Biotecnologia
Multiômicas São O Próximo Passo Na Biotecnologia
A Revolução Genômica
A maior parte do progresso na medicina e até na agricultura nas últimas duas décadas tem sido impulsionada pela revolução genômica. Ao conhecer a composição genética dos organismos vivos, os cientistas podem encontrar novos alvos para terapias, novas formas de otimizar a produção de materiais valiosos e até começar a alterar o próprio genoma, graças à edição genética. Isso está se tornando um grande negócio, com a primeira terapia de edição genética aprovada (Casgevy) chegando com um preço de $2.2M.
O que impulsionou essa revolução foi a compreensão muito mais profunda dos processos biológicos graças ao sequenciamento do genoma. Ainda assim, o genoma é um conjunto de dados bastante rudimentar. É um pouco como um dicionário completo, com a ortografia exata de cada proteína em uma célula. Mas uma célula viva é mais como um romance completo, em que a forma como as “palavras” (o RNA e as proteínas) são organizadas é muito mais relevante.
Do Genômica ao Multiômicas
A complexidade de até uma única célula, e ainda mais de um corpo humano inteiro, é a razão pela qual são necessários métodos analíticos mais avançados que a genômica. E há muitos:
- Transcriptômica: a análise de mRNA.
- Proteômica: a análise de proteínas, incluindo a modificação de proteínas com açúcares (“pós-traducional”).
- Metabolômica: a análise de compostos químicos e do metabolismo.
- Epigenômica: a modificação do genoma sem afetar a sequência genética, ou “epigenética”.
- Microbiômica: a análise de todos os micróbios que vivem dentro ou sobre o corpo.
- Multiômica de célula única: a análise multiômica em células individuais.
- Biologia espacial: análise em 3D da localização de mRNA, proteínas ou células específicas.
Esses métodos analíticos são frequentemente ordens de magnitude mais complexos que a genômica “simples”. Cada um pode e, idealmente, deve ser combinado com os demais para proporcionar uma visão melhor da verdadeira complexidade de um organismo vivo.
Quando combinados, permitem análises de “multiômicas”.
Uma Explosão de Dados Multiômicos
Proteômica
A capacidade de análise de proteínas aumentou em várias ordens de magnitude ao longo de apenas uma década.
Como mostrado neste gráfico da ARK Invest (com escala logarítmica), centenas de milhares de proteínas podem agora ser analisadas em uma hora, com métodos proteômicos capazes de distinguir até 10.000 proteínas por amostra. O custo por amostra também diminuiu de forma constante, de $1,000 em 2011 para apenas $100 em 2023, ou uma queda de 23% ao ano.
Fonte: ARK Invest
Isso acelerou radicalmente as descobertas de biomarcadores de câncer e o desenvolvimento de terapias de precisão, um tópico que investigamos em profundidade em “Tratando o Intratável com Terapias de Precisão – Uma Oportunidade de $4 trillion?”.
Transcriptômica
Os mRNAs são o “manual de instruções” do “dicionário” genômico. A forma e a quantidade de mRNA são realmente o que determina como o gene é expresso e usado na célula.
O problema da transcriptômica inicial era que precisava analisar pelo menos milhares de células de uma vez, senão milhões. Isso apaga todos os detalhes das mudanças no mRNA que eram transitórias no tempo ou muito localizadas.
Isso mudou com a possibilidade de análise de RNA de célula única, revolucionando nossa compreensão do câncer. Com isso, podemos entender exatamente qual gene é responsável pelo câncer e qual subtipo de célula está realmente agindo.
Fonte: ARK Invest
Outras -ômicas
Embora mais recentes, os outros métodos analíticos não são menos promissores.
Biologia espacial permite a análise de células individuais e como diferentes células e RNA ou proteínas interagem entre si. Em tempo real, se necessário. Isso abre campos totalmente novos de pesquisa científica, algo que discutimos mais detalhadamente em nosso artigo “Biologia Espacial: Nanostring vs. 10x Genomics”.
