جوائز نوبل

الاستثمار في إنجازات جائزة نوبل – التطور الموجه لإنشاء أدوات كيميائية وطبية جديدة

mm
نُشر في
تم التحديث في
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
إفصاح: قد تتلقى Securities.io تعويضًا عند استخدام روابط لمنتجات نراجعها. لا يؤثر ذلك في تقييماتنا التحريرية. لسنا مستشارًا استثماريًا مسجلًا، وهذا ليس نصيحة استثمارية. اقرأ إفصاح الشراكات التسويقية.

تاريخ جائزة نوبل

جائزة نوبل هي أرفع جائزة في العالم العلمي. تم إنشاؤها وفقًا وصية السيد ألفريد نوبل لمنح جائزة “للذين، خلال العام السابق، قدموا أعظم فائدة للبشرية” في الفيزياء، الكيمياء، الفسيولوجيا أو الطب، الأدب، والسلام. تم إنشاء جائزة سادسة لاحقًا للعلوم الاقتصادية من قبل البنك المركزي السويدي.

يعود قرار من يُمنح الجائزة إلى عدة مؤسسات أكاديمية سويدية.

مخاوف الإرث

جاء قرار إنشاء جائزة نوبل إلى ألفريد نوبل بعد أن قرأ نعيه الخاص، نتيجة خطأ من صحيفة فرنسية أساءت فهم خبر وفاة شقيقه. بعنوان “تاجر الموت مات”، انتقدت المقالة الفرنسية نوبل لاختراعه للمتفجرات غير الدخانية، والتي كان الديناميت هو الأكثر شهرة بينها.

كان لاختراعاته تأثير كبير في تشكيل الحروب الحديثة، واشترى نوبل مصنعًا ضخمًا للحديد والصلب ليحولها إلى شركة أسلحة كبرى. وبما أنه كان في البداية كيميائيًا ومهندسًا ومخترعًا، أدرك نوبل أنه لا يريد أن يُذكر إرثه كرجل جمع ثروة على حساب الحرب وموت الآخرين.

جائزة نوبل

في الوقت الحالي، تُخزن ثروة نوبل في صندوق يُستثمر لتوليد دخل لتمويل مؤسسة نوبل والميدالية الخضراء المطلية بالذهب، والشهادة، والجائزة المالية التي تبلغ 11 مليون كرونة سويدية (حوالي مليون دولار) تُمنح للفائزين.

المصدر: Britannica

غالبًا ما تُقسم أموال جائزة نوبل بين عدة فائزين، خاصة في المجالات العلمية حيث من الشائع أن يساهم شخصان أو ثلاثة في اكتشاف رائد معًا أو بشكل متوازي.

على مر السنين، أصبحت جائزة نوبل الجائزة العلمية الأساسية، ساعية لتحقيق توازن بين الاكتشافات النظرية والعملية للغاية. لقد كافأت إنجازات أسست أسس العالم الحديث مثل النشاط الإشعاعي، المضادات الحيوية، الأشعة السينية، أو PCR، بالإضافة إلى العلوم الأساسية مثل مصدر طاقة الشمس، شحنة الإلكترون، التركيب الذري، أو السائل الفائق.

التطور كأداة

منذ النشر البارز لكتاب “عن أصل الأنواع” لتشارلز داروين في عام 1859، كان التطور في صميم العلوم البيولوجية. في هذا الكتاب، أعلن داروين الفكرة الأساسية أن الحياة تتطور مع مرور الوقت عندما تتعرض لضغوط البيئة.

منذ داروين، أدرك علماء الأحياء أن التطور يمكن أن يكون قوة معقدة جدًا، ليس فقط البقاء البسيط يؤثر على التطور، بل أيضًا العديد من التأثيرات الأخرى التي تضيف تفاصيل للفكرة، مثل:

بشكل عام، يعمل التطور عن طريق اختيار أكثر الطفرات فائدة بين الطفرات العشوائية في موقف معين. الجزء المهم هو أن هذه ظاهرة “عمياء”، تعتمد على ملايين الطفرات بدلاً من نية واعية.

