Pinasisigla ng Ginkgo Bioworks ang Bio Foundry Nito Para Makuha ang Bilyong Dolyar na Enzyme Market

Ginkgo Bioworks ay naghahanda para sa isa pang taon ng pag-abala sa buong modelo ng industriya ng biotech sa maraming nalalaman nitong menu ng mga serbisyo sa biology engineering. Bilang isang full-stack synthetic biology service provider, ginagawa ng Ginkgo ang lahat: mula sa pagbuo ng bago lasa at pabango sa engineering buong organismo para sa mga paggamot sa pananim at mga gamot sa buhay. Sa nakalipas na taon, ang Ginkgo ay gumagawa ng mga paglipat sa biopharma, at ngayon ay nag-anunsyo sila ng bago Enzyme Intelligence serbisyo. Nakipag-chat ako kamakailan kay Jason Kelly, isa sa mga co-founder at kasalukuyang CEO ng Ginkgo, na magsasalita sa SynBioBeta 2023, upang makakuha ng higit pang mga detalye sa pinakabagong alok ng kumpanya.

Ang paglipat sa mga enzyme ay hindi nakakagulat: sa mga aplikasyon mula sa biopharma hanggang sa agrikultura, ang mga enzyme ay isang multi-bilyon-dolyar merkado. Ang mga molekula na ito ay maliliit na biological machine na maaaring magsagawa ng maraming nalalaman na mga function - mula sa pagpapanatiling tumatakbo ang ating mga katawan hanggang sa pag-catalyze ng napakalaking reaksyon sa industriya ng kemikal. Sa katawan ng tao pa lang, tapos na 2,700 mga enzyme at marami sa mga iyon ay mga target para sa paggamot sa sakit. Para sa industriya ng kemikal, ang mga enzyme ay mahalagang kasangkapan na gumagawa at sumisira sa mga bono ng kemikal. At para sa bioeconomy, sila ay mahalagang mga driver para sa pagbuo ng isang napapanatiling hinaharap.

Anuman ang lugar ng aplikasyon – ito man ay pagkain, pharma, skincare, tela, kemikal, o anumang bagay na maaaring itayo gamit ang biology – ang mga enzyme ay mga workhorse ng biology na nagko-convert ng mga sustainable input sa mahahalagang produkto. Ngunit ang bawat partikular na produkto o aplikasyon ay nagsasangkot ng pagbuo at pagperpekto ng mga custom na enzyme para sa pinakamainam na pagganap. Ang prosesong ito, na tinatawag na "enzyme engineering", ay nangangailangan ng malawak na R&D: mula sa pagbuo ng mga computational algorithm na nagmumungkahi kung aling enzyme ang pinakamahusay na gagana para sa gawaing nasa kamay hanggang sa pag-alam kung aling host organism ang gagamitin para sa paggawa nito. Ang mga timeline para sa pagbuo ng bawat bagong enzyme ay napakahaba, at ang mga resulta ay hindi palaging nagbibigay-katwiran sa upfront investment.

Sinasabi ng Ginkgo Bioworks – i-drop ang lahat ng iyon: “Iyan ang malaking pagbabago na sinusubukan naming gawin sa merkado. Gusto naming huminto ang mga tao sa paggawa ng sarili nilang in-house na R&D at gamitin ang aming mga platform,” sa tingin ni Kelly. "Maaari ka naming dalhin hanggang sa isang komersyal na enzyme mula sa isang konsepto." Ito ay maaaring isang kaakit-akit na panukala para sa maraming kumpanya na maaaring hindi gustong mamuhunan sa kanilang sariling mga pagsisikap sa R&D at kailangan lang ang trabaho. Nangako si Ginkgo na hindi lamang aalisin ang gawaing iyon sa kanilang mga kamay ngunit gagawin ito nang mas mahusay at mas mabilis.

