi secvențe de enzime.

Dacă știți ceva despre modele, cunoașteți axioma că modelul este la fel de bun ca setul de date pe care a fost antrenat. Aici Ginkgo Bioworks are un avantaj enorm. Baza de cod a lui Ginkgo, la care compania se referă ca „portofoliul lor biologic”, conține secvențe ADN care pot fi folosite pentru a antrena algoritmii de învățare automată pentru a recunoaște caracteristicile care conțin calitățile dorite pentru ingineria enzimatică: „Pentru că ne conducem laboratoarele ca niște fabrici”, spune Kelly. „Generăm date sistematizate la o rată la care nimeni altcineva nu este și de aceea modelele noastre sunt atât de bune.”

Ginkgo a investit masiv atât în ​​infrastructura digitală, cât și în infrastructura fizică. În ultimii ani, Ginkgo a cunoscut o creștere impresionantă și acum are aproape 1,200 de angajați după achiziția recentă a Zymergen. Achiziția Zymergen a fost ca o păpușă pentru construirea capacității: nu cu mult timp înainte de fuziune, Zymergen a achiziționat Radiant Genomics, care dezvoltase o platformă industrială pentru descoperirea de produse naturale și gene. Zymergen cumpărase și o altă companie numită Lodo Therapeutics care a compilat o vastă colecție de ADN microbian din mediu.

Aceste achiziții au făcut parte dintr-un efort deliberat de a crea cea mai bună bază de date a genomului de acolo. În 2019, Ginkgo a investit în cumpărare Warp Drive Bio pentru platforma lor de exploatare a genomului, cu colecții microbiene colectate de la companiile farmaceutice: „Probabil au fost cinci sau șase dintre aceste eforturi mari de secvențiere microbiană și am achiziționat trei dintre ele. Deci, când spunem că avem o mare bază de date de genomică proprietară, vorbim serios”, râde Kelly.

Ginkgo spune că baza sa de date conține în prezent aproape 1 miliard de secvențe și toată acea bogăție de informații genetice este disponibilă clienților lor: „Este doar un contract de servicii departe de oricine dorește să dezvolte un produs”, spune Kelly.

De la concepție până la producție sub un singur acoperiș

Biologia este incredibil de complexă, așa că fiecare secvență generată de model trebuie încă testată în laborator. Codebase este doar „combustibilul pentru motorul de proiectare”. Puterile fizice reale în care sunt construite și testate conceptele de enzime generate de computer sunt Turnătoriile Ginkgo. Turnătoriile sunt laboratoare de mare capacitate care conțin cele mai recente automatizări, software și analize – care include propria sa platformă de sinteză a ADN-ului și fermentatoare de ultimă generație – pentru a putea fabrica și analiza mii de tulpini și a descoperi cele mai bune enzime. .

Ca startup – sau chiar ca un gigant internațional de miliarde de dolari Merck – aveți de ales: să construiți singur toată această infrastructură sau să externalizați. Kelly crede că este o idee deloc: „Puteți veni să ne externalizați un proiect mare și asta vă va lua o mare sarcină”.

„Ceea ce vrem cu adevărat să aducem acasă la clienții noștri este că nu trebuie să o faceți singur – am investit jumătate de miliard de dolari în infrastructură și automatizare, astfel încât să nu fie nevoie”, spune Kelly. „Reușim atunci când clienții noștri reușesc” este filozofia pe care se bazează Ginkgo.

Mulțumesc Katia Tarasava pentru cercetări suplimentare și raportări despre acest articol. Sunt fondatorul SynBioBeta și unele dintre companiile despre care scriu, cum ar fi Ginkgo Bioworks, sunt sponsori ai Conferință SynBioBeta și digera săptămânal.