Twist Bioscience (TWST) : L’ADN sur demande avec des puces de silicium

Comment la technologie des puces de silicium booste la biotechnologie

À première vue, les mondes de la technologie du silicium et de la biotechnologie sont plutôt éloignés.

D’une part, les technologies liées à l’informatique traitent de systèmes entièrement créés par l’homme. Du point de vue de l’investissement, elles sont souvent plus axées sur les logiciels (systèmes d’exploitation, SaaS, réseaux sociaux et écosystèmes d’app store) que sur le matériel (bien que la récente montée en puissance de l’IA et de Nvidia en tant que plus grande entreprise au monde ait quelque peu changé cela).

D’un autre côté, la biotechnologie est tout entière axée sur la compréhension d’un système naturel ultra-complexe déjà existant. Ainsi, dévoiler le mystère de la biologie nécessite de nombreuses expériences scientifiques physiques, allant des cellules de laboratoire et de culture aux essais cliniques impliquant des milliers de personnes.

Du point de vue de l’investissement, la biotechnologie est souvent synonyme de l’industrie pharmaceutique, car la majeure partie des revenus du secteur biotechnologique provient de médicaments salvateurs, tels que les médicaments contre le cancer, l’insuline et les médicaments contre la pression artérielle.

Les deux secteurs “techno” ont cependant un chevauchement caché : les progrès de la technologie matérielle du silicium sont fondamentaux pour le récent boom de la capacité de biotechnologie. Par exemple, les machines de séquençage du génome d’Illumina utilisent des lasers et des puces de silicium avancés pour lire un génome entier pour moins de 200 $ par génome.

Plus les puces de silicium étaient fabriquées, plus la prochaine génération de séquençage (NGS) devenait efficace.

En seulement 10 ans, le coût par génome a diminué à tel point qu’il est devenu un test relativement peu coûteux parmi la gamme de tests disponibles pour les professionnels de la santé.

Source : Illumina

Une autre entreprise utilise désormais la technologie des puces de silicium pour changer complètement ce qui est possible à réaliser avec la biotechnologie, en rendant l’ADN aussi facile à “écrire” que le code informatique : Twist Bioscience.

Écriture d’ADN sur demande

ADN, ARN et protéines

Les cellules vivantes sont contrôlées par un ensemble complexe d’instructions codées dans le génome de l’organisme, sous forme de séquences d’ADN.

Ces gènes sont “lus” et convertis en ARNm, qui est ensuite utilisé pour produire des protéines (y compris des enzymes). Si les cellules étaient des usines, les gènes seraient les plans, l’ARNm serait les instructions de la direction, et les protéines seraient les machines et les outils équipant l’usine.

Pour longtemps, les biologistes ne pouvaient que dupliquer des séquences génétiques existantes par le biais de la technologie PCR. Ils ont ensuite lentement appris à modifier des séquences d’ADN, de manière de plus en plus contrôlée, jusqu’à ce qu’ils puissent fabriquer presque n’importe quelle séquence génétique sur demande.

Le marché de la synthèse d’ADN a connu une croissance rapide, atteignant 4,5 milliards de dollars en 2024, et devrait continuer à croître à un taux de croissance annuel composé de 17,5 % entre 2025 et 2032.

Source : Fortune Business Insights

Alors que le marché était initialement dominé par les chercheurs en biologie et en médecine, la synthèse d’ADN est désormais principalement utilisée à des fins de diagnostic et thérapeutique, une tendance qui devrait se poursuivre à l’avenir.

Source : Fortune Business Insights

Cependant, il s’agissait toujours d’un processus fastidieux, nécessitant beaucoup de conception par des scientifiques de niveau doctorat, de travail manuel et de produits chimiques coûteux. Alors que la capacité de génération de séquences a augmenté avec la capacité de lecture du génome, un plus grand volume d’écriture d’ADN était toujours hors de portée.

Source : MDPI

De la synthèse en colonne à la puce de silicium (9 600 gènes/cours)

Avec des puces de silicium miniaturisées, il est devenu progressivement possible de manipuler l’ADN en très petites quantités et de le synthétiser de la même manière.

Cela signifie que la synthèse d’ADN peut désormais être effectuée à l’échelle nanométrique, avec un niveau de contrôle sans précédent, une puce de silicium pouvant produire presque 10 000 gènes à la fois, au lieu d’un à la fois avec les méthodes classiques.

