Ginkgo Bioworks lança sua biofundição para enfrentar o mercado de enzimas de bilhões de dólares

Ginkgo Bioworks está se preparando para mais um ano de disrupção em todo o modelo da indústria de biotecnologia com seu menu versátil de serviços de engenharia biológica. Como fornecedora completa de serviços de biologia sintética, a Ginkgo faz de tudo: desde o desenvolvimento de novos sabores e fragrâncias a engenharia de organismos inteiros para tratamentos de colheita e remédios vivos. Ao longo do ano passado, a Ginkgo tem feito movimentos em biofarma, e agora eles anunciaram um novo Inteligência Enzimática serviço. Recentemente, conversei com Jason Kelly, um dos cofundadores e atual CEO da Ginkgo, que falará no SynBioBeta 2023, para obter mais detalhes sobre a última oferta da empresa.

A mudança para as enzimas não surpreende: com aplicações desde a biofarmacêutica até a agricultura, as enzimas são uma multibilionário mercado. Essas moléculas são minúsculas máquinas biológicas que podem realizar funções versáteis – desde manter nossos corpos funcionando até catalisar reações em grande escala na indústria química. Somente no corpo humano, existem mais 2,700 enzimas e muitos deles são alvos para o tratamento de doenças. Para a indústria química, as enzimas são ferramentas importantes que fazem e quebram ligações químicas. E para a bioeconomia, são motores essenciais para a construção de um futuro sustentável.

Independentemente da área de aplicação – seja alimentícia, farmacêutica, de cuidados com a pele, têxtil, química ou qualquer outra coisa que possa ser construída com a biologia – as enzimas são os burros de carga da biologia que convertem insumos sustentáveis ​​em produtos valiosos. Mas cada produto ou aplicação específica envolve o desenvolvimento e aperfeiçoamento de enzimas personalizadas para um desempenho ideal. Esse processo, chamado de “engenharia enzimática”, requer extensa P&D: desde o desenvolvimento de algoritmos computacionais que sugerem qual enzima pode funcionar melhor para a tarefa em questão até descobrir qual organismo hospedeiro usar para sua produção. Os prazos para o desenvolvimento de cada nova enzima são terrivelmente longos e os resultados nem sempre justificam o investimento inicial.

A Ginkgo Bioworks está dizendo – abandone tudo isso: “Essa é a grande mudança que estamos tentando criar no mercado. Queremos que as pessoas parem de fazer sua própria P&D interna e aproveitem nossas plataformas”, pensa Kelly. “Podemos levá-lo até uma enzima comercial a partir de um conceito.” Esta pode ser uma proposta atraente para muitas empresas que podem não querer investir em seus próprios esforços de P&D e simplesmente precisam que o trabalho seja feito. Ginkgo promete não apenas tirar esse trabalho de suas mãos, mas fazê-lo melhor e mais rápido.

Fazendo mais enzimas, mais rápido

A engenharia de enzimas e a produção comercial já existem há algum tempo. Mas o que mudou na última década foi a demanda da indústria por essas moléculas. No passado, os laboratórios acadêmicos e as empresas podiam passar anos aprimorando uma única enzima, mas agora a biofabricação está pressionando os engenheiros de enzimas para fornecer esses biocatalisadores hoje para que possamos atingir as metas de sustentabilidade de amanhã.

O desenvolvimento de grandes enzimas exigia experiência e infraestrutura. Dependendo da tarefa em questão, algumas enzimas podem precisar ser otimizadas para desempenho aprimorado ou estabilidade aprimorada em condições adversas de reação; outros projetos podem exigir o desenvolvimento de uma nova enzima para realizar uma reação única para a qual não há equivalente na natureza; e às vezes tudo que você precisa é aumentar a produção de uma enzima já existente. Independentemente do objetivo, a Ginkgo pode cuidar de tudo, desde o design até a otimização do processo de fabricação.

Por exemplo, durante a pandemia, a Ginkgo colaborou com a Aldevron para melhorar a produção de sua enzima capping vaccinia, um componente crítico usado na fabricação das vacinas de mRNA da COVID-19. A empresa reconheceu rapidamente esse gargalo potencial para a fabricação de vacinas e trabalhou para melhorar a cepa hospedeira de produção de enzimas e otimizar as condições de fermentação. Graças às melhorias do Ginkgo, Aldevron pode fazer 10 vezes mais enzima por lote do que com o processo anterior.