بعيدًا عن كونه مجرد مفهوم نظري، كان التطور جزءًا أساسيًا من حضارة الإنسان. أولاً، الاختيار الاصطناعي للصفات القيمة (للإنسان) التي تظهر عشوائيًا هو ما جعل استئناس المحاصيل والحيوانات ممكنًا.

بدون هذه المصادر الغذائية الأكثر إنتاجية، ربما لم نخرج أبدًا من العصر الحجري. قبل أن نعرف عن التطور أو التطور الموجه، كنا نستفيد منه من خلال مزيج من التخمينات والتقريبات.

المصدر: Cell

يمكن أن يكون التطور أيضًا تهديدًا مميتًا. تستمر مسببات الأمراض في الطفرات، و”الفائز” هو الذي يستطيع التهرب من جهازنا المناعي والانتشار بشكل أفضل. هذه هي الآلية التي تسمح للبكتيريا بتطوير مقاومة للمضادات الحيوية، حيث تتحسن كل جيل في التهرب من الأدوية.

يُعد فهم التطور أداة قوية لمعظم العلماء؛ وقد دفع بعضهم هذا المفهوم إلى الأمام، ففازوا بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2018.

فرانسيس ه. أرنولد، التي فازت بنصف جائزة نوبل لتلك السنة، استغلت قوى التطور لتطوير عمليات أكثر خضرة لصناعة الكيمياء. في الوقت نفسه، جورج ب. سميث وسير غريغوري ب. وينتر استخدما التطور في الفيروسات لإنشاء علاجات إنقاذية جديدة.

المصدر: Nobel Prize

قوة الإنزيمات

معظم العمليات الكيميائية الحيوية التي تدعم الحياة تُدَفَع بواسطة بروتينات متخصصة تُسمى الإنزيمات.

بفضل هياكلها الثلاثية الأبعاد المعقدة للغاية، بالإضافة إلى دمج عناصر مثل المعادن النادرة في البروتين، يمكنها تسريع التفاعلات الكيميائية التي لن تحدث otherwise. يُطلق على هذا التسريع اسم التحفيز.

المصدر: Ducksters

بهذه الطريقة يمكن للحياة إجراء تفاعلات كيميائية مثل تحويل النيتروجين الجوي إلى أمونيا (تثبيت النيتروجين البكتيري).

يتطلب تكرار هذه العملية صناعيًا درجات حرارة مرتفعة تصل إلى مئات الدرجات بالإضافة إلى طاقة كبيرة وآلات معقدة.

نظرًا لهذه القدرة المذهلة للإنزيمات على إجراء التحولات الكيميائية بأقل طاقة، استخدمتها الصناعات لعقود.

في البداية، تم ذلك باستخدام الكائنات الدقيقة مثل الخميرة للتخمير. ثم بدأت الصناعة في استخدام الإنزيمات المعزولة نفسها. لكن فرانسيس أرنولد كان لديها فكرة أخرى: تعديل الإنزيمات الطبيعية لجعلها أكثر فائدة للبشر.

استخدام التطور لإنشاء إنزيمات جديدة

كان مشروعها الأول تعديل إنزيم يُدعى سوبتيليسين، يُستخدم في المنظفات، ومعالجة الطعام، والتعبئة، وتطبيقات إدارة النفايات. بدلاً من سوبتيليسين الطبيعي الذي يعمل في الماء، أرادت أن يعمل في المذيب العضوي، دي ميثيل فورماميد (DMF). عادةً ما يُحطم DMF معظم البروتينات، مما يجعل الإنزيم غير فعال.

