Multiomik Adalah Langkah Selanjutnya dalam Bioteknologi

The Genomic Revolution

Sebagian besar kemajuan dalam bidang kedokteran bahkan pertanian dalam dua dekade terakhir didorong oleh revolusi genomik. Dengan mengetahui susunan genetik organisme hidup, ilmuwan dapat menemukan target baru untuk terapi, cara baru untuk mengoptimalkan produksi material berharga, dan bahkan mulai mengubah genom itu sendiri, berkat penyuntingan gen. Hal ini kini menjadi bisnis besar, dengan terapi penyuntingan gen pertama yang disetujui (Casgevy) dengan harga $2.2M.

Apa yang mendorong revolusi ini adalah pemahaman yang jauh lebih mendalam tentang proses biologis berkat sekuesnsi genom. Namun, genom masih merupakan kumpulan data yang cukup kasar. Ia sedikit seperti kamus lengkap, dengan “ortografi” tepat setiap protein dalam sel. Tetapi sel hidup lebih seperti sebuah novel lengkap, di mana bagaimana “kata-kata” (RNA dan protein) disusun jauh lebih relevan.

From Genomics To Multiomics

Kompleksitas bahkan satu sel saja, apalagi seluruh tubuh manusia, menjadi alasan mengapa metode analitis yang lebih maju daripada genomik diperlukan. Dan ada banyak:

• Transcriptomics: analisis mRNA.
• Proteomics: analisis protein, termasuk modifikasi protein dengan gula (“post-translational”).
• Metabolomics: analisis senyawa kimia dan metabolisme.
• Epigenomics: modifikasi genom tanpa memengaruhi urutan genetik, atau “epigenetika”.
• Microbiomics: analisis semua mikroba yang hidup di dalam atau pada tubuh.
• Single-cell multiomics: analisis multiomik pada sel individual.
• Spatial biology: menganalisis dalam 3D lokasi mRNA, protein, atau sel tertentu.

Metode analitis ini seringkali berukuran beberapa orde magnitudo lebih kompleks dibandingkan genomik “sederhana”. Setiap metode dapat dan idealnya harus digabungkan dengan yang lain untuk memberikan gambaran yang lebih baik tentang kompleksitas nyata organisme hidup.

Ketika digabungkan, mereka memungkinkan analisis “multiomik”.

A Multiomics Data Explosion

Proteomics

Kapasitas analisis protein telah meningkat beberapa orde magnitudo dalam rentang hanya satu dekade.

Seperti yang ditunjukkan dalam grafik ini dari ARK Invest (dengan skala logaritmik), ratusan ribu protein kini dapat dianalisis dalam satu jam, dengan metode proteomik mampu membedakan hingga 10.000 protein per sampel. Biaya per sampel juga terus turun, dari $1.000 pada 2011 menjadi hanya $100 pada 2023, atau penurunan 23% per tahun.

Sumber: ARK Invest

Hal ini secara radikal mempercepat penemuan biomarker kanker dan pengembangan terapi presisi, sebuah topik yang kami selidiki secara mendalam dalam “Merawat yang Tidak Dapat Diobati dengan Terapi Presisi – Peluang $4 Triliun?”.

Transcriptomics

mRNA adalah “buku petunjuk” untuk “kamus” genom. Bentuk dan kuantitas mRNA sebenarnya yang menentukan bagaimana gen diekspresikan dan digunakan dalam sel.

Masalah dengan transkriptomik awal adalah harus menganalisis setidaknya ribuan sel sekaligus, bahkan jutaan. Hal ini menghapus semua detail perubahan mRNA yang bersifat sementara atau terlalu terlokalisasi.

Hal ini berubah dengan adanya kemungkinan analisis RNA sel tunggal, merevolusi pemahaman kami tentang kanker. Dengan ini, kami dapat memahami secara tepat gen mana yang bertanggung jawab atas kanker dan subtipe sel mana yang sebenarnya melakukannya.

Sumber: ARK Invest

Other -Omics

Meskipun lebih baru, metode analitis lainnya tidak kalah menjanjikan.

Biologi spasial memungkinkan analisis sel tunggal dan bagaimana sel yang berbeda serta RNA atau protein berinteraksi satu sama lain. Secara real-time bila diperlukan. Ini membuka bidang penelitian ilmiah yang sepenuhnya baru, sesuatu yang kami bahas lebih lanjut dalam artikel kami “Biologi Spasial: Nanostring vs. 10x Genomics (TXG ) ”.

