Biotecnología
La multiómica es el próximo paso en la biotecnología
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La Revolución Genómica
La mayor parte del progreso en medicina e incluso en agricultura en las últimas dos décadas se ha basado en la revolución genómica. Al conocer la composición genética de los organismos vivos, los científicos pueden encontrar nuevos objetivos para terapias, nuevas formas de optimizar la producción de materiales valiosos e incluso comenzar a cambiar el propio genoma, gracias a la edición genética. Esto se está convirtiendo en un gran negocio, con la primera terapia de edición genética aprobada (Casgevy) con un precio de 2,2 millones de dólares.
Lo que impulsó esta revolución es la comprensión mucho más profunda de los procesos biológicos gracias a la secuenciación del genoma. Sin embargo, el genoma es un conjunto de datos bastante crudo. Es un poco como un diccionario completo, con la “ortografía” exacta de cada proteína en una célula. Pero una célula viva es más bien una novela completa, en la que la forma en que se disponen las “palabras” (el ARN y las proteínas) es mucho más relevante.
De la Genómica a la Multiómica
La complejidad incluso de una sola célula, y aún más de un cuerpo humano completo, es la razón por la que se necesitan métodos analíticos más avanzados que la genómica. Y hay muchos:
- Transcriptómica: el análisis de ARNm.
- Proteómica: el análisis de proteínas, incluida la modificación de proteínas con azúcares (“postraduccional”).
- Metabolómica: el análisis de compuestos químicos y el metabolismo.
- Epigenómica: la modificación del genoma sin afectar la secuencia genética, o “epigenética”.
- Microbiómica: el análisis de todos los microbios que viven dentro o sobre el cuerpo.
- Multiómica de una sola célula: el análisis multiómico en células individuales.
- Biología espacial: analizar en 3D la ubicación de ARNm, proteínas o células específicas.
Estos métodos analíticos son a menudo órdenes de magnitud más complejos que la genómica “simple”. Cada uno puede y, idealmente, debería combinarse con los demás para ofrecer una visión más completa de la verdadera complejidad de un organismo vivo.
Cuando se combinan, permiten análisis de “multiomics”.
Una Explosión de Datos Multiómicos
Proteómica
La capacidad de análisis de proteínas ha aumentado varios órdenes de magnitud en apenas una década.
Como se muestra en este gráfico de ARK Invest (con escala logarítmica), ahora se pueden analizar cientos de miles de proteínas en una hora, y los métodos proteómicos pueden distinguir hasta 10,000 proteínas por muestra. El costo por muestra también ha disminuido de forma constante, de 1.000 $ en 2011 a solo 100 $ en 2023, lo que representa una caída del 23 % anual.
Fuente: ARK Invest
Esto ha acelerado radicalmente el descubrimiento de biomarcadores de cáncer y el desarrollo de terapias de precisión, un tema que investigamos a fondo en “Tratar lo intratable con terapias de precisión – ¿Una oportunidad de 4 billones de dólares?”.
Transcriptómica
Los ARNm son el “manual de instrucciones” del “diccionario” genómico. La forma y la cantidad de ARNm son realmente lo que determina cómo se expresa y utiliza el gen en la célula.
El problema de la transcriptómica temprana era que tenía que analizar al menos miles de células a la vez, si no millones. Esto elimina todos los detalles de los cambios en el ARNm que eran transitorios en el tiempo o demasiado localizados.
Esto ha cambiado con la posibilidad del análisis de ARN de una sola célula, revolucionando nuestra comprensión del cáncer. Con ello, podemos entender exactamente qué gen es responsable del cáncer y qué subtipo de célula lo está provocando.
Fuente: ARK Invest
Otros -Omics
Aunque más recientes, los demás métodos analíticos no son menos prometedores.
Biología espacial permite el análisis de células individuales y cómo diferentes células y ARN o proteínas interactúan entre sí. En tiempo real si es necesario. Esto abre campos científicos completamente nuevos, algo que discutimos más a fondo en nuestro artículo “Biología espacial: Nanostring vs. 10x Genomics (TXG ) ”.
