Multiomics er neste steg i bioteknologi

Den genomiske revolusjonen

Mesteparten av fremgangen innen medisin og til og med landbruk de siste to tiårene har skjedd på grunnlag av den genomiske revolusjonen. Ved å kjenne den genetiske sammensetningen av levende organismer kan forskere finne nye mål for terapier, nye måter å optimalisere produksjonen av verdifulle materialer, og til og med begynne å endre selve genomet, takket være genredigering. Dette blir nå en stor forretningsvirksomhet, med den første genredigeringsbehandlingen godkjent (Casgevy) som har en prislapp på 2,2 millioner dollar.

Fra genomikk til multiomics

Kompleksiteten i selv én enkelt celle, og enda mer i en hel menneskekropp, er grunnen til at mer avanserte analytiske metoder enn genomikk er nødvendige. Og det finnes mange:

• Transkriptomikk: analysen av mRNA.
• Proteomikk: analysen av proteiner, inkludert modifisering av proteiner med sukker (“post‑translationell”).
• Metabolomikk: analysen av kjemiske forbindelser og metabolismen.
• Epigenomikk: modifisering av genomet uten å påvirke den genetiske sekvensen, eller “epigenetikk”.
• Mikrobiomikk: analysen av alle mikrober som lever inne i eller på kroppen.
• Enkeltcelle‑multiomikk: multiomikk‑analyse på individuelle celler.
• Romlig biologi: analyse i 3D av plasseringen av spesifikk mRNA, proteiner eller celler.

Disse analytiske metodene er ofte flere størrelsesordener mer komplekse enn «enkel» genomikk. Hver av dem kan, og ideelt sett bør, kombineres med de andre for å gi et bedre bilde av den reelle kompleksiteten i en levende organisme.

Når de kombineres, gjør de det mulig med «multiomikk» analyser.

En multiomikk‑dataeksplosjon

Proteomikk

Kapasiteten for proteinanalyse har økt med flere størrelsesordener i løpet av bare ett tiår.

Som vist i dette diagrammet fra ARK Invest (med en logaritmisk skala), kan hundretusener av proteiner nå analyseres på én time, med proteomiske metoder som kan skille opp til 10 000 proteiner per prøve. Kostnaden per prøve har også falt jevnt, fra $1 000 i 2011 til kun $100 i 2023, en nedgang på 23 % årlig.

Kilde: ARK Invest

Dette har radikalt akselerert oppdagelsen av kreftbiomarkører og utviklingen av presisjonsbehandlinger, et tema vi undersøkte grundig i «Behandling av det ubehandlelige med presisjonsbehandlinger – En mulighet på 4 billioner dollar?».

Transkriptomikk

mRNA-er er «instruksjonsmanualen» til genomet «ordboken». Formen og mengden av mRNA er egentlig det som bestemmer hvordan genet uttrykkes og brukes i cellen.

Problemet med tidlig transkriptomikk var at den måtte analysere minst tusenvis av celler samtidig, om ikke millioner. Dette sletter alle detaljene om endringer i mRNA som var kortvarige i tid eller for lokalt begrenset.

Dette har endret seg med muligheten for enkeltcelle‑RNA‑analyse, som revolusjonerer vår forståelse av kreft. Med dette kan vi forstå nøyaktig hvilket gen som er ansvarlig for kreft, og hvilken under‑type av celle som faktisk gjør det.

Kilde: ARK Invest

Andre -Omics

Selv om de er nyere, er de andre analytiske metodene ikke mindre lovende.

Romlig biologi gjør det mulig å analysere enkeltceller og hvordan ulike celler og RNA eller proteiner interagerer med hverandre. I sanntid om nødvendig. Dette åpner helt nye forskningsfelt, noe vi diskuterte nærmere i artikkelen «Romlig biologi: Nanostring vs. 10x Genomics».