Paggawa ng mas maraming enzymes, mas mabilis

Ang enzyme engineering at komersyal na produksyon ay nasa loob ng ilang sandali. Ngunit ang nagbago sa huling dekada ay ang pangangailangan ng industriya para sa mga molekulang ito. Noong nakaraan, ang mga akademikong lab at kumpanya ay maaaring gumugol ng mga taon sa pagsasaayos ng isang enzyme, ngunit ngayon ang biomanufacturing ay naglalagay ng presyon sa mga inhinyero ng enzyme upang maihatid ang mga biocatalyst na ito ngayon upang maabot natin ang mga layunin ng pagpapanatili ng bukas.

Ang pagbuo ng mahusay na mga enzyme ay nangangailangan ng parehong kadalubhasaan at imprastraktura. Depende sa gawain sa kamay, ang ilang mga enzyme ay maaaring kailangang i-optimize para sa pinahusay na pagganap o pinahusay na katatagan sa malupit na mga kondisyon ng reaksyon; ang ibang mga proyekto ay maaaring tumawag para sa pagbuo ng isang bagong enzyme upang magsagawa ng kakaibang reaksyon na walang katumbas sa kalikasan; at kung minsan ang kailangan mo lang ay palakihin ang produksyon ng isang umiiral nang enzyme. Anuman ang layunin, kayang alagaan ng Ginkgo ang lahat mula sa disenyo hanggang sa pag-optimize ng proseso ng pagmamanupaktura.

Halimbawa, sa panahon ng pandemya, nakipagtulungan ang Ginkgo sa Aldevron upang pahusayin ang produksyon ng vaccinia capping enzyme nito, isang kritikal na bahagi na ginagamit sa paggawa ng mga bakunang COVID-19 mRNA. Mabilis na nakilala ng kumpanya ang potensyal na bottleneck na ito para sa paggawa ng bakuna at nagtrabaho sa pagpapabuti ng enzyme production host strain at pag-optimize sa mga kondisyon ng fermentation. Salamat sa mga pagpapabuti ng Ginkgo, magagawa ni Aldevron 10 beses na mas maraming enzyme bawat batch kaysa sa nakaraang proseso.

Pagbuo ng pinakamalaking database ng mga sequence ng enzyme sa mundo

Ang pag-scale up ay, walang alinlangan, mahalaga para sa pag-tap sa buong potensyal ng merkado ng enzyme. Ngunit ang tunay na hamon sa industriya ay ang pagdidisenyo at pag-inhinyero ng mga nobelang enzyme function na hindi umiiral sa kalikasan. Ang disenyo ay pinapagana ng sopistikadong software ng Ginkgo na binuo sa mga algorithm ng machine learning. Gusto ng ibang kumpanya Cradle, Mga Disenyo ng Biomatter, Cambrian, Arzeda, at Pananaliksik sa Basecamp ay ginagamit din ang kapangyarihan ng machine learning at AI upang magdisenyo ng mga bagong enzyme o pagbutihin ang mga umiiral na. Sinusuri nila ang mga pagkakasunud-sunod ng gene mula sa mga pampubliko at pagmamay-ari na database at gumagamit ng mga predictive na modelo upang "magsulat" ng mga bagong sequence ng enzyme.

Kung may alam ka tungkol sa mga modelo, alam mo ang axiom na ang modelo ay kasing ganda lamang ng dataset kung saan ito pinagsanayan. Ito ay kung saan ang Ginkgo Bioworks ay may napakalaking kalamangan. Codebase ng Ginkgo, na tinutukoy ng kumpanya bilang kanilang "biological portfolio", ay naglalaman ng mga DNA sequence na maaaring magamit upang sanayin ang mga machine learning algorithm upang makilala ang mga feature na naglalaman ng mga gustong katangian para sa enzyme engineering: "Dahil pinapatakbo namin ang aming mga lab tulad ng mga pabrika," sabi ng Kelly. “Bumubuo kami ng systematized na data sa bilis na walang iba at iyon ang dahilan kung bakit napakahusay ng aming mga modelo."

