إلومينا (ILMN): بناء الأدوات والآلات لعصر الجينوم

منحنى تكلفة تسلسل الجينوم

لطوال معظم تاريخ الطب، كان الأطباء مقيدين بمراقبة الأعراض ومحاولة تخفيفها. وكان هذا صحيحًا بشكل خاص للأمراض غير المعدية الناجمة عن خلل في الجسم، بما في ذلك الأمراض الجينية.

مع اكتشاف بنية الحمض النووي ووظيفته، حصل على جائزة نوبل في الطب لعام 1962، بدأنا نفهم بشكل أفضل كيف يعمل النظام البيولوجي فعليًا. تقنية PCR، التي حصلت على جائزة نوبل في الطب لعام 1993، فتحت طرقًا جديدة لتحليلها.

توسعت هذه العملية أكثر عندما بدأ تسلسل الجينومات الكاملة. تم تسلسل أول جينوم بشري في عام 2003 بعد 13 سنة من العمل الشاق، بتكلفة 3 مليارات دولار. بسرعة، بدأ تسلسل الجينوم الكامل يصبح أرخص فأرخص. بحلول عام 2007، كان يكلف “فقط” مليون دولار لتسلسل جينوم كامل. بحلول 2014، أصبح 1,000 دولار فقط. اليوم، التكلفة تقارب 200 دولار ولا تزال في انخفاض.

هذا يحاكي قانون مور، الذي جعل الحواسيب جزءًا من حياتنا اليومية من خلال توقع أن عدد الترانزستورات لكل بوصة مربعة على الرقاقة يتضاعف كل سنة بينما تكلفة التصنيع لكل مكوّن تنخفض إلى النصف.

ومع ذلك، كان الانخفاض في تكاليف الجينوم أكثر روعة. لقد تحقق بفضل تقنية NGS: التسلسل الجيني من الجيل التالي. تستخدم تقدم رقائق السليكون، ولكن بدلاً من قراءة الشيفرة الثنائية، تقرأ الشيفرة الجينية. وكلما تقدم تصنيع رقائق السليكون، أصبحت تقنية NGS أكثر كفاءة.

في السنوات العشر الأخيرة فقط، تراجعت تكلفة الجينوم إلى حد أصبح اختبارًا رخيصًا ضمن مجموعة الاختبارات المتاحة للمهنيين الطبيين.

المصدر: Illumina

في مركز هذه الثورة كانت أكبر شركة لصناعة آلات تسلسل الجينوم: إلومينا.

نظرة عامة على إلومينا

إلومينا بالأرقام

بلا شك، إلومينا هي أكبر منتج لآلات تسلسل الجينوم، وقد كانت رائدة في هذا المجال ودفع تقنية التسلسل إلى الأمام لعقود.

تملك حاليًا أكثر من 22,000 جهاز تسلسل مركب في 165 دولة.

حوالي نصف مستهلكات آلات تسلسل إلومينا تُستخدم في التطبيقات السريرية، والنصف الآخر يُستخدم في مختبرات البحث العامة والخاصة. في التطبيقات السريرية، يأتي نصف الطلب من علم الأورام، يليه اختبارات الجينات المرضية (GDT).

المصدر: Illumina

معظم دخل إلومينا يأتي من الأمريكتين وأوروبا، مع 7% فقط من الصين. لذا فإن التصنيف الأخير لإلومينا في قائمة “الكيانات غير الموثوقة” في الصين ردًا على تعريفة ترامب من غير المرجح أن يكون له عواقب كبيرة. قد يوقف ذلك، مع ذلك، خطط الشركة لتوسيع إنتاجها المحلي في الصين ليشمل كلًا من الأجهزة والمستهلكات بحلول 2028.

المصدر: Illumina

جينوميات القراءة القصيرة

تركّز إلومينا على قراءة تسلسلات الجينات القصيرة. وهذا يعني أنها تقرأ مقاطع صغيرة من الجينوم واحدة تلو الأخرى، قبل تجميعها إلى كل متكامل.

هذا ليس بالضرورة النوع المستخدم في مشاريع البحث المعقدة، التي تفضّل التسلسل الطويل، لكنه الأكثر شيوعًا. التسلسل الطويل يصبح تدريجيًا المجال المختار من قبل منافس إلومينا القديم، Pacific Bioscience (PACB ).

