공간 생물학: Nanostring 대 10x Genomics

생물학의 새로운 연구 영역

앞선 글에서는 차세대 시퀀싱(NGS)의 발전과 의료를 변화시킬 가능성을 살펴봤습니다. DNA 분석, RNA 활용, 단백질 합성에 필요한 도구가 저렴해지면서 생명공학과 의학은 더욱 정밀해지고 있습니다. 도구 제조사는 다음 글에서 소개했습니다. “일루미나와 퍼시픽 바이오사이언시스: 차세대 유전체 분석 기업 선택”

아직 부족한 정보도 있습니다. 벌크 시퀀싱은 수천 또는 수백만 세포의 데이터를 합치므로 세포 간 차이나 조직 안의 위치를 놓칠 수 있습니다. 연구자들은 개별 세포에서 일어나는 일과 특정 분자가 있는 위치를 알고 싶어 합니다. 달성 가능한 공간 해상도는 분석 방법에 따라 다릅니다.

공간 생물학의 발전으로 이러한 질문을 연구할 수 있게 됐습니다.

공간 생물학

공간 생물학은 시료 속 분자의 혼합물만 분석하는 대신, 특정 RNA 서열처럼 관심 있는 분자가 조직이나 개별 세포의 어디에 있는지 확인합니다. 위치 정보는 2차원이나 3차원으로 표현할 수 있습니다.

이는 연구자들에게 세포들이 서로 어떻게 상호작용하는지, 방어 메커니즘이 어떻게 활성화되는지, 세포가 바이러스와 접촉했을 때 어떻게 반응하는지 등을 알려줍니다.

또한 이 방법은 훨씬 더 민감한 데이터를 제공한다는 장점이 있습니다. 몇 개의 세포에서 일어나는 현상이 큰 샘플에 묻혀 사라질 수 있지만, 공간 생물학의 타깃 접근법은 국소 현상이나 희귀 세포 유형의 핵심 역할을 드러낼 수 있습니다.

공간 생물학의 특별한 장점은 NanoString의 자주 묻는 질문에서 자세히 확인할 수 있습니다.

출처: Yahoo Finance

공간 생물학의 투자 잠재력

2000년대 이후 유전체 분석의 발전은 유전자 치료, 유전자 편집, mRNA 백신 등에 기여했습니다. 일루미나는 2000년 주당 16달러에 상장했고, 2021년에는 약 495달러에 도달했습니다. 이 글의 190~220달러 범위는 2023년 작성 시점 무렵의 상황이며 현재 주가가 아닙니다.

Nature Methods는 공간 전사체 분석을 2020년 올해의 방법으로 선정했으며, 발표는 2021년 1월에 나왔습니다.

초기 공간 생물학 전용 장비는 2030년대 후반에 널리 보급될 발전의 출발점으로 평가될 수 있습니다. 신기술에 대한 초기 투자는 기회를 제공할 수 있지만 수익을 보장하지는 않습니다.

새로운 분석법은 신생 기업이 기존 대기업에 도전할 기회도 제공합니다. 이 2023년 시장 개요에서 약 350억 달러로 평가된 일루미나를 주력 NGS 분야에서 앞서기는 어렵습니다. 공간 생물학에서는 경쟁 조건이 다를 수 있지만, 중요한 특허나 경쟁자가 없다는 뜻은 아닙니다.

일부 추정치는 공간 생물학의 잠재적 전체 시장을 160억 달러로 평가했습니다. 유전학과 분자생물학 연구의 상당 부분이 여전히 더 오래되고 기능이 제한적인 기술로 수행되고 있었기 때문입니다.

출처: Nanostring

이 글이 다루는 2023년 시장에서는 10x Genomics (TXG )와 NanoString이 이 분야의 주요 기업이었습니다.

10x Genomics 기술

10x Genomics는 2012년에 설립됐습니다. 공동 설립자 세르게 색소노프는 이전에 개인 유전자 검사 기업 23andMe의 연구개발을 이끌었습니다. 회사는 처음에 개별 세포의 유전자 발현에 집중했고 이후 Visium Spatial로 공간 생물학 분야에 진출했습니다.

10x Genomics는 연구개발과 기업 인수를 함께 활용해 성장했습니다. 이 글의 개요에서는 누적 연구개발 투자가 10억 달러를 넘었다고 설명했습니다. Visium은 2018년에 인수한 Spatial Transcriptomics의 기술을 기반으로 했습니다.

10x Genomics 인수 타임라인

2020년 ReadCoor와 Cartana 인수는 Xenium 플랫폼 개발에 필요한 기술을 제공했습니다. 상업적 출하는 2022년 말 시작됐습니다.

최초의 Chromium은 2016년 출시됐습니다. 2020년 자동화 장비 Chromium Connect, 2021년 Chromium X 시리즈가 뒤를 이었습니다. 회사는 단일 세포 유전자 발현 분석 솔루션도 제공합니다.

2021년 Tetramer Shop 인수는 2022년 BEAM 기술 출시에 기여했습니다.

