멀티오믹스는 생명공학의 다음 단계입니다

게놈 혁명

지난 20년 동안 의학과 심지어 농업 분야의 대부분의 발전은 게놈 혁명을 통해 이루어졌습니다. 살아있는 유기체의 유전적 구성을 알면 과학자들은 치료를 위한 새로운 표적, 귀중한 물질의 생산을 최적화하는 새로운 방법을 찾을 수 있으며 유전자 편집을 통해 게놈 자체를 변경할 수도 있습니다. 이제 이것이 큰 사업이 되어가고 있습니다. 승인된 최초의 유전자 편집 치료법(Casgevy)의 가격은 2.2만 달러입니다..

이 혁명을 주도한 것은 게놈 서열 분석 덕분에 생물학적 과정에 대한 훨씬 더 깊은 이해였습니다. 그럼에도 불구하고 게놈은 다소 조잡한 데이터 세트입니다. 이는 세포 내 각 단백질의 정확한 "철자법"이 포함된 완전한 사전과 비슷합니다. 그러나 살아있는 세포는 "단어"(RNA와 단백질)가 어떻게 배열되어 있는지가 훨씬 더 관련성이 높은 완전한 소설과 같습니다.

유전체학에서 멀티오믹스로

단일 세포, 심지어 전체 인간 신체의 복잡성으로 인해 유전체학보다 더 발전된 분석 방법이 필요합니다. 그리고 많은 것들이 있습니다:

• 전사 체학: mRNA 분석.
• 단백질 체학: 당을 이용한 단백질 변형(“번역 후”)을 포함한 단백질 분석.
• 메타 볼로 믹스: 화합물의 분석과 대사.
• 후성유전학: 유전자 서열에 영향을 주지 않고 게놈을 변형하는 것, 즉 "후생유전학".
• 미생물학: 체내 또는 체내에 서식하는 모든 미생물을 분석합니다.
• 단일 세포 다중체학: 개별 세포에 대한 다중오믹스 분석.
• 공간 생물학: 특정 mRNA, 단백질, 세포의 위치를 ​​3D로 분석합니다.

이러한 분석 방법은 종종 "단순한" 유전체학보다 훨씬 더 복잡합니다. 살아있는 유기체의 실제 복잡성에 대한 더 나은 그림을 제공하기 위해 각각은 다른 것과 결합될 수 있고 이상적으로는 결합되어야 합니다.

결합하면 다음이 가능합니다.멀티오믹스"라고 분석합니다.

멀티오믹스 데이터 폭발

단백질 체학

단백질 분석 능력은 불과 10년 만에 몇 배나 증가했습니다.

ARK Invest(로그 척도 사용)의 이 그래프에 표시된 것처럼 이제 수십만 개의 단백질을 한 시간 안에 분석할 수 있으며, 단백질체학 방법을 사용하면 샘플당 최대 10,000개의 단백질을 구별할 수 있습니다. 샘플당 비용도 꾸준히 감소하여 1,000년 2011달러에서 100년 2023달러로 매년 23%씩 감소했습니다.

출처: 아크 투자

이는 암 바이오마커의 발견과 정밀 치료법의 개발을 근본적으로 가속화했으며, 우리는 “정밀 치료법으로 치료 불가능한 질병 치료 – 4조 달러의 기회?".

전사 체학

mRNAs는 게놈 "사전"에 대한 "사용 설명서"입니다. mRNA의 형태와 양은 실제로 유전자가 세포에서 어떻게 발현되고 사용되는지를 결정합니다.

초기 전사체학의 문제점은 수백만 개는 아니더라도 적어도 수천 개의 세포를 한 번에 분석해야 한다는 것이었습니다. 이는 시간에 따라 일시적이거나 너무 국한된 mRNA 변화의 모든 세부 사항을 지웁니다.

이는 단일 세포 RNA 분석의 가능성으로 바뀌어 암에 대한 이해에 혁명을 일으켰습니다. 이를 통해 우리는 어떤 유전자가 암을 유발하는지, 어떤 하위 유형의 세포가 실제로 암을 유발하는지 정확히 이해할 수 있습니다.

출처: 아크 투자

기타 -Omics

최근에는 다른 분석 방법도 그다지 유망하지 않습니다.

공간 생물학 단일 세포를 분석하고 다양한 세포와 ​​RNA 또는 단백질이 서로 어떻게 상호 작용하는지 분석할 수 있습니다. 필요한 경우 실시간으로. 이는 완전히 새로운 과학 연구 분야를 열어주며, 이는 우리 기사에서 더 자세히 논의한 내용입니다.공간 생물학: 나노스트링 대 10x 유전체학".

