Ang Multiomics ay Susunod na Hakbang sa Biotechnology

Ang Rebolusyong Genomiko

Karamihan sa pag-unlad sa medisina at maging sa agrikultura sa nakaraang dalawang dekada ay nag-ugat sa rebolusyong genomiko. Sa pamamagitan ng pag-alam sa genetic na komposisyon ng mga buhay na organismo, maaaring makahanap ang mga siyentipiko ng mga bagong target para sa mga therapy, mga bagong paraan upang i-optimize ang produksyon ng mahahalagang materyales, at kahit simulan ang pagbabago mismo ng genome, salamat sa gene editing. Ngayon ay nagiging malaking negosyo ito, kasama ang unang gene editing therapy na inaprubahan (Casgevy) na may halagang $2.2M.

Ang nagpasimula ng rebolusyong ito ay ang mas malalim na pag-unawa sa mga prosesong biyolohikal salamat sa genome sequencing. Gayunpaman, ang genome ay isang medyo magaspang na dataset. Ito ay medyo katulad ng isang buong diksyunaryo, na may eksaktong “ortograpiya” ng bawat protina sa isang selula. Ngunit ang isang buhay na selula ay mas katulad ng isang kumpletong nobela, kung saan ang kung paano inayos ang mga “salita” (ang RNA at mga protina) ay mas mahalaga.

Mula sa Genomics Patungo sa Multiomics

Ang komplikasyon ng kahit isang selula, at lalo na ng buong katawan ng tao, ay dahilan kung bakit kailangan ng mas advanced na mga metodong analitikal kaysa genomics. At marami ang:

• Transcriptomics: ang pagsusuri ng mRNA.
• Proteomics: ang pagsusuri ng mga protina, kabilang ang pagbabago ng mga protina gamit ang asukal (“post-translational”).
• Metabolomics: ang pagsusuri ng mga kemikal na compound at metabolismo.
• Epigenomics: ang pagbabago ng genome nang hindi naaapektuhan ang genetic sequence, o “epigenetics”.
• Microbiomics: ang pagsusuri ng lahat ng mikrobyo na nabubuhay sa loob o sa ibabaw ng katawan.
• Single-cell multiomics: ang multiomics na pagsusuri sa indibidwal na selula.
• Spatial biology: pagsusuri sa 3D ng lokasyon ng tiyak na mRNA, protina, o selula.

Ang mga metodong ito ay kadalasang maraming beses na mas kumplikado kaysa “simpleng” genomics. Bawat isa ay maaaring at dapat pagsamahin sa isa’t isa upang magbigay ng mas malinaw na larawan ng tunay na komplikasyon ng isang buhay na organismo.

Kapag