Ginkgo Bioworks-მა აამუშავა თავისი ბიო ქარხანა, რათა დაეუფლოს ფერმენტების მილიარდ დოლარს

გინკოს ბიო სამუშაოები ემზადება კიდევ ერთი წლისთვის მთელი ბიოტექნოლოგიური ინდუსტრიის მოდელის ჩაშლისთვის ბიოლოგიის საინჟინრო სერვისების მრავალმხრივი მენიუთი. როგორც სრული სტეკის სინთეზური ბიოლოგიის სერვისის მიმწოდებელი, Ginkgo ყველაფერს აკეთებს: ახლის შემუშავებიდან არომატები და სუნამოები მთელი ორგანიზმების ინჟინერიისთვის მოსავლის მკურნალობა მდე ცოცხალი მედიკამენტები. ბოლო ერთი წლის განმავლობაში, გინკო მოძრაობს ბიოფარმიდა ახლა გამოაცხადეს ახალი ფერმენტული ინტელექტი სერვისი. მე ახლახან ვესაუბრე ჯეისონ კელის, Ginkgo-ს ერთ-ერთ თანადამფუძნებელს და ამჟამინდელ აღმასრულებელ დირექტორს, რომელიც ისაუბრებს SynBioBeta 2023-ზე, კომპანიის უახლესი შეთავაზების შესახებ მეტი ინფორმაციის მისაღებად.

ფერმენტებში გადასვლა გასაკვირი არ არის: ბიოფარმადან სოფლის მეურნეობაში გამოყენებისას ფერმენტები არის მრავალ მილიარდი დოლარი ბაზარი. ეს მოლეკულები არის პაწაწინა ბიოლოგიური მანქანები, რომლებსაც შეუძლიათ შეასრულონ მრავალმხრივი ფუნქციები – დაწყებული ჩვენი სხეულის ფუნქციონირებიდან დაწყებული ქიმიურ ინდუსტრიაში მასიური რეაქციების კატალიზებამდე. ადამიანის სხეულში მარტო, არსებობს მეტი 2,700 ფერმენტი და ბევრი მათგანი დაავადების სამკურნალო სამიზნეა. ქიმიური მრეწველობისთვის ფერმენტები მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტებია, რომლებიც ქმნიან და არღვევენ ქიმიურ ბმებს. ბიოეკონომიკისთვის კი ისინი მდგრადი მომავლის მშენებლობისთვის აუცილებელი მამოძრავებელია.

გამოყენების სფეროს მიუხედავად - იქნება ეს საკვები, ფარმა, კანის მოვლის საშუალებები, ტექსტილი, ქიმიკატები თუ სხვა რამ, რაც შეიძლება ბიოლოგიით აშენდეს - ფერმენტები ბიოლოგიის სამუშაო ძალებია, რომლებიც მდგრად პროდუქტებს ღირებულ პროდუქტად გარდაქმნიან. მაგრამ თითოეული კონკრეტული პროდუქტი ან აპლიკაცია გულისხმობს ფერმენტების შემუშავებას და სრულყოფას ოპტიმალური მუშაობისთვის. ეს პროცესი, სახელწოდებით „ფერმენტული ინჟინერია“, მოითხოვს ვრცელ კვლევას და განვითარებას: გამოთვლითი ალგორითმების შემუშავებიდან, რომლებიც გვთავაზობენ, თუ რომელი ფერმენტი შეიძლება მუშაობდეს საუკეთესოდ დავალებისთვის და დამთავრებული იმის გარკვევამდე, თუ რომელი მასპინძელი ორგანიზმი გამოიყენოს მისი წარმოებისთვის. ყოველი ახალი ფერმენტის განვითარების ვადები ძალიან გრძელია და შედეგები ყოველთვის არ ამართლებს წინასწარ ინვესტიციას.

Ginkgo Bioworks ამბობს – ჩამოაგდეთ ეს ყველაფერი: „ეს არის დიდი ცვლილება, რომელიც ჩვენ ვცდილობთ შევქმნათ ბაზარზე. ჩვენ გვსურს, რომ ადამიანებმა შეწყვიტონ საკუთარი შიდა R&D კეთება და გამოიყენონ ჩვენი პლატფორმები“, - ფიქრობს კელი. ”ჩვენ შეგვიძლია გადაგიყვანოთ კომერციულ ფერმენტამდე კონცეფციიდან.” ეს შეიძლება იყოს მიმზიდველი წინადადება მრავალი კომპანიისთვის, რომლებსაც შეიძლება არ სურთ ინვესტიციის ჩადება საკუთარ R&D ძალისხმევაში და უბრალოდ სჭირდებათ სამუშაოს შესრულება. გინკო გვპირდება, რომ არა მხოლოდ ამ საქმეს ხელიდან წაართმევს, არამედ უკეთ და სწრაფად გააკეთებს.

