Ginkgo Bioworks เร่งสร้างโรงหล่อชีวภาพเพื่อชิงตลาดเอนไซม์มูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์

แปะก๊วย Bioworks กำลังเตรียมพร้อมสำหรับอีกหนึ่งปีในการพลิกโฉมรูปแบบอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพทั้งหมดด้วยเมนูบริการด้านวิศวกรรมชีววิทยาที่หลากหลาย ในฐานะผู้ให้บริการด้านชีววิทยาสังเคราะห์แบบครบวงจร Ginkgo ทำทุกอย่าง ตั้งแต่การพัฒนาสิ่งใหม่ๆ รสชาติและกลิ่นหอม เพื่อวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตทั้งหมดสำหรับ การรักษาพืชผล และ ยามีชีวิต. ในช่วงปีที่ผ่านมา Ginkgo ได้ก้าวเข้าสู่ BioPharmaและตอนนี้พวกเขาได้ประกาศใหม่ ความฉลาดของเอนไซม์ บริการ. เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันได้พูดคุยกับ Jason Kelly หนึ่งในผู้ร่วมก่อตั้งและซีอีโอคนปัจจุบันของ Ginkgo ซึ่งจะมาพูดที่ SynBioBeta 2023 เพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อเสนอล่าสุดของบริษัท

การย้ายเข้าสู่เอนไซม์ไม่น่าแปลกใจ: ด้วยการใช้งานจากชีวเภสัชกรรมสู่การเกษตร เอนไซม์จึงเป็น หลายพันล้านเหรียญ ตลาด. โมเลกุลเหล่านี้เป็นเครื่องจักรชีวภาพขนาดเล็กที่สามารถทำงานได้หลากหลาย ตั้งแต่การทำให้ร่างกายของเราทำงานไปจนถึงการเร่งปฏิกิริยาขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมเคมี ในร่างกายของมนุษย์อย่างเดียวก็มีมากกว่า 2,700 เอ็นไซม์ และหลายเป้าหมายในการรักษาโรค สำหรับอุตสาหกรรมเคมี เอนไซม์เป็นเครื่องมือสำคัญที่สร้างและทำลายพันธะเคมี และสำหรับเศรษฐกิจชีวภาพ สิ่งเหล่านี้เป็นตัวขับเคลื่อนที่สำคัญสำหรับการสร้างอนาคตที่ยั่งยืน

โดยไม่คำนึงถึงขอบเขตการใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นอาหาร ยา ผลิตภัณฑ์ดูแลผิว สิ่งทอ เคมีภัณฑ์ หรือสิ่งอื่นใดที่สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยชีววิทยา เอนไซม์เป็นกลไกของชีววิทยาที่เปลี่ยนปัจจัยการผลิตที่ยั่งยืนให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่า แต่ผลิตภัณฑ์หรือการใช้งานเฉพาะแต่ละรายการเกี่ยวข้องกับการพัฒนาและปรับปรุงเอนไซม์แบบกำหนดเองให้สมบูรณ์แบบเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด กระบวนการนี้เรียกว่า "เอ็นไซม์เอ็นจิเนียริ่ง" ต้องการการวิจัยและพัฒนาที่กว้างขวาง ตั้งแต่การพัฒนาอัลกอริธึมการคำนวณที่แนะนำว่าเอนไซม์ตัวใดอาจทำงานได้ดีที่สุดสำหรับงานที่ทำอยู่ ไปจนถึงการค้นหาสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ที่จะใช้สำหรับการผลิต เส้นเวลาสำหรับการพัฒนาเอนไซม์ใหม่แต่ละชนิดนั้นยาวนานอย่างมาก และผลลัพธ์ไม่ได้คุ้มค่ากับการลงทุนล่วงหน้าเสมอไป

Ginkgo Bioworks กำลังพูดว่า – ทิ้งทั้งหมดนั้น: “นั่นคือการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่เรากำลังพยายามสร้างขึ้นในตลาด เราต้องการให้ผู้คนเลิกทำ R&D ภายในองค์กรของตนเองและใช้ประโยชน์จากแพลตฟอร์มของเรา” Kelly คิด "เราสามารถพาคุณไปสู่เอนไซม์เชิงพาณิชย์ได้จากแนวคิด" นี่อาจเป็นข้อเสนอที่น่าสนใจสำหรับหลาย ๆ บริษัทที่อาจไม่ต้องการลงทุนในการวิจัยและพัฒนาของตนเองและต้องการให้งานเสร็จ แปะก๊วยสัญญาว่าจะไม่เพียง แต่กำจัดงานนั้นออกจากมือ แต่ยังทำให้ดีขึ้นและเร็วขึ้น

