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遗传物质的装配线,或催生合成生物学产业

2017/01/20 来源:悦智Reezitop
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导读
DNA 制造进入大规模生产时代——合成生物创业公司采用计算机行业的技术


实验室合成支原体,这是首例“合成有机体”的名称。它是一种细菌,其100 万个染色体组完全由人工合成。

Twist Bioscience是一家蒸蒸日上的生物科技创业公司,其首席执行官兼联合创始人艾米莉.勒普劳斯特(Emily Leproust)是一名纳米领域的实业家。“我会提醒Twist的每一个人,我们是一家制造企业。”她说,“我们制造DNA。”

Twist属于新兴的合成生物行业,活生物体是这一行业的产品,而生物实验室就是产品的制造工厂。通过制造DNA分子链——根据生命的基本组成对其基因序列进行组装——科学家们正在创造世界上从未出现过的有机体。这些新的生命形式绝对非常有用:生物学家已制造出能够帮助排泄药物的酵母细胞和能够用于制造喷气燃料的藻类。

然而,DNA组装是一个艰苦的过程,并且需要专门人才来操作,劳动密集型属性束缚了这一生机勃勃的商业领域的发展。现在,灵活的创业公司正竞相模仿计算机芯片制造生产线技术,改进自动化DNA装配线,就连亨利.福特大概都会引以为傲。随着这些创新降低了DNA分子链的构建成本,这些企业家瞄准了低成本目标,并表示这将促进市场繁荣。今年将在旧金山总部开始商业运营的Twist Bioscience公司也是这场逐底竞争的主要竞争者。

遗传物质由被称为核酸碱基的分子构成;DNA碱基的4种类型分别由字母A、C、G、T代表。这些字母的排序便是一种代码,指导一个生物体构建其细胞并发挥生命功能。人类的遗传代码大约为32亿个碱基对,而用于烘焙和啤酒酿造的酵母的遗传代码则约为1200万个碱基对。如果调整碱基对的顺序,那么生命体的指令也会生变化。例如,合成生物学家们将所编写的新代码片段插入酵母的DNA中,使酵母菌生成欧米茄-3脂肪酸,这是一种在鱼油补充剂或者一般从玫瑰中提取的芳香油里才能找到的物质。

构建一条DNA分子链并不复杂;实际上这在全世界的实验室中都是一个很常规的步骤。但Twist公司的勒普劳斯特表示,这个步骤一般由人工进行,“微生物学是一项手工劳动。博士生一整天都在把液体从一个试管倒入另一试管里”。因此,她和其他联合创始人们发明了一台可以实现构建流程自动化的机器。

该机器的核心是一块布满1万个小孔的硅片,这些小孔的蚀刻技术与经计算机芯片制造商改进的光刻技术相同。每个直径600纳米的小孔可以构建一条不同的DNA分子链。该机器能操作与博士生所做的“完全相同的化学过程”,勒普劳斯特说,“只是容器体积缩小到了后者的百分之一。”


Twist Bioscience公司的机器在一块硅片上的直径为600纳米的孔内制造DNA分子链

Twist公司并不是要出售其机器,而是要销售其DNA制造服务,其目标客户是寻找有效新型基因改造的研究人员和创业公司。2015年,Twist公司开始为选定的客户进行生产;今年该公司将全面开始商业运作。DNA组装以每个碱基的成本为定价模型,勒普劳斯特表示,其公司每碱基10美分的起步价已经是业界中最优惠的了。但她现在的目标是2美分,她解释说:“在这个价位,研究人员们才能显著地扩大实验规模,不再受DNA成本的限制。”目前,客户一般订购长度为300到1800个碱基的DNA分子链,勒普劳斯特说。

另一家位于旧金山的合成生物创业公司Zymergen向客户提供的服务更多。该公司不仅能够经济地构建DNA片段,而且能把构建的DNA片段插入微生物中并监测结果。其首席科学家扎克.塞伯尔(Zach Serber)解释说,这些结果可以启发下一轮的DNA设计,让客户在寻找理想有机体时能够实现快速迭代。“撒下一张大网后,当你发现一种能提高微生物表现的变异时,就可以加倍下注了。”塞伯尔说。

这些创业公司引发了针对以“有机体生产线”为基础的合成生物行业的热烈讨论。但DNA批量生产的前景并没有打动罗布.卡尔森(Rob Carlson),这位BioEconomy Capital风险基金的生物技术咨询顾问兼常务理事。“我并不理解这种商业模式。”他说。

卡尔森怀疑,低廉的DNA组装会导致大量以微生物营利为经营理念的创业公司涌现。“所以,你可以制作、测试更多的DNA——但那并不是困难的部分。”他说,“从试管到实验室规模再到商业规模,那才是90%的成本所在。”比如,对于一家围绕可制药的酵母而开展业务的创业公司来说,它必须能够管理大量盛有微生物的容器罐。降低DNA制造这一初始步骤的成本只能给该公司省点零用钱,卡尔森这样说道:“多棒啊,周五他们有零花钱买啤酒或多买点披萨了。”

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