القراءة القصيرة هي الطريقة المستخدمة للتصنيف الجيني، واكتشاف المتغيرات النوكليوتيدية الفردية المرتبطة بالأمراض الجينية (الحالة الأكثر شيوعًا)، واكتشاف السرطان مبكرًا عبر الخزعة السائلة (المزيد عن هذه التقنية والسوق أدناه).

تتوقع الشركة أن الطلب على NGS (التسلسل الجيني من الجيل التالي) ينمو بمعدل نمو سنوي مركب 18% للتطبيقات السريرية و6% للبحث، مما يعزز حجم السوق القابل للعنوان (TAM) من 100 مليار دولار للسريرية إلى 25 مليار دولار للبحث بحلول 2033.

المصدر: Illumina

نموذج الأعمال وحصة السوق

تحقق إلومينا بعض الأرباح عند بيع آلات التسلسل الخاصة بها، لكن الجزء الأكبر من دخلها يأتي من المستهلكات المستخدمة لتشغيل هذه الآلات وإجراء التسلسل. هذه المستهلكات هي مواد كيميائية خاصة وخيوط DNA، حيث عادةً ما تعمل كل آلة تسلسل فقط مع المنتجات التي يوردها الصانع الأصلي.

على سبيل المثال، في الربع الرابع من عام 2024، كان 698 مليون دولار من إجمالي إيرادات 1.1 مليار دولار من مبيعات المستهلكات. جزء كبير من هذه الإيرادات المتكررة مرتبط بأحدث آلة تسلسل عالية السرعة من إلومينا NovaSeq X، التي أُطلقت في نهاية 2023 والآن مُنفذة بالكامل، وتتحمل 2040% من إجمالي إيرادات المستهلكات.

لذلك لا يخلق هذا فقط تدفقًا ثابتًا من الإيرادات لإلومينا، بل يربط عملائها بشراكة طويلة الأمد مع الشركة.

قد يكون العملاء الحاليون مترددين في التحول إلى مورد آخر لأن بروتوكولات البحث أو الطبية الحالية لديهم مُعَدَّة للعمل مع آلات إلومينا. قد يكون من الصعب أيضًا مقارنة النتائج بين آلات مختلفة للبحوث المتابعة.

لذلك أي إعادة تصميم ستكون مكلفة وتستغرق وقتًا، وستتطلب أيضًا تدريبًا جديدًا للفنيين والباحثين الذين يقومون بالتسلسل.

تاريخيًا، هذه الآثار، التي تحجز العملاء داخل نظام إلومينا، كانت ميزة تنافسية قوية، مما حد من قدرة المنافسين مثل Pacific Biosciences على اختراق السوق.

انعكاسًا لهذه الهيمنة السوقية، حصلت إلومينا على أكثر من 90% من حصة سوق اختبار الجينوم السريري في عام 2024.

لذا بينما تشهد الأسواق المتخصصة ومجالات البحث المحددة مزيدًا من المنافسة (مثل PacBio للقراءة الطويلة، Element Bioscience للمتوسط الإنتاجية، أو Ultima Genomics للتسلسل منخفض التكلفة)، لا تزال إلومينا تسيطر على معظم سوق DNA وتسلسل الجينوم.

الأداء المالي لإلومينا

على الرغم من التقدم المتفجر في تقنية الجينوم، وموافقة أول دواء لتعديل الجينات باستخدام CRISPR من شركة CRISPR Therapeutics (CRSP ) (تابع الرابط لتقرير الاستثمار المرتبط)، كانت السنوات القليلة الماضية صعبة لمستثمري إلومينا.

هذا يأتي بعد تراجع عام في قطاع التكنولوجيا الحيوية، بعد نمو قوي وتوقعات أقوى خلال سنوات الجائحة، حيث بلغ الذروة في 2021.

المصدر: Google Finance

هذه الأرقام في سوق الأسهم لا تعكس نمو الشركة، مع نمو بنسبة 30% سنويًا في نشاط التسلسل، خاصةً بسبب الاعتماد المتزايد على آلات ذات إنتاجية عالية ومتوسطة.

