트위스트 바이오사이언스(TWST): 실리콘 칩을 이용한 주문형 DNA

실리콘 칩 기술이 바이오테크를 어떻게 가속화하는지

언뜻 보기에 실리콘 기술과 바이오기술의 세계는 꽤 멀리 떨어져 있습니다.

한편, IT 관련 기술은 전적으로 인간이 만든 시스템을 다룹니다. 투자 관점에서 보면, 하드웨어보다는 소프트웨어(운영 체제, SaaS, 소셜 미디어, 앱 스토어 생태계)에 더 집중하는 경우가 많습니다. (최근 AI의 부상과 엔비디아가 세계 최고 기업으로 부상하면서 이러한 추세는 다소 변화했습니다.)

한편, 생명공학은 이미 존재하는 매우 복잡한 자연계를 이해하는 것을 목표로 합니다. 따라서 생물학의 신비를 밝히려면 실험실 세포 배양부터 수천 명의 사람들이 참여하는 임상 시험에 이르기까지 수많은 물리적 과학 실험이 필요합니다.

투자 관점에서 볼 때, 생명공학은 종종 제약 산업과 동의어로 여겨집니다. 생명공학 부문의 수익 대부분은 암 치료제, 인슐린, 혈압 약물 등 생명을 구하는 의약품에서 나오기 때문입니다.

그러나 두 "기술" 부문에는 숨겨진 공통점이 있습니다. 실리콘 기술 하드웨어의 발전은 최근 생명공학 분야의 폭발적인 성장에 핵심적인 역할을 합니다. 예를 들어, 일루미나 (ILMN -5.41 %) 게놈 시퀀싱 기계는 고급 레이저와 실리콘 칩을 사용해 게놈 하나당 200달러도 안 되는 비용으로 전체 게놈을 읽어냅니다.

더 많은 실리콘 칩이 제조될수록 차세대 시퀀싱(NGS)의 효율성이 높아졌습니다.

단 10년 만에 유전체당 비용이 낮아져 의료 전문가가 이용할 수 있는 검사 중에서 비교적 저렴한 검사가 되고 있습니다.

출처: 일루미나

또 다른 회사인 Twist Bioscience는 실리콘 칩 기술을 사용하여 생명공학의 가능성을 완전히 바꾸어 DNA를 컴퓨터 코드처럼 쉽게 "작성"할 수 있도록 만들고 있습니다.

주문형 DNA 작성

DNA, RNA 및 단백질

살아있는 세포는 DNA 서열의 형태로 생물체의 유전체에 인코딩된 복잡한 지시에 의해 제어됩니다.

이러한 유전자는 "읽혀지고" mRNA로 변환되어 단백질(효소 포함)을 생성하는 데 사용됩니다. 세포가 공장이라면 유전자는 설계도, mRNA는 경영진의 지시, 단백질은 공장을 구성하는 기계와 도구라고 할 수 있습니다.

오랫동안 생물학자들은 PCR 기술을 통해서만 기존의 유전자 서열을 복제할 수 있었습니다. 그 후, 생물학자들은 점점 더 통제된 방식으로 DNA 서열을 변형하는 방법을 천천히 익혀, 거의 모든 유전자 서열을 필요에 따라 생산할 수 있게 되었습니다.

DNA 합성 시장은 빠르게 성장했습니다. 4.5년에는 2024억 달러에 도달할 것으로 예상되며 17.5년부터 2025년까지 연평균 2032% 성장할 것으로 예상됩니다..

출처: 포춘 비즈니스 통찰력

처음에는 생물학과 의학 연구자들이 주도했지만, DNA 합성은 현재 주로 진단과 치료 목적으로 사용되고 있으며, 이러한 추세는 앞으로도 지속될 것으로 예상됩니다.