Source : Twist Bioscience

Cette méthode est non seulement plus productive, mais elle doit et peut être entièrement automatisée, accélérant ainsi la production et réduisant les coûts de main-d’œuvre associés.

Présentation de Twist Bioscience

Fondée en 2013, Twist a été pionnière dans le déploiement de la synthèse d’ADN sur des puces, un domaine en pleine croissance de la biologie synthétique.

12 ans plus tard, l’entreprise génère près de 100 millions de dollars de revenus trimestriels (96,1 millions de dollars au troisième trimestre 2025, en augmentation de 18 % d’une année sur l’autre), avec pour objectif d’atteindre le cap du milliard de dollars de chiffre d’affaires annuel.

“Au troisième trimestre de l’exercice 2025, nous avons réalisé un autre trimestre de revenus record.

Nous avons ajouté des centaines de nouveaux clients et lancé la première d’une série d’expansions de portefeuille SynBio prévues, jetant les bases d’une croissance solide et durable à venir.”

Emily M. Leproust – PDG et co-fondatrice de Twist Bioscience.

Source : Twist Bioscience

Twist emploie environ 1 100 personnes. L’entreprise est basée à San Francisco, avec d’autres bureaux aux États-Unis, en Israël, en Chine, à Singapour et en Corée. La majeure partie de la production est effectuée soit à San Francisco, soit dans l’usine de l’entreprise à Wilsonville, dans l’Oregon, d’une superficie de 210 000 pieds carrés, appelée “l’usine de l’avenir”, pour soutenir la croissance future.

“Nous devons planifier l’espace environ 18 à 24 mois à l’avance. Alors que nous nous concentrons sur la construction réussie de notre site initial à Portland pour livrer les produits initiaux en 2022, nous pensons qu’il est essentiel de planifier la croissance à long terme qui se profile.”

Emily M. Leproust (en 2021) – PDG et co-fondatrice de Twist Bioscience

La majeure partie des revenus de l’entreprise provient des marchés nord-américains, mais les ventes en Europe augmentent rapidement également.

Source : Twist Bioscience

Divisions de Twist Bioscience

Les sous-divisions de l’entreprise sont toutes basées sur une technologie fondamentale commune, sa plate-forme d’ADN sur silicium, mais avec des différences significatives en termes de produits finaux et de marchés ciblés.

Source : Twist Bioscience

NGS

L’activité de séquençage de nouvelle génération est la plus importante de l’entreprise, responsable de plus de la moitié des revenus totaux.

Elle permet l’analyse de séquences d’ADN complexes, y compris des tâches telles que la biopsie liquide, la détection de l’ADN génétique des cellules cancéreuses à partir d’un simple échantillon de sang.

Au troisième trimestre 2025, l’activité NGS a augmenté de 27 % d’une année sur l’autre, ce qui en fait de loin le principal moteur de croissance des revenus de l’entreprise. En conséquence, ce segment devrait devenir encore plus prépondérant dans un avenir proche.

Le nouveau “Twist cfDNA Pan-Cancer Reference Standard v2” de l’entreprise est capable de détecter 458 variants cancéreux uniques (ADN tumoral circulant, ou ctADN), couvrant 84 gènes impliqués dans le cancer.

Source : MedLine Plus

D’autres produits NGS produits par Twist comprennent des outils allant au-delà de la simple lecture des séquences génétiques, par exemple :

• Exome 2.0, pour détecter les maladies rares et héréditaires.
• Twist Genotyping Panel – Human 600k, pour identifier le facteur génétique des maladies liées à plusieurs gènes.
• MRD Rapid 500 Panel, pour détecter un petit nombre de cellules cancéreuses malignes qui restent dans le corps après une thérapie contre le cancer réussie, un facteur de risque majeur de récidive.
• Twist Human Methylome Panel, pour des applications allant de la métastase du cancer, du développement humain et de la génomique fonctionnelle.

“Le séquençage du cfADN nous donne la possibilité d’en apprendre beaucoup plus sur l’état du cancer – quel type de cancer est présent, est-il susceptible de répondre à une thérapie de première ligne et y a-t-il des mutations émergentes qui pourraient affecter cette réponse ?”

