मल्टीओमिक्स बायोटेक्नोलॉजी में अगला कदम हैं

जीनोमिक क्रांति

पिछले दो दशकों में चिकित्सा और यहाँ तक कि कृषि में अधिकांश प्रगति जीनोमिक क्रांति के पीछे रही है। जीवित जीवों की आनुवंशिक संरचना को जानकर, वैज्ञानिक नई थेरेपी लक्ष्यों, मूल्यवान पदार्थों के उत्पादन को अनुकूलित करने के नए तरीकों, और जीन संपादन के माध्यम से जीनोम को स्वयं बदलने के तरीकों की खोज कर सकते हैं। यह अब एक बड़ा व्यवसाय बन रहा है, पहली जीन संपादन थेरेपी (Casgevy) की स्वीकृति के साथ, जिसकी कीमत $2.2M है।

इस क्रांति को चलाने वाला कारण जीनोम अनुक्रमण के कारण जैविक प्रक्रियाओं की गहरी समझ है। फिर भी, जीनोम एक काफी मोटा डेटा सेट है। यह एक पूर्ण शब्दकोश जैसा है, जिसमें प्रत्येक प्रोटीन की सटीक “वर्तनी” होती है। लेकिन एक जीवित कोशिका अधिकतर एक पूरी उपन्यास जैसी है, जहाँ “शब्दों” (RNA और प्रोटीन) की व्यवस्था अधिक प्रासंगिक होती है।

जीनोमिक्स से मल्टीओमिक्स तक

एक एकल कोशिका की जटिलता, और उससे भी अधिक पूरे मानव शरीर की जटिलता, यह कारण है कि जीनोमिक्स से अधिक उन्नत विश्लेषणात्मक विधियों की आवश्यकता है। और कई हैं:

• Transcriptomics: mRNA का विश्लेषण।
• Proteomics: प्रोटीन का विश्लेषण, जिसमें शर्करा के साथ प्रोटीन संशोधन (“पोस्ट-ट्रांसलेशनल”) शामिल है।
• Metabolomics: रासायनिक यौगिकों और चयापचय का विश्लेषण।
• Epigenomics: जीनोम को बिना आनुवंशिक क्रम को बदले संशोधित करना, या “एपिजेनेटिक्स”。
• Microbiomics: शरीर के अंदर या ऊपर रहने वाले सभी माइक्रोब्स का विश्लेषण।
• Single-cell multiomics: व्यक्तिगत कोशिकाओं पर मल्टीओमिक्स विश्लेषण।
• Spatial biology: 3D में विशिष्ट mRNA, प्रोटीन, या कोशिकाओं के स्थान का विश्लेषण।

ये विश्लेषणात्मक विधियाँ अक्सर “सरल” जीनोमिक्स की तुलना में कई क्रम magnitude अधिक जटिल होती हैं। प्रत्येक को अन्य के साथ मिलाकर जीवित जीव की वास्तविक जटिलता की बेहतर तस्वीर प्रदान की जा सकती है।

जब इन्हें मिलाया जाता है, तो वे “मल्टीओमिक्स” विश्लेषण की अनुमति देते हैं।

मल्टीओमिक्स डेटा विस्फोट

Proteomics

प्रोटीन विश्लेषण की क्षमता केवल एक दशक में कई क्रम magnitude बढ़ गई है।

ARK Invest के इस ग्राफ़ (लॉगरिदमिक स्केल) में दिखाया गया है कि अब एक घंटे में सैकड़ों हजारों प्रोटीन का विश्लेषण किया जा सकता है, और प्रोटियोमिक विधियाँ प्रति नमूना 10,000 तक प्रोटीन को अलग कर सकती हैं। प्रति नमूना लागत भी लगातार गिरती गई है, 2011 में $1,000 से 2023 में केवल $100 तक, यानी वार्षिक 23% की गिरावट।

स्रोत: ARK Invest

इसने कैंसर बायोमार्करों की खोज और सटीक थेरेपीज़ के विकास को तेज़ी से आगे बढ़ाया है, एक विषय जिसे हमने गहराई से “अप्रत्याशित रोगों का उपचार सटीक थेरेपीज़ के साथ – $4 ट्रिलियन का अवसर?” में जांचा था।

Transcriptomics

mRNA जीनोमिक “शब्दकोश” का “निर्देश पुस्तिका” है। mRNA का रूप और मात्रा ही निर्धारित करती है कि जीन कैसे अभिव्यक्त और कोशिका में उपयोग होता है।