Mikrobiomik memungkinkan penggunaan bakteri di usus atau pada kulit kita untuk metode terapeutik baru. Misalnya, gangguan spektrum autisme baru-baru ini dikaitkan dengan mikrobioma usus. Hal ini berhubungan dengan “studi yang menunjukkan manfaat jangka panjang pada gejala autisme dan mikrobiota usus melalui terapi transfer mikrobiota”.

Epigenomik dapat menjadi langkah selanjutnya dari terapi presisi, dengan kemungkinan menyesuaikan ekspresi gen sel kanker, misalnya.

Sumber: National Library of Medicine

“Rejuvenasi epigenetik” juga merupakan kemungkinan untuk membalikkan penuaan, salah satu metode yang dibahas dalam artikel kami “Penuaan adalah Bagian dari Kehidupan – Itu Tidak Berarti Kita Tidak Dapat Melawan”.

AIs To Help Process Multiomics Data

Hasil dari penurunan biaya dan peningkatan kapasitas analisis multiomik adalah banjir data yang belum pernah terjadi sebelumnya. Hal ini dengan cepat melampaui kemampuan peneliti mana pun untuk menyaring data ini secara manual guna menemukan poin relevan.

Untungnya, revolusi multiomik terjadi bersamaan dengan AI yang semakin mampu.

AI, pembelajaran mesin (AI/ML), dan otomatisasi sudah mendukung penemuan obat. Hal ini sendiri seharusnya membantu mengurangi secara signifikan biaya penemuan obat, berkat AI yang menyaring perpustakaan obat yang ada dan potensial, serta memprediksi hasil yang mungkin “in-silico”. Hal ini saja dapat menumbuhkan ruang terapi presisi dengan laju CAGR 26% selama tujuh tahun ke depan, dari sekitar $820 miliar pada 2023 menjadi sekitar $4,5 triliun pada 2030.

Sumber: ARK Invest

Namun penemuan obat hanyalah langkah pertama. AI juga dapat digunakan untuk memprediksi sifat kimia molekul atau protein baru, seperti alat AI “Distributional Graphormer” dari Microsoft.

Sumber: Microsoft

AI juga dapat memprediksi apakah suatu molekul akan bersifat toksik tanpa harus mengujinya pada sel hidup atau hewan. AI dapat digabungkan dengan otomatisasi untuk menjalankan eksperimen berskala besar, termasuk simulasi “Organ-on-a-chip” atau eksperimen otomatis (penanganan cairan otomatis, “invivomics”, atau mikrosintesis)

Terakhir, AI dan integrasi TI dapat meningkatkan desain uji klinis, dengan uji yang lebih adaptif, lebih banyak biomarker yang dilacak, atau bahkan uji terdesentralisasi.

Sumber: ARK Invest

Multiomics Stocks

1. Pacific Bioscience (PacBio)

Dimulai beberapa tahun setelah pemimpin industri sekuesnsi genom Illumina, PacBio telah menjadi pemain yang lebih kecil dalam sekuesnsi genom sejak saat itu. Meskipun berukuran lebih kecil, peralatan perusahaan tetap berada pada tingkat kinerja tertinggi.

Ini juga merupakan 8^th kepemilikan terbesar dalam ARK Genomic Revolution ETF.

PacBio baru-baru ini mengakuisisi Omniome pada 2021, memberi keunggulan dalam akurasi membaca urutan genetik yang sangat panjang atau pendek. Keunggulan ini diperkuat dengan akuisisi Apton senilai $110M pada Agustus 2023, yang juga berspesialisasi dalam pembacaan pendek, throughput tinggi (SR-HI).

Sumber: PacBio

Sistem Onso milik PacBio sekarang mulai dikirim ke pelanggan, dan peluncurannya telah digambarkan oleh perusahaan sebagai “permulaan terbaik dalam sejarah PacBio”. Sistem ini akan berspesialisasi dalam urutan pendek, sementara Revio HiFi System akan dapat membaca urutan panjang dan bekerja 24/7, memungkinkan pembacaan 1.300 genom manusia penuh per tahun (sekitar 4/hari). Nanti, Revio HiFi akan digantikan oleh sistem HT SBB, yang kemungkinan akan mengintegrasikan teknologi Apton.