أولاً، أنشأت آلاف النسخ المتغيرة من الإنزيم عن طريق إحداث طفرات في الجين المقابل. ثم أدخلت الجين المشفر للإنزيم المتحور إلى بكتيريا. بعد فحص نشاط السوبتيليسين المتحور في محلول DMF بنسبة 35٪، اختارت النسخة التي عملت بأفضل شكل. ثم أجرت سلسلة من الطفرات على التسلسلات المختارة وفحصت نشاطها مرة أخرى.

بشكل مدهش، بعد جيلين فقط من هذا التطور الاصطناعي، وجدت نسخة جديدة من السوبتيليسين تعمل أفضل في DMF مقارنة بالماء.

كررت العملية للمرة الثالثة عن طريق طفر نسخة السوبتيليسين الأخيرة مرة أخرى. اكتشفت متغيرًا يعمل 256 مرة أفضل في DMF مقارنة بالإنزيم الأصلي.

المصدر: Nobel Prize

من الجدير التأكيد أنه لا يمكن لأي باحث أن يتوقع أي طفرة ستؤدي إلى هذه النتيجة. فحصها يدويًا واحدة تلو الأخرى كان سيكون مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً.

بدلاً من ذلك، سمح تكرار آليات التطور في نموذج مصغر باكتشاف حلول جديدة في وقت قياسي. أصبحت هذه الطريقة أساسًا لمجال كامل من الهندسة الكيميائية الحيوية، تُنشئ إنزيمات مخصصة لمجموعة واسعة من التطبيقات في الإنتاج الصيدلاني والكيميائي والبيولوجي.

إنشاء محفزات إنزيمية جديدة

لم تتوقف أرنولد عند تعزيز أو تعديل النشاط الموجود مسبقًا للإنزيمات. بحثت أيضًا عن كيفية إنشاء نشاط كيميائي جديد كليًا غير موجود في الطبيعة. المشكلة في ذلك هي أن طريقتها لن تنجح، إذ تحتاج إلى مستوى أولي على الأقل من النشاط المطلوب ليتم اختياره وتحسينه عبر التطور.

لهذا، قامت هي وفريقها بتعديل الإنزيمات عشوائيًا لتمنحها نشاطًا تحفيزيًا يمكن نظريًا أن يعمل على تفاعلات كيميائية أخرى لا تحدث في الطبيعة، ولكنها مفيدة لصناعة الكيمياء.

كانوا يجدون “إنزيمًا متعدد الاستخدامات يمتلك على الأقل نشاطًا منخفضًا للتفاعل المستهدف” بين الإنزيمات المعدلة، حتى وإن كان منخفض الكفاءة. بمجرد تحديد هذه النقطة الانطلاقية، يمكن للتطور الموجه أن يتولى تحسين الكفاءة إلى مستويات عالية بعد عدد كافٍ من أجيال الاختيار.

المصدر: Nobel Prize

الكيمياء الحيوية الجديدة

إذا لم يكن النشاط التحفيزي الجديد كافيًا، فقد اخترع فريق أرنولد فئات جديدة تمامًا من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

باستخدام نفس طريقة البدء من إنزيم منخفض الكفاءة، وجدوا أن إنزيم السيتوكروم C، المستخرج من Rhodothermus marinus، يمكنه تكوين روابط كربون-سيليكون بكفاءة منخفضة جدًا، تقريبًا عن طريق الصدفة وليس عن قصد.

روابط الكربون-سيليكون، أو العضويات السيليكونية، شائعة في الكيمياء التي يقودها الإنسان لكنها لا تُستخدم من قبل أي كائن حي. هي مفيدة في الأدوية وكذلك في العديد من المنتجات الأخرى، بما في ذلك المواد الكيميائية الزراعية، والدهانات، وأشباه الموصلات، وأجهزة الكمبيوتر، وشاشات التلفاز.

أدت عدة جولات من التطور الموجه إلى الحصول على سيتوكروم C متحور يحفز تكوين روابط سيليكون-كربون بفعالية أعلى بـ 40 مرة مقارنة بالإنزيم الأصلي. كما أن للإنزيم المتطور رقم دوران أعلى بـ 15 مرة مقارنة بأفضل محفز غير إنزيمي معروف لنفس التفاعل.