وقد أنفقت إلومينا مبالغ ضخمة على البحث والتطوير للتحضير للجيل التالي من تقنية التسلسل، حوالي 1.2 مليار دولار في عام 2024 فقط.

مستقبل إلومينا

متعدد الأوميات

أدى ظهور تسلسل الجينوم الرخيص والمؤتمت إلى تدفق هائل من البيانات البيولوجية كما لم يحدث من قبل.

وبالتوازي، أدت تعقيدات الأنظمة الحية إلى ظهور متعدد الأوميات، وهو مجال يجمع جميع الفروع الفرعية للعلوم الحيوية -omics ويُعتبر الخطوة التالية في التكنولوجيا الحيوية:

• Genomics: تحليل تسلسل DNA في نواة الخلايا.
• Transcriptomics: تحليل mRNA الذي يحمل تعليمات DNA.
• Epigenomics: تعديل الجينوم دون التأثير على تسلسل الجينات، أو “الإبيجينيتكس”.
• Proteomics: تحليل البروتينات، بما في ذلك تعديل البروتينات بالسكريات (“ما بعد الترجمة”).
• Metabolomics: تحليل المركبات الكيميائية والتمثيل الغذائي.
• Microbiomics: تحليل جميع الميكروبات التي تعيش داخل أو على الجسم.
• Single-cell multiomics: تحليل متعدد الأوميات على الخلايا الفردية.
• Spatial biology: تحليل موقع mRNA أو البروتينات أو الخلايا في ثلاثة أبعاد.

المصدر:  Ark Research

تظهر مجالات جديدة، مثل، على سبيل المثال، Agrigenomics (جينوميات لتحسين إنتاجية الزراعة)، Ecological genomics (تقييم صحة النظام البيئي بدقة وتنوعه الجيني)، أو Synthetic Biology (إنشاء جينات أو سمات أو كائنات حية كاملة لهدف محدد).

بينما قد يبدو هذا مربكًا (وهو كذلك إلى حد ما للباحثين في المجال)، هناك عنصران يجب فهمهما لتفسير ثورة متعدد الأوميات:

• يظل الجينوم في مركز متعدد الأوميات باعتباره مجموعة البيانات الأكثر فهماً، و“مجموعة التعليمات” التي تنظم جميع الظواهر البيولوجية الأخرى في الكائنات الحية. غالبًا ما يكون العنصر الرابط بين بيانات متعدد الأوميات المتباينة.
• التقدم المتزامن في تحليل البيانات والذكاء الاصطناعي هو مساعدة هائلة لجعل هذا الفيض من البيانات مفيدًا, خاصةً عبر ربطه ببيانات الجينوم.

استجابة لهذا الانفجار في تعقيد البيانات البيولوجية، تتوسع إلومينا بسرعة لتصبح شركة برمجيات أيضًا، ساعية لتوفير حلول مدمجة أصلاً في نقاط متعددة من تحليل متعدد الأوميات.

المصدر: Illumina

يتم تحقيق ذلك أيضًا من خلال شراكات وثيقة مع العديد من الجهات لدمج بيانات وأدوات الجينوميات: برامج وطنية للجينوميات، Nvidia (NVDA ), Broad Clinical Labs, إلخ.

المصدر: Illumina

تحليل النسخ

مجال متنامٍ بجانب الجينوم هو تحليل النسخ، علم تحليل mRNA، الجزيئات التي تحمل معلومات DNA، وتحويلها إلى بروتينات مفيدة. إذا كان DNA هو المخطط لأجزاء الماكينة البيولوجية (البروتينات)، فإن mRNA هو مجموعة التعليمات التي تحدد عدد الأجزاء ومكانها.

لذلك، يوضح لنا النسخوم مقدار ومتى وأين يكون الجين نشطًا. حتى الآن، تم إجراء معظم هذه التحليلات على جينات مستهدفة، مع تسلسل النسخوم الكامل كاقتراح مكلف إلى حد ما، وتحديات تقنية.

أعلنت إلومينا عن آلة نسخوم كامل جديدة لعام 2026 تجمع بين تحليل النسخوم والبيولوجيا المكانية, وهو قطاع كان حتى الآن يسيطر عليه 10x Genomics (TXG ).