Visium

Visium은 조직의 공간 분석에서 중요한 기술입니다. 이 글이 참조한 개요에는 수천 명의 사용자와 440편의 논문이 언급됐습니다. 10x Genomics는 2022년 3분기에 새로 출시한 Visium CytAssist 장비를 100대 넘게 판매했습니다.

Chromium

Chromium은 개별 세포의 유전자 발현과 다른 특성을 분석합니다. 조직 속 분자의 위치를 나노미터 해상도로 촬영하는 장비는 아닙니다. 참조한 개요에서는 4,150대가 판매됐으며, 10x Genomics의 설치 장비 중 대부분을 차지했습니다.

Xenium

Xenium은 세포 안에서 분자를 위치 정보와 함께 분석합니다. 2022년 말 상업화 당시 조직에서 수백 개 RNA 표적을 확인할 수 있었습니다. 같은 조직 절편에서 RNA와 단백질을 함께 검출하는 기능은 당시 발표된 개발 목표였으며, 수천 종류의 RNA·단백질 표적을 동시에 분석하는 기능이 이미 제공된 것은 아닙니다. 이는 회사가 지향한 발전 방향을 보여 줬습니다.

BEAM

BEAM(Barcode Enabled Antigen Mapping)은 연구자가 면역계 구성 요소를 자세히 확인하도록 돕는 기술입니다. 면역, 병원체, 코로나19 같은 신종 질병 연구에 기여할 수 있습니다.

(기술적 세부 사항은 이 문서에서 확인할 수 있습니다.)

소프트웨어

10x Genomics는 장비에서 생성된 데이터를 분석하는 소프트웨어를 제공합니다. 이 글에서는 다섯 범주를 소개했으며, 클라우드 기능과 맞춤 설계도 제공한다고 설명했습니다.

Nanostring 기술 및 제품

NanoString은 시애틀의 Institute for Systems Biology에서 개발한 디지털 분자 바코드 기술을 활용하기 위해 2003년 설립됐습니다.

nCounter

회사는 2008년 첫 제품인 nCounter를 출시했습니다.

nCounter는 RNA 전사체를 연구하는 전사체학의 발전에 기여했습니다. 시퀀싱이나 qPCR과 다른 작업 흐름으로 유전자 발현을 표적별로 측정합니다. NanoString은 제품을 “NGS(차세대 시퀀싱)보다 빠르고 qPCR보다 간단하다”고 설명했습니다. 이는 제조사의 비교이며 모든 대안적 방법의 결과가 낮은 품질이라는 일반적 증거는 아닙니다.

출처: Nanostring

GeoMx & CosMX

nCounter는 회사가 후속 기술을 개발하는 동안 사업의 기반이 됐습니다. 2019년 GeoMx DSP, 2022년 말 CosMx SMI가 출시됐습니다.

GeoMx는 형태가 보존된 조직의 선택된 영역에서 RNA 발현이나 단백질을 분석합니다. 소개된 제품군에는 150개 넘는 단백질 표적 분석이 포함됐습니다. 표적 수는 패널에 따라 다르고, 보통 여러 세포가 포함된 영역을 측정하므로 Xenium의 단일 세포 수준 영상 분석과 단순 비교할 수 없습니다.

CosMx Spatial Molecular Imager(SMI)는 RNA 또는 단백질 표적을 단일 세포나 세포 내부 수준의 해상도로 분석합니다. 당시 단백질 패널에는 64개 표적이 있었으며 플랫폼 설명은 추가 표지자를 포함해 최대 68개를 제시했습니다. 120개 표적으로의 확장은 개발 목표였고, 이 글은 2024년 실현을 예상했습니다.

두 플랫폼은 공간 생물학에 강력한 자동화 작업 흐름을 도입했습니다. 이전 방법은 감도가 낮거나 비용과 노동 부담이 클 수 있었습니다. 이 글은 GeoMx를 해당 부문의 선도적 공간 프로파일링 장비로 소개했습니다.

두 플랫폼은 포르말린 고정·파라핀 포매 조직 시료(FFPE)도 사용할 수 있습니다. 이는 의학 연구에서 흔한 시료이며 전 세계 연구자가 보관한 수백만 개의 기존 시료를 다시 분석할 기회를 제공합니다. 이러한 역량은 NanoString이 이전 nCounter 제품에서 쌓은 경험에 기반합니다.

NanoString은 공간 생물학 관련 논문의 증가에 기여했습니다. 이 글의 개요에서는 7,117편 이상의 논문이 장비를 언급했으며 암, 감염병과 코로나19, 면역학, 농업, 신경학 등 다양한 분야를 다뤘다고 설명했습니다.

AtoMx

회사는 연구자를 위한 전용 소프트웨어도 개발했습니다. 2022년 4분기에 AtoMx라는 클라우드 기반 소프트웨어 서비스를 출시했습니다. 목적은 데이터 분석과 동료 간 공유, 대규모 공개·비공개 공간 생물학 데이터베이스 구축을 돕는 것이었습니다.

재무 및 가치 평가

10x Genomics

이 2023년 개요에서 10x Genomics는 두 기업 중 훨씬 컸습니다. 직원은 약 1,200명이었고 당시 시가총액은 약 57억 달러였습니다.