สร้างเอ็นไซม์ได้มากขึ้น เร็วขึ้น

วิศวกรรมเอนไซม์และการผลิตเชิงพาณิชย์มีมาระยะหนึ่งแล้ว แต่สิ่งที่เปลี่ยนไปในทศวรรษที่ผ่านมาคือความต้องการโมเลกุลเหล่านี้ของอุตสาหกรรม ในอดีต ห้องปฏิบัติการทางวิชาการและบริษัทต่างๆ อาจใช้เวลาหลายปีในการปรับแต่งเอ็นไซม์ตัวเดียว แต่ตอนนี้ การผลิตทางชีวภาพกำลังกดดันวิศวกรเอ็นไซม์ให้ส่งมอบตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพเหล่านี้ ในวันนี้ เพื่อให้เราบรรลุเป้าหมายความยั่งยืนในวันพรุ่งนี้

การพัฒนาเอนไซม์ที่ดีต้องใช้ทั้งความเชี่ยวชาญและโครงสร้างพื้นฐาน เอนไซม์บางชนิดอาจจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพหรือปรับปรุงความเสถียรในสภาวะปฏิกิริยารุนแรง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับงานที่ทำอยู่ โครงการอื่น ๆ อาจเรียกร้องให้มีการพัฒนาเอนไซม์ใหม่เพื่อทำปฏิกิริยาเฉพาะซึ่งไม่มีสิ่งใดเทียบเท่าในธรรมชาติ และบางครั้งสิ่งที่คุณต้องทำก็คือเพิ่มขนาดการผลิตเอนไซม์ที่มีอยู่แล้ว โดยไม่คำนึงถึงเป้าหมาย Ginkgo สามารถดูแลทุกอย่างตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต

ตัวอย่างเช่น ในช่วงที่เกิดโรคระบาด Ginkgo ร่วมมือกับ Aldevron เพื่อปรับปรุงการผลิตเอนไซม์ปิดฝาวัคซีน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ใช้ในการผลิตวัคซีน mRNA ของ COVID-19 บริษัทตระหนักถึงปัญหาคอขวดที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วสำหรับการผลิตวัคซีน และดำเนินการปรับปรุงสายพันธุ์โฮสต์การผลิตเอนไซม์และปรับสภาพการหมักให้เหมาะสม ด้วยการปรับปรุงของ Ginkgo ทำให้ Aldevron สามารถทำได้ เพิ่มเอ็นไซม์ 10 เท่า ต่อชุดมากกว่ากระบวนการก่อนหน้า

สร้างฐานข้อมูลลำดับเบสของเอนไซม์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก

การขยายขนาดเป็นสิ่งสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัยสำหรับการเจาะศักยภาพของตลาดเอนไซม์อย่างเต็มที่ แต่ความท้าทายที่แท้จริงในอุตสาหกรรมคือการออกแบบและวิศวกรรมฟังก์ชันใหม่ของเอนไซม์ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ การออกแบบนี้ขับเคลื่อนโดยซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนของ Ginkgo ที่สร้างขึ้นจากอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่อง บริษัทอื่นเช่น เปล, การออกแบบชีวมวล, แคมเบรียม, อาร์เซด้าและ การวิจัยเบสแคมป์ ยังใช้พลังของแมชชีนเลิร์นนิงและ AI เพื่อออกแบบเอนไซม์ใหม่หรือปรับปรุงเอนไซม์ที่มีอยู่ พวกเขาวิเคราะห์ลำดับของยีนจากฐานข้อมูลสาธารณะและเป็นกรรมสิทธิ์ และใช้แบบจำลองเชิงทำนายเพื่อ "เขียน" ลำดับของเอนไซม์ใหม่

หากคุณรู้อะไรเกี่ยวกับโมเดล คุณจะรู้สัจพจน์ที่ว่าโมเดลนั้นดีเท่ากับชุดข้อมูลที่ได้รับการฝึกฝนมาเท่านั้น นี่คือจุดที่ Ginkgo Bioworks มีข้อได้เปรียบอย่างมาก Codebase ของแปะก๊วยซึ่งบริษัทเรียกว่าเป็น “ผลงานทางชีววิทยา” มีลำดับดีเอ็นเอที่สามารถใช้ในการฝึกอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อจดจำคุณสมบัติที่มีคุณสมบัติที่ต้องการสำหรับวิศวกรรมเอนไซม์: “เพราะเราดำเนินการห้องปฏิบัติการของเราเหมือนโรงงาน” กล่าว เคลลี่. “เรากำลังสร้างข้อมูลที่จัดระบบในอัตราที่ไม่มีใครทำ และนั่นคือสาเหตุที่โมเดลของเราดีมาก”