출처: 포춘 비즈니스 통찰력

하지만 이는 여전히 힘든 과정이었고, 박사급 과학자들의 많은 설계, 수작업, 그리고 값비싼 화학물질이 필요했습니다. 따라서 유전체 해독 능력과 함께 시퀀스 생성 능력도 증가했지만, 더 큰 DNA 쓰기 용량은 여전히 ​​실현 불가능했습니다.

출처: MDPI

컬럼 합성에서 실리콘 칩까지(9,600개 유전자/런)

소형화된 실리콘 칩을 통해 매우 적은 양의 DNA를 다루고 같은 방식으로 합성하는 것이 점차 가능해졌습니다.

이는 DNA 합성이 이제 나노스케일에서 전례 없는 수준의 제어로 이루어질 수 있다는 것을 의미하며, 기존 방법으로는 한 번에 하나씩 생산하던 유전자를 하나의 실리콘 칩으로 동시에 약 10,000개의 유전자를 생산할 수 있다는 것을 의미합니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

이 방법은 생산성이 더 높을 뿐만 아니라, 실제로 완전 자동화가 가능해야 하며, 이를 통해 생산 속도가 빨라지고 관련 노동 비용이 절감됩니다.

트위스트 바이오사이언스 개요

2013년에 설립된 Twist는 칩에 DNA 합성을 도입하는 데 있어 선구자였습니다. 성장하는 합성생물학 분야의 일부.

12년 후, 회사는 분기별로 거의 100억 달러의 수익을 창출하고 있으며(96.1년 3분기에는 2025만 달러로 전년 대비 18% 증가), 연간 수익 XNUMX억 달러를 목표로 하고 있습니다.

“2025 회계연도 XNUMX분기에 우리는 또 다시 분기별 최고 매출을 달성했습니다.

우리는 수백 명의 신규 고객을 추가했고, 계획된 일련의 SynBio 포트폴리오 확장의 첫 번째를 시작했으며, 이를 통해 앞으로 견고하고 지속 가능한 성장을 위한 토대를 마련했습니다."

에밀리 M. 르프루스트 - CEO & 트위스트 바이오사이언스의 공동 창립자.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

트위스트는 약 1.100명 이상의 직원을 고용하고 있습니다. 샌프란시스코에 본사를 두고 있으며, 미국, 이스라엘, 중국, 싱가포르, 한국에 지사를 두고 있습니다. 대부분의 제조는 샌프란시스코 또는 오리건 주 윌슨빌에 있는 회사의 100억 달러 규모의 "미래의 공장"210,000제곱피트의 면적을 제공합니다.

"약 18개월에서 24개월 후의 공간 계획을 세워야 합니다. 2022년 초기 제품 출시를 위한 포틀랜드 초기 부지의 성공적인 구축에 집중하고 있지만, 앞으로 예상되는 장기적인 성장도 계획하는 것이 중요하다고 생각합니다."

에밀리 M. 르프루스트 (2021년)- CEO 겸 공동 창업자 트위스트 바이오 사이언스

회사 수익의 대부분은 북미 시장에서 발생하지만 유럽 매출도 빠르게 성장하고 있습니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

트위스트 생명과학 부문

각 회사 하위 사업부는 모두 하나의 공통된 기반 기술인 DNA-on-silicon 플랫폼을 기반으로 하지만, 최종 제품과 다루는 시장에는 상당한 차이가 있습니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

NGS

차세대 시퀀싱 사업은 회사에서 가장 큰 규모로, 전체 매출의 절반 이상을 차지합니다.

이를 통해 액체 생체 검사나 간단한 혈액 샘플에서 암세포의 유전 물질을 검출하는 등의 작업을 포함하여 복잡한 DNA 시퀀스를 분석할 수 있습니다.

3년 2025분기에 NGS는 전년 대비 27% 성장하여 회사 매출의 가장 큰 성장 동력이 되었습니다. 결과적으로 이 부문은 가까운 미래에 더욱 두드러질 것으로 예상됩니다.