მეტი ფერმენტის დამზადება, უფრო სწრაფად

ფერმენტების ინჟინერია და კომერციული წარმოება უკვე დიდი ხანია არსებობს. მაგრამ ის, რაც ბოლო ათწლეულში შეიცვალა, არის ინდუსტრიის მოთხოვნა ამ მოლეკულებზე. წარსულში, აკადემიურ ლაბორატორიებსა და კომპანიებს შეეძლოთ წლები გაეტარებინათ ერთი ფერმენტის შესწორებაზე, მაგრამ ახლა ბიოწარმოება ახდენს ზეწოლას ფერმენტის ინჟინრებზე, რათა მიეწოდებინათ ეს ბიოკატალიზატორები. დღეს რათა მივაღწიოთ ხვალინდელ მდგრადობის მიზნებს.

დიდი ფერმენტების შემუშავება საჭიროებდა როგორც გამოცდილებას, ასევე ინფრასტრუქტურას. დავალებიდან გამომდინარე, ზოგიერთ ფერმენტს შეიძლება დასჭირდეს ოპტიმიზაცია გაუმჯობესებული მუშაობისთვის ან გაუმჯობესებული სტაბილურობისთვის მკაცრი რეაქციის პირობებში; სხვა პროექტებმა შეიძლება მოითხოვონ ახალი ფერმენტის შემუშავება უნიკალური რეაქციის განსახორციელებლად, რომლის ეკვივალენტი ბუნებაში არ არსებობს; და ზოგჯერ ყველაფერი რაც თქვენ გჭირდებათ არის უკვე არსებული ფერმენტის წარმოების მასშტაბის გაზრდა. მიზნის მიუხედავად, Ginkgo-ს შეუძლია იზრუნოს ყველაფერზე, დიზაინიდან დაწყებული წარმოების პროცესის ოპტიმიზაციამდე.

მაგალითად, პანდემიის დროს, გინკო თანამშრომლობდა ალდევრონთან, რათა გაეუმჯობესებინა ვაქცინის დამფარავი ფერმენტის წარმოება, კრიტიკული კომპონენტი, რომელიც გამოიყენება COVID-19 mRNA ვაქცინების წარმოებაში. კომპანიამ სწრაფად ამოიცნო ვაქცინის წარმოების ეს პოტენციური შეფერხება და მუშაობდა ფერმენტის წარმოების მასპინძელი შტამის გაუმჯობესებაზე და დუღილის პირობების ოპტიმიზაციაზე. გინგოს გაუმჯობესების წყალობით, ალდევრონმა შეძლო 10-ჯერ მეტი ფერმენტი თითო პარტიაზე, ვიდრე წინა პროცესით.

ფერმენტების თანმიმდევრობების მსოფლიოში უდიდესი მონაცემთა ბაზის შექმნა

სკალირების გაზრდა, ეჭვგარეშეა, მნიშვნელოვანია ფერმენტების ბაზრის სრული პოტენციალის გამოსაყენებლად. მაგრამ ინდუსტრიაში რეალური გამოწვევა არის ახალი ფერმენტული ფუნქციების შექმნა და ინჟინერია, რომლებიც ბუნებაში არ არსებობს. დიზაინი იკვებება Ginkgo-ს დახვეწილი პროგრამული უზრუნველყოფით, რომელიც აგებულია მანქანათმცოდნეობის ალგორითმებზე. სხვა კომპანიებს მოსწონთ სამშობლო, ბიომატერიის დიზაინი, კამბრიუმი, არზედადა Basecamp კვლევა ასევე იყენებენ მანქანათმცოდნეობის და ხელოვნური ინტელექტის ძალას ახალი ფერმენტების შესაქმნელად ან არსებულის გასაუმჯობესებლად. ისინი აანალიზებენ გენის თანმიმდევრობებს საჯარო და საკუთრების მონაცემთა ბაზებიდან და იყენებენ პროგნოზირებულ მოდელებს ახალი ფერმენტების თანმიმდევრობების დასაწერად.

თუ რამე იცით მოდელების შესახებ, თქვენ იცით აქსიომა, რომ მოდელი მხოლოდ ისეთივე კარგია, როგორც მონაცემთა ნაკრები, რომელზედაც სწავლობდა. ეს არის სადაც Ginkgo Bioworks აქვს მასიური უპირატესობა. გინგოს კოდების ბაზა, რომელსაც კომპანია მოიხსენიებს, როგორც მათ „ბიოლოგიურ პორტფელს“, შეიცავს დნმ-ის თანმიმდევრობებს, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მანქანათმცოდნეობის ალგორითმების მოსამზადებლად, რათა ამოიცნონ ფუნქციები, რომლებიც შეიცავს სასურველ თვისებებს ფერმენტის ინჟინერიისთვის: „რადგან ჩვენ ჩვენს ლაბორატორიებს ქარხნების მსგავსად ვმართავთ“, ამბობს. კელი. „ჩვენ ვაწარმოებთ სისტემატიზებულ მონაცემებს ისეთი სიჩქარით, როგორიც სხვა არავინ არის და ამიტომ არის ჩვენი მოდელები ასე კარგი“.