Mikrobiomikk gjør det mulig å bruke bakteriene i tarmen eller på huden vår for nye terapeutiske metoder. For eksempel har autisme nylig blitt knyttet til tarmmikrobiomet. Dette korrelerer med «studier som demonstrerer langsiktige fordeler på autistiske symptomer og tarmmikrobiota gjennom mikrobiota‑overføringsterapi».

Epigenomikk kan bli neste steg i presisjonsbehandlinger, med muligheten til å finjustere genuttrykket i kreftceller, for eksempel.

Kilde: National Library of Medicine

«Epigenetisk foryngelse» er også en mulighet for å reversere aldring, en av metodene vi diskuterte i artikkelen «Aldring er en del av livet – men det betyr ikke at vi ikke kan kjempe».

KI for å hjelpe med å behandle multiomikk‑data

Resultatet av de synkende kostnadene og økende kapasiteten for multiomikk‑analyse er en flom av data som aldri før. Det blir raskt mer enn noen forskers kapasitet til å manuelt sile gjennom disse dataene for å finne relevante punkter.

Heldigvis skjer multiomikk‑revolusjonen samtidig som KI blir stadig mer kapabel.

KI, maskinlæring (KI/ML) og automatisering driver allerede medikamentoppdagelse. Dette alene bør bidra til å redusere kostnadene for medikamentoppdagelse betydelig, takket være KI‑screening av eksisterende og potensielle legemidler, og forutsigelse av sannsynlig resultat «in‑silico». Dette alene kan få presisjonsbehandlingsmarkedet til å vokse med en CAGR på 26 % i løpet av de neste syv årene, fra ca. 820 milliarder dollar i 2023 til ca. 4,5 billioner dollar i 2030.

Kilde: ARK Invest

Men medikamentoppdagelse er bare det første steget. KI kan også brukes til å forutsi de kjemiske egenskapene til nye molekyler eller proteiner, som KI‑verktøyet “Distributional Graphormer” fra Microsoft.

Kilde: Microsoft

KI kan også forutsi om et molekyl vil være giftig uten å måtte teste det på levende celler eller dyr. Det kan kombineres med automatisering for å kjøre eksperimenter i stor skala, inkludert «Organ‑on‑a‑chip»-simuleringer eller automatiserte eksperimenter (automatisk væskehåndtering, «invivomics» eller mikrosyntese).

Til slutt kan KI og IT‑integrasjon forbedre utformingen av kliniske studier, med mer adaptive studier, flere biomarkører sporet, eller til og med desentraliserte studier.

Kilde: ARK Invest

Multiomikk‑aksjer

1. Pacific Bioscience (PacBio)

Startet noen år etter genomsekvenseringsindustriens leder Illumina, har PacBio vært den mindre aktøren innen genomsekvensering siden. Til tross for sin mindre størrelse har selskapets utstyr holdt seg på toppnivå når det gjelder ytelse.

Det er også 8^th største beholdning i ARK Genomic Revolution ETF.

PacBio kjøpte nylig Omniome i 2021, noe som ga dem en fordel i nøyaktighet for lesing av svært lange eller korte genetiske sekvenser. Denne fordelen ble forsterket med den senere oppkjøpet av Apton for $110M i august 2023, som også spesialiserte seg på kortlesing, høy gjennomstrømning (SR‑HI).

Kilde: PacBio

PacBio’s Onso systems begynner nå å sendes til kunder, og lanseringen har blitt beskrevet av selskapet som den “beste starten i PacBio-historien”. Den vil spesialisere seg på korte sekvenser, mens Revio HiFi System vil kunne lese lange sekvenser og arbeide 24/7, og lese 1 300 komplette menneskelige genomer per år (omtrent 4 per dag). Senere vil Revio HiFi bli erstattet av HT SBB-systemet, som sannsynligvis vil integrere Apton‑teknologi.

PacBio forventer at lange sekvenser vil vokse mye raskere enn det bredere NGS‑markedet (Next‑Generation Sequencing) og hevder at deres systemer er 10 ganger mer nøyaktige enn konkurrentene.