PacBio memperkirakan urutan panjang akan tumbuh jauh lebih cepat daripada pasar NGS (Next-Generation Sequencing) yang lebih luas dan mengklaim sistemnya 10x lebih akurat dibandingkan kompetitor.

Sumber: PacBio

Menariknya, hal ini juga dapat menurunkan total biaya sekuesnsi genom. Tanpa terlalu teknis, urutan pendek perlu dirakit kembali menjadi keseluruhan yang komprehensif. Jadi genom pembacaan pendek $500 dapat dengan cepat memerlukan analisis tambahan dengan biaya total $1,500 agar benar-benar berguna sebagai alat diagnostik.

Jadi analisis urutan panjang Revio seharga $950 menghindari langkah ini dan menjadi lebih murah untuk aplikasi diagnostik.

Fokus PacBio pada analisis urutan panjang/berpresisi tinggi seharusnya memberi keunggulan dalam diagnostik selama beberapa tahun ke depan. Manajemen PacBio percaya hal ini dapat meningkatkan penetrasi pasar perusahaan dalam genomik manusia dari 5% saat ini menjadi 10% dan dalam onkologi (kanker) dari 1% menjadi 5%.

Meskipun PacBio sebagian besar fokus pada kompetisi berdekade dengan Illumina, ia mungkin juga harus bersaing dengan Oxford Nanopore di pasar diagnostik/urutan panjang.

2. 10x Genomics Technology

10x Genomics adalah pemimpin dalam biologi spasial, yang mempelajari genom dan transkriptom dalam 3D, memungkinkan visualisasi aktivitas gen pada tingkat seluler atau bahkan intraseluler.

Perusahaan ini didirikan pada 2012, dengan Serge Saxonov di antara para pendirinya, direktur R&D perusahaan pengujian genom pribadi 23andMe.

Ini juga merupakan 12^th kepemilikan terbesar dalam ARK Genomic Revolution ETF.

10x Genomics tumbuh dengan menggunakan kombinasi R&D (lebih dari $1B investasi dalam R&D sejauh ini) dan akuisisi untuk memperluas ke banyak bidang -omik yang berbeda. Secara khusus, platform Visium untuk transkriptomik spasial jaringan diperoleh dengan mengakuisisi Spatial Transcriptomics pada 2018.

Inilah cara 10x Genomics memperoleh platform Xenium nya untuk visualisasi sel tunggal dengan mengakuisisi Readcoor dan Cartana pada 2020.

Pada 2020, mereka juga meluncurkan platform Chromium, yang diperbarui setahun kemudian menjadi Chromium X, untuk sekuesnsi RNA sel tunggal.

Melalui akuisisi Tetramer Shop pada 2021, 10x Genomics juga meluncurkan BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) pada 2022. Ini memungkinkan peneliti mengidentifikasi komponen sistem kekebalan secara detail. Hal ini dapat sangat berdampak pada penelitian tentang kekebalan dan penyakit baru.

Garis waktu akuisisi 10x Genomics- Sumber: 10x Genomics

Perusahaan juga meraih pada September 2023 kemenangan penting melawan pesaing utamanya, Nanostring. Nanostring kini dilarang menjual instrumen CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) di sebagian besar UE karena melanggar paten 10x Genomics.

Hal ini memicu pengumuman bahwa Nanostring mengajukan kebangkrutan dan mengeksplorasi potensi penjualan pada Februari 2024.

NanoString menuduh 10x Genomics mengajukan gugatan “dengan tujuan yang tampak untuk memperkecil lanskap kompetitif bagi berbagai platform biologi spasial demi merugikan kepentingan publik”

Secara keseluruhan, 10x Genomics tampaknya berada dalam posisi untuk membangun keunggulan solid di pasar biologi spasial, termasuk transkriptomik sel tunggal dan pemetaan antigen.

Perusahaan masih berada pada tahap awal, agak mirip dengan masa awal Illumina dan Pacific Biosciences. Untuk saat ini, biologi spasial terbatas pada dunia penelitian akademik dan fundamental. Namun seperti banyak bioteknologi, suatu hari nanti dapat menjadi luas, perlahan menjadi alat medis, dan kemudian menjadi tes “rutin”. Bagaimanapun, peningkatan jumlah mesin yang terpasang seharusnya mendorong penjualan bahan habis pakai dan pertumbuhan pendapatan.