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这家创业公司将成为生物学领域的英特尔?George Church的疯狂也许会让大规模制造DNA时代提前降临

2016/06/02 来源:DeepTech深科技
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导读
如果你造访Gen9在麻省剑桥的实验区,真人比例的George Church海报会立即抓住你的视线,上面写着“预测未来的最好方式就是去改变它。”这也许就是Gen9的信条——通过技术商业化使DNA更便宜。George Church表示,他希望在生物学领域作出英特尔之于电子领域的贡献。


George Church

一项制造人类基因计划的最大受益者,可能是位于麻省剑桥的一个称为Gen9的创业公司。

两个星期前,超过130多名基因研究领域科学家、伦理学家和政府官员在哈佛大学召开了闭门会议,讨论人类基因组计划的下一步行动——从读取转变为编辑基因信息。本次会议被命名为“人类基因组编码项目会议”(HGP Write),意图收集关于“通过人类基因组60亿个DNA碱基进行合成”的想法,其结果将用于制造新的细胞。

这一宏伟目标需要新技术以及海量的DNA 。“我们将成为实现这一目标的公司之一,”Gen9的首席执行官凯文·门耐利(Kevin Munnelly)说道。

该公司从2009年开始生产DNA链,其创始人包括来自哈佛大学医学院的全球著名学者George Church,人们评价他是“基因组写入计划”中十分具有远见的一名基因学家。“我们有6个技术人员,有1400平方米的工作空间,但没有任何组织能够凭此制造出这么多的DNA。”


马萨诸塞州剑桥的Gen9实验室里,机器人在注入液体

分析人士表示,构建人类基因组所需的人造基因量将是目前全球年产量的三倍,也就是至少价值九千万美元的DNA。

Gen9到底什么来头?

如果你造访Gen9在麻省剑桥的实验区,真人比例的George Church海报会立即抓住你的视线,上面写着“预测未来的最好方式就是去改变它。”这也许就是Gen9的信条——通过技术商业化使DNA更便宜。


George Church表示,他希望在生物学领域作出英特尔之于电子领域的贡献。

目前,Gen9主要是给制药公司以及先正达(Syngenta)这样的农业巨头提供精确的定制基因序列。这些基金序列被用于制造转基因植物或者细菌,从而生产例如人工胰岛素等药品。但这些由腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶组成的基因序列的长度,通常只有一千个碱基对。


更便宜的DNA编码优化方案使得打印整个基因组成为可能。你想让微生物消耗二氧化碳同时产生燃料吗?总有一天,你也许通过选择、点击就搞定了。

除了GeorgeChurch,该公司的其他创始人(公司里都张贴了他们的等身肖像)有来自麻省理工学院的工程师乔·雅各布森(Joe Jacobson)以及斯坦福大学的人工合成生物学家德鲁·恩迪(Drew Endy)。“ Gen9就像他们的孩子,承载了他们的理念。这是他们一直以来的夙愿,”门耐利谈论到三位创始人时说,“公司的信条是通过简化过程、增强易用性,来推广合成生物学。”

打破基因编辑成本“摩尔定律”

大规模的DNA制造离我们越来越近,这要部分归功于Gen9的创新。在2001年,向基因序列中每添加一个碱基对的成本约为12美元。这项成本正在稳步降低,今年4月,Gen9的报价已经低于3美分。(如下图)


DNA价格的下跌速度与计算机在摩尔定律下性能的稳步提升有类似之处。但如果想将基因编辑的成本降至基因读取的水平,还有很长一段路要走。按现在成本下降的速率,至少要等到2066年才有可能达到。这对两鬓已经斑白的George Church来说是无法接受的,这也解释了为什么他说自己正在“近乎疯狂”的改进这项技术,希望打破基因编辑成本的“摩尔定律”。

但如果DNA的需求不能快速增长,价格的下降将带来经济困境。带我穿过装饰老旧的办公室时,门耐利说,许多公司的产能处于闲置状态。事实上,该产业的先驱——科登设备公司(Codon Device),就是因为DNA售价过低而损失了大笔资金,最终关门大吉。

秘密会晤

这就是一个雄心勃勃的,可能由政府资助的人类基因组项目的价值所在了:在促进DNA需求的同时,还能尽快催熟将DNA导入复杂的人类染色体中所需的相关技术。

“这将让人们清楚地看到市场的作用,” Gen9的首席执行官凯文·门耐利说。“我想,如果确定发布这样的一个项目,技术开发者们将获得巨大的动力。”

概述合成基因组原理的提案已经由George Church等人提交给学术期刊,很可能是《科学》杂志。George Church说,在正式发表之前,他们希望人类基因组编码项目会议的内容暂时对外界保密。