Kilde: PacBio

Interessant nok kan det også redusere de totale kostnadene for genomsekvensering. Uten å gå for dypt inn i teknikken, må korte sekvenser settes sammen til et helhetlig bilde. Så et $500 kort‑lesningsgenom kan raskt kreve ekstra analyser som koster totalt $1 500 for å være virkelig nyttig som diagnostisk verktøy.

Dermed unngår en Revio‑analyse av lange sekvenser til $950 dette trinnet og blir billigere for diagnostisk bruk.

PacBios fokus på høy‑presisjon/lenge‑sekvensanalyse bør gi dem et fortrinn innen diagnostikk de neste årene. PacBio‑ledelsen tror dette kan øke selskapets markedsandel innen menneskelig genomikk fra nåværende 5 % til 10 % og innen onkologi (kreft) fra 1 % til 5 %.

Selv om PacBio hovedsakelig fokuserer på sin flere tiår gamle konkurranse med Illumina, kan de også måtte konkurrere med Oxford Nanopore i markedet for diagnostikk/lange sekvenser.

2. 10x Genomics Technology

10x Genomics er en leder innen romlig biologi, som studerer genomet og transkriptomet i 3D, og gjør det mulig å visualisere genaktivitet på celle‑ eller til og med intracellulært nivå.

Selskapet ble grunnlagt i 2012, med Serge Saxonov blant grunnleggerne, som er leder for FoU i det personlige genometestingsselskapet 23andMe.

Det er også 12^th største beholdning i ARK Genomic Revolution ETF.

10x Genomics vokste ved å bruke en blanding av FoU ($1 milliard+ investert i FoU så langt) og oppkjøp for å utvide seg innen mange ulike -omikk‑felt. Spesielt ble deres Visium‑plattform for vevsromlig transkriptomikk anskaffet ved oppkjøpet av Spatial Transcriptomics i 2018.

Dette er også hvordan 10x Genomics anskaffet sin Xenium‑plattform for enkeltcelle‑visualisering ved å kjøpe Readcoor og Cartana i 2020.

I 2020 lanserte de også Chromium‑plattformen, som ble oppdatert året etter til Chromium X, for enkeltcelle‑RNA‑sekvensering.

Gjennom oppkjøpet av Tetramer Shop i 2021 lanserte 10x Genomics også BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) i 2022. Det gjør det mulig for forskere å identifisere komponenter av immunsystemet i detalj. Dette kan ha stor innvirkning på forskning på immunitet og nye sykdommer.

10x Genomics oppkjøpstidslinje – Kilde: 10x Genomics

Selskapet oppnådde i september 2023 en kritisk seier mot sin hovedkonkurrent, Nanostring. Nanostring er for tiden forbudt fra å selge sine CosMx Spatial Molecular Imager (SMI)-instrumenter i mesteparten av EU for brudd på 10x Genomics‑patenter.

Dette førte til kunngjøringen om at Nanostring går konkurs og utforsker potensielle salg i februar 2024.

NanoString anklaget 10x Genomics for å ha fremmet sine søksmål «med det tilsynelatende målet å redusere konkurranselandskapet for ulike romlige biologi‑plattformer til skade for allmennheten»

Alt i alt ser 10x Genomics ut til å være i en posisjon til å etablere en solid ledelse i markedet for romlig biologi, inkludert enkeltcelle‑transkriptomikk og antigen‑kartlegging.

Selskapet er fortsatt i sine tidlige faser, noe som ligner på de tidlige dagene til Illumina og Pacific Biosciences. Foreløpig er romlig biologi begrenset til den akademiske og grunnleggende forskningsverdenen. Men som mange bioteknologier kan den en dag bli utbredt, gradvis bli et medisinsk verktøy, og deretter bli en «rutinemessig» test. Uansett bør den voksende mengden installerte maskiner drive salget av forbruksvarer og inntektsvekst.