회사의 새로운 "Twist cfDNA Pan-Cancer 참조 표준 v2”는 458개의 고유한 자연 발생 암 변종을 감지할 수 있습니다.c순환 종양 DNA, 또는 ctDNA), 암에 관련된 84개의 다양한 유전자를 포괄합니다.

출처: 메드라인 플러스

Twist가 생산한 다른 NGS 제품에는 유전자 시퀀스 판독을 넘어서는 도구가 포함되어 있습니다. 예를 들어 다음과 같습니다.

• 엑솜 2.0희귀 질병과 유전성 질병을 발견합니다.
• 트위스트 유전자형 패널 – 인간 600k여러 유전자와 관련된 질병의 유전적 원인을 파악합니다.
• MRD Rapid 500 패널성공적인 암 치료 후에도 신체에 남아 있는 소수의 악성 암세포를 감지하는 것은 재발의 주요 위험 요소입니다.
• 트위스트 휴먼 메틸롬 패널암 전이, 인간 발달, 기능 유전체학 분야의 응용 분야에 사용됩니다.

"cfDNA를 시퀀싱하면 암의 상태에 대해 훨씬 더 많이 알 수 있는 기회가 됩니다. 어떤 종류의 암이 존재하는지, 일선 치료에 반응할 가능성이 있는지, 그 반응에 영향을 줄 수 있는 새로운 돌연변이가 있는지 등을 알 수 있죠."

마크 무라카미 - MD & 하버드 의과대학 의학 조교수

신바이오

합성생물학(Synbio)은 유전자 판독(NGS)을 넘어 특정 생명공학 연구나 의료적 필요에 맞춰 더욱 전문화된 도구로 발전하고 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• TCR 도서관, 적응성 세포 치료(ACT)에 사용되는 이 약물은 종양 특이적 항원을 표적으로 삼도록 설계된 T세포 수용체를 사용합니다.
• 분산형 저다양성(SOLD) 라이브러리단백질 변이에 대한 데이터베이스 분석을 위해.
• 올리고풀, 유전자 단편, & 벡터고품질 유전자 시퀀스의 생산을 보장하고 연구자들이 종종 비용이 많이 들고 품질이 낮은 상태에서 스스로 유전자 시퀀스를 생성할 필요성을 없애줍니다.
• 맞춤형 항원 및 항체 설계 및 생산1,000개의 기성품 항원부터 독점적인 면역 벡터를 사용하여 마우스에서 생산하는 기타 항원의 맞춤 생산까지 가능합니다.

바이오파마 솔루션

이 부문은 매출 규모 면에서 가장 작으며, 기본적으로 Twist R&D를 위해 내부적으로 개발된 툴로 구성되어 있으며, 이후 서비스로 재탄생합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• In Silico 항체 인간화& 인간화 형질전환 마우스(HuTg)기계 학습 AI를 사용하여 쥐에서 개발된 항체를 사람에게 기능하는 항체로 전환합니다.
• DiversimAb™ 마우스 플랫폼최대 항체 다양성을 제공하도록 설계되었습니다.

이 부문은 회사가 수년 전에 시작한 연구 프로그램에서 비롯된 많은 다른 활동과 더불어 R&D에 장기적으로 집중할 가능성을 반영합니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

다른 응용 프로그램

아그리바이오

합성생물학과 칩 기반 DNA 서열 생산의 모든 응용 분야가 생의학에 적용되는 것은 아닙니다. 빠르게 성장하고 있는 또 다른 주요 분야는 농업과 식량 생산입니다.

이러한 방법은 극한의 기온, 가뭄, 염분 또는 해충 압력에도 불구하고 식물과 동물이 생존하거나 번성할 수 있는 능력을 향상시키는 등 식물과 가축을 개선하는 데 사용될 수 있습니다.

합성생물학 도구를 사용하면 새로운 유전자를 식별한 다음 이를 사용하여 질소를 더 효율적으로 고정하고, 더 많은 탄소를 격리하고, 불리한 조건에서 자랄 수 있는 미생물을 설계할 수도 있습니다.

