Биология начинает получать технологическое обновление

БОСТОН - Два лаборанта в белых халатах, сидящие за рабочими станциями в углу, значительно превосходят по численности машины. Роботизированные руки калибруют жидкости в микрокаплях. Маленькие подносы с 96 крошечными лунками в каждом перемещаются по лаборатории на магнитных дорожках. Центрифуги жужжат. Генные секвенаторы гудят.

Высокомеханизированная лаборатория, которой управляет Ginkgo Bioworks, быстро развивающаяся компания в Бостоне, - это машинный зал синтетической биологии, новой области, в которой применяются инженерные и компьютерные инструменты для создания совершенно новых организмов или генетического усиления уже существующих.

Сторонники синтетической биологии утверждают, что эта область может перепрограммировать биологию для увеличения производства продуктов питания, борьбы с болезнями, выработки энергии и очистки воды. Реализация этого потенциала, если она вообще возможна, ожидается через десятилетия. Однако благодаря достижениям последних лет в области биологии, вычислительной техники, автоматизации и искусственного интеллекта эта область больше не является предметом чистой научной фантастики.

Деньги вливаются в эту область. Исследовательские университеты, правительственные агентства и крупные химические и фармацевтические корпорации, такие как Bayer и Merck, занимаются проектами в этой области. Но есть и более мелкие компании, такие как Ginkgo.

По данным отраслевого информационного бюллетеня SynBioBeta, молодые компании в области синтетической биологии привлекли в прошлом году около 8 млрд долларов США от венчурных инвесторов и первичных публичных размещений акций по всему миру, что более чем в два раза превышает уровень 2019 года. В этом году общий объем финансирования может превысить 30 млрд долларов, прогнозирует SynBioBeta.

Многие компании специализируются на одном из направлений; к ним относятся секвенаторы генов, такие как Illumina и Pacific Biosciences, и синтезаторы ДНК, такие как Twist Bioscience и Codex DNA. Другие компании, такие как Zymergen и Ginkgo, являются более универсальными.

"Еще предстоит пройти долгий путь, но идея применения инженерных технологий для того, чтобы сделать биологию быстрее, дешевле и надежнее, начинает становиться реальностью - и большим бизнесом", - говорит Джон Камберс, молекулярный биолог, основатель компании SynBioBeta.

Компания Ginkgo, которая планирует выйти на биржу в пятницу, спустя 13 лет после своего основания, демонстрирует прогресс и проблемы этой развивающейся отрасли.

Компания Ginkgo привлекла более 900 миллионов долларов венчурного финансирования от таких инвесторов, как Билл Гейтс, General Atlantic, T. Rowe Price и Viking Global Investors. Но начиналось все с пяти человек, которые верили, что биологию можно сделать более похожей на вычислительную технику с многоразовым кодом и стандартными инструментами вместо традиционных экспериментов на заказ.

"Конечная цель Ginkgo - сделать программирование клетки таким же простым, как программирование компьютера", - говорит один из основателей компании Джейсон Келли, занимающий пост исполнительного директора.

Но в отличие от электронных битов вычислительной техники, код ДНК в клетках является физическим. Биологические инструменты для отладки, компиляции и тестирования требовали лабораторного пространства и оборудования. Вначале они приобретали оборудование на распродажах, так как биотехнологические стартапы сворачивались после национального финансового кризиса.

Четверо из основателей были только что получившими степень доктора наук в Массачусетском технологическом институте - трое в области биологической инженерии, один в области компьютерных наук. Первоначальное финансирование было получено от пятого основателя, Тома Найта, который вложил 150 000 долларов.

Г-н Найт - известный компьютерный инженер, который стал одним из основателей синтетической биологии. В МТИ он разработал аппаратное и программное обеспечение для совместного использования времени, операционных систем, искусственного интеллекта и сетевого взаимодействия в предшественнике Интернета.

Но в свои 40 лет г-н Найт решил, что следующий открытый рубеж для инженерных инноваций находится в клетках, причем в большей степени, чем в кремнии. Поэтому он потратил годы на изучение биологии.

В 1998 году при поддержке исследовательского подразделения Пентагона г-н Найт открыл в Массачусетском технологическом институте лабораторию по так называемой синтетической биологии.

Прошли годы после основания компании Ginkgo, прежде чем она превратилась в бизнес. До прихода частных инвесторов стартап рассчитывал на 10 миллионов долларов от федеральных научных программ, поддерживающих перспективные исследования.

"Ginkgo не существовала бы сегодня без финансирования трансляционных исследований со стороны правительства", - сказал г-н Келли.

В 2014 году Ginkgo получила своего первого платящего клиента. Сегодня у компании десятки клиентов в различных отраслях промышленности, включая пищевую, сельскохозяйственную и фармацевтическую. Работа компании зависит от конкретного клиента. Она может поставлять опыт, ферменты или целые клетки. Во время пандемии, например, компания бралась за быстроокупаемые проекты, например, помогала компании Moderna оптимизировать производство ферментов для ускорения производства вакцины Covid-19.