Ang Ginkgo ay namuhunan nang malaki sa parehong digital at pisikal na imprastraktura. Sa nakalipas na ilang taon, dumaan ang Ginkgo sa kahanga-hangang paglaki at ngayon ay may malapit na sa 1,200 kawani pagkatapos ng kamakailang pagkuha ng Zymergen. Ang pagkuha ng Zymergen ay parang isang nesting doll para sa pagbuo ng kapasidad: hindi masyadong matagal bago ang merger, nakuha ng Zymergen ang Radiant Genomics na nakabuo ng pang-industriya na platform para sa natural na produkto at pagtuklas ng gene. Bumili din si Zymergen ng isa pang kumpanyang tinatawag Lodo Therapeutics na nag-compile ng malawak na koleksyon ng environmental microbial DNA.

Ang mga acquisition na ito ay naging bahagi ng isang sadyang pagsisikap na i-curate ang pinakamahusay na database ng genome doon. Noong 2019, namuhunan si Ginkgo sa pagbili Warp Drive Bio para sa kanilang platform ng pagmimina ng genome, na may mga koleksyon ng microbial na nakalap mula sa mga kumpanya ng pharma: “Marahil ay nagkaroon na ng lima o anim sa mga pagmamay-ari ng malalaking microbial sequencing na pagsusumikap na ito at nakuha namin ang tatlo sa kanila. Kaya, kapag sinabi namin na mayroon kaming isang malaking database ng pagmamay-ari ng genomics, sinadya namin ito, "natatawa si Kelly.

Sinabi ng Ginkgo na ang database nito ay kasalukuyang naglalaman ng halos 1 bilyong pagkakasunud-sunod, at lahat ng kayamanan ng genetic na impormasyon ay magagamit sa kanilang mga customer: "Isa lamang itong kontrata ng serbisyo na malayo sa sinumang gustong bumuo ng isang produkto," sabi ni Kelly.

Mula sa paglilihi hanggang sa produksyon sa ilalim ng isang bubong

Ang biology ay hindi kapani-paniwalang kumplikado, kaya ang bawat pagkakasunod-sunod na nabuo ng modelo ay kailangan pa ring masuri sa lab. Ang Codebase ay "ang gasolina para sa disenyo ng makina". Ang aktwal na mga pisikal na powerhouse kung saan ang mga konsepto ng enzyme na binuo ng computer ay binuo at nasubok ay ang Ginkgo's Foundries. Ang Foundries ay mga high-throughput na lab na naglalaman ng pinakabagong automation, software, at analytics - na kinabibilangan ng sarili nitong DNA synthesis platform at makabagong mga fermenter - upang makagawa at makapag-screen ng libu-libong strain at matuklasan ang pinakamahusay na enzymes .

Bilang isang startup - o kahit isang multibillion-dollar na internasyonal na higanteng tulad Merck – mayroon kang pagpipilian: itayo ang lahat ng imprastraktura sa iyong sarili o outsource. Sa palagay ni Kelly, ito ay walang kabuluhan: "Maaari kang pumunta at mag-outsource ng isang malaking proyekto sa amin at iyon ay magdadala ng malaking kargada sa iyo."

"Ang talagang gusto naming ihatid pauwi sa aming mga customer ay hindi mo kailangang gawin ito nang mag-isa - namuhunan kami ng kalahating bilyong dolyar sa imprastraktura at automation kaya hindi mo na kailanganin," sabi ni Kelly. 'Nagtatagumpay kami kapag nagtagumpay ang aming mga customer' ang pilosopiyang pinagbabangko ni Ginkgo.

Salamat sa Katia Tarasava para sa karagdagang pananaliksik at pag-uulat sa artikulong ito. Ako ang nagtatag ng SynBioBeta at ang ilan sa mga kumpanyang isinusulat ko, gaya ng Ginkgo Bioworks, ay mga sponsor ng Kumperensya ng SynBioBeta at lingguhang digest.