バイオテクノロジー
マルチオミクスはバイオテクノロジーの次のステップ
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ゲノム革命
過去20年間の医療や農業における大部分の進歩は、ゲノム革命に支えられています。生物の遺伝子構成を把握することで、研究者は新たな治療ターゲットや価値ある素材の生産最適化手法を見つけ、遺伝子編集によりゲノム自体を変えることさえ可能になりました。これは現在、大規模なビジネスとなっており、最初の遺伝子編集治療（Casgevy）が220万ドルの価格で承認された。
この革命を牽引したのは、ゲノム配列解析による生物学的プロセスのはるかに深い理解です。しかし、ゲノムはやや粗いデータセットです。細胞内の各タンパク質の正確な「正字法」を示す完全な辞書のようなものです。一方、生きた細胞は、RNAやタンパク質という「単語」の配置がはるかに重要になる完全な小説に例えることができます。
ゲノミクスからマルチオミクスへ
単一の細胞でさえ、ましてや全ヒト体の複雑さが、ゲノミクスだけでは不十分で、より高度な解析手法が必要とされる理由です。そして、以下のような手法があります：
- トランスクリプトミクス: mRNA の解析。
- プロテオミクス: タンパク質の解析、糖によるタンパク質修飾（翻訳後修飾）を含む。
- メタボロミクス: 化学化合物と代謝の解析。
- エピゲノミクス: 遺伝子配列に影響を与えずにゲノムを修飾する、いわゆるエピジェネティクス。
- マイクロバイオミクス: 体内または体表に存在するすべての微生物の解析。
- シングルセル・マルチオミクス: 個々の細胞に対するマルチオミクス解析。
- 空間生物学: 特定の mRNA、タンパク質、または細胞の位置を 3D で解析。
これらの解析手法は、いわゆる「シンプル」なゲノミクスに比べて桁違いに複雑です。各手法は理想的には相互に組み合わせることで、生物の実際の複雑性をより正確に描写できます。
組み合わせることで、マルチオミクス解析が可能になります。
マルチオミクスデータの爆発
プロテオミクス
タンパク質解析の能力は、わずか10年で数桁にわたって向上しました。
ARK Invest のこのグラフ（対数スケール）に示されているように、現在では1時間で数十万のタンパク質を解析でき、プロテオミクス手法はサンプルあたり最大10,000種類のタンパク質を識別可能です。サンプルあたりのコストも着実に低下し、2011年の1,000ドルから2023年にはわずか100ドルとなり、年間23％の減少率です。
出典: ARK Invest
これにより、がんバイオマーカーの発見と精密治療の開発が劇的に加速しました。このトピックについては、治せない病を精密治療で治す – 4兆ドル規模の機会？で詳しく調査しています。
トランスクリプトミクス
mRNA はゲノム「辞書」への「取扱説明書」です。mRNA の形態と量が、遺伝子が細胞内でどのように発現・利用されるかを決定します。
初期のトランスクリプトミクスの問題は、少なくとも数千、場合によっては数百万の細胞を同時に解析しなければならなかったことです。その結果、時間的に一過性であったり、局所的すぎる mRNA の変化の詳細が失われてしまいました。
単一細胞 RNA 解析が可能になったことで、がんに対する理解が革命的に変わりました。これにより、がんの原因となる遺伝子と、実際にそれを発現している細胞のサブタイプを正確に把握できるようになりました。
出典: ARK Invest
その他の -Omics
比較的新しいものの、他の解析手法も同様に有望です。
空間生物学は、単一細胞と異なる細胞や RNA、タンパク質が相互にどのように相互作用するかを解析できます。必要に応じてリアルタイムで行うことも可能です。これにより、全く新しい科学研究領域が開かれ、我々は記事「空間生物学：Nanostring vs. 10x Genomics (TXG ) 」でさらに詳しく論じました。
マイクロバイオミクスは、腸や皮膚に存在する細菌を新たな治療法に利用することを可能にします。例えば、自閉症スペクトラム障害が最近、腸内マイクロバイオームと関連付けられています。これは、マイクロバイオーム移植療法による自閉症症状と腸内細菌叢への長期的利益を示す研究と相関しています。
エピゲノミクスは、例えばがん細胞の遺伝子発現を微調整する可能性があり、精密治療の次のステップとなり得ます。
「エピジェネティック・リジュビネーション」も老化を逆転させる可能性があり、我々は記事「老化は人生の一部 – だからといって戦わないわけではない」でこの方法の一つとして論じました。
マルチオミクスデータ処理を支援するAI
マルチオミクス解析のコスト低減と容量増大の結果、かつてないほどのデータ洪水が生じています。研究者が手作業でこれらのデータから関連ポイントを抽出することは、急速に不可能に近づいています。
幸いなことに、マルチオミクス革命はAIがますます高度化している時期に進行しています。
AI、機械学習（AI/ML）および自動化はすでに医薬品探索を支えています。これにより、既存および潜在的な薬剤のライブラリをAIがスクリーニングし、インシリコでの予測結果を導くことで、医薬品探索コストを大幅に削減できるはずです。このだけで、精密治療分野は今後7年間で年平均成長率26％で拡大し、2023年の約8200億ドルから2030年には約4.5兆ドルに達すると予測されています。
出典: ARK Invest
しかし、医薬品探索は第一段階に過ぎません。AIは新規分子やタンパク質の化学的特性を予測することにも利用でき、例えばMicrosoft のAI ツール「Distributional Graphormer」があります。
出典: Microsoft
AIは、分子が有毒かどうかを生細胞や動物でテストせずに予測することも可能です。これを自動化と組み合わせて、大規模実験を実行でき、例えば「Organ-on-a-chip」シミュレーションや自動実験（自動液体ハンドリング、インビボミクス、またはマイクロ合成）などがあります。