ستسمح تقنية إلومينا المكانية للباحثين بفحص القرب المكاني لملايين الخلايا في كل تجربة، بفضل مساحة الالتقاط التي هي أكبر بتسعة أضعاف من التقنيات الحالية، وبأربع مرات دقة أعلى.

كحل شامل من البداية إلى النهاية، ستوفر أيضًا أعلى قيمة للباحثين في مجال الخلية الواحدة والبيولوجيا المكانية بسعر أكثر معقولًا. يتفوق الحل المكاني على معايير الصناعة من حيث النطاق والدقة.

المصدر: PR News Wire.

ستكون هذه التقنية متوافقة مع Illumina’s NextSeq and NovaSeq sequencers, التي ستساعد في خفض تكلفة البرامج واسعة النطاق.

هذه الخطوة العدوانية نحو تحليل النسخ والبيولوجيا المكانية ستكمل إطلاق إلومينا في النصف الأول من عام 2025 لحلها في مجال البروتيوميات (تحليل البروتين) لتعزيز دورها في تحليل متعدد الأوميات.

الخزعة السائلة

إلى جانب الطب الفردي عبر الجينوم الكامل، والبحث المتعدد الأوميات المعقد، فإن تطبيقًا سريع النمو للتسلسل هو في علاج السرطان.

حاليًا، أصبح تسلسل الجينوم الكامل لخلايا السرطان التي تُجمع عبر الخزعة مكونًا أساسيًا في علاج السرطان، يساعد الأطباء على تحديد أي علاج سيعمل بأفضل شكل للمريض، مما يدفع مبيعات إلومينا في السوق السريري.

ومع ذلك، يفتح سوق جديد وأكبر في الكشف المبكر عن السرطان، طريقة تُسمى الخزعة السائلة. إنها تكشف عن تسلسلات جينية غير طبيعية للسرطان، أو ctDNA (DNA الورم المتداول).

ما يميزها هو أنها لا تعتمد على التصوير الإشعاعي أو الخزعة الخاصة بالأعضاء، بل على عينة دم بسيطة.

تُعرف أيضًا باسم الكشف المبكر المتعدد للسرطان (MCED)، وهذه الطريقة معروفة بفعاليتها، لكنها كانت حتى الآن مكلفة وغير موثوقة للاستخدام في الإعداد السريري، وأقل من ذلك للكشف عن السرطان في فحص السكان العام.

بفضل أدوات التسلسل الأقوى، يتغير هذا بسرعة.

المصدر: Ark Invest

قصة غرايل

هنا يصبح الأمر معقدًا قليلًا بالنسبة لإلومينا. كانت الشركة رائدة في الخزعة السائلة وطورت داخليًا قسمها الخاص، مدفوعةً بخبرتها العميقة في اكتشاف المادة الجينية، كشركة تُدعى غرايل.

ثم قامت بفصل الشركة عن إلومينا لتُعاد استحواذها لاحقًا بسعر أعلى بكثير من سعر الاكتتاب العام، والآن تُجبر على الانفصال مرة أخرى من قبل سلطات المنافسة في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي.

لذلك غرايل الآن شركة مستقلة تمامًا عن إلومينا، ومُدرجة في بورصة ناسداك (GRAL ).

أدى هذا الفشل الكامل إلى تساؤل المستثمرين حول نزاهة مجلس إدارة إلومينا وكان مساهمًا آخر في الأداء الضعيف لسعر سهم إلومينا خلال العامين الماضيين. خاصةً مع المستثمر النشط كارل إيكان الذي يضغط بقوة، مما أدى في النهاية إلى استقالة الرئيس التنفيذي لإلومينا.

ومع ذلك، هذا الآن في الماضي، وقد أظهر غرايل أداءً قويًا منذ الاكتتاب العام، مع إضافة شركات التأمين الصحي لاختبارات غرايل المتعددة للكشف المبكر عن السرطان إلى تغطيتها، بما في ذلك TRICARE، التي تُعد واحدة من أكبر خطط الصحة في الولايات المتحدة.

باعت الشركة ما يقرب من ثلاثة أضعاف عدد الاختبارات في 2024 مقارنةً بـ 2022، وتتوقع أن يستمر النمو في السنوات القادمة، حتى قبل البدء في دول أخرى غير الولايات المتحدة.