Microbiômica torna possível usar as bactérias em nosso intestino ou na pele para novos métodos terapêuticos. Por exemplo, o transtorno do espectro autista tem sido recentemente associado ao microbioma intestinal. O que correlaciona com “estudos que demonstram benefícios de longo prazo nos sintomas do autismo e na microbiota intestinal através da terapia de transferência de microbiota”.
Epigenômica poderia se tornar o próximo passo das terapias de precisão, com a possibilidade de ajustar finamente a expressão gênica de células cancerosas, por exemplo.
Fonte: National Library of Medicine
“Rejuvenescimento epigenético” também é uma possibilidade para reverter o envelhecimento, um dos métodos discutidos em nosso artigo “Envelhecimento é uma Parte da Vida – Isso Não Significa que Não Podemos Lutar”.
IAs Para Ajudar a Processar Dados Multiômicos
O resultado da diminuição dos custos e do aumento da capacidade de análise multiômica é uma enxurrada de dados como nunca antes. Está se tornando rapidamente além da capacidade de qualquer pesquisador de filtrar esses dados manualmente para encontrar pontos relevantes.
Felizmente, a revolução multiômica está ocorrendo enquanto a IA se torna cada vez mais capaz.
IA, aprendizado de máquina (IA/ML) e automação já estão impulsionando a descoberta de medicamentos. Isso por si só deve ajudar a reduzir significativamente o custo da descoberta de fármacos, graças à triagem de bibliotecas de medicamentos existentes e potenciais por IA, e à previsão do provável resultado “in‑silico”. Isso sozinho poderia expandir o mercado de terapias de precisão a uma taxa de CAGR de 26% nos próximos sete anos, de cerca de $820 billion em 2023 para cerca de $4.5 trillion em 2030.
Fonte: ARK Invest
Mas a descoberta de medicamentos é apenas o primeiro passo. A IA também pode ser usada para prever as propriedades químicas de novas moléculas ou proteínas, como a ferramenta de IA “Distributional Graphormer” da Microsoft.
Fonte: Microsoft
A IA também pode prever se uma molécula será tóxica sem precisar testá‑la em células vivas ou animais. Ela pode ser combinada com automação para executar experimentos em escala, incluindo simulações de “Organ‑on‑a‑chip” ou experimentos automatizados (manipulação automática de líquidos, “invivômica” ou microssíntese).
Por fim, IAs e a integração de TI podem melhorar os projetos de ensaios clínicos, com ensaios mais adaptativos, mais biomarcadores monitorados ou até ensaios descentralizados.
Fonte: ARK Invest
Ações de Multiômicas
1. Pacific Bioscience (PacBio)
(PACB )
Iniciada alguns anos após o líder da indústria de sequenciamento de genoma, Illumina, a PacBio tem sido o player menor no sequenciamento de genoma desde então. Apesar de seu tamanho menor, os equipamentos da empresa permanecem no mais alto nível de desempenho.
Ela também é a 8ª maior participação do ARK Genomic Revolution ETF.
PacBio recentemente adquiriu a Omniome em 2021, dando-lhe uma vantagem em precisão para leitura de sequências genéticas muito longas ou curtas. Essa vantagem foi reforçada com a posterior aquisição da Apton por $110M em agosto de 2023, que também se especializa em leitura curta, alta vazão (SR-HI).
Fonte: PacBio
PacBio’s Onso systems are now starting to ship to customers, and its launch has been described by the company as the “best start in PacBio history”. It will specialize in short sequences, while its Revio HiFi System will be able to read long sequences and work 24/7, making it read 1,300 full human genomes per year (roughly 4/day). Later, the Revio HiFi will be replaced by the HT SBB system, which will likely integrate Apton technology.
Os sistemas Onso da PacBio estão agora começando a ser enviados aos clientes, e seu lançamento foi descrito pela empresa como o “melhor início na história da PacBio”. Ele se especializará em sequências curtas, enquanto seu Revio HiFi System poderá ler sequências longas e operar 24/7, permitindo a leitura de 1.300 genomas humanos completos por ano (aproximadamente 4/dia). Mais tarde, o Revio HiFi será substituído pelo sistema HT SBB, que provavelmente integrará a tecnologia Apton.
