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这家公司正在使生物实验变得更像电脑编程

纽约时报的科技记者史蒂夫·勒尔于9月16日介绍了一家新上市的生物科技企业:银杏生物。这家公司旨在把生物中的实验过程变得批量化、自动化。通过精密的计算来省略一些传统中需要人力来进行的实验,提升研发的效率。目前这家公司为各行各业提供服务,包括开发新冠疫苗的莫德纳,它上市时的估值约150亿美元。

两名身穿白衣的实验室技术人员坐在角落里的工作岗位上,他们的人数远远不如机器的数量。机器人手臂对液体进行微量的校准。一个有96个小坑的小托盘,在实验室的磁力轨道上穿梭。离心机呼啸运作。而基因测序仪则嗡嗡作响。

Photo by Testalize.me on Unsplash 

这个高度机械化的实验室由波士顿一家快速成长的初创公司银杏生物(Ginkgo Bioworks)运营,这是合成生物学的一个引擎室,这是一个新兴的领域,应用工程和计算工具来制造全新的生物体或对现有生物体进行基因增强。

合成生物学的支持者说,这个领域可以对生物进行重新编程,以提高粮食产量、防治疾病、产生能源和净化水。即使能成功,实现这些潜力也需要几十年的时间。但是,由于近年来生物学、计算机、自动化和人工智能方面的进步,它不再是纯粹的科幻小说中的内容。

资金正在涌入该领域。研究型大学、政府机构以及像拜耳和默克这样的大型化学和制药公司正在这个领域开展项目。然而,像银杏这样的小公司也是如此。

据行业通讯SynBioBeta报道,年轻的合成生物学公司去年从风险资本家和全球首次公开募股中筹集了近80亿美元,比2019年的水平高出一倍多。SynBioBeta预测,今年的融资总额可能超过300亿美元。

许多公司专注于这个领域中的一个部分;它们包括因美纳(Illumina)和太平洋生物科学(Pacific Biosciences)等基因测序企业和Twist Bioscience和Codex DNA等DNA合成生物公司。其他公司,如Zymergen和银杏,则是更一站式的服务。

SynBioBeta公司的创始人、分子生物学家约翰·坎伯斯说:“还有很长的路要走,但应用工程使生物学变更快、更便宜、更可靠的愿景开始成为现实,而且也是一项大生意。”

计划在周五上市的银杏公司,在其成立13年后,显示了这个发展中行业的进步和挑战。

银杏已经从比尔·盖茨、泛大西洋投资、普信集团和维京全球投资等投资者那里,筹集了超过9亿美元的风险资金。但它最初仅是由五个人建成的,他们有一个共同的信念:让生物学变得更像计算,有可重复使用的代码和标准工具,而不是传统生物学中的定制式实验。

创始人之一、首席执行官杰森·凯利说:“银杏的最终目标是使细胞编程变得像计算机编程一样简单。”

但与计算机中的电子位不同,细胞中DNA的代码是物理存在的。生物调试、编译和测试工具需要实验室空间和设备。在开始时,他们以大甩卖的价格购买了设备,因为在金融危机之后,生物技术的初创企业纷纷倒闭。

四位创始人都是刚从麻省理工学院毕业的博士,三个是生物工程,一个是计算机科学。最初的资金来自于第五位创始人汤姆·奈特,他投入了15万美元。

奈特是一位著名的计算机工程师,他成为合成生物学的创始先锋。在麻省理工,他设计了互联网前身的时间共享、操作系统、人工智能和网络的硬件和软件。

但在他40多岁时,奈特认为工程创新的下一个开放前沿是在细胞中,而不是在中。因此,他花了多年时间研究生物学。

1998年,在五角大楼研究部门的支持下,奈特在麻省理工建立了一个他称之为合成生物学的实验室。

银杏公司成立后,花了好几年时间才成为一家企业。在私人投资者进入之前,这家新公司依靠支持有前途的研究的联邦科学计划提供的1000万美元。

凯利说:“如果没有政府的转化研究资金,银杏今天就不会存在。”

