合成生物学初创再吸金,1亿美金创造新型微生物

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楼主 2020-07-11 15:50:58
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不久前,Ginkgo Bioworks的合成生物学家们畅饮了转基因啤酒,以庆祝新自动化实验室的建成。通过借助机器人设备,将工程原理与生物学结合,Ginkgo Bioworks建立了一个能够创造新奇微生物的工厂,这些微生物还从没有在这个星球上出现过。


他们所喝的转基因啤酒就是一个合成生物学潜在应用的很好例子。科学家现在可以合成DNA片段,并将它们导入微生物,使它们具有新奇的能力。例如,这些转基因啤酒的啤酒酵母具有来自橙树的基因。在发酵过程中,这些基因使酵母产生瓦伦烯,一种具有柑橘味的有机化合物——一种美味的物质。



Ginkgo Bioworks是一个总部设在波士顿的新公司,最近筹集了1亿美元用来寻找合成生物学的潜在应用。它将部分资金用来建立Bioworks2,一个使用机器人生产线来创造微生物的新公司。


Ginkgo Bioworks需要对微生物进行大规模改造,以找到能满足其客户需求的产品。对微生物进行基因改造经常失败,但通过高度系统的试验,生物工程师最终可以得到可以产生目标产品的微生物,如用于香料、饮料、杀虫剂或洗衣洗涤剂的化学成分。


该公司的商业模式以微生物本身为中心,而不是最终产品。 Ginkgo创意总监Christina Agapakis解释道:“我们不从事制造化学品,香料或香水的业务。我们专注于生物改造,我们与客户合作,他们最终制造产品。Ginkgo向客户授权,如果使用它们会获得特许权使用费。


但是对微生物进行改造可不是容易的事情。 至今人类都没有很好地理解遗传学,每个基因片段所代表的特征也不完全清楚。比如,即使知道一个特定的基因在橙树中的作用,当将它添加到酵母细胞中,它可能以意想不到的方式与酵母基因相互作用。如果从几个不同的物种添加基因到酵母细胞,事情将变得更复杂。



这就是为什么Ginkgo Bioworks对生物学采取工程学方法,对生物体的基因改造采用严格的设计 - 构建 - 测试。新实验室的极端自动化对于这种方法至关重要,Ginkgo微生物设计主管Patrick Boyle说。 “读研究生的时候,我只试了5个我认为最好的想法,”Boyle说,“在这里,我们尝试了1000个最好的想法,看看哪个结果更好。”


为了更好地了解这个过程是如何在实际生产中操作,以Ginkgo Bioworks的香水业务为例,该公司正在与法国香水制造商Robertet合作,改造酵母使其能够产生玫瑰油,而从玫瑰花瓣中提取玫瑰油非常昂贵。


第一步 设计:


Ginkgo Bioworks工程师搜索科学文献寻找对酵母产生有用酶的基因。目的是当设计师将糖加入酵母中时,这些酶应使其进行产生玫瑰油的化学反应。但是有一个令人眼花缭乱的基因和酶的组合要考虑。“如果你有100种可能的酶,可以作为一个4步路径的一步,将会有很多设计问题要考虑,”Boyle说。


第二步 构建:


Ginkgo Bioworks将DNA的实际合成过程外包给其他公司。当一批生产完成的DNA到达Ginkgo Bioworks时,液体处理机器人通过将各种基因片段添加到酵母细胞中来构建新的生物体。 “在我读博士期间,我花了很多时间来转移微小的液滴,”创意总监Agapakis说。 “当我们组建Ginkgo Bioworks后,很多机器人看起来像有三头六臂的研究生,可以同时控制很多移液枪。”随着这些机器人能力变得更强,这个过程变得更有效率。Ginkgo Bioworks现在有的液体处理机器人可以通过声音脉冲来快速转移微量液体。



第三步 测试:


一旦机器人创造了1000个含有不同基因的酵母变体,便是时候看看细胞是否在制造玫瑰油。质谱仪会裂开细胞,检查细胞内部包括产品在内的各种分子,并确定酵母是否健康。但是在这两方面的成功并不一定意味着酵母变体将满足客户的需求。 Boyle说,以玫瑰油为例,Ginkgo Bioworks会研究每种酵母的整体“香味特征”。虽然细胞可能产生某些有用的香味分子,但可能同时产生了其他的气味。“我喜欢新鲜的烤面包的气味,但你绝对不会想把它当一种香水来卖,”Boyle说。


第四部  扩大规模:


Ginkgo Bioworks为典型的工程周期增加了一个额外的步骤,因为在实验室中看起来像是完美的改良酵母细胞在客户的发酵桶中可能表现大不相同。在实验室的一个角落,机器人系统补充并监视成排的台式生物反应器,使用各种传感器来观测反应器内部的过程。


如果即使是最好的产油酵母也达不到标准,公司的微生物设计师将回到工作桌前,通过实验数据来推测下1000个最好的实验方案。Ginkgo Bioworks的生物工程师说,总有一天,他们会做出一个完美的批次——闻起来像一朵真的玫瑰。


编辑:董牧业

参考:http://spectrum.ieee.org/biomedical/devices/the-robot-revolution-comes-to-synthetic-biology


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