Ginkgo Bioworks spouští svou bioslévárnu, aby se ujala miliardového trhu s enzymy

Ginkgo Bioworks se připravuje na další rok narušení celého modelu biotechnologického průmyslu se svou všestrannou nabídkou služeb biologického inženýrství. Jako poskytovatel komplexních služeb syntetické biologie dělá Ginkgo vše: od vývoje nových chutí a vůní ke konstrukci celých organismů ošetření plodin a živé léky. Během posledního roku se Ginkgo stěhuje biofarma, a nyní oznámili nový Enzymová inteligence servis. Nedávno jsem mluvil s Jasonem Kellym, jedním ze spoluzakladatelů Ginkgo a současným generálním ředitelem, který bude mluvit na SynBioBeta 2023, abych získal další podrobnosti o nejnovější nabídce společnosti.

Přechod na enzymy není překvapivý: s aplikacemi od biofarmak po zemědělství jsou enzymy a mnoha miliard dolarů trh. Tyto molekuly jsou maličké biologické stroje, které mohou vykonávat všestranné funkce – od udržování chodu našeho těla až po katalyzování rozsáhlých reakcí v chemickém průmyslu. Jen v lidském těle je jich více 2,700 enzymy a mnohé z nich jsou cíle pro léčbu nemocí. Pro chemický průmysl jsou enzymy důležitými nástroji, které vytvářejí a ruší chemické vazby. A pro biohospodářství jsou zásadními hnacími silami pro budování udržitelné budoucnosti.

Bez ohledu na oblast použití – ať už jde o potraviny, farmacii, péči o pleť, textilie, chemikálie nebo cokoli jiného, ​​co lze vytvořit pomocí biologie – jsou enzymy tahouny biologie, kteří přeměňují udržitelné vstupy na hodnotné produkty. Ale každý konkrétní produkt nebo aplikace zahrnuje vývoj a zdokonalování vlastních enzymů pro optimální výkon. Tento proces, nazývaný „enzymové inženýrství“, vyžaduje rozsáhlý výzkum a vývoj: od vývoje výpočetních algoritmů, které navrhnou, který enzym může nejlépe fungovat pro daný úkol, až po zjištění, který hostitelský organismus použít pro jeho produkci. Časové osy pro vývoj každého nového enzymu jsou nesnesitelně dlouhé a výsledky ne vždy ospravedlní počáteční investici.

Ginkgo Bioworks říká – nechte toho všeho: „To je velký posun, který se snažíme na trhu vytvořit. Chceme, aby lidé přestali dělat svůj vlastní výzkum a vývoj a využívali naše platformy,“ myslí si Kelly. "Můžeme vás od konceptu dostat až ke komerčnímu enzymu." To může být atraktivní nabídka pro mnoho společností, které nemusí chtít investovat do vlastního výzkumu a vývoje a prostě potřebují svou práci udělat. Ginkgo slibuje nejen to, že jim tuto práci vezme z rukou, ale udělá ji lépe a rychleji.

Vytváření více enzymů rychleji

Enzymové inženýrství a komerční výroba existuje již nějakou dobu. Co se ale v posledním desetiletí změnilo, je poptávka průmyslu po těchto molekulách. V minulosti mohly akademické laboratoře a společnosti strávit roky vylepšováním jediného enzymu, ale nyní biovýroba vyvíjí tlak na enzymové inženýry, aby dodali tyto biokatalyzátory. dnes abychom mohli splnit cíle udržitelnosti zítřka.

Vývoj skvělých enzymů vyžadoval jak odborné znalosti, tak infrastrukturu. V závislosti na daném úkolu může být nutné některé enzymy optimalizovat pro zvýšení výkonu nebo zlepšenou stabilitu v drsných reakčních podmínkách; jiné projekty mohou vyžadovat vývoj nového enzymu, který by provedl jedinečnou reakci, pro kterou v přírodě neexistuje ekvivalent; a někdy vše, co potřebujete, je zvýšit produkci již existujícího enzymu. Bez ohledu na cíl se Ginkgo dokáže postarat o vše od návrhu až po optimalizaci výrobního procesu.

Například během pandemie Ginkgo spolupracovalo se společností Aldevron na zlepšení produkce enzymu pro zakrývání vakcínie, kritické složky používané při výrobě mRNA vakcín COVID-19. Společnost rychle rozpoznala tuto potenciální překážku pro výrobu vakcín a pracovala na zlepšení hostitelského kmene pro produkci enzymů a optimalizaci podmínek fermentace. Díky Ginkgo vylepšením mohl Aldevron dělat 10x více enzymu na dávku než u předchozího procesu.

