Ginkgo Bioworks lance sa fonderie biologique pour conquérir le marché des enzymes d'un milliard de dollars

Ginkgo Bioworks se prépare pour une autre année de perturbation de l'ensemble du modèle de l'industrie biotechnologique avec son menu polyvalent de services d'ingénierie biologique. En tant que fournisseur de services complets de biologie synthétique, Ginkgo fait tout : du développement de nouveaux saveurs et parfums à concevoir des organismes entiers pour traitements des cultures ainsi que médecines vivantes. Au cours de la dernière année, Ginkgo s'est lancé dans biopharmacie, et maintenant ils ont annoncé un nouveau Intelligence enzymatique un service. J'ai récemment discuté avec Jason Kelly, l'un des co-fondateurs et actuel PDG de Ginkgo, qui prendra la parole à SynBioBeta 2023, pour obtenir plus de détails sur la dernière offre de l'entreprise.

Le passage aux enzymes n'est pas surprenant : avec des applications allant de la biopharmacie à l'agriculture, les enzymes sont un plusieurs milliards de dollars marché. Ces molécules sont de minuscules machines biologiques qui peuvent remplir des fonctions polyvalentes, allant du fonctionnement de notre corps à la catalyse de réactions à grande échelle dans l'industrie chimique. Dans le seul corps humain, il y a plus de 2,700 XNUMX enzymes et beaucoup d'entre eux sont des cibles pour le traitement de la maladie. Pour l'industrie chimique, les enzymes sont des outils importants qui créent et rompent les liaisons chimiques. Et pour la bioéconomie, ce sont des moteurs essentiels pour construire un avenir durable.

Quel que soit le domaine d'application - qu'il s'agisse d'aliments, de produits pharmaceutiques, de soins de la peau, de textiles, de produits chimiques ou de tout ce qui peut être construit avec la biologie - les enzymes sont les bêtes de somme de la biologie qui convertissent des intrants durables en produits précieux. Mais chaque produit ou application spécifique implique le développement et le perfectionnement d'enzymes personnalisées pour des performances optimales. Ce processus, appelé « ingénierie enzymatique », nécessite une R&D approfondie : du développement d'algorithmes de calcul qui suggèrent quelle enzyme peut fonctionner le mieux pour la tâche à accomplir jusqu'à la détermination de l'organisme hôte à utiliser pour sa production. Les délais de développement de chaque nouvelle enzyme sont atrocement longs et les résultats ne justifient pas toujours l'investissement initial.

Ginkgo Bioworks dit – laissez tomber tout ça : « C'est le grand changement que nous essayons de créer sur le marché. Nous voulons que les gens arrêtent de faire leur propre R&D en interne et tirent parti de nos plateformes », pense Kelly. "Nous pouvons vous emmener jusqu'à une enzyme commerciale à partir d'un concept." Cela peut être une proposition intéressante pour de nombreuses entreprises qui ne souhaitent peut-être pas investir dans leurs propres efforts de R&D et qui ont simplement besoin que le travail soit fait. Ginkgo promet non seulement de leur enlever ce travail, mais de le faire mieux et plus rapidement.

Produire plus d'enzymes, plus rapidement

L'ingénierie des enzymes et la production commerciale existent depuis un certain temps. Mais ce qui a changé au cours de la dernière décennie, c'est la demande de l'industrie pour ces molécules. Dans le passé, les laboratoires universitaires et les entreprises pouvaient passer des années à peaufiner une seule enzyme, mais aujourd'hui, la biofabrication fait pression sur les ingénieurs enzymatiques pour qu'ils fournissent ces biocatalyseurs. aujourd'hui afin que nous puissions atteindre les objectifs de développement durable de demain.

Développer de grandes enzymes nécessitait à la fois de l'expertise et de l'infrastructure. Selon la tâche à accomplir, certaines enzymes peuvent devoir être optimisées pour des performances améliorées ou une stabilité améliorée dans des conditions de réaction difficiles ; d'autres projets peuvent nécessiter le développement d'une nouvelle enzyme pour réaliser une réaction unique pour laquelle il n'existe pas d'équivalent dans la nature ; et parfois, tout ce dont vous avez besoin est d'augmenter la production d'une enzyme déjà existante. Quel que soit l'objectif, Ginkgo peut s'occuper de tout, de la conception à l'optimisation du processus de fabrication.

Par exemple, pendant la pandémie, Ginkgo a collaboré avec Aldevron pour améliorer la production de son enzyme de coiffage de la vaccine, un composant essentiel utilisé dans la fabrication des vaccins à ARNm COVID-19. La société a rapidement reconnu ce goulot d'étranglement potentiel pour la fabrication de vaccins et a travaillé à l'amélioration de la souche hôte de production d'enzymes et à l'optimisation des conditions de fermentation. Grâce aux améliorations de Ginkgo, Aldevron a pu faire 10 fois plus d'enzymes par lot qu'avec le procédé précédent.