Microbiómica permite utilizar las bacterias de nuestro intestino o de nuestra piel para nuevos métodos terapéuticos. Por ejemplo, el trastorno del espectro autista se ha vinculado recientemente con el microbioma intestinal. Lo que se correlaciona con “estudios que demuestran beneficios a largo plazo en los síntomas del autismo y la microbiota intestinal mediante la terapia de transferencia de microbiota”.
Epigenómica podría convertirse en el próximo paso de las terapias de precisión, con la posibilidad de afinar la expresión génica de las células cancerosas, por ejemplo.
Fuente: National Library of Medicine
“Rejuvenecimiento epigenético” también es una posibilidad para revertir el envejecimiento, uno de los métodos discutidos en nuestro artículo “El envejecimiento es una parte de la vida – Lo que no significa que no podamos luchar”.
IA para ayudar a procesar datos multiómicos
El resultado de la disminución de costos y el aumento de la capacidad para el análisis multiómico es una avalancha de datos como nunca antes. Está convirtiéndose rápidamente en algo que supera la capacidad de cualquier investigador para filtrar manualmente estos datos y encontrar puntos relevantes.
Afortunadamente, la revolución multiómica está ocurriendo mientras la IA se vuelve cada vez más capaz.
La IA, el aprendizaje automático (IA/ML) y la automatización ya están impulsando el descubrimiento de fármacos. Esto por sí mismo debería ayudar a reducir significativamente el costo del descubrimiento de fármacos, gracias a la IA que rastrea bibliotecas de fármacos existentes y potenciales, y predice el probable resultado “in-silico”. Solo esto podría hacer crecer el espacio de terapias de precisión a una tasa de CAGR del 26 % durante los próximos siete años, pasando de ~820 mil millones de dólares en 2023 a ~4,5 billones de dólares en 2030.
Fuente: ARK Invest
Pero el descubrimiento de fármacos es solo el primer paso. La IA también puede usarse para predecir las propiedades químicas de nuevas moléculas o proteínas, como la herramienta de IA “Distributional Graphormer” de Microsoft.
Fuente: Microsoft
La IA también puede predecir si una molécula será tóxica sin necesidad de probarla en células vivas o animales. Puede combinarse con automatización para ejecutar experimentos a gran escala, incluidas simulaciones de “Organ-on-a-chip” o experimentos automatizados (manejo automatizado de líquidos, “invivómica” o microsíntesis).
Por último, la integración de IA y TI podría mejorar los diseños de ensayos clínicos, con ensayos más adaptativos, más biomarcadores rastreados o incluso ensayos descentralizados.
Fuente: ARK Invest
Acciones de Multiómica
1. Pacific Bioscience (PacBio)
PACB Gráfico de precios
Iniciado unos años después del líder de la industria de secuenciación del genoma, Illumina, PacBio ha sido el jugador más pequeño en la secuenciación del genoma desde entonces. A pesar de su menor tamaño, el equipo de la empresa se ha mantenido en el nivel más alto de rendimiento.
También es la 8ª mayor participación del ARK Genomic Revolution ETF.
PacBio adquirió recientemente Omniome en 2021, lo que le dio una ventaja en precisión para leer secuencias genéticas muy largas o cortas. Esta ventaja se reforzó con la posterior adquisición de Apton por 110 M $ en agosto de 2023, que también se especializa en lecturas cortas, alto rendimiento (SR-HI).
Fuente: PacBio
Los sistemas Onso de PacBio están comenzando a enviarse a los clientes, y su lanzamiento ha sido descrito por la empresa como el “mejor comienzo en la historia de PacBio”. Se especializará en secuencias cortas, mientras que su sistema Revio HiFi podrá leer secuencias largas y trabajar 24/7, permitiendo leer 1.300 genomas humanos completos al año (aproximadamente 4/día). Más tarde, el Revio HiFi será reemplazado por el sistema HT SBB, que probablemente integrará la tecnología de Apton.
