Ginkgo Bioworks enciende su fundición biológica para hacerse cargo del mercado de enzimas de miles de millones de dólares

Ginkgo Bioworks se está preparando para otro año de disrupción de todo el modelo de la industria biotecnológica con su menú versátil de servicios de ingeniería biológica. Como proveedor completo de servicios de biología sintética, Ginkgo hace de todo: desde desarrollar nuevos sabores y fragancias a la ingeniería de organismos enteros para tratamientos de cultivo y medicinas vivas. Durante el último año, Ginkgo se ha estado moviendo hacia biofarma, y ahora han anunciado un nuevo Inteligencia enzimática Servicio. Recientemente conversé con Jason Kelly, uno de los cofundadores de Ginkgo y actual director ejecutivo, quien hablará en SynBioBeta 2023, para obtener más detalles sobre la última oferta de la compañía.

El paso a las enzimas no es sorprendente: con aplicaciones desde la biofarma hasta la agricultura, las enzimas son un multimillonario mercado. Estas moléculas son diminutas máquinas biológicas que pueden llevar a cabo funciones versátiles, desde mantener nuestros cuerpos en funcionamiento hasta catalizar reacciones a gran escala en la industria química. Solo en el cuerpo humano, hay más 2,700 enzimas y muchos de ellos son objetivos para el tratamiento de enfermedades. Para la industria química, las enzimas son herramientas importantes que forman y rompen enlaces químicos. Y para la bioeconomía, son motores esenciales para construir un futuro sostenible.

Independientemente del área de aplicación, ya sea alimentos, productos farmacéuticos, cuidado de la piel, textiles, productos químicos o cualquier otra cosa que se pueda construir con biología, las enzimas son los caballos de batalla de la biología que convierten insumos sostenibles en productos valiosos. Pero cada producto o aplicación específica implica desarrollar y perfeccionar enzimas personalizadas para un rendimiento óptimo. Este proceso, llamado "ingeniería de enzimas", requiere una extensa I+D: desde desarrollar algoritmos computacionales que sugieran qué enzima puede funcionar mejor para la tarea en cuestión hasta averiguar qué organismo huésped utilizar para su producción. Los plazos para desarrollar cada nueva enzima son insoportablemente largos y los resultados no siempre justifican la inversión inicial.

Ginkgo Bioworks está diciendo, deje todo eso: “Ese es el gran cambio que estamos tratando de crear en el mercado. Queremos que la gente deje de hacer su propia I+D interna y aproveche nuestras plataformas”, piensa Kelly. “Podemos llevarlo hasta una enzima comercial a partir de un concepto”. Esta puede ser una propuesta atractiva para muchas empresas que pueden no querer invertir en sus propios esfuerzos de I+D y simplemente necesitan que se haga el trabajo. Ginkgo promete no solo quitarles ese trabajo de encima, sino hacerlo mejor y más rápido.

Haciendo más enzimas, más rápido

La ingeniería de enzimas y la producción comercial han existido por un tiempo. Pero lo que ha cambiado en la última década es la demanda de la industria por estas moléculas. En el pasado, los laboratorios académicos y las empresas podían pasar años ajustando una sola enzima, pero ahora la biofabricación está presionando a los ingenieros de enzimas para que produzcan estos biocatalizadores. hoy para que podamos cumplir los objetivos de sostenibilidad del mañana.

El desarrollo de grandes enzimas requería experiencia e infraestructura. Dependiendo de la tarea a realizar, es posible que algunas enzimas deban optimizarse para mejorar el rendimiento o mejorar la estabilidad en condiciones de reacción adversas; otros proyectos pueden requerir el desarrollo de una nueva enzima para llevar a cabo una reacción única para la que no existe un equivalente en la naturaleza; y, a veces, todo lo que necesita es aumentar la producción de una enzima ya existente. Independientemente del objetivo, Ginkgo puede ocuparse de todo, desde el diseño hasta la optimización del proceso de fabricación.

Por ejemplo, durante la pandemia, Ginkgo colaboró ​​con Aldevron para mejorar la producción de su enzima de protección contra vaccinia, un componente fundamental utilizado en la fabricación de las vacunas de ARNm de COVID-19. La compañía reconoció rápidamente este posible cuello de botella para la fabricación de vacunas y trabajó para mejorar la cepa huésped de producción de enzimas y optimizar las condiciones de fermentación. Gracias a las mejoras de Ginkgo, Aldevron pudo hacer 10 veces más enzima por lote que con el proceso anterior.

