Ginkgo Bioworks Mengaktifkan Bio Foundry Untuk Mengambil Pasar Enzim Miliaran Dolar

Biowork Ginkgo bersiap-siap untuk satu tahun lagi mengganggu seluruh model industri biotek dengan menu serbaguna layanan teknik biologi. Sebagai penyedia layanan biologi sintetik full-stack, Ginkgo melakukan segalanya: mulai dari mengembangkan yang baru rasa dan wewangian untuk rekayasa seluruh organisme untuk perawatan tanaman dan obat hidup. Selama setahun terakhir, Ginkgo telah bergerak biofarma, dan sekarang mereka telah mengumumkan yang baru Kecerdasan Enzim melayani. Saya baru-baru ini mengobrol dengan Jason Kelly, salah satu pendiri Ginkgo dan CEO saat ini, yang akan berbicara di SynBioBeta 2023, untuk mendapatkan detail lebih lanjut tentang penawaran terbaru perusahaan.

Perpindahan ke enzim tidak mengherankan: dengan aplikasi dari biofarma ke pertanian, enzim adalah a multi-miliar dolar pasar. Molekul-molekul ini adalah mesin biologis kecil yang dapat melakukan berbagai fungsi – mulai dari menjaga agar tubuh kita tetap berjalan hingga mengkatalisasi reaksi skala besar dalam industri kimia. Di tubuh manusia saja, ada yang berakhir 2,700 enzim dan banyak dari mereka adalah target untuk mengobati penyakit. Untuk industri kimia, enzim adalah alat penting yang membuat dan memutuskan ikatan kimia. Dan untuk bioekonomi, mereka adalah pendorong penting untuk membangun masa depan yang berkelanjutan.

Terlepas dari bidang aplikasinya – baik itu makanan, farmasi, perawatan kulit, tekstil, bahan kimia, atau apa pun yang dapat dibuat dengan biologi – enzim adalah pekerja keras biologi yang mengubah input berkelanjutan menjadi produk yang berharga. Tetapi setiap produk atau aplikasi tertentu melibatkan pengembangan dan penyempurnaan enzim khusus untuk kinerja optimal. Proses ini, yang disebut "rekayasa enzim", memerlukan R&D ekstensif: mulai dari mengembangkan algoritme komputasi yang menyarankan enzim mana yang bekerja paling baik untuk tugas yang ada hingga mencari tahu organisme inang mana yang akan digunakan untuk produksinya. Garis waktu untuk mengembangkan setiap enzim baru sangat panjang, dan hasilnya tidak selalu sesuai dengan investasi awal.

Ginkgo Bioworks mengatakan – tinggalkan semua itu: “Itulah perubahan besar yang kami coba ciptakan di pasar. Kami ingin orang-orang berhenti melakukan R&D internal mereka sendiri dan memanfaatkan platform kami,” pikir Kelly. "Kami dapat membawa Anda sampai ke enzim komersial dari sebuah konsep." Ini mungkin merupakan proposisi yang menarik bagi banyak perusahaan yang mungkin tidak ingin berinvestasi dalam upaya R&D mereka sendiri dan hanya ingin menyelesaikan pekerjaan. Ginkgo berjanji tidak hanya untuk mengambil pekerjaan itu dari tangan mereka tetapi melakukannya dengan lebih baik dan lebih cepat.

Membuat lebih banyak enzim, lebih cepat

Rekayasa enzim dan produksi komersial telah ada sejak lama. Namun yang berubah dalam dekade terakhir adalah permintaan industri akan molekul-molekul ini. Di masa lalu, laboratorium akademik dan perusahaan dapat menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk mengutak-atik satu enzim, tetapi sekarang biomanufaktur memberi tekanan pada insinyur enzim untuk menghasilkan biokatalis ini. hari ini sehingga kita dapat memenuhi tujuan keberlanjutan di masa depan.

Mengembangkan enzim yang hebat membutuhkan keahlian dan infrastruktur. Tergantung pada tugas yang dihadapi, beberapa enzim mungkin perlu dioptimalkan untuk meningkatkan kinerja atau meningkatkan stabilitas dalam kondisi reaksi yang keras; proyek lain mungkin memerlukan pengembangan enzim baru untuk melakukan reaksi unik yang tidak ada persamaannya di alam; dan terkadang yang Anda butuhkan hanyalah meningkatkan produksi enzim yang sudah ada. Apa pun tujuannya, Ginkgo dapat menangani semuanya mulai dari desain hingga optimalisasi proses produksi.

Misalnya, selama pandemi, Ginkgo berkolaborasi dengan Aldevron untuk meningkatkan produksi enzim capping vaksinia, komponen penting yang digunakan dalam pembuatan vaksin mRNA COVID-19. Perusahaan dengan cepat mengenali hambatan potensial untuk pembuatan vaksin ini dan bekerja untuk meningkatkan galur inang produksi enzim dan mengoptimalkan kondisi fermentasi. Berkat peningkatan Ginkgo, Aldevron bisa melakukannya 10 kali lebih banyak enzim per batch dibandingkan dengan proses sebelumnya.

