挽救生命的合成生物學(xué)解決方案

如果我們能夠?qū)⑽锢韺W(xué)和生物學(xué)相結(jié)合，在硅芯片表面迅速研發(fā)出經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的新型個(gè)體化藥物，用于治療癌癥、代謝紊亂和傳染病，那會(huì)怎么樣?現(xiàn)在想象一下，如果這種突破性技術(shù)能夠利用大自然的力量，并為人類提供應(yīng)對(duì)醫(yī)藥、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最關(guān)鍵挑戰(zhàn)的途徑，又會(huì)怎么樣?

合成生物學(xué)并非科幻小說(shuō)中遙不可及的幻想，而是一項(xiàng)革命性的跨學(xué)科新技術(shù)，旨在使生物學(xué)技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)。這項(xiàng)技術(shù)融合了化學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程學(xué)的各種先進(jìn)技術(shù)，用于設(shè)計(jì)和制造自然界中不存在的生物組分、解決方案和系統(tǒng)。可以將合成生物學(xué)看作是一個(gè)基于生物學(xué)的工具包，它使用抽象、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化構(gòu)造來(lái)改變我們構(gòu)建生物系統(tǒng)的方式，并擴(kuò)展可行產(chǎn)品的范圍1。

Evonetix一直在重新定義生物學(xué)和開發(fā)一種以前所未有的精度和規(guī)模合成長(zhǎng)鏈DNA的截然不同的解決方案。這家生物技術(shù)初創(chuàng)公司的使命是促進(jìn)合成生物學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，提高開發(fā)合成生物解決方案(如可以挽救生命的疫苗)的質(zhì)量和速度并降低其成本，從而改善全球人口健康。

為了快速開發(fā)先進(jìn)平臺(tái)并將其推向市場(chǎng)，Evonetix需要一個(gè)具有深厚領(lǐng)域知識(shí)、生物傳感器解決方案、MEMS處理和半導(dǎo)體精密加工專業(yè)知識(shí)的合作伙伴。Evonetix選擇攜手ADI公司及其創(chuàng)新中心Analog Garage，助力實(shí)現(xiàn)愿景，并將DNA合成交到全球每一位研究人員的手中。

一、概覽

1、公司

Evonetix是一家總部位于英國(guó)劍橋的生物技術(shù)初創(chuàng)公司，是一家開發(fā)可擴(kuò)展、高保真和快速基因合成桌面平臺(tái)的合成生物技術(shù)公司。

2、應(yīng)用

新型可以挽救生命的藥物的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，治療分子設(shè)計(jì)和合成，以及精準(zhǔn)醫(yī)療和診斷。

3、挑戰(zhàn)

快速開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、即插即用、桌面DNA寫入器平臺(tái)，擴(kuò)大規(guī)模并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。在2022年初創(chuàng)建最簡(jiǎn)可行產(chǎn)品(MVP)。

4、目標(biāo)

使世界各地實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家能夠快速合成長(zhǎng)鏈DNA，改善全球人口健康。

二、傳統(tǒng)DNA合成

30多年來(lái)，合成DNA的方法一直是構(gòu)建DNA單鏈，然后將它們組合形成更長(zhǎng)的雙鏈DNA。目前的技術(shù)速度較慢，并包含隨機(jī)錯(cuò)誤，需要花時(shí)間進(jìn)一步分析和排序，才能確保獲得可接受的質(zhì)量。因此，這一過(guò)程阻礙了新藥物療法的快速發(fā)展和醫(yī)療保健的進(jìn)步。

三、EVONETIX生物合成

Evonetix提出的專有方法是開發(fā)一個(gè)將物理學(xué)和生物學(xué)相結(jié)合的平臺(tái)，在芯片表面成千上萬(wàn)個(gè)獨(dú)立控制的微型反應(yīng)位點(diǎn)調(diào)節(jié)DNA的合成。

圖1. 硅芯片

圖2. 芯片上的微型反應(yīng)位點(diǎn)

圖3. 長(zhǎng)鏈DNA的合成

圖4. 識(shí)別并清除錯(cuò)誤

合成之后，將通過(guò)一個(gè)突破性工藝過(guò)程識(shí)別并清除錯(cuò)誤，精度將比傳統(tǒng)方法高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。合成DNA技術(shù)提供個(gè)性化、個(gè)體化藥物，使醫(yī)療專業(yè)人員能夠做出更合理、更準(zhǔn)確的病人護(hù)理決策。

四、共同努力實(shí)現(xiàn)宏偉目標(biāo)

ADI在不斷探索生物技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)前景的過(guò)程中，與Evonetix合作，研究新技術(shù)，構(gòu)建新功能，開拓新商機(jī)。ADI的生物傳感器解決方案專業(yè)知識(shí)、先進(jìn)的MEMS處理技術(shù)以及獨(dú)特的半導(dǎo)體精密加工能力是Evonetix實(shí)現(xiàn)其快速生物合成愿景所需的三個(gè)關(guān)鍵要素。這三項(xiàng)技術(shù)有助于加快藥物發(fā)現(xiàn)。

2019年1月，Evonetix開始與ADI的內(nèi)部孵化器和創(chuàng)新中心Analog Garage合作。此次合作將加速Evonetix首款桌面DNA寫入器的開發(fā)和擴(kuò)展，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；同時(shí)設(shè)定了一個(gè)宏偉目標(biāo)：到2022年初完成MVP的開發(fā)。