最後に、AI と IT の統合は臨床試験の設計を改善し、より適応的な試験や追跡されるバイオマーカーの増加、さらには分散型試験を可能にします。
出典: ARK Invest
マルチオミクス関連株式
1. Pacific Bioscience (PacBio)
PACB 価格チャート
ゲノム配列解析業界のリーダーである Illumina の数年後に設立された PacBio は、以来ゲノムシーケンシング分野の小規模プレーヤーです。規模は小さいものの、同社の機器は常に最高レベルの性能を維持しています。
また、8th 番目に大きい保有銘柄である ARK Genomic Revolution ETF の構成銘柄でもあります。
PacBioは2021年に Omniome を買収し、非常に長いまたは短い遺伝子配列の読み取り精度に優位性を得ました。この優位性は、2023年8月にApton を1億1,000万ドルで買収したことでさらに強化され、Apton は短読取り・高スループット（SR-HI）を専門としています。
出典: PacBio
PacBio の Onso システムは現在顧客への出荷が開始されており、同社はその開始を「PacBio の歴史上最高のスタート」と表現しています。これは短い配列に特化し、Revio HiFi システムは長い配列を読み取り、24時間稼働でき、年間1,300本の完全ヒトゲノム（約1日4本）を読むことができます。後に、Revio HiFi は HT SBB システムに置き換えられ、Apton の技術が統合される見込みです。
PacBio は、長い配列の需要がより広範な NGS（次世代シーケンシング）市場よりもはるかに速く成長すると予測し、同社のシステムは競合他社よりも10倍高精度であると主張しています。
出典: PacBio
興味深いことに、これによりゲノムシーケンシングの総コストも削減できる可能性があります。技術的な詳細に入らずに言えば、短い配列は包括的な全体に再構築する必要があります。そのため、500ドルの短読取りゲノムは、診断ツールとして実用的になるために追加解析が必要で、総額1,500ドルになることがあります。
したがって、950ドルの Revio 長配列解析はこのステップを省き、診断用途ではより安価になります。
PacBio が高精度・長配列解析に注力することで、今後数年間は診断分野で優位性を得られるはずです。経営陣は、これによりヒトゲノミクス市場でのシェアが現在の5％から10％に、腫瘍（がん）分野で1％から5％に拡大すると考えています。
PacBio は主に Illumina との長年の競争に注力していますが、診断・長配列市場では Oxford Nanopore との競争にも直面する可能性があります。
2. 10x Genomics Technology
TXG 価格チャート
10x Genomics は空間生物学のリーダーであり、ゲノムとトランスクリプトームを 3D で研究し、細胞レベル、さらには細胞内レベルでの遺伝子活動の可視化を可能にします。
同社は 2012 年に設立され、創業者の一人である Serge Saxonov は、個別ゲノム検査会社 23andMe の研究開発ディレクターでもあります。
また、12th 番目に大きい保有銘柄である ARK Genomic Revolution ETF の構成銘柄でもあります。
10x Genomics は、R&D（これまでに10億ドル以上投資）と買収の組み合わせで成長し、さまざまな -omics 分野へと事業を拡大しました。特に、2018 年に Spatial Transcriptomics を買収することで、組織空間トランスクリプトミクス用の Visium プラットフォームを取得しました。
このようにして、10x Genomics は 2020 年に Readcoor と Cartana を買収し、単一細胞可視化用のXeniumプラットフォームを取得しました。
2020 年にはChromium プラットフォームを立ち上げ、翌年に Chromium X にアップデートし、単一細胞 RNA シーケンシングを実現しました。
2021 年に Tetramer Shop を買収し、2022 年にBEAM（Barcode Enabled Antigen Mapping）を開始しました。これにより、研究者は免疫系の構成要素を詳細に特定でき、免疫や新疾患の研究に大きなインパクトを与える可能性があります。
10x Genomics acquisitions timeline- 出典: 10x Genomics
同社はまた、2023 年 9 月に主要競合である Nanostring に対し重要な勝利を収めました。Nanostring は、10x Genomics の特許侵害により、現在 EU の大部分で CosMx Spatial Molecular Imager（SMI）機器の販売が禁止されています。
これにより、Nanostring が破産手続きを開始し、2024 年 2 月に潜在的な売却を検討しているという発表がありました。
NanoString は、10x Genomics が「異なる空間生物学プラットフォームの競争環境を縮小し、公共の利益を損なうことを目的として」訴訟を提起したと非難しました。
全体として、10x Genomics は単一細胞トランスクリプトミクスや抗原マッピングを含む空間生物学市場で確固たるリードを築く立場にあるようです。
同社はまだ初期段階にあり、Illumina や Pacific Biosciences の初期とやや似ています。現在、空間生物学は学術・基礎研究の領域に限られていますが、多くのバイオテクノロジーと同様に、将来的には広く普及し、徐々に医療ツールとなり、最終的には「日常的」な検査になる可能性があります。いずれにせよ、導入機器の増加は消耗品の販売と収益成長を促進するでしょう。