Membangun database urutan enzim terbesar di dunia

Peningkatan skala, tidak diragukan lagi, penting untuk memanfaatkan potensi pasar enzim sepenuhnya. Namun tantangan sesungguhnya dalam industri ini adalah merancang dan merekayasa fungsi enzim baru yang tidak ada di alam. Desainnya didukung oleh perangkat lunak canggih Ginkgo yang dibangun di atas algoritma pembelajaran mesin. Perusahaan lain suka Buaian, Desain Biomatter, Kambrium, Arzeda, dan Penelitian Basecamp juga menggunakan kekuatan pembelajaran mesin dan AI untuk merancang enzim baru atau menyempurnakan yang sudah ada. Mereka menganalisis urutan gen dari database publik dan kepemilikan dan menggunakan model prediktif untuk "menulis" urutan enzim baru.

Jika Anda mengetahui sesuatu tentang model, Anda tahu aksioma bahwa model hanya sebaik dataset yang telah dilatihnya. Di sinilah Ginkgo Bioworks memiliki keuntungan besar. Basis Kode Ginkgo, yang oleh perusahaan disebut sebagai "portofolio biologis" mereka, berisi urutan DNA yang dapat digunakan untuk melatih algoritme pembelajaran mesin untuk mengenali fitur yang berisi kualitas yang diinginkan untuk rekayasa enzim: "Karena kami menjalankan lab kami seperti pabrik," kata Kelly. “Kami menghasilkan data yang sistematis dengan kecepatan yang tidak dimiliki orang lain dan itulah mengapa model kami sangat bagus.”

Ginkgo telah banyak berinvestasi dalam infrastruktur digital dan fisik. Selama beberapa tahun terakhir, Ginkgo telah mengalami pertumbuhan yang mengesankan dan sekarang memiliki hampir 1,200 staf setelah akuisisi Zymergen baru-baru ini. Akuisisi Zymergen seperti boneka bersarang untuk membangun kapasitas: tidak lama sebelum merger, Zymergen telah mengakuisisi Radiant Genomics yang telah mengembangkan platform industri untuk produk alami dan penemuan gen. Zymergen juga telah membeli perusahaan lain bernama Terapi Lodo yang telah menyusun banyak koleksi DNA mikroba lingkungan.

Akuisisi ini telah menjadi bagian dari upaya yang disengaja untuk menyusun basis data genom terbaik di luar sana. Pada 2019 Ginkgo berinvestasi dalam pembelian Bio Drive Warp untuk platform penambangan genom mereka, dengan koleksi mikroba yang dikumpulkan dari perusahaan farmasi: “Mungkin ada lima atau enam dari upaya pengurutan mikroba besar yang telah dilakukan dan kami telah memperoleh tiga di antaranya. Jadi, ketika kami mengatakan bahwa kami memiliki basis data genomik yang besar, kami bersungguh-sungguh, ”tertawa Kelly.

Ginkgo mengatakan basis datanya saat ini berisi hampir 1 miliar urutan, dan semua kekayaan informasi genetik tersedia untuk pelanggan mereka: "Ini hanya kontrak layanan dari siapa pun yang ingin mengembangkan produk," kata Kelly.

Dari konsepsi hingga produksi di bawah satu atap

Biologi sangat kompleks, sehingga setiap urutan yang dihasilkan model masih perlu diuji di laboratorium. Codebase hanyalah "bahan bakar untuk mesin desain". Pusat kekuatan fisik yang sebenarnya di mana konsep enzim yang dihasilkan komputer dibangun dan diuji adalah Ginkgo's Foundries. The Foundries adalah laboratorium throughput tinggi yang berisi otomatisasi, perangkat lunak, dan analitik terbaru – yang mencakup platform sintesis DNA dan fermentor canggihnya sendiri – untuk dapat memproduksi dan menyaring ribuan strain dan menemukan enzim terbaik .

Sebagai startup – atau bahkan raksasa internasional bernilai miliaran dolar seperti Merck – Anda punya pilihan: membangun semua infrastruktur itu sendiri atau melakukan outsourcing. Kelly berpikir itu adalah no-brainer: "Anda bisa datang dan mengalihdayakan proyek besar kepada kami dan itu akan mengurangi beban Anda."

“Yang benar-benar ingin kami bawa pulang ke pelanggan kami adalah Anda tidak perlu melakukannya sendiri – kami telah menginvestasikan setengah miliar dolar untuk infrastruktur dan otomasi sehingga Anda tidak perlu melakukannya,” kata Kelly. 'Kami berhasil ketika pelanggan kami berhasil' adalah filosofi perbankan Ginkgo.

Terima kasih kepada Katya Tarasava untuk penelitian dan pelaporan tambahan pada artikel ini. Saya pendiri SynBioBeta dan beberapa perusahaan yang saya tulis, seperti Ginkgo Bioworks, adalah sponsor dari Konferensi SynBioBeta dan intisari mingguan.