प्रारंभिक ट्रांसक्रिप्टोमिक्स की समस्या यह थी कि इसे एक साथ हजारों, यदि नहीं लाखों कोशिकाओं का विश्लेषण करना पड़ता था। इससे समय में क्षणिक या बहुत स्थानीय mRNA परिवर्तन के सभी विवरण मिट जाते थे।

एकल‑कोशिका RNA विश्लेषण की संभावना ने यह स्थिति बदल दी है, जिससे कैंसर की हमारी समझ में क्रांति आई है। अब हम ठीक‑ठीक समझ सकते हैं कि कौन‑सा जीन कैंसर के लिए जिम्मेदार है और कौन‑से उप‑प्रकार की कोशिका वास्तव में इसे उत्पन्न कर रही है।

स्रोत: ARK Invest

Other -Omics

हालांकि अधिक हालिया हैं, अन्य विश्लेषणात्मक विधियाँ कम आशाजनक नहीं हैं।

Spatial biology एकल कोशिकाओं और विभिन्न कोशिकाओं तथा RNA या प्रोटीन के आपसी अंतःक्रिया का विश्लेषण करने की अनुमति देती है। आवश्यकता पड़ने पर वास्तविक‑समय में। यह पूरी तरह से नए वैज्ञानिक अनुसंधान क्षेत्रों को खोलती है, जैसा कि हमने अपने लेख “स्पैशियल बायोलॉजी: नैनोस्ट्रिंग बनाम 10x जीनोमिक्स” में आगे चर्चा की है।

Microbiomics हमें हमारे आंत या त्वचा में मौजूद बैक्टीरिया को नई चिकित्सीय विधियों के लिए उपयोग करने में सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, ऑटिज़्म स्पेक्ट्रम डिसऑर्डर को हाल ही में आंत माइक्रोबायोम से जोड़ा गया है, जो “माइक्रोबायोटा ट्रांसफर थेरेपी के माध्यम से ऑटिज़्म लक्षणों और आंत माइक्रोबायोम पर दीर्घकालिक लाभ दर्शाने वाले अध्ययन” के साथ संगत है।

Epigenomics सटीक थेरेपीज़ का अगला कदम बन सकता है, उदाहरण के लिए कैंसर कोशिकाओं की जीन अभिव्यक्ति को बारीकी से समायोजित करने की संभावना के साथ।

स्रोत: National Library of Medicine

“एपिजेनेटिक रीजनरेशन” भी उम्र को उलटने की संभावना है, जो हमारे लेख “उम्र बढ़ना जीवन का हिस्सा है – इसका मतलब यह नहीं कि हम लड़ नहीं सकते” में चर्चा किया गया है।

मल्टीओमिक्स डेटा को प्रोसेस करने में मदद करने वाले एआई

मल्टीओमिक्स विश्लेषण की लागत में कमी और क्षमता में वृद्धि के परिणामस्वरूप डेटा का एक बाढ़ जैसा प्रवाह आया है, जो किसी शोधकर्ता की मैन्युअल क्षमता से परे है।

सौभाग्य से, मल्टीओमिक्स क्रांति उसी समय हो रही है जब एआई अधिक सक्षम होता जा रहा है।

एआई, मशीन लर्निंग (AI/ML), और ऑटोमेशन पहले से ही दवा खोज को शक्ति प्रदान कर रहे हैं। यह स्वयं में दवा खोज की लागत को काफी घटाने में मदद करनी चाहिए, क्योंकि एआई मौजूदा और संभावित दवाओं की लाइब्रेरी को स्क्रीन करता है, और “इन‑सिलिको” संभावित परिणामों की भविष्यवाणी करता है। यह अकेले अगले सात वर्षों में सटीक थेरेपी क्षेत्र को 26% CAGR दर से बढ़ा सकता है, 2023 में लगभग $820 बिलियन से 2030 में लगभग $4.5 ट्रिलियन तक।

स्रोत: ARK Invest

लेकिन दवा खोज केवल पहला कदम है। एआई नई अणुओं या प्रोटीनों की रासायनिक गुणों की भविष्यवाणी करने के लिए भी उपयोग किया जा सकता है, जैसे माइक्रोसॉफ्ट का AI टूल “Distributional Graphormer” माइक्रोसॉफ्ट से।