2014年,银杏找到了它的第一个付费客户。今天,公司有几十个客户,涉及各种行业,包括食品、农业和制药。它的工作根据客户的需求而调整。它可以提供专业知识、酶或完整的细胞。例如,在疫情期间,它承担了快速周转的项目,如帮助莫德纳优化酶的生产,以加快其新冠疫苗的生产。

Photo by Science in HD on Unsplash 

但大多数银杏项目都是较长期的举措,旨在极大地提高产生细胞内生化过程的效率或速度。

例如,公司的科学家们开始探索公司内部和公共的DNA数据库,因为他们寻求开发一种更强大的酶。酶是细胞中化学反应的催化剂。

他们可能从10万种类似的酶开始,然后选择5000种更有前途的酶来制作。然后在银杏实验室对这5000个样本进行测试。

公司说,由此产生的酶往往比客户刚开始使用的酶要好10倍。

银杏的自动化实验室占地超过10万平方英尺,迄今已花费约5亿美元。公司将实验室统称为铸造厂(foundry),这是向制造计算机芯片的承包商致敬。

银杏的实验室使大批量、快速实验的模式成为可能。

公司的高级科学家和战略家奈特说:“这并不是说我们是天才,这就个规模问题。”

迈克尔·米勒是拜耳公司的一名农业科学家,当他知道银杏时,他正在探索使农业更加可持续的方法。

拜耳公司的农业业务包括孟山都和迪卡尔布的种子公司,它正在寻找一个技术合作伙伴来生产固氮微生物。如果成功的话,这种微生物可以减少化肥的使用,节省化肥生产所消耗的能源,减少田间径流带来的水污染。

Joyn Bio的首席执行官米勒说:“银杏拥有别人没有的技术,他们正在起飞,”这是一家拜尔与银杏在2017年成立的合资企业。

他说,Joyn Bio在过去18个月里取得了“重大进展”,并计划在一年内开始商业试验。

银杏正在鼓励新的生物技术初创企业利用其技术,就像科技初创企业利用亚马逊网络服务来提供其基础计算和数据存储一样。成立于2018年的Motif Foodworks就是其中之一。它为基于植物的肉类和乳制替代品制造原料,它依靠银杏提供酵母菌种,以增强风味或质地。

银杏以不同的方式收费,包括使用费、特许权使用费和股权,这取决于客户的情况。2021年上半年,其代工的业务的收入增长了40%,预计全年将达到1亿美元。到去年年底,银杏实验室总共完成或正在进行的电池项目有74个。仅在今年,他们就有望再增加30个。

凯利说:“这个商业模式开始证明自己。”

在提交给投资者的文件中,银杏称其代工业务应在2024年或2025年实现收支平衡,但这不包括股权投资和特许权使用费的回报,这些回报已开始渗入。

从各方面来看,银杏是合成生物学领域的一个创新领导者。SynBioBeta的坎伯斯说:“它体现了这个领域的愿景:将生物学工业化。”

虽然银杏的目标是实现生物学的广泛自动化,但这个领域在很大程度上仍然依靠手工工艺。据估计,去年全球大学、政府实验室、生物技术公司和大公司在细胞工程研究上花费了330亿美元。超过60%的支出是用于劳动力,其余用于设备、试剂和其他材料。银杏公司表示,公司项目的劳动力份额约为30%。

Photo by National Cancer Institute on Unsplash 

问题是对银杏的计算机式技术平台的需求会有多大,以及需求多快到来。公司及其投资者赌它的时刻已经到来。银杏正在筹集超过16亿美元的资金,通过一家特殊目的收购公司上市,进一步扩大其自动化生物铸造厂。

特殊目的收购市场最近一直很不稳定。但投资者都对这项交易保持信心,它将使银杏的估值约为150亿美元。从长远来看,这对公司和其支持者都是一个好的选择。

投资公司和银杏投资者泛大西洋的首席执行官比尔·福特说:“银杏团队已经花了多年时间来建立这项技术。它具有领先优势,而我们正处于合成生物学的起步阶段。”