10x Genomics의 2022년 4분기 매출은 1억 5,620만 달러로 전년 동기보다 9% 늘었습니다. 연간 매출은 5% 증가한 5억 1,640만 달러였으며, 소모품이 연매출의 약 84%를 차지했습니다. 순손실은 분기 1,720만 달러, 연간 1억 6,600만 달러였습니다. 회사가 처음으로 흑자 전환한 것은 아닙니다.

10x Genomics는 2022년 연구개발과 고정자산에 크게 투자했습니다. 고정자산 지출은 1억 3,170만 달러, 영업 현금 유출은 3,360만 달러로, 둘을 합산한 잉여현금흐름은 약 -1억 6,530만 달러였습니다. 연말 현금·현금성 자산·시장성 유가증권은 총 4억 3,000만 달러였습니다. 이 글이 사용한 리스 부채 등을 차감한 약 3억 3,500만 달러의 순현금은 2021년 약 5억 500만 달러보다 적었습니다. 이는 완충 자금의 축소이며 개선이 아닙니다.

글에서 다룬 시장 상황에서 시가총액을 매출로 나눈 주가매출비율은 약 11배였습니다. 높은 성장 기대를 보여 주지만 이미 수익성이 확보됐다는 뜻은 아닙니다. 성장, 연구, 설비 투자를 위해 추가 자금이 필요하다면 신주 발행으로 기존 주주의 지분이 희석될 수 있었습니다. 1~2년이라는 시점은 글의 추정이었습니다.

이 글은 공간 유전체학이 대부분의 연구실에서 일상적으로 사용되면 10x Genomics의 수익성이 개선될 수 있다고 전망했습니다. 향후 의학 진단에 쓰이면 새로운 성장 기회가 생길 수도 있습니다.

Nanostring

NanoString은 직원이 800명 미만인 더 작은 기업이었습니다. 당시 약 4억 1,300만 달러의 시가총액은 10x Genomics의 약 13분의 1이었습니다.

NanoString의 2022년 4분기 매출은 3,440만 달러, 순손실은 4,410만 달러였습니다. 연매출은 1억 2,730만 달러, GAAP 순손실은 1억 5,950만 달러였습니다. 관련 서비스와 기타 수익을 포함한 nCounter 매출은 8,260만 달러, 공간 생물학은 4,470만 달러로 약 65%와 35%였습니다. 소모품과 서비스는 합쳐 연매출의 약 70%를 차지했습니다. 글은 4분기 잉여현금흐름을 약 -3,100만 달러로 제시했습니다. 2021~2022년 영업 현금흐름에서 유형 고정자산 지출을 뺀 합계는 약 -2억 3,990만 달러였습니다. 글에서 사용한 리스 부채 등을 포함한 순부채는 약 1억 1,400만 달러였습니다.

현금과 단기 투자는 2021년 1분기 약 4억 1,000만 달러에서 2022년 말 1억 9,650만 달러로 줄었습니다. 같은 속도로 현금 유출이 이어지면 12~18개월 안에 추가 자금이 필요하다고 글은 추정했습니다.

NanoString의 주가매출비율은 약 3.1배로 비교적 낮았습니다. 손실, 음의 현금흐름, 다가오는 추가 자금 수요가 반영됐을 가능성이 큽니다. 2021년 이후 주가의 급락은 기존 주주의 지분을 예상보다 더 크게 희석시킬 수 있었습니다.

10x Genomics와 마찬가지로 NanoString의 수익성 개선도 공간 생물학이 연구실의 일상적 작업 흐름에 널리 도입되는 데 달려 있었습니다.

Nanostring 또는 10x Genomics?

두 회사의 기술은 RNA와 단백질 분석에 중요한 통찰을 줄 수 있습니다. 이 글은 국소적이고 일시적인 유전자 발현이 중증 질환의 이해에 중요한 종양학, 신경과학 등에서 공간 생물학을 유망한 연구 도구로 평가했습니다.

이 글은 경쟁 구도가 초기 일루미나와 PacBio의 경쟁과 비슷하다고 봤습니다. 비유가 맞는다면 작은 기업은 더 적은 매출로 비슷한 연구개발을 지원해야 하므로 경쟁과 수익성 확보에 어려움을 겪을 수 있습니다. 더 큰 매출은 유망한 신생 기업을 인수하고 기술을 자체 장비에 통합할 여력도 제공합니다.

이 글은 더 큰 인력, 현금 완충 자금과 연구 예산 때문에 10x Genomics를 상대적으로 강한 투자 대상으로 봤습니다. 다만 2022년 말에도 적자였고 잉여현금흐름은 음수였습니다. 비교의 근거는 상대적 재무 기반과 성장 기회이며 이미 달성한 수익성이 아닙니다.

반면 매출 대비 시가총액 배수는 NanoString보다 10x Genomics가 훨씬 높았습니다. NanoString이 매출 격차를 줄일 수 있다면 투자 수익에서 앞설 가능성이 있었습니다. 이 경우 성장이 신주 발행에 따른 희석도 상쇄할 수 있다는 조건부 견해였습니다.