Mark Murakami – MD et professeur agrégé de médecine à la Harvard Medical School

SynBio

SynBio va au-delà de la lecture génétique (NGS), sur des outils plus spécialisés pour des besoins de recherche biotechnologique ou médicale spécifiques. Par exemple :

• TCR Libraries, utilisées pour la thérapie cellulaire adoptive (ACT), utilisent des récepteurs T cellulaires génétiquement modifiés pour cibler les antigènes spécifiques des tumeurs.
• Spread-Out Low Diversity (SOLD) libraries, pour analyser une banque de données de variations de protéines.
• Oligopools, fragments de gènes, et vecteurs, garantissant la production de séquences génétiques de haute qualité et éliminant le besoin pour les chercheurs de les générer eux-mêmes, souvent à un coût plus élevé et à un niveau de qualité inférieur.
• Conception et production d’antigènes et d’anticorps personnalisés, allant de 1 000 antigènes prêts à l’emploi à la production personnalisée d’autres antigènes à l’aide de vecteurs d’immunisation propriétaires pour la production chez la souris.

BioPharma Solutions

Ce segment est le plus petit en termes de revenus et consiste essentiellement en outils développés internement pour les besoins de R & D de Twist, puis réutilisés en tant que services. Cela inclut, par exemple :

• Humanisation d’anticorps in silico et souris transgéniques humanisées (HuTg), utilisant des IA basées sur le machine learning pour transformer les anticorps développés chez la souris en anticorps fonctionnels pour l’homme.
• Plate-forme DiversimAb ™, conçue pour offrir une diversité d’anticorps maximale.

Ce segment reflète le potentiel de l’orientation à long terme de l’entreprise en matière de R & D, de nombreuses autres activités découlant de programmes de recherche lancés il y a de nombreuses années.

Source : Twist Bioscience

Autres applications

AgriBio

Toutes les applications de la biologie synthétique et de la production de séquences d’ADN sur des puces ne sont pas biomédicales. Un autre domaine en pleine expansion est l’agriculture et la production alimentaire.

Ces méthodes peuvent être utilisées pour améliorer les plantes, ainsi que le bétail, comme la capacité des plantes et des animaux à survivre ou même à prospérer malgré des températures extrêmes, la sécheresse, la salinité ou la pression des parasites.

Les outils de biologie synthétique peuvent également identifier de nouveaux gènes, puis les utiliser pour ingénierier des micro-organismes qui fixent l’azote plus efficacement, qui séquestrent plus de carbone et qui poussent dans des conditions défavorables.

Enfin, les outils NGS peuvent être utilisés pour la détection et la surveillance rapides des agents pathogènes des plantes et des animaux.

Stockage de données

Une application encore plus novatrice des outils de Twist Bioscience est le stockage de données, l’ADN pouvant potentiellement remplacer la mémoire à base de silicium pour certaines applications, démontrant ainsi l’interconnexion de la technologie du silicium et de la biotechnologie.

L’ADN est en fait un support d’information extrêmement dense, avec une densité d’information de l’ADN de 1,47 téraoctet/mm2 ou 950 téraoctets/pouce2, soit plus de 800 fois la densité des disques durs d’ordinateur.

La baisse des coûts et l’amélioration de la précision de la synthèse d’ADN, en grande partie due à Twist Bioscience, rendent désormais possible le stockage de données de haute qualité sur ADN.

Le stockage de données sur ADN est stable sur une très longue période, sans nécessiter de matériaux coûteux ou polluants. Le stockage ne nécessite pas non plus d’énergie.

Les supports traditionnels se dégradent avec le temps – même dans des environnements contrôlés. Le stockage de données synthétiques sur ADN est stable dans un environnement de bureau normal avec une fiabilité de 99,99999999999 %.

L’Alliance de stockage de données sur ADN a été récemment créée et comprend la société de synthèse d’ADN Twist Bioscience, la société de séquençage génomique Illumina, la société de stockage de données Western Digital, Microsoft, Lenovo et de nombreuses autres.

Cette technologie a été scindée en une entreprise distincte en mai 2025, sous le nom de Atlas Data Storage, qui a ensuite levé 155 millions de dollars lors d’un financement initial.

Atlas sera licencié pour utiliser la technologie de stockage de données sur ADN existante de Twist et poursuivra la commercialisation via des programmes d’accès anticipé.

“L’occasion de créer un nouveau support de stockage n’arrive pas souvent. Chez Atlas Data Storage, nous sommes pionniers dans l’utilisation de l’ADN pour un stockage de haute capacité.

L’ADN permet un stockage de données hautement évolutif, ultra-dense, sécurisé et permanent, et le potentiel de réorganiser le stockage est énorme. Atlas a l’équipe et la technologie pour réaliser cette promesse.”