Creación de la base de datos de secuencias de enzimas más grande del mundo

La ampliación es, sin duda, importante para aprovechar todo el potencial del mercado de enzimas. Pero el verdadero desafío en la industria es el diseño y la ingeniería de nuevas funciones enzimáticas que no existen en la naturaleza. El diseño funciona con el sofisticado software de Ginkgo basado en algoritmos de aprendizaje automático. Otras empresas como Soporte, Diseños de Biomateria, cambrium, Arzeday Investigación del campamento base también están utilizando el poder del aprendizaje automático y la IA para diseñar nuevas enzimas o mejorar las existentes. Analizan secuencias de genes de bases de datos públicas y propietarias y utilizan modelos predictivos para "escribir" nuevas secuencias de enzimas.

Si sabe algo sobre modelos, conoce el axioma de que el modelo es tan bueno como el conjunto de datos en el que se ha entrenado. Aquí es donde Ginkgo Bioworks tiene una enorme ventaja. Base de código de Ginkgo, a la que la empresa se refiere como su "cartera biológica", contiene secuencias de ADN que se pueden usar para entrenar los algoritmos de aprendizaje automático para que reconozcan las características que contienen las cualidades deseadas para la ingeniería de enzimas: "Porque manejamos nuestros laboratorios como fábricas", dice Kelly. “Estamos generando datos sistematizados a un ritmo que nadie más genera y por eso nuestros modelos son tan buenos”.

Ginkgo ha invertido mucho en la infraestructura digital y física. En los últimos años, Ginkgo ha experimentado un crecimiento impresionante y ahora cuenta con cerca de 1,200 empleados después de la reciente adquisición de Zymergen. La adquisición de Zymergen fue como una muñeca de anidación para desarrollar capacidad: no mucho antes de la fusión, Zymergen había adquirido Radiant Genomics, que había desarrollado una plataforma industrial para el descubrimiento de genes y productos naturales. Zymergen también había comprado otra empresa llamada Terapéutica Lodo que había recopilado una vasta colección de ADN microbiano ambiental.

Estas adquisiciones han sido parte de un esfuerzo deliberado para seleccionar la mejor base de datos del genoma que existe. En 2019 Ginkgo invirtió en la compra Biografía de Warp Drive para su plataforma de minería del genoma, con colecciones microbianas recopiladas de compañías farmacéuticas: “Probablemente se han realizado cinco o seis de estos grandes esfuerzos patentados de secuenciación microbiana y hemos adquirido tres de ellos. Entonces, cuando decimos que tenemos una gran base de datos de genómica patentada, lo decimos en serio”, se ríe Kelly.

Ginkgo dice que su base de datos actualmente contiene cerca de mil millones de secuencias, y toda esa riqueza de información genética está disponible para sus clientes: “Es solo un contrato de servicio para cualquiera que quiera desarrollar un producto”, dice Kelly.

Desde la concepción hasta la producción bajo un mismo techo

La biología es increíblemente compleja, por lo que cada secuencia generada por el modelo aún debe probarse en el laboratorio. Codebase es simplemente "el combustible para el motor de diseño". Las centrales eléctricas físicas reales donde se construyen y prueban los conceptos de enzimas generadas por computadora son las Fundiciones de Ginkgo. The Foundries son laboratorios de alto rendimiento que contienen lo último en automatización, software y análisis, que incluye su propia plataforma de síntesis de ADN y fermentadores de última generación, para poder fabricar y examinar miles de cepas y descubrir las mejores enzimas. .

Como una startup, o incluso un gigante internacional multimillonario como Merck – tiene una opción: construir toda esa infraestructura usted mismo o subcontratarla. Kelly cree que es una obviedad: "Puede venir y subcontratarnos un gran proyecto y eso le quitará una gran carga de encima".

“Lo que realmente queremos transmitir a nuestros clientes es que no es necesario que lo haga usted mismo: hemos invertido quinientos millones de dólares en infraestructura y automatización para que no tenga que hacerlo”, dice Kelly. 'Tenemos éxito cuando nuestros clientes tienen éxito' es la filosofía en la que confía Ginkgo.

¡Gracias a Katia Tarasava para investigaciones e informes adicionales sobre este artículo. Soy el fundador de SynBioBeta y algunas de las empresas sobre las que escribo, como Ginkgo Bioworks, son patrocinadores de la Conferencia SynBioBeta y resumen semanal.