미생물학 새로운 치료 방법을 위해 장이나 피부에 있는 박테리아를 사용하는 것이 가능해졌습니다. 예를 들어, 자폐 스펙트럼 장애는 최근 장내 미생물과 연관되어 있습니다. 이는 "미생물군 전달 요법을 통해 자폐증 증상 및 장내 미생물군에 대한 장기적인 이점을 입증하는 연구".

후성유전학 예를 들어 암세포의 유전자 발현을 미세 조정할 수 있는 가능성을 통해 정밀 치료법의 다음 단계가 될 수 있습니다.

출처: 국립 중앙 도서관

"후생유전적 회춘"은 또한 우리 기사에서 논의된 방법 중 하나인 노화를 되돌릴 수 있는 가능성도 있습니다.노화는 삶의 일부입니다. 그렇다고 해서 우리가 싸울 수 없다는 의미는 아닙니다.".

멀티오믹스 데이터 처리를 돕는 AI

멀티오믹스 분석 비용 감소와 용량 증가의 결과로 전례 없는 양의 데이터가 쏟아지고 있습니다. 연구자들이 이러한 데이터를 면밀히 분석하여 관련 정보를 수동으로 찾아내는 것은 이제 더 이상 불가능합니다.

다행스럽게도 AI의 능력이 점점 더 발전하는 가운데 멀티오믹스 혁명이 일어나고 있습니다.

AI, 머신러닝(AI/ML) 및 자동화는 이미 약물 발견을 강화하고 있습니다. 이는 기존 약물과 잠재적 약물에 대한 AI 스크리닝 라이브러리와 "인실리코(in-silico)" 예상 결과를 예측함으로써 그 자체로 약물 발견 비용을 크게 줄이는 데 도움이 될 것입니다. 이것만으로도 향후 26년 동안 정밀 치료 분야가 CAGR XNUMX% 성장할 수 있습니다.
820년에는 2023억 달러에서 4.5년에는 2030조 XNUMX천억 달러로 증가할 것입니다.

출처: 아크 투자

그러나 약물 발견은 첫 번째 단계에 불과합니다. AI는 또한 새로운 분자나 단백질의 화학적 특성을 예측하는 데 사용될 수도 있습니다. AI 도구 "분포 그래프 작성기" 마이크로소프트에서.

출처: Microsoft

AI는 또한 살아있는 세포나 동물을 대상으로 테스트하지 않고도 분자가 독성을 나타낼지 여부를 예측할 수 있습니다. 자동화와 혼합하여 "Organ-on-a-Chip" 시뮬레이션 또는 자동화된 실험(자동 액체 처리, "invivomics" 또는 미세합성)을 포함한 대규모 실험을 실행할 수 있습니다.

마지막으로, AI와 IT 통합은 더 많은 적응형 시험, 더 많은 바이오마커 추적 또는 심지어 분산된 시험을 통해 임상시험 설계를 개선할 수 있습니다.

출처: 아크 투자

멀티오믹스 주식

1. 태평양 생명과학(PacBio)

게놈 시퀀싱 업계의 선두주자 일루미나(Illumina)보다 몇 년 늦게 설립된 팩바이오(PacBio)는 그 이후로 게놈 시퀀싱 분야에서 소규모 업체로 성장해 왔습니다. 규모는 작지만, 팩바이오의 장비 성능은 최고 수준을 유지하고 있습니다.

또한 8^th ARK Genomic Revolution ETF의 최대 보유량.

팩바이오 최근 2021년에 Omniome을 인수하여 매우 길거나 짧은 유전자 서열을 읽는 데 정확성이 향상되었습니다. 이 장점은 나중에 강화되었습니다. 110년 2023월 Apton을 XNUMX억 XNUMX천만 달러에 인수SR-HI(단문 읽기, 높은 처리량)에 특화된 제품입니다.

출처: 팩바이오

PacBio의 Onso 시스템 이제 고객에게 배송이 시작되었으며 회사에서는 출시를 다음과 같이 설명했습니다.PacBio 역사상 최고의 시작". Revio HiFi 시스템은 짧은 시퀀스를 전문으로 하는 반면 Revio HiFi 시스템은 긴 시퀀스를 읽고 연중무휴로 작동하여 연간 24개의 전체 인간 게놈(약 하루 7회)을 읽을 수 있습니다. 나중에 Revio HiFi는 Apton 기술을 통합할 가능성이 있는 HT SBB 시스템으로 대체될 예정입니다.