ADI公司數(shù)字醫(yī)療健康高級(jí)副總裁Patrick O’Doherty表示：“通過(guò)與Evonetix合作，ADI公司得以進(jìn)入不斷發(fā)展的合成生物市場(chǎng)”。

“此次合作旨在提高基因組裝的速度和降低其成本，以形成可用于生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的藥物并在全球范圍內(nèi)治療各種疾病的創(chuàng)新戰(zhàn)略?！盤atrick O’Doherty談道。

五、ANALOG GARAGE

Patrick O’Doherty指出：“Analog Garage將世界領(lǐng)先的研究型大學(xué)和高科技初創(chuàng)企業(yè)的工程師、數(shù)據(jù)科學(xué)家、硬件和軟件人員匯集在一起。其中很多人擁有信號(hào)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)或材料科學(xué)領(lǐng)域的博士學(xué)位，這些都是典型半導(dǎo)體公司的非傳統(tǒng)技能，他們?cè)诳焖侔l(fā)展的創(chuàng)業(yè)環(huán)境中，積極創(chuàng)建新的解決方案和突破性技術(shù)?！?/p>

“Analog Garage研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用科學(xué)、算法、數(shù)據(jù)及其創(chuàng)造力提供解決方案，為我們的客戶解決挑戰(zhàn)性問(wèn)題。我們一直在尋找優(yōu)秀人才和公司，攜手構(gòu)建改變世界的解決方案?！盇nalog Garage分部總經(jīng)理Pat Coady表示。

圖5

Evonetix與Analog Garage合作，攜手開發(fā)集成式解決方案，包括MEMS平臺(tái)，這是一種專用集成電路(ASIC)，旨在實(shí)現(xiàn)微型控制電子元件和流動(dòng)池。

Evonetix目前正在使用ADI公司的測(cè)試芯片傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，在未來(lái)兩年內(nèi)，將進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)、評(píng)估和驗(yàn)證。最終的芯片尚未完全開發(fā)完畢。ADI公司將負(fù)責(zé)該技術(shù)的商業(yè)推廣，并幫助生產(chǎn)桌面DNA寫入器設(shè)備。ADI公司計(jì)劃在開發(fā)階段完成后立即生產(chǎn)該傳感器芯片。

Evonetix首席技術(shù)官M(fèi)atthew Hayes博士表示：“Analog Garage研發(fā)團(tuán)隊(duì)的支持和專業(yè)技術(shù)在幫助我們?cè)O(shè)計(jì)復(fù)雜控制ASIC方面發(fā)揮了不可估量的作用，我們期待進(jìn)一步展開合作，以實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)的商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)?！?/p>

六、Evonetix即插即用桌面設(shè)備

圖6. Evonetix桌面設(shè)備的設(shè)計(jì)概念圖

Evonetix DNA寫入器將是一款即插即用桌面儀器，易于獲取和使用。它將通過(guò)一次性專用盒體支持多種功能和應(yīng)用，這些盒體包含大量的復(fù)雜組件并支持高度并行的合成。

Evonetix的首款產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在2021年底進(jìn)入beta測(cè)試階段。之后，ADI和Evonetix將繼續(xù)合作，共同提高基因組裝的速度，提高效率和精度，降低成本。

“我們的使命是開發(fā)高度并行的桌面平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)DNA合成的精度和規(guī)模。與ADI公司的合作使我們向前邁出了重要的一步?！盡atthew Hayes博士表示。

七、對(duì)人類的影響

圖7

1、抗擊疫情

在撰寫本文時(shí)，還沒(méi)有獲得批準(zhǔn)的COVID-19新冠病毒疫苗或治愈方法，但是世界各地的研究人員都在利用他們所擁有的技術(shù)努力尋找解決方案。人類終將擊敗COVID-19新冠病毒，但就目前而言，未來(lái)仍未可知。

Evonetix突破性桌面平臺(tái)的最終開發(fā)和商業(yè)化進(jìn)程，可能無(wú)法在抗擊COVID-19新冠肺炎疫情的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。但是，Evonetix至關(guān)重要的、截然不同的基因合成方法，可能在抗擊下一次及以后的疫情中發(fā)揮重要作用。這項(xiàng)技術(shù)讓未來(lái)充滿了希望，使全世界的研究人員能夠快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)高效地開發(fā)出挽救生命的藥物和疫苗。

2、對(duì)人類的深遠(yuǎn)影響

DNA合成有望助力實(shí)現(xiàn)旨在生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的藥物并治療各種疾病的創(chuàng)新戰(zhàn)略。合成生物學(xué)可用于制藥和新藥研發(fā)、先進(jìn)生物燃料、工業(yè)生物技術(shù)、特種化學(xué)品、可再生能源、農(nóng)業(yè)和材料科學(xué)等各種領(lǐng)域的應(yīng)用。它可能有助于減少我們對(duì)石油的依賴，阻止傳染病的傳播，并滿足世界饑餓人口的營(yíng)養(yǎng)需求。

快速而準(zhǔn)確的基因合成加速了科學(xué)家大規(guī)模利用生物學(xué)的能力，這是使用其他方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。Evonetix和ADI合作開發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)能夠解決人類面臨的最大挑戰(zhàn)，為人類創(chuàng)造一個(gè)更美好、更安全、更健康的地球生存環(huán)境。