Ginkgo-მ დიდი ინვესტიცია განახორციელა როგორც ციფრულ, ისე ფიზიკურ ინფრასტრუქტურაში. ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, გინგომ განიცადა შთამბეჭდავი ზრდა და ახლა მას 1,200-მდე თანამშრომელი ჰყავს. Zymergen-ის ბოლო შეძენა. Zymergen-ის შენაძენი ბუდე თოჯინას ჰგავდა შესაძლებლობების გასაძლიერებლად: შერწყმამდე არც თუ ისე დიდი ხნით ადრე Zymergen-მა შეიძინა Radiant Genomics, რომელმაც შექმნა ინდუსტრიული პლატფორმა ბუნებრივი პროდუქტებისა და გენების აღმოჩენისთვის. Zymergen-მა ასევე შეიძინა სხვა კომპანია ე.წ Lodo Therapeutics რომელმაც შეადგინა გარემო მიკრობული დნმ-ის უზარმაზარი კოლექცია.

ეს შენაძენები იყო მიზანმიმართული მცდელობის ნაწილი, რათა შეიქმნას საუკეთესო გენომის მონაცემთა ბაზა. 2019 წელს გინგომ ინვესტიცია ჩადო შესყიდვაში Warp Drive Bio მათი გენომის მოპოვების პლატფორმისთვის, ფარმაცევტული კომპანიებისგან შეგროვებული მიკრობული კოლექციებით: „ალბათ ხუთ-ექვსი იყო ამ საკუთრებაში არსებული დიდი მიკრობული თანმიმდევრობის მცდელობა და ჩვენ შევიძინეთ სამი მათგანი. ასე რომ, როდესაც ჩვენ ვამბობთ, რომ გვაქვს დიდი საკუთრების გენომიკის მონაცემთა ბაზა, ჩვენ ამას ვგულისხმობთ,” - იცინის კელი.

Ginkgo ამბობს, რომ მისი მონაცემთა ბაზა ამჟამად შეიცავს დაახლოებით 1 მილიარდ თანმიმდევრობას და გენეტიკური ინფორმაციის მთელი სიმდიდრე ხელმისაწვდომია მათი მომხმარებლებისთვის: „ეს მხოლოდ მომსახურების კონტრაქტია დაშორებული ნებისმიერისგან, ვისაც სურს შეიმუშაოს პროდუქტი“, ამბობს კელი.

კონცეფციიდან წარმოებამდე ერთი სახურავის ქვეშ

ბიოლოგია წარმოუდგენლად რთულია, ამიტომ ყველა მოდელის მიერ გენერირებული თანმიმდევრობა ჯერ კიდევ საჭიროებს ლაბორატორიაში ტესტირებას. Codebase არის მხოლოდ "საწვავი დიზაინის ძრავისთვის". ფაქტობრივი ფიზიკური ელექტროსადგურები, სადაც კომპიუტერით გენერირებული ფერმენტის კონცეფციები შენდება და ტესტირება ხდება, არის Ginkgo's Foundries. Foundries არის მაღალი გამტარუნარიანობის ლაბორატორიები, რომლებიც შეიცავს უახლეს ავტომატიზაციას, პროგრამულ უზრუნველყოფას და ანალიტიკას - რომელიც მოიცავს საკუთარ დნმ-ის სინთეზის პლატფორმას და თანამედროვე ფერმენტერებს - რათა შეძლონ ათასობით შტამის წარმოება და სკრინინგი და საუკეთესო ფერმენტების აღმოჩენა. .

როგორც სტარტაპი - ან თუნდაც მრავალმილიარდ დოლარიანი საერთაშორისო გიგანტი Merck – თქვენ გაქვთ არჩევანი: თავად ააწყოთ მთელი ეს ინფრასტრუქტურა ან აუთსორსინგი. კელი ფიქრობს, რომ ეს უაზროა: „შეგიძლია მოხვიდე და ჩვენთვის დიდი პროექტი გამოაქვეყნო და ეს დიდ დატვირთვას წაგართმევს“.

„ის, რაც ჩვენ ნამდვილად გვინდა მივიყვანოთ სახლში ჩვენს კლიენტებთან, არის ის, რომ თქვენ არ გჭირდებათ ამის გაკეთება საკუთარ თავზე – ჩვენ ჩავდეთ ნახევარი მილიარდი დოლარი ინფრასტრუქტურასა და ავტომატიზაციაში, ასე რომ თქვენ არ მოგიწევთ ამის გაკეთება“, - ამბობს კელი. „ჩვენ ვაღწევთ წარმატებას მაშინ, როდესაც ჩვენი კლიენტები წარმატებას მიაღწევენ“ არის ფილოსოფია, რომელზეც გინკო მუშაობს.

დიდი მადლობა, რომ კატია ტარასავა ამ სტატიის დამატებითი კვლევისა და მოხსენებისთვის. მე ვარ SynBioBeta-ს დამფუძნებელი და ზოგიერთი კომპანია, რომელზეც ვწერ, როგორიცაა Ginkgo Bioworks, არიან სპონსორები. კონფერენცია SynBioBeta მდე ყოველკვირეული დაიჯესტი.