Pacbio는 긴 서열이 더 넓은 NGS(차세대 시퀀싱) 시장보다 훨씬 빠르게 성장할 것으로 예상하고 자사 시스템이 경쟁사보다 10배 더 정확하다고 주장합니다.

출처: 팩바이오

흥미롭게도 이는 게놈 서열 분석의 총 비용을 낮출 수도 있습니다. 너무 기술적이지 않으면서도 짧은 시퀀스를 포괄적인 전체로 재조립해야 합니다. 따라서 $500의 짧은 판독 게놈이 실제로 진단 도구로 유용하려면 총 $1,500의 비용이 드는 추가 분석이 빠르게 필요할 수 있습니다.

따라서 950달러짜리 Revio 긴 시퀀스 분석은 이 단계를 피하고 진단 적용에 더 저렴한 결과를 제공합니다.

PacBio는 고정밀/장시퀀스 분석에 집중함으로써 향후 몇 년간 진단 분야에서 우위를 점할 것으로 예상됩니다. PacBio 경영진은 이를 통해 인간 유전체학 시장 침투율을 현재 5%에서 10%로, 종양학 시장 침투율을 1%에서 5%로 끌어올릴 수 있을 것으로 기대합니다.

PacBio는 주로 Illumina와의 수십 년 간의 경쟁에 초점을 맞추고 있지만 진단/장기 시퀀스 시장에서는 Oxford Nanopore와도 경쟁해야 할 수도 있습니다.

2. 10배 유전체학 기술

10x Genomics는 게놈과 전사체를 3D로 연구하여 세포 또는 세포 내 수준에서 유전자 활동을 시각화하는 공간 생물학 분야의 선두주자입니다.

이 회사는 맞춤형 게놈 테스트 회사 2012andMe의 R&D 이사인 Serge Saxonov와 함께 23년에 설립되었습니다.

또한 12^th ARK Genomic Revolution ETF의 최대 보유량.

10x Genomic은 R&D(지금까지 R&D에 1억 달러 이상 투자)와 인수를 통해 다양한 -omics 분야로 사업을 확장하면서 성장했습니다. 특히 2018년 Spatial Transcriptomics를 인수하여 조직 공간 전사체학(Tissue Spatial Transcriptomics)을 위한 Visium 플랫폼을 확보했습니다.

이는 또한 10x Genomics가 자사를 인수하는 방법이기도 합니다. 제니 움 2020년 Readcoor와 Cartana 인수로 단일 세포 시각화 플랫폼 제공

2020년에도 출시 예정 크로미엄 플랫폼, 단일 세포 RNA 시퀀싱을 위해 다음 해에 Chromium X로 업데이트되었습니다.

2021년 Tetramer Shop 인수를 통해 10x Genomics도 출시 예정 빔 (Barcode Enabled Antigen Mapping)을 통해 연구자들은 면역 체계의 구성 요소를 자세히 식별할 수 있습니다. 이는 면역 및 새로운 질병 연구에 매우 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

10x Genomics 인수 일정 - 출처: 10x 유전체학

또한 회사 2023년 XNUMX월 주요 라이벌인 Nanostring을 상대로 결정적인 승리를 거두었습니다.. Nanostring은 현재 10x Genomic 특허를 침해한 이유로 대부분의 EU에서 CosMx Spatial Molecular Imager(SMI) 기기 판매가 금지되었습니다.

이로 인해 다음과 같은 발표가 발생했습니다. Nanostring은 2024년 XNUMX월 파산 신청을 하고 잠재적인 판매를 모색하고 있습니다..

NanoString은 10x Genomics가 "공익을 훼손하면서 다양한 공간 생물학 플랫폼의 경쟁 환경을 축소하려는 명백한 목표를 가지고" 소송을 제기했다고 비난했습니다.

전반적으로 10x genomics는 단일 세포 전사체학 및 항원 매핑을 포함한 공간 생물학 시장에서 확고한 선두를 확립할 수 있는 위치에 있는 것으로 보입니다.

회사는 아직 초기 단계에 있으며 Illumina 및 Pacific Biosciences의 초기 단계와 다소 유사합니다. 현재 공간 생물학은 학술 및 기초 연구 분야에만 국한되어 있습니다. 그러나 많은 생명공학과 마찬가지로 언젠가는 널리 보급되어 천천히 의료 도구가 된 다음 "일상적인" 테스트가 될 수 있습니다. 어쨌든 설치된 기계 풀의 증가는 소모품 판매와 매출 성장을 촉진할 것입니다.