Budování největší světové databáze enzymových sekvencí

Rozšíření je bezpochyby důležité pro využití plného potenciálu trhu s enzymy. Ale skutečnou výzvou v tomto odvětví je navrhování a konstrukce nových funkcí enzymů, které v přírodě neexistují. Design je založen na sofistikovaném softwaru Ginkgo postaveném na algoritmech strojového učení. Ostatní společnosti jako Kolébka, Návrhy biohmoty, kambrium, Arzeda, a Výzkum základního tábora také využívají sílu strojového učení a umělé inteligence k navrhování nových enzymů nebo vylepšení těch stávajících. Analyzují genové sekvence z veřejných a proprietárních databází a používají prediktivní modely k „psaní“ nových enzymových sekvencí.

Pokud víte něco o modelech, znáte axiom, že model je jen tak dobrý, jak dobrý je datový soubor, na kterém byl trénován. V tom má Ginkgo Bioworks obrovskou výhodu. Ginkgo's Codebase, které společnost označuje jako jejich „biologické portfolio“, obsahuje sekvence DNA, které lze použít k trénování algoritmů strojového učení, aby rozpoznaly vlastnosti, které obsahují požadované kvality pro enzymové inženýrství: „Protože naše laboratoře provozujeme jako továrny,“ říká Kelly. "Generujeme systematizovaná data rychlostí, jakou nikdo jiný, a proto jsou naše modely tak dobré."

Ginkgo hodně investovalo do digitální i fyzické infrastruktury. Za posledních několik let Ginkgo prošlo působivým růstem a nyní má téměř 1,200 XNUMX zaměstnanců po nedávná akvizice společnosti Zymergen. Akvizice společnosti Zymergen byla jako hnízdící panenka pro budování kapacit: ne příliš dlouho před fúzí získala společnost Zymergen společnost Radiant Genomics, která vyvinula průmyslovou platformu pro objevování přírodních produktů a genů. Zymergen také koupil další společnost s názvem Lodo Therapeutics který sestavil rozsáhlou sbírku environmentální mikrobiální DNA.

Tyto akvizice byly součástí záměrného úsilí o vytvoření nejlepší databáze genomu, která existuje. V roce 2019 Ginkgo investovalo do nákupu Životopis Warp Drive pro jejich platformu pro těžbu genomu s mikrobiálními sbírkami shromážděnými od farmaceutických společností: „Pravděpodobně bylo provedeno pět nebo šest těchto patentovaných velkých pokusů o sekvenování mikrobů a my jsme získali tři z nich. Takže, když říkáme, že máme velkou vlastní genomickou databázi, myslíme to vážně,“ směje se Kelly.

Ginkgo říká, že jeho databáze v současné době obsahuje téměř 1 miliardu sekvencí a všechny tyto genetické informace mají k dispozici jejich zákazníci: „Je to jen servisní smlouva od každého, kdo chce vyvinout produkt,“ říká Kelly.

Od návrhu až po výrobu pod jednou střechou

Biologie je neuvěřitelně složitá, takže každá sekvence vytvořená modelem musí být ještě testována v laboratoři. Codebase je jen „palivo pro designový motor“. Skutečné fyzické elektrárny, kde se staví a testují počítačem generované koncepty enzymů, jsou Ginkgo's Foundries. Slévárny jsou vysoce výkonné laboratoře, které obsahují nejnovější automatizaci, software a analýzy – které zahrnují vlastní platformu pro syntézu DNA a nejmodernější fermentory – aby byly schopny vyrábět a testovat tisíce kmenů a objevovat nejlepší enzymy. .

Jako startup – nebo dokonce mezinárodní gigant v hodnotě mnoha miliard dolarů Merck – máte na výběr: vybudovat veškerou infrastrukturu sami nebo outsourcovat. Kelly si myslí, že je to samozřejmé: "Můžete přijít a zadat nám velký projekt a to vás hodně zbaví."

„Skutečně chceme našim zákazníkům přinést to, že to nemusíte dělat sami – investovali jsme půl miliardy dolarů do infrastruktury a automatizace, takže vy nemusíte,“ říká Kelly. „Jsme úspěšní, když uspějí naši zákazníci“ je filozofie, na které Ginkgo spoléhá.

Děkuji Katia Tarasava pro další výzkum a zprávy o tomto článku. Jsem zakladatel SynBioBeta a některé společnosti, o kterých píšu, jako je Ginkgo Bioworks, jsou sponzory Konference SynBioBeta a týdenní přehled.