Ginkgo ได้ลงทุนอย่างมากในโครงสร้างพื้นฐานทั้งดิจิทัลและทางกายภาพ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Ginkgo ได้เติบโตอย่างน่าประทับใจ และขณะนี้มีพนักงานเกือบ 1,200 คนหลังจากที่ การซื้อกิจการล่าสุดของ Zymergen. การซื้อกิจการของ Zymergen เป็นเหมือนตุ๊กตาสำหรับสร้างศักยภาพ: ไม่นานก่อนการควบรวมกิจการ Zymergen ได้เข้าซื้อกิจการ Radiant Genomics ซึ่งได้พัฒนาแพลตฟอร์มอุตสาหกรรมสำหรับผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและการค้นพบยีน Zymergen ยังได้ซื้อบริษัทอื่นที่เรียกว่า การบำบัดด้วยโลโด ที่ได้รวบรวม DNA ของจุลินทรีย์ในสิ่งแวดล้อมจำนวนมหาศาล

การซื้อกิจการเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของความพยายามโดยเจตนาในการดูแลจัดการฐานข้อมูลจีโนมที่ดีที่สุด ในปี 2019 แปะก๊วยลงทุนซื้อ วาร์ปไดรฟ์ไบโอ สำหรับแพลตฟอร์มการขุดจีโนมของพวกเขาด้วยการรวบรวมจุลินทรีย์จากบริษัทยา: “อาจมีความพยายามในการจัดลำดับจุลินทรีย์ขนาดใหญ่ที่เป็นกรรมสิทธิ์เหล่านี้ไปแล้วห้าหรือหกตัว และเราได้มาสามตัว ดังนั้น เมื่อเราพูดว่าเรามีฐานข้อมูลจีโนมิกส์ที่เป็นกรรมสิทธิ์ขนาดใหญ่ เราก็หมายความว่าอย่างนั้น” เคลลี่หัวเราะ

Ginkgo กล่าวว่า ปัจจุบันฐานข้อมูลของบริษัทมีลำดับเกือบ 1 พันล้านลำดับ และข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดนั้นมีให้สำหรับลูกค้าของพวกเขา: "มันเป็นเพียงสัญญาบริการที่ห่างไกลจากใครก็ตามที่ต้องการพัฒนาผลิตภัณฑ์" Kelly กล่าว

ตั้งแต่แนวคิดไปจนถึงการผลิตภายใต้หลังคาเดียวกัน

ชีววิทยามีความซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นทุกลำดับที่สร้างแบบจำลองยังคงต้องได้รับการทดสอบในห้องปฏิบัติการ Codebase เป็นเพียง "เชื้อเพลิงสำหรับกลไกการออกแบบ" โรงไฟฟ้าจริงที่มีการสร้างและทดสอบแนวคิดของเอนไซม์ที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์คือ Ginkgo's Foundry Foundries เป็นห้องปฏิบัติการที่มีปริมาณงานสูงซึ่งมีระบบอัตโนมัติ ซอฟต์แวร์ และการวิเคราะห์ล่าสุด ซึ่งรวมถึงแพลตฟอร์มการสังเคราะห์ DNA ของตัวเองและถังหมักที่ทันสมัย ​​เพื่อให้สามารถผลิตและคัดกรองสายพันธุ์นับพันและค้นพบเอนไซม์ที่ดีที่สุด .

ในฐานะบริษัทสตาร์ทอัพ หรือแม้แต่บริษัทยักษ์ใหญ่ระดับนานาชาติมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์อย่างเช่น เมอร์ค – คุณมีทางเลือก: จะสร้างโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมดนั้นด้วยตัวเองหรือว่าจ้างจากภายนอก Kelly คิดว่ามันเป็นเรื่องง่าย: "คุณสามารถมาและว่าจ้างโครงการขนาดใหญ่จากภายนอกให้เราได้ และนั่นจะทำให้คุณไม่ต้องแบกรับภาระก้อนใหญ่"

“สิ่งที่เราต้องการนำลูกค้ากลับบ้านจริงๆ คือคุณไม่จำเป็นต้องทำเอง เราลงทุนไปแล้วครึ่งพันล้านดอลลาร์ในโครงสร้างพื้นฐานและระบบอัตโนมัติ คุณจึงไม่ต้องทำเอง” Kelly กล่าว 'เราประสบความสำเร็จเมื่อลูกค้าของเราประสบความสำเร็จ' คือปรัชญาที่ Ginkgo ยึดมั่น

ขอบคุณ กะทิ ธาราสวา สำหรับการวิจัยและรายงานเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทความนี้ ฉันเป็นผู้ก่อตั้ง SynBioBeta และบางบริษัทที่ฉันเขียนถึง เช่น Ginkgo Bioworks เป็นผู้สนับสนุน การประชุม SynBioBeta และ สรุปรายสัปดาห์.