غرايل هي واحدة فقط من العديد من شركات الخزعة السائلة، والآن بعد أن إلومينا لم تعد تملكها مباشرة، فإن الشركات الأخرى في مجال الخزعة السائلة (مثل Exact Sciences Corporation ، Guardant Health (GH )، أو Natera (NTRA )) أقل احتمالًا لاختيار تقنية تسلسل منافسة غير إلومينا. من المتوقع أن ينمو سوق الخزعة السائلة بمعدل نمو سنوي مركب 13.9% حتى 2034.

المصدر: Precedence Research

لذا، بينما كان تشتيتًا غير مرغوب فيه، في النهاية قد يساعد فصل غرايل إلومينا على البقاء المزود الرئيسي لأجهزة التسلسل الجيني المستخدمة في تقنيات الخزعة السائلة، بغض النظر عن مزود الاختبار المستخدم.

منظور طويل الأجل

كانت إلومينا مساهمًا رئيسيًا في الثورة الجينومية المستمرة في التكنولوجيا الحيوية والطب. وهذا الآن يبدأ فقط في الوصول إلى الوعي العام، مع علاجات تحرير الجينات للأمراض النادرة وفحص السرطان كأول سوق متعدد المليارات ينشأ من هذا النهج الجديد للطب.

هذه أيضًا مجالات لا يزال لديها اختراق سوق منخفض لتقنيات التسلسل من الجيل التالي (NGS)، مما يمنحها مساحة للنمو من 10 إلى 20 مرة من خلال استبدال التقنيات القديمة الأقل حساسية وأكثر تكلفة أو أكثر غزوًا.

المصدر: Ark Research

على المدى الطويل، من المرجح أن تصبح تقنيات الجينوم ومتعدد الأوميات جزءًا من حياتنا اليومية. على سبيل المثال، قد يُعرض على كل مولود جديد من قبل شركة التأمين الصحي تحليل جينوم كامل من أول يوم له.

يمكن بعد ذلك استخدام هذه البيانات لضبط اختيار الدواء والجرعة، وتقييم مخاطر السرطان أو غيرها من المخاطر الصحية، وحتى تقديم أفضل نصائح نمط الحياة لتبنيها وفقًا لذلك.

من المحتمل أن يحدث ذلك بالتوازي مع تسريع تقنية الذكاء الاصطناعي لتطوير أدوية وعلاجات جديدة، بالإضافة إلى معالجة الكم الهائل من البيانات التي يولدها علم متعدد الأوميات.

المصدر: Ark Research

الخلاصة

إلومينا هي واحدة من الأسهم الرائدة في قطاع التكنولوجيا الحيوية التي تُعد “المعول والمجرفة”، حيث تقود الجهود لتقليل تكلفة تحليل الجينوم. وهي الآن تتطور إلى شركة متعددة الأوميات بالكامل، مستفيدةً من سمعتها المتميزة ومجموعة آلات التسلسل المثبتة لتوسيع نطاقها إلى القطاعات الجديدة الرئيسية – الأوميات مثل النسخ والبروتيوميات.

ستصبح أيضًا أداة تحليلية رئيسية للمتخصصين، مع تزايد أهميتها مع مرور الوقت، بدءًا من فحص الخزعة السائلة للكشف عن السرطان غير المرئي والصامت باستخدام عينات دم فقط.

على المدى الطويل، من المحتمل أن تُنشئ علامات ورؤى جديدة حول أجسامنا طلبًا إضافيًا على تحليلات الجينوم ومتعدد الأوميات، لتصبح جزءًا من الأدوات الوقائية التي تحافظ على صحتنا وتكشف المشكلات الصحية قبل ظهور الأعراض.

كان أداء سهم الشركة صعبًا على المستثمرين، مع تراجع قطاع التكنولوجيا الحيوية إلى أسفل بالإضافة إلى قرارات غير مثالية بشأن غرايل من قبل إدارة الشركة.

مع أشخاص جدد في المناصب القيادية وإعادة بيع غرايل (مرة أخرى)، أصبح الطريق للعودة إلى التميز التقني في التحليل البيولوجي واضحًا الآن، وكذلك مجموعة أدوات البرمجيات والبروتيوميات والبيولوجيا المكانية وتحليل النسخ للعامين القادمين.

أحدث الأخبار عن إلومينا