Construindo o maior banco de dados do mundo de sequências de enzimas

A expansão é, sem dúvida, importante para explorar todo o potencial do mercado de enzimas. Mas o verdadeiro desafio na indústria é projetar e desenvolver novas funções enzimáticas que não existem na natureza. O design é alimentado pelo software sofisticado da Ginkgo, construído em algoritmos de aprendizado de máquina. Outras empresas como Carregador, Projetos de biomatéria, Cambriano, arzeda e Pesquisa Basecamp também estão usando o poder do aprendizado de máquina e da IA ​​para projetar novas enzimas ou melhorar as existentes. Eles analisam sequências de genes de bancos de dados públicos e proprietários e usam modelos preditivos para “escrever” novas sequências de enzimas.

Se você sabe alguma coisa sobre modelos, conhece o axioma de que o modelo é tão bom quanto o conjunto de dados no qual foi treinado. É aqui que a Ginkgo Bioworks tem uma vantagem enorme. Base de código do Ginkgo, que a empresa chama de “portfólio biológico”, contém sequências de DNA que podem ser usadas para treinar os algoritmos de aprendizado de máquina para reconhecer os recursos que contêm as qualidades desejadas para a engenharia de enzimas: “Porque administramos nossos laboratórios como fábricas”, diz Kelly. “Estamos gerando dados sistematizados em uma velocidade que ninguém mais consegue e é por isso que nossos modelos são tão bons.”

A Ginkgo investiu pesadamente na infraestrutura digital e física. Nos últimos anos, a Ginkgo teve um crescimento impressionante e agora conta com cerca de 1,200 funcionários após a recente aquisição da Zymergen. A aquisição da Zymergen foi como um boneco de nidificação para aumentar a capacidade: não muito antes da fusão, a Zymergen havia adquirido a Radiant Genomics, que havia desenvolvido uma plataforma industrial para produtos naturais e descoberta de genes. A Zymergen também comprou outra empresa chamada Lodo Terapêutica que havia compilado uma vasta coleção de DNA microbiano ambiental.

Essas aquisições fazem parte de um esforço deliberado para selecionar o melhor banco de dados de genoma existente. Em 2019 a Ginkgo investiu na compra Biografia do Warp Drive para sua plataforma de mineração de genoma, com coleções microbianas coletadas de empresas farmacêuticas: “Provavelmente foram feitos cinco ou seis desses grandes esforços proprietários de sequenciamento microbiano e nós adquirimos três deles. Então, quando dizemos que temos um grande banco de dados genômico proprietário, estamos falando sério”, ri Kelly.

A Ginkgo diz que seu banco de dados contém atualmente cerca de 1 bilhão de sequências, e toda essa riqueza de informações genéticas está disponível para seus clientes: “É apenas um contrato de serviço para qualquer pessoa que queira desenvolver um produto”, diz Kelly.

Da concepção à produção sob o mesmo teto

A biologia é incrivelmente complexa, então cada sequência gerada por modelo ainda precisa ser testada em laboratório. O Codebase é apenas “o combustível para o mecanismo de design”. As verdadeiras usinas físicas onde os conceitos de enzimas gerados por computador são construídos e testados são as Fundições da Ginkgo. As Foundries são laboratórios de alto rendimento que contêm a mais recente automação, software e análise - que inclui sua própria plataforma de síntese de DNA e fermentadores de última geração - para poder fabricar e rastrear milhares de cepas e descobrir as melhores enzimas .

Como uma startup – ou mesmo um gigante internacional multibilionário como Merck – você tem uma escolha: construir toda essa infraestrutura você mesmo ou terceirizar. Kelly acha que é um acéfalo: “Você pode vir e terceirizar um grande projeto para nós e isso vai tirar um grande peso de você.”

“O que realmente queremos mostrar aos nossos clientes é que você não precisa fazer isso sozinho – investimos meio bilhão de dólares em infraestrutura e automação para que você não precise fazer isso”, diz Kelly. 'Temos sucesso quando nossos clientes são bem-sucedidos' é a filosofia na qual a Ginkgo está apostando.

Obrigado a Kátia Tarasava para pesquisas adicionais e relatórios sobre este artigo. Sou o fundador da SynBioBeta e algumas das empresas sobre as quais escrevo, como a Ginkgo Bioworks, são patrocinadoras do Conferência SynBioBeta e resumo semanal.