Construire la plus grande base de données de séquences d'enzymes au monde

La mise à l'échelle est sans aucun doute importante pour exploiter pleinement le potentiel du marché des enzymes. Mais le véritable défi de l'industrie est de concevoir et de mettre au point de nouvelles fonctions enzymatiques qui n'existent pas dans la nature. La conception est alimentée par le logiciel sophistiqué de Ginkgo basé sur des algorithmes d'apprentissage automatique. D'autres entreprises comme Support , Conceptions de biomatière, Cambrion, Arzédaet Recherche du camp de base utilisent également la puissance de l'apprentissage automatique et de l'IA pour concevoir de nouvelles enzymes ou améliorer celles qui existent déjà. Ils analysent des séquences de gènes à partir de bases de données publiques et propriétaires et utilisent des modèles prédictifs pour « écrire » de nouvelles séquences d'enzymes.

Si vous savez quelque chose sur les modèles, vous connaissez l'axiome selon lequel le modèle est aussi bon que l'ensemble de données sur lequel il a été formé. C'est là que Ginkgo Bioworks a un énorme avantage. Base de code de Ginkgo, que l'entreprise appelle son "portefeuille biologique", contient des séquences d'ADN qui peuvent être utilisées pour former les algorithmes d'apprentissage automatique afin de reconnaître les caractéristiques qui contiennent les qualités souhaitées pour l'ingénierie enzymatique : "Parce que nous gérons nos laboratoires comme des usines", déclare Kelly. "Nous générons des données systématisées à un rythme que personne d'autre ne fait et c'est pourquoi nos modèles sont si bons."

Ginkgo a beaucoup investi dans l'infrastructure numérique et physique. Au cours des dernières années, Ginkgo a connu une croissance impressionnante et compte aujourd'hui près de 1,200 XNUMX employés après la acquisition récente de Zymergen. L'acquisition de Zymergen était comme une poupée gigogne pour le renforcement des capacités : peu de temps avant la fusion, Zymergen avait acquis Radiant Genomics qui avait développé une plate-forme industrielle pour la découverte de produits naturels et de gènes. Zymergen avait également acheté une autre société appelée Lodo Thérapeutique qui avait compilé une vaste collection d'ADN microbien environnemental.

Ces acquisitions font partie d'un effort délibéré pour organiser la meilleure base de données génomique qui existe. En 2019 Ginkgo a investi dans l'achat Biographie de Warp Drive pour leur plate-forme d'extraction de génomes, avec des collections microbiennes recueillies auprès de sociétés pharmaceutiques : « Il y a probablement eu cinq ou six de ces grands efforts de séquençage microbien exclusifs et nous en avons acquis trois. Ainsi, lorsque nous disons que nous avons une grande base de données génomique exclusive, nous le pensons vraiment », s'amuse Kelly.

Ginkgo affirme que sa base de données contient actuellement près d'un milliard de séquences et que toute cette richesse d'informations génétiques est disponible pour ses clients : « C'est juste un contrat de service loin de quiconque veut développer un produit », explique Kelly.

De la conception à la production sous un même toit

La biologie est incroyablement complexe, de sorte que chaque séquence générée par un modèle doit encore être testée en laboratoire. La base de code n'est que "le carburant du moteur de conception". Les centrales physiques réelles où les concepts d'enzymes générés par ordinateur sont construits et testés sont les fonderies de Ginkgo. Les fonderies sont des laboratoires à haut débit qui contiennent les dernières automatisations, logiciels et analyses - qui comprennent sa propre plate-forme de synthèse d'ADN et des fermenteurs à la pointe de la technologie - pour pouvoir fabriquer et cribler des milliers de souches et découvrir les meilleures enzymes .

En tant que startup - ou même un géant international de plusieurs milliards de dollars comme Merck – vous avez le choix : construire vous-même toute cette infrastructure ou sous-traiter. Kelly pense que c'est une évidence : "Vous pouvez venir nous sous-traiter un gros projet et cela vous enlèvera une grosse charge."

"Ce que nous voulons vraiment faire comprendre à nos clients, c'est que vous n'avez pas besoin de le faire vous-même - nous avons investi un demi-milliard de dollars dans l'infrastructure et l'automatisation pour que vous n'ayez pas à le faire", déclare Kelly. « Nous réussissons lorsque nos clients réussissent » est la philosophie sur laquelle Ginkgo mise.

Merci à Katia Tarasava pour des recherches supplémentaires et des rapports sur cet article. Je suis le fondateur de SynBioBeta et certaines des entreprises sur lesquelles j'écris, telles que Ginkgo Bioworks, sont les sponsors du Conférence SynBioBeta ainsi que résumé hebdomadaire.