تم الحصول على نتائج مماثلة أيضًا في إنتاج مواد كيميائية ذات إينانتيوم واحد (واحد من بين العديد من التكوينات الثلاثية الأبعاد الممكنة للجزيء نفسه).

مزايا إنزيمات التطور الموجه

عندما يكون إينانتيوم واحد فقط من بين جميع التكوينات هو المفيد، يمكن لإنزيمات الانتقائية الإينانتيومية تحسين الإنتاجية بشكل كبير وتقليل النفايات.

نظرًا لأن هذه الإنزيمات هي محفزات مكوّنة من بروتينات، فإنها تلغي الحاجة إلى المعادن السامة الملوثة، وغالبًا ما تقلل من الحاجة إلى كميات هائلة من المذيبات العضوية.

تعزيز البحث الجيني

في الوقت نفسه، كان باحثون آخرون يدرسون الجينوم في الثمانينات، عندما كانت علوم الجينات لا تزال في بدايتها.

كانت المشكلة الرئيسية التي واجهتهم هي تحديد الجين المحدد الذي ينتج بروتينًا معروفًا، إذ كنا قبل عقود من فك شيفرة الجينوم البشري في أوائل الألفية الثانية.

بدأ فريق جورج ب. سميث العمل مع البكتريوفاجات، وهي فيروسات متخصصة في إصابة البكتيريا فقط، وتتمتع بقدرة على تكرار التسلسلات الجينية بسرعة.

بدأ سميث بمكتبة كبيرة من الجينات غير المحددة أو شظايا الجينات. ثم أدخلها غير محددة في DNA الفيروس المشفر لبروتين على الغلاف، مما أدى إلى عرض البروتينات الأجنبية على سطح الفيروس.

المصدر: Nobel Prize

ثم كان يستخدم الأجسام المضادة “لصيد” البروتين المستهدف، مختارًا الفاج المناسب من بين ملايين الفاجات. وكنتيجة جانبية، كانوا يلتقطون أيضًا DNA الموجود داخل الفاج، مما يسمح لهم بربط الجين غير المعروف مسبقًا بالبروتين المستهدف.

سموا هذه التقنية “عرض الفاج”.

في حد ذاته، كان هذا اختراقًا في علم الأحياء الجزيئي وساهم كثيرًا في تحسين فهم الجينوم. ومع ذلك، فإن أهم مساهمة لعرض الفاج للبشرية جاءت من مساهمة الفائز الثالث في جائزة نوبل هذه.

تطور الأجسام المضادة

قوى التطور ليست مجرد لعبة مع الأنواع بأكملها أو مع إنزيمات محددة، بل تشمل أيضًا جهازنا المناعي.

بفضل التغيّرات العشوائية في تسلسلها الجيني، يمكن لخلايا جهاز المناعة لدينا إنتاج مئات الآلاف من الأنواع المختلفة للأجسام المضادة. لتجنب الأمراض المناعية الذاتية، تقوم عملية اختيار بإزالة الأجسام المضادة التي قد تتفاعل مع خلايا الجسم. ما يزال التنوع الهائل المتبقي يسمح. نظريًا، يمكن لأي فيروس أو بكتيريا جديدة أن يُطابق على الأقل نوعًا واحدًا من الأجسام المضادة.

وفقًا للطريقة التطورية الحقيقية، يتم اختيار وتكاثر هذه الأجسام المضادة الفعّالة، مما يخلق مناعة ضد المرض. تم الاستفادة من هذه الخاصية للأجسام المضادة لت “تتطور” لتطابق بروتينات محددة مرتبطة بالأمراض من خلال حقن الفئران بها وجمع الأجسام المضادة الناتجة لاستخدامها كعلاج.

ومع ذلك، كانت المشكلة أن الأجسام المضادة المستخلصة من الفئران غالبًا ما يتفاعل معها جسم الإنسان بشكل سيء.

دمج عرض الفاج والتطور الموجه

هنا جاءت فكرة غريغوري وينتر لاستخدام طريقة عرض الفاج التي وضعها سميث.

أولاً، أظهر طريقة جديدة تجعل الفاجات تعرض الجزء النشط من الجسم المضاد على سطح غلاف الفيروس. ثم أنشأ مكتبة من الفاجات تحتوي على مليارات الأنواع المختلفة من الأجسام المضادة على أسطحها.

من هذه المكتبة، تم استخراج الفاجات المحددة التي تتطابق أجسامها المضادة إلى حد ما مع بروتين الهدف. ثم طبق طريقة التطور الموجه من أرنولد لتغيير تسلسل الجسم المضاد عشوائيًا وإنشاء مكتبة جديدة من شظايا الفاج/الأجسام المضادة.

من هذه المكتبة الجديدة، تم الاحتفاظ فقط بشظايا الأجسام المضادة التي لديها أقوى تطابق، وتكررت العملية حتى تم تحقيق ارتباط عالي جدًا مع بروتين الهدف.

من خلال هذه الطريقة، بحلول عام 1994، طور أجسامًا مضادة ترتبط بخلايا السرطان بمستوى عالٍ من الخصوصية.

خيارات علاجية جديدة

واصل وينتر تأسيس شركة Cambridge Antibody Technology، محولًا هذه التقنية إلى علاجات.

في عام 2002، تم تسويق أول جسم مضاد علاجي بشري كامل تم إنشاؤه باستخدام عرض الفاج، تحت اسم أداليموماب والعلامة التجارية HUMIRA، التي تسوقها شركة AbbVie (ABBV ). يرتبط الدواء بـ TNF-α، وهو سيتوكين مسؤول عن تحفيز الالتهاب. يُستخدم أداليموماب في علاج التهاب المفاصل الروماتويدي، الصدفية، أمراض الأمعاء الالتهابية، وغيرها من الأمراض المرتبطة بالالتهاب.

سيتحقق أداليموماب لتحقق 20.7 مليار دولار لشركة AbbVie في 2021 ويبدو أنها لا تزال مستمرة حتى مع ظهور الأدوية المشابهة (الأدوية العامة للبيولوجيات). في عام 2006، تم الاستحواذ على Cambridge Antibody Technology من قبل AstraZeneca (AZN ) مقابل 702 مليون جنيه إسترليني.

يُستخدم عرض الفاج حاليًا لإنشاء العديد من العلاجات الجديدة القائمة على الأجسام المضادة، بما في ذلك المتلازمات الالتهابية، وتحييد السموم، ومكافحة الأمراض المناعية الذاتية، وعلاج السرطان النقيلي.

الاستثمار في التطور الموجه

حاليًا، تُعد العلاجات بالأجسام المضادة المطورة باستخدام علاج الفاج هي السوق الأكبر بكثير التي أنشأتها طرق الاستفادة من التطور الموجه، تليها عن كثب محفزات الإنزيمات.

يمكنك الاستثمار في الشركات ذات الصلة عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة الأمريكية، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، وكذلك العديد من البلدان الأخرى.

إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات محددة، يمكنك أيضًا النظر في صناديق المؤشرات المتداولة في مجال التكنولوجيا الحيوية مثل WisdomTree BioRevolution UCITS ETF (WBIO) (WT ) ، VanEck Biotech ETF (BBH)، أو First Trust NYSE Arca Biotechnology Index Fund (FBT)، والتي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من نمو اقتصاد التكنولوجيا الحيوية.

شركات الإنزيمات والأجسام المضادة

1. Codexis

CDXS مخطط السعر

تركز الشركة على الإنزيمات. كما أوضحنا أعلاه، يمكن لهذه البروتينات أن “تحقق” (تحفّز) التفاعلات الكيميائية التي لا يمكن حدوثها أو تكون بطيئة جدًا.

هدف Codexis هو استبدال العمليات الكيميائية بعمليات حيوية مدفوعة بالإنزيمات.

تستخدم التعلم الآلي لإنشاء آلاف المتغيرات من الإنزيمات لتحسين أدائها، سواء كان الإنتاجية أو الخصوصية أو الاستقرار أو التركيز في الكائن المضيف.

يتم اختيار هذه الإنزيمات عبر التطور الموجه باستخدام منصة CodeEvolver الخاصة بالشركة.

المصدر: Nature

يمكنها بعد ذلك تقديم إنزيمات مخصصة للشركات الصناعية والصيدلانية.

تركز على 3 تطبيقات:

  • العلاجات الحيوية لعلاج الأمراض الجينية، مع 24 مرشحًا في خط أنابيب البحث
  • أبحاث علوم الحياة، خاصة الجينوميات وتخليق DNA وRNA.
  • تصنيع الأدوية، على سبيل المثال تحسين مرافق الإنتاج الحالية.

تسعى الشركة أيضًا إلى التوسع في سوق تصنيع RNAi وsiRNA. أصبحت هذه التقنيات محور تركيز الصناعة الحيوية والصيدلانية، مع وجود 6 أدوية siRNA معتمدة حاليًا، وعلى الصعيد العالمي أكثر من 450 أصلًا في خطوط أنابيب RNAi قيد التطوير اليوم، منها 42 في المرحلة الثانية والثالثة من التجارب السريرية.

المصدر: Codexis

حاليًا، يأتي 90٪ من الإيرادات من الإنزيمات، وليس من العلاجات الحيوية. يتركز التركيز على النمو مع شركات الأدوية المتوسطة الحجم مع الحفاظ على العلاقات مع الشركات الدوائية الكبيرة القائمة.

2. Ginkgo Bioworks

DNA مخطط السعر

تنتج الشركة كائنات حسب الطلب لتطبيقات محددة، بما في ذلك التطبيقات الطبية الحيوية وبرامج الصناعات وعلوم المواد.

كما لديها قطاع كبير للأمن البيولوجي، الذي ازدهر خلال الجائحة.

في معظم الحالات، يُستخدم شكل من أشكال التطور الموجه في إنتاج واختيار منتجات Gingko.

قامت Ginkgo Bioworks (DNA ) بتوسيع تطبيقاتها على نطاق واسع مع العديد من برامج البحث والشراكات:

تحقق الشركة أرباحها من خلال الحصول على دفعة مقدمة لتطوير العملية ثم من خلال العوائد على المنتج النهائي.

شراكات Gingko تتوسع باستمرار، مع:

تتعاون Ginkgo Bioworks أيضًا مع جميع الشركات الزراعية الكبرى، والتي لديها معظمها بعض الاهتمامات في إنتاج الوقود الحيوي وعلم الأحياء الدقيقة. تشمل بعض هذه الشركات Bayer وCargill وSyngenta وCorteva وADM وExacta وغيرها.

المصدر: Gingko Bioworks

تجربة Gingko في تصميم التسلسلات الجينية المخصصة، والكائنات، والاختيار، بالإضافة إلى مراقبة الأمن البيولوجي، تجعلها مزودًا رئيسيًا لكل صناعة تسعى لاستغلال الإنزيمات والأجسام المضادة لتطبيقاتها المحددة.

كمزود خدمة، تتمتع Gingko بموقع جيد للاستفادة من نمو الصناعة ككل.

mm

جوناثان هو باحث كيميائي حيوي سابق عمل في تحليل الجينات والتجارب السريرية. وهو الآن محلل أسهم وكاتب مالي يركز على الابتكار ودورات السوق والجيوسياسة في منشورته 'The Eurasian Century".