A PacBio espera que as sequências longas cresçam muito mais rápido que o mercado mais amplo de NGS (Next-Generation Sequencing) e afirma que seus sistemas são 10x mais precisos que a competição.
Fonte: PacBio
Curiosamente, isso também poderia reduzir o custo total do sequenciamento de genoma. Sem entrar em detalhes técnicos, sequências curtas precisam ser remontadas em um todo abrangente. Assim, um genoma de leitura curta de $500 pode rapidamente precisar de análises adicionais que custam um total de $1,500 para ser realmente útil como ferramenta diagnóstica.
Portanto, uma análise de sequência longa Revio de $950 evita essa etapa e sai mais barata para aplicação diagnóstica.
O foco da PacBio em análise de alta precisão/sequência longa deve lhe dar uma vantagem em diagnósticos nos próximos anos. A administração da PacBio acredita que isso pode aumentar a penetração de mercado da empresa na genômica humana de 5% para 10% e na oncologia (câncer) de 1% para 5%.
Embora a PacBio esteja principalmente focada em sua competição de décadas com a Illumina, ela também pode ter que enfrentar a Oxford Nanopore no mercado de diagnóstico/sequência longa.
2. 10x Genomics Technology
(TXG )
A 10x Genomics é líder em biologia espacial, que estuda o genoma e o transcriptoma em 3D, permitindo a visualização da atividade dos genes ao nível celular ou até intracelular.
A empresa foi fundada em 2012, com Serge Saxonov entre seus fundadores, diretor de R&D da empresa de testes genômicos personalizados 23andMe.
Ela também é a 12ª maior participação do ARK Genomic Revolution ETF.
A 10x Genomics cresceu usando uma combinação de R&D ($1B+ investing in R&D so far) and acquisitions to branch out in many different -omics fields. Notably, its Visium platform for tissue spatial transcriptomics was obtained by acquiring Spatial Transcriptomics in 2018.
Foi assim também que a 10x Genomics adquiriu sua plataforma Xenium para visualização de célula única ao adquirir a Readcoor e a Cartana em 2020.
Em 2020, também lançou a plataforma Chromium, atualizada no ano seguinte para Chromium X, para sequenciamento de RNA de célula única.
Por meio da aquisição da Tetramer Shop em 2021, a 10x Genomics também lançou BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) em 2022. Ela permite que os pesquisadores identifiquem componentes do sistema imunológico em detalhe. Isso pode ser muito impactante na pesquisa sobre imunidade e novas doenças.
10x Genomics acquisitions timeline- Fonte: 10x Genomics
A empresa também obteve em setembro de 2023 uma vitória crítica contra seu principal rival, a Nanostring. A Nanostring está atualmente proibida de vender seus instrumentos CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) na maior parte da UE por infringir patentes da 10x Genomics.
Isso levou ao anúncio de que a Nanostring está entrando com pedido de falência e explorando possíveis vendas em fevereiro de 2024.
NanoString acusou a 10x Genomics de mover seus processos “com o aparente objetivo de reduzir o cenário competitivo para diferentes plataformas de biologia espacial em detrimento do bem público”.
No geral, a 10x Genomics parece estar em posição de estabelecer uma liderança sólida no mercado de biologia espacial, incluindo transcriptômica de célula única e mapeamento de antígenos.
A empresa ainda está em seus estágios iniciais, de certa forma semelhante aos primeiros dias da Illumina e da Pacific Biosciences. Por enquanto, a biologia espacial está confinada ao mundo da pesquisa acadêmica e fundamental. Mas, como muitas biotecnologias, pode um dia se tornar difundida, lentamente tornar‑se uma ferramenta médica e então tornar‑se um teste “rotineiro”. Em qualquer caso, o número crescente de máquinas instaladas deve impulsionar as vendas de consumíveis e o crescimento da receita.