마지막으로, NGS 도구는 식물과 동물 병원균의 신속한 탐지 및 감시에 사용될 수 있습니다.

데이터 저장매체

Twist Bioscience의 도구를 더욱 새로운 방식으로 응용하는 분야는 데이터 저장 분야입니다. DNA는 일부 응용 분야에서 실리콘 기반 메모리를 대체할 가능성이 있으며, 이는 실리콘 기술과 바이오 기술의 상호연결성을 더욱 잘 보여줍니다.

DNA는 실제로 정보를 저장하는 매우 밀도가 높은 매체로, DNA 정보 밀도는 1.47테라비트/mm2 또는 950테라비트/in2로 컴퓨터 HDD 밀도의 800배가 넘습니다.

Twist Bioscience의 주도로 합성 DNA 합성 비용이 감소하고 정확도가 향상되면서 이제 고품질 DNA 데이터 저장이 가능해졌습니다.

DNA 데이터 저장은 값비싸거나 오염을 유발하는 재료를 사용하지 않으면서도 매우 오랜 기간 안정적으로 유지됩니다. 또한 에너지도 필요하지 않습니다.

기존 매체는 엄격하게 통제된 환경에서도 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다. 합성 DNA 저장은 일반적인 사무실 환경에서 99.99999999999%의 신뢰성으로 안정적으로 유지됩니다.

DNA 데이터 스토리지 연합 최근에 설립되었으며 DNA 합성 회사를 포함하고 있습니다. 트위스트 생명, 게놈 시퀀서 회사 일루미나, 데이터 저장 회사 서부 Digital, Microsoft, Lenovo 및 많은 다른 사람.

이 기술은 2025년 XNUMX월에 별도의 회사로 분사되었습니다., 이름 아래에 Atlas 데이터 스토리지, 결과적으로 시드 자금으로 155억 XNUMX만 달러를 모금했습니다..

Atlas는 Twist의 기존 DNA 데이터 저장 기술에 대한 라이선스를 취득하고 조기 접근 프로그램을 통해 상용화를 추진할 예정입니다.

완전히 새로운 저장 매체를 만들 수 있는 기회는 흔치 않습니다. Atlas Data Storage는 대용량 저장을 위한 DNA 활용의 선구자입니다.

DNA는 뛰어난 확장성과 초고밀도, 보안성을 갖춘 영구적인 데이터 저장을 제공하며, 저장 방식을 혁신할 잠재력은 엄청납니다. Atlas는 이러한 가능성을 실현할 수 있는 최적의 팀과 기술을 보유하고 있습니다.

바룬 메타, Atlas Data Storage의 CEO.

DNA를 읽는 것은 더 안정적이고 에너지 효율적이지만, 여전히 하드 드라이브를 읽는 것보다 훨씬 더 복잡합니다. 따라서 DNA 데이터 저장은 보관 데이터 및 당분간 자주 참조되지 않는 기타 데이터에 가장 적합할 가능성이 높습니다.

출처: Atlas 데이터 스토리지

혁신적인 판매 채널

Twist Bioscience의 핵심이 기술 혁신이라면, 이 회사는 판매 채널에 있어서도 매우 혁신적입니다.

전통적으로 맞춤형 DNA 또는 RNA 시퀀스를 주문하는 것은 다소 느리고 복잡한 과정으로, 시간과 경험이 풍부한 전문가가 필요하며, 최종 비용을 추산하기가 매우 어렵습니다.

그 대신 Twist는 시퀀스 생산 가능 여부에 대한 즉각적인 추산, 자동 견적, 자동 주문 추적 기능을 갖춘 온라인 서비스를 제공합니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

출처: 트위스트 바이오 사이언스

과학자와 의료 전문가는 연구를 방해하는 관료적 절차를 거의 겪지 않으며, 영업 사원과의 상호 작용도 거의 없기 때문에 이는 회사에 강력한 경쟁 우위가 됩니다.