但这一决定,遭到来自恩迪的强烈批评,身为联合创始人之一的恩迪,在一条推特中披露了部分会议流程。尽管恩迪拥有该公司股份,并强烈支持开发更好的DNA编辑工具,但他仍然撰写了一篇社论质疑对低成本DNA技术的追求,不需要站在道德制高点上,鼓吹创造人类基因组是一个“合理的需求驱动力”。他建议,科学家应该转而专注于打印细菌染色体。

有人指出,制造人类基因组可能带来一系列宗教和伦理问题。尽管目标还很遥远,但是理论上,我们已经可以在计算机上设计并制造人类,而这一切都不需要父母的参与。还有人说会议组织者在和创业公司公关方面做得还不够。

“这些公司将迎来巨大的盈利机会,简直是坐收渔利。”麻省理工学院林肯实验室(Lincoln Lab)的合成生物学家彼得·卡尔(Peter Carr)说道。

Gen9已经开始向尚未发表论文的联合作者大量打折销售DNA,包括来自纽约大学医学院的研究员杰夫伯克(Jef Boeke)。他领导的研究组希望用人造染色体来代替酵母细胞染色体。

George Church在哈佛大学医学院的实验室也订购了数以百万计的碱基对,他们正试图修改大肠杆菌的遗传密码,这项工作也有待发表。

人类基因组编码项目会议的第三个组织者安德鲁·黑塞尔(Andrew Hessel),他是来自欧特克公司(Autodesk,三维计算机辅助设计软件公司)的未来学家。

据与会者表示,该公司赞助了在哈佛大学召开的会议。该公司不仅正在开发生物设计软件,还向各地的合成生物学实验室提供资金,并且与Gen9合作,向其购买DNA 。“再多说一句我就违反Autodesk保密协议了。”门耐利说道。

DNA复兴

即使没有重大项目,DNA合成产业爆发的可能性也已经吸引了大量投资者。一家名为Twist Biosciences的加州公司,已在过去的18个月里筹得超过1.4亿美元。GeorgeChurch说,他也是该公司的股东。


生产自动化导致DNA价格迅速下降。今年4月,Gen9对大笔订单的每对碱基对定价仅为3美分。

Gen9和TwistBiosciences已经采用了计算机工业的技术,大规模生产短链DNA。比如,Twist将这些短链DNA放进微加工硅片的细槽里。 Gen9则将它们缩印在玻璃载片上。最终它们将被剪切下来,重组、结合成长达一万个碱基对的基因片段。

新的大规模生产方式正在取代起源于20世纪70年代的高成本的传统基因制造技术。“合成工业在此刻复兴,这令人十分振奋,”Ginkgo Bioworks的联合创始人之一杰森·凯利(JasonKelly)说。该公司今年向Twist订购了一亿个基因,这是该品类今年的最大订单。

Ginkgo正在寻找制造有价值的香料及其他化学品的新方法。为此,它需要大量植物基因,以便插入酵母细胞进行测试,一般需要测试上千个变量,这就是为什么DNA的价格仍然是个问题。

他说,想象一下,用1和0的工作的计算机程序员,每次发送指令的时候要收他们10美分,这肯定会极大限制他们尝试运行指令的数量。“我们真正需要的是低成本制造大量单个基因的能力,”凯利说道,“这是我们的痛点,也是每个公司都想要的。”

不太明确的是,为什么会有人想要一个完整的合成基因组。“任何人工合成人类基因组的计划都将耗费好几年,甚至几十年,如果缺乏商业回报,项目将随时可能停滞不前,”行业顾问罗布·卡尔森(Rob Carlson)说道。如果没有经济动机,他不知道基因组编辑项目将如何变现。“目前商业生物技术中的DNA使用量,永远不能为大规模生产合成人类基因提供足够的需求。”

George Church:请以包容的心态看待新兴技术

George Church认为这个观点有失偏颇。“像60年代我们看待计算机行业一样,人们的固守成规将使我们陷入迷茫,”他说。“当你问别人是否需要个人电脑,他们会反问你,什么是‘电脑’?那玩意儿可能有一个屋子那么大,却并没有什么用。”他们无法想象晶体管的未来将是”愤怒的小鸟”或是Facebook。

George Church说,工程师们明白,一切新技术都有广阔的改良空间。眼下,化学家需要三分钟来将一个碱基对写入DNA,而细胞内的分子每秒就能写入1000个碱基对。人类细胞在24小时内就能建立一个新的基因组,而且基本上是免费的。

“这是人类的阶梯,” George Church说。 “每一个创新都将引领我们更接近目标。”

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