Но большинство проектов Ginkgo - это более долгосрочные инициативы, направленные на значительное повышение эффективности или скорости желаемого биохимического процесса в клетке.

Ученые компании начинают с изучения внутренних и публичных баз данных ДНК, стремясь, например, разработать более мощный фермент. Ферменты являются катализаторами химических реакций в клетках.

Они могут начать со 100 000 похожих ферментов, а затем выбрать 5 000 наиболее перспективных для создания. Затем эти 5 000 образцов тестируются в лабораториях Ginkgo.

Полученный фермент часто в 10 раз лучше производит желаемый эффект, чем фермент, с которого начал клиент, говорят в компании.

Площадь автоматизированных лабораторий Ginkgo составляет более 100 000 квадратных футов, а их стоимость на сегодняшний день составляет около 500 миллионов долларов. Компания называет свои лаборатории общим названием "литейный цех", что является отсылкой к названию подрядчиков, занимающихся производством компьютерных чипов.

Лаборатории компании Ginkgo делают возможным проведение крупносерийных и быстрых экспериментов.

"Дело не в том, что мы гении", - говорит г-н Найт, старший научный сотрудник и стратег компании. "Дело в масштабах".

Майкл Мийль был ученым-агрономом в компании Bayer, изучающим способы повышения устойчивости сельского хозяйства, когда он столкнулся с Гинкго.

Компания Bayer, в чьи сельскохозяйственные интересы входят Monsanto и семенной бизнес Dekalb, искала технологического партнера для производства азотфиксирующих микробов. В случае успеха такие микробы могли бы ограничить использование химических удобрений, сэкономить энергию, затрачиваемую на производство удобрений, и уменьшить загрязнение воды стоками с полей.

"У Ginkgo были технологии, которых не было ни у кого другого, и они взлетали", - сказал г-н Мийль, исполнительный директор Joyn Bio, совместного предприятия с Ginkgo, основанного в 2017 году.

По его словам, за последние 18 месяцев Joyn Bio добилась "значительного прогресса" и планирует начать коммерческие испытания в течение года.

Ginkgo поощряет новые биотехнологические стартапы использовать ее технологии, подобно тому, как технологические стартапы используют Amazon Web Services для обеспечения базовых вычислений и хранения данных. Motif Foodworks, основанная в 2018 году, является одним из них. Она производит ингредиенты для растительных альтернатив мясным и молочным продуктам и полагается на Ginkgo в предоставлении штаммов дрожжей, которые улучшают вкус или текстуру.

Ginkgo собирает деньги разными способами, включая плату за использование, роялти и долю в капитале, в зависимости от клиента. В первой половине 2021 года доход от литейного бизнеса вырос на 40 процентов, и ожидается, что за год он достигнет 100 миллионов долларов. К концу прошлого года лаборатории Ginkgo завершили или работали над 74 клеточными проектами. Только в этом году они планируют добавить еще 30.

"Бизнес-модель начинает оправдывать себя", - сказал г-н Келли.

В заявлении для инвесторов Ginkgo заявила, что ее литейный бизнес должен стать безубыточным к 2024 или 2025 году, хотя это без учета прибыли от инвестиций в акционерный капитал и роялти, которые начинают просачиваться.

Ginkgo, по общему мнению, является инновационным лидером в области синтетической биологии. "Она воплощает в себе видение этой области - индустриализацию биологии", - сказал г-н Камберс из SynBioBeta.

Хотя Ginkgo стремится автоматизировать широкие области биологии, эта сфера все еще остается в значительной степени ручной работой. По оценкам, в прошлом году университеты, правительственные лаборатории, биотехнологические компании и крупные корпорации потратили 33 миллиарда долларов на исследования в области клеточной инженерии. Более 60 процентов расходов пришлось на оплату труда, остальное - на оборудование, реагенты и другие материалы. Доля трудозатрат на проекты Ginkgo составляет около 30 процентов, говорят в компании.

Вопрос в том, насколько большим будет спрос и как скоро на технологическую платформу Ginkgo в компьютерном стиле. Компания и ее инвесторы уверены, что момент настал. Ginkgo привлекает более 1,6 миллиарда долларов для дальнейшего расширения своего автоматизированного биологического литейного производства путем выхода на биржу через специализированную компанию по приобретению.

В последнее время рынок SPAC был нестабильным. Но его инвесторы выражают уверенность в том, что сделка, которая оценивает Ginkgo примерно в 15 миллиардов долларов, окажется выгодной как для компании, так и для ее спонсоров в долгосрочной перспективе.

"Команда Ginkgo потратила годы на разработку этой технологии", - сказал Билл Форд, исполнительный директор General Atlantic, инвестиционной компании и спонсора Ginkgo. "У нее есть преимущество, а мы находимся в зачаточном состоянии синтетической биологии".