Twist는 디자인 팀이 초기 패널 개발의 효율성을 개선하는 데 도움이 되는 매우 훌륭한 내부 도구를 보유하고 있습니다.

이것이 바로 저희가 Twist를 계속 사용하는 이유입니다. 화학 분야에 대한 꾸준한 지원에 정말 감사했고, 디자인팀과의 협업은 정말 즐거웠기 때문입니다. 제 생각에는 이 점이 매우 중요합니다.

마크 무라카미 - MD & 하버드 의과대학 의학 조교수

이 회사는 또한 정렬된 유전자 서열을 최적화하기 위한 온라인 도구를 제공하는데, 여기에는 학계에서 개발한 도구에서는 거의 찾아볼 수 없는 인체공학적 특징이 포함되어 있습니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

사용의 편리함은 신규 고객을 유치하는 데에도 도움이 되며, 이 회사는 시간이 지남에 따라 고객의 지출이 "100달러짜리 유전자에서 250.000달러짜리 발견 프로젝트로" 늘어나는 것을 보았습니다.

더 많은 주문량의 경우 통합도 가능합니다. 회사의 API 조달 통합, IP 주소의 보안 허용 목록, 예산 예측을 위해 사용됩니다.

그린 바이오텍

기존 방식에 비해 실리콘 칩에 사용되는 화학 물질의 양이 훨씬 적기 때문에 Twist의 DNA 합성은 훨씬 더 친환경적입니다.

예를 들어, 이 회사의 NGS 올리고패널은 기존 방식보다 CO3,000 배출량이 약 2배 적습니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

동일한 것이 SynBio DNA 쓰기 용량에도 해당되는데, 이는 기존 방식으로는 놀라울 정도로 오염을 유발합니다. 유전자 하나를 생산하기 위해 자동차로 59마일을 주행해야 하는 반면 Twist Bioscience를 이용하면 0.092마일만 주행하면 됩니다.

출처: 트위스트 바이오 사이언스

산업이 소량의 R&D 중심 수요에서 진단, 치료, 환경 모니터링을 위한 훨씬 더 엄청난 소비로 옮겨가면서, 이와 관련된 탄소 배출과 오염이 점점 더 큰 우려가 될 것입니다.

이는 DNA 합성에 대한 옵션을 살펴볼 때 제조 파트너 선택에 영향을 미칠 수 있으며, 특히 회사의 ESG 프로필에 미치는 영향과 관련이 있습니다.

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맺음말

저렴한 비용으로 수천 개의 DNA 시퀀스를 주문형으로 인쇄하는 기술은 생명공학이 할 수 있는 일에 혁명을 일으키고 있습니다.

예를 들어, 암을 진단하는 데 스캐너나 생체검사와 같은 비용이 많이 들고 불편하며 종종 신뢰할 수 없는 검사 방법 대신, 혈액 샘플만으로 충분해질 가능성이 있습니다.

마찬가지로, 유전자 서열의 전체 유전체를 작성할 수 있는 가능성은 식물, 동물, 어쩌면 언젠가는 사람의 유전자 조작에 대한 잠재력을 근본적으로 바꿀 것입니다. 특히 CRISPR와 같은 유전자 조작 방법과 결합하여 인공적인 서열을 살아있는 유기체에 삽입할 때 더욱 그렇습니다.

심지어 후손을 위해 데이터를 저장하는 방법이 될 수도 있습니다.

이로 인해 Twist Bioscience는 전 세계 대부분의 제약 회사에 잠재적인 주요 공급업체가 되었으며, 제약 회사들은 Twist와 같은 회사가 저렴하고 신뢰할 수 있는 합성 DNA 및 RNA 시퀀스를 풍부하게 제공해 줄 것으로 기대합니다.

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