स्रोत: Microsoft

एआई यह भी भविष्यवाणी कर सकता है कि कोई अणु विषैला होगा या नहीं, बिना इसे जीवित कोशिकाओं या जानवरों पर परीक्षण किए। इसे ऑटोमेशन के साथ मिलाकर बड़े‑पैमाने पर प्रयोग चलाए जा सकते हैं, जिसमें “ऑर्गन‑ऑन‑ए‑चिप” सिमुलेशन या स्वचालित प्रयोग (स्वचालित लिक्विड हैंडलिंग, “इन्भिवोमिक्स”, या माइक्रोसिंथेसिस) शामिल हैं।

अंत में, एआई और आईटी एकीकरण क्लिनिकल ट्रायल डिज़ाइनों को सुधार सकते हैं, अधिक अनुकूलनशील ट्रायल, अधिक बायोमार्कर ट्रैकिंग, या यहाँ तक कि विकेंद्रीकृत ट्रायल के साथ।

स्रोत: ARK Invest

मल्टीओमिक्स स्टॉक्स

1. Pacific Bioscience (PacBio)

जीनोम अनुक्रमण उद्योग के नेता Illumina के कुछ साल बाद शुरू हुई, PacBio जीनोम अनुक्रमण में छोटा खिलाड़ी रहा है। छोटे आकार के बावजूद, कंपनी का उपकरण प्रदर्शन के शीर्ष स्तर पर बना रहा है।

यह ARK Genomic Revolution ETF की 8^th सबसे बड़ी होल्डिंग भी है।

PacBio ने 2021 में Omniome का अधिग्रहण किया, जिससे बहुत लंबी या छोटी जीन अनुक्रमों को पढ़ने में सटीकता में लाभ मिला। यह लाभ बाद में Apton के $110M के अधिग्रहण (अगस्त 2023) से और मजबूत हुआ, जो शॉर्ट‑रीड, हाई‑थ्रूपुट (SR‑HI) में विशेषज्ञ था।

स्रोत: PacBio

PacBio’s Onso systems अब ग्राहकों को शिप होना शुरू हो गए हैं, और कंपनी ने इसे “PacBio इतिहास में सबसे अच्छा आरंभ” कहा है। यह शॉर्ट अनुक्रमों में विशेषज्ञ होगा, जबकि इसका Revio HiFi System लंबी अनुक्रमों को पढ़ सकेगा और 24/7 काम करेगा, जिससे यह प्रति वर्ष 1,300 पूर्ण मानव जीनोम (लगभग 4/दिन) पढ़ सकेगा। बाद में Revio HiFi को HT SBB सिस्टम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा, जिसमें संभवतः Apton तकनीक एकीकृत होगी।

PacBio का मानना है कि लंबी अनुक्रमों की वृद्धि व्यापक NGS (Next‑Generation Sequencing) बाजार की तुलना में बहुत तेज़ होगी और उनका दावा है कि उनके सिस्टम प्रतिस्पर्धियों से 10 गुना अधिक सटीक हैं।

स्रोत: PacBio

दिलचस्प बात यह है कि यह जीनोम अनुक्रमण की कुल लागत को भी घटा सकता है। बहुत तकनीकी न होते हुए, शॉर्ट अनुक्रमों को एक व्यापक सम्पूर्ण में पुनः संयोजित करना पड़ता है। इसलिए $500 के शॉर्ट‑रीड जीनोम को उपयोगी डायग्नोस्टिक टूल बनाने के लिए अतिरिक्त विश्लेषण की आवश्यकता हो सकती है, जिसकी कुल लागत $1,500 तक पहुँच सकती है।

इसलिए $950 Revio लंबी अनुक्रम विश्लेषण इस चरण को छोड़ देता है और डायग्नोस्टिक अनुप्रयोग के लिए सस्ता पड़ता है।

PacBio का उच्च‑सटीकता/लंबी‑अनुक्रम विश्लेषण पर फोकस अगले कुछ वर्षों में डायग्नोस्टिक्स में उसे बढ़त देगा। PacBio प्रबंधन का मानना है कि इससे कंपनी की मानव जीनोमिक्स में बाजार पैठ वर्तमान 5% से 10% और ऑन्कोलॉजी (कैंसर) में 1% से 5% तक बढ़ सकती है।