Varun Mehta, PDG d’Atlas Data Storage.
Alors que la lecture de l’ADN est encore beaucoup plus complexe que la lecture d’un disque dur, le stockage de données sur ADN est probablement le plus adapté pour les données d’archives et d’autres données qui ne sont pas souvent consultées dans un avenir prévisible.

Source : Atlas Data Storage

Canal de vente innovant

Si l’innovation technologique est au cœur de Twist Bioscience, l’entreprise est également très innovante en matière de canal de vente.

Traditionnellement, commander des séquences d’ADN ou d’ARN personnalisées est un processus plutôt lent et complexe, nécessitant du temps et des professionnels expérimentés, et il est très difficile d’estimer les coûts finals.

Au lieu de cela, Twist propose un service en ligne avec une estimation instantanée de la possibilité de production de la séquence, des devis automatisés et une traçabilité des commandes automatisée.

Source : Twist Bioscience

Source : Twist Bioscience

Comme les scientifiques et les professionnels de la santé n’apprécient généralement pas les étapes bureaucratiques supplémentaires qui entravent leur recherche, ou vraiment toute interaction avec des représentants des ventes, cela se traduit par un avantage concurrentiel important pour l’entreprise.

Twist a de très bons outils internes que l’équipe de conception utilise pour nous aider à améliorer l’efficacité du développement précoce des panneaux.

C’est pourquoi nous continuons à utiliser Twist, car nous avons vraiment apprécié la couverture constante sur le plan de la chimie, et travailler avec l’équipe de conception a été un véritable plaisir. Cela compte beaucoup pour moi.

Mark Murakami – MD et professeur agrégé de médecine à la Harvard Medical School

L’entreprise propose également des outils en ligne pour l’optimisation de la séquence génétique commandée, avec des fonctionnalités ergonomiques rarement disponibles dans les outils développés par les universités.

Source : Twist Bioscience

La facilité d’utilisation aide également à intégrer de nouveaux clients, l’entreprise constatant que les dépenses de ses clients augmentent avec le temps, “d’un gène de 100 $ à un projet de découverte de 250 000 $”.

Pour les volumes de commande plus importants, il est également possible d’intégrer avec l’API de l’entreprise pour l’intégration des achats, le listage blanc sécurisé des adresses IP et les prévisions budgétaires.

Biotechnologie verte

Grâce au volume de composés chimiques beaucoup plus faible utilisé sur ses puces de silicium, par rapport aux méthodes traditionnelles, la synthèse d’ADN de Twist est également beaucoup plus verte.

Par exemple, les panneaux NGS d’oligonucléotides de l’entreprise émettent presque 3 000 fois moins de CO2 que les anciennes méthodes.

Source : Twist Bioscience

Il en va de même pour la capacité d’écriture d’ADN SynBio, qui est étonnamment polluante pour l’approche conventionnelle, équivalant à 59 miles parcourus en voiture pour produire un gène, contre 0,092 mile avec Twist Bioscience.

Source : Twist Bioscience

Alors que l’industrie passe d’une demande axée sur la R & D et à faible volume à une consommation massive pour le diagnostic, la thérapie et la surveillance environnementale, les émissions de carbone et la pollution associées deviendront une préoccupation croissante.

Cela pourrait avoir un impact sur le choix du partenaire de fabrication lors de l’examen des options de synthèse d’ADN, en particulier en ce qui concerne l’impact sur le profil ESG d’une entreprise.

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Conclusion

L’impression d’ADN sur demande par milliers à faible coût révolutionne ce que la biotechnologie peut faire.

Par exemple, la détection du cancer pourrait bientôt nécessiter uniquement un échantillon de sang, au lieu de méthodes de dépistage coûteuses, désagréables et souvent peu fiables comme les scanners et les biopsies.

De la même manière, la possibilité d’écrire des génomes entiers de séquences génétiques change radicalement les possibilités d’ingénierie génétique des plantes, des animaux ou peut-être un jour des humains, en particulier lorsqu’elle est combinée avec des méthodes de génie génétique comme CRISPR pour insérer les séquences artificielles dans des organismes vivants.

Cela pourrait même devenir un moyen de stocker des données pour la postérité.
Cela rend Twist Bioscience un fournisseur potentiel pour la plupart des entreprises pharmaceutiques du monde, qui devront compter sur des entreprises comme Twist pour leur fournir une abondance de séquences d’ADN et d’ARN synthétiques bon marché et fiables.

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