PacBio espera que las secuencias largas crezcan mucho más rápido que el mercado más amplio de NGS (Secuenciación de Nueva Generación) y afirma que sus sistemas son 10 veces más precisos que la competencia.
Fuente: PacBio
Curiosamente, también podría reducir el costo total de la secuenciación del genoma. Sin entrar en demasiados tecnicismos, las secuencias cortas deben volver a ensamblarse en un todo integral. Así, un genoma de lectura corta de 500 $ puede requerir rápidamente análisis adicionales que cuestan un total de 1.500 $ para ser realmente útil como herramienta diagnóstica.
Por lo tanto, un análisis de secuencia larga Revio de 950 $ evita este paso y resulta más barato para la aplicación diagnóstica.
El enfoque de PacBio en el análisis de alta precisión y secuencias largas debería darle una ventaja en diagnósticos durante los próximos años. La dirección de PacBio cree que esto podría impulsar la penetración de mercado de la empresa en la genómica humana del 5 % actual al 10 % y en oncología (cáncer) del 1 % al 5 %.
Aunque PacBio se centra principalmente en su competencia de décadas con Illumina, también podría tener que enfrentarse a Oxford Nanopore en el mercado de diagnóstico/secundarias largas.
2. 10x Genomics Technology
TXG Gráfico de precios
10x Genomics es líder en biología espacial, que estudia el genoma y el transcriptoma en 3D, permitiendo la visualización de la actividad de los genes a nivel celular o incluso intracelular.
La empresa se fundó en 2012, con Serge Saxonov entre sus fundadores, director de I+D de la compañía de pruebas genómicas personalizadas 23andMe.
También es la 12ª mayor participación del ARK Genomic Revolution ETF.
10x Genomics creció mediante una combinación de I+D (más de 1 mil millones de dólares invertidos en I+D hasta ahora) y adquisiciones para expandirse en muchos campos -ómicos diferentes. Notablemente, su plataforma Visium para transcriptómica espacial de tejidos se obtuvo al adquirir Spatial Transcriptomics en 2018.
Así es también como 10x Genomics adquirió su plataforma Xenium para visualización de una sola célula al adquirir Readcoor y Cartana en 2020.
En 2020, también lanzó la plataforma Chromium, actualizada al año siguiente a Chromium X, para la secuenciación de ARN de una sola célula.
A través de la adquisición de Tetramer Shop en 2021, 10x Genomics también lanzó BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) en 2022. Permite a los investigadores identificar componentes del sistema inmunitario en detalle. Esto podría ser muy impactante en la investigación sobre inmunidad y nuevas enfermedades.
10x Genomics acquisitions timeline- Fuente: 10x Genomics
La compañía también obtuvo en septiembre de 2023 una victoria crítica contra su principal rival, Nanostring. Nanostring está ahora prohibido de vender sus instrumentos CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) en la mayor parte de la UE por infringir patentes de 10x Genomics.
Esto llevó al anuncio de que Nanostring está presentando una solicitud de bancarrota y explorando posibles ventas en febrero de 2024.
NanoString acusó a 10x Genomics de presentar sus demandas “con el aparente objetivo de reducir el panorama competitivo de diferentes plataformas de biología espacial en detrimento del bien público”.
En general, 10x Genomics parece estar en posición de establecer una ventaja sólida en el mercado de biología espacial, incluida la transcriptómica de una sola célula y el mapeo de antígenos.
La empresa aún se encuentra en sus primeras etapas, algo similar a los primeros días de Illumina y Pacific Biosciences. Por ahora, la biología espacial está confinada al mundo de la investigación académica y fundamental. Pero, como muchas biotecnologías, podría algún día volverse generalizada, convertirse lentamente en una herramienta médica y luego en una prueba “de rutina”. En cualquier caso, el creciente número de máquinas instaladas debería impulsar las ventas de consumibles y el crecimiento de los ingresos.