जबकि PacBio मुख्यतः Illumina के दशकों पुराने प्रतिस्पर्धी पर केंद्रित है, उसे Oxford Nanopore के साथ भी डायग्नोस्टिक/लंबी‑अनुक्रम बाजार में प्रतिस्पर्धा का सामना करना पड़ सकता है।

2. 10x Genomics Technology

10x Genomics स्पैशियल बायोलॉजी में अग्रणी है, जो जीनोम और ट्रांसक्रिप्टोम को 3D में अध्ययन करता है, जिससे जीन की गतिविधि को कोशिकीय या यहाँ तक कि कोशिका‑अंदर स्तर पर दृश्य किया जा सकता है।

कंपनी की स्थापना 2012 में हुई, जिसमें Serge Saxonov सहित संस्थापकों में से एक थे, जो व्यक्तिगत जीनोम परीक्षण कंपनी 23andMe के R&D निदेशक थे।

यह ARK Genomic Revolution ETF की 12^th सबसे बड़ी होल्डिंग भी है।

10x Genomics ने R&D ($1B+ अब तक R&D में निवेश) और अधिग्रहणों के मिश्रण से कई विभिन्न -omics क्षेत्रों में विस्तार किया। विशेष रूप से, इसका Visium प्लेटफ़ॉर्म टिश्यू स्पैशियल ट्रांसक्रिप्टोमिक्स 2018 में Spatial Transcriptomics के अधिग्रहण से प्राप्त हुआ।

यह वही तरीका है जिससे 10x Genomics ने 2020 में Readcoor और Cartana का अधिग्रहण करके अपने Xenium प्लेटफ़ॉर्म को एकल‑कोशिका दृश्यता के लिए प्राप्त किया।

2020 में, उसने Chromium प्लेटफ़ॉर्म लॉन्च किया, जिसे अगले साल Chromium X में अपडेट किया गया, जो एकल‑कोशिका RNA अनुक्रमण के लिए है।

2021 में Tetramer Shop के अधिग्रहण के माध्यम से, 10x Genomics ने 2022 में BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) लॉन्च किया। यह शोधकर्ताओं को इम्यून सिस्टम के घटकों को विस्तृत रूप से पहचानने की अनुमति देता है। यह इम्यूनिटी और नई बीमारियों पर अनुसंधान में बहुत प्रभावशाली हो सकता है।

10x Genomics अधिग्रहण टाइमलाइन- स्रोत: 10x Genomics

कंपनी ने सितंबर 2023 में अपने मुख्य प्रतिद्वंद्वी Nanostring के खिलाफ एक महत्वपूर्ण जीत भी हासिल की। Nanostring अब अधिकांश EU में अपने CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) उपकरण बेचने से प्रतिबंधित है, क्योंकि उसने 10x Genomics के पेटेंट का उल्लंघन किया था।

यह घोषणा की ओर ले गया कि Nanostring फरवरी 2024 में दिवालिया होने की फाइलिंग कर रहा है और संभावित बिक्री की खोज कर रहा है।

Nanostring ने 10x Genomics पर मुकदमे दायर किए “स्पैशियल बायोलॉजी प्लेटफ़ॉर्म के प्रतिस्पर्धी परिदृश्य को संकुचित करने के स्पष्ट लक्ष्य के साथ, जो सार्वजनिक हित के लिए हानिकारक है”

समग्र रूप से, 10x Genomics स्पैशियल बायोलॉजी बाजार में, जिसमें एकल‑कोशिका ट्रांसक्रिप्टोमिक्स और एंटीजन मैपिंग शामिल हैं, एक ठोस अग्रिम स्थापित करने की स्थिति में प्रतीत होता है।

कंपनी अभी भी अपने शुरुआती चरणों में है, जो Illumina और Pacific Biosciences के शुरुआती दिनों के समान है। वर्तमान में, स्पैशियल बायोलॉजी केवल शैक्षणिक और मूलभूत अनुसंधान की दुनिया तक सीमित है। लेकिन कई बायोटेक्नोलॉजी की तरह, यह एक दिन व्यापक रूप से उपयोग में आ सकता है, धीरे‑धीरे एक मेडिकल टूल बन सकता है, और फिर “रूटीन” परीक्षण बन सकता है। किसी भी स्थिति में, स्थापित मशीनों की बढ़ती संख्या उपभोग्य सामग्रियों की बिक्री और राजस्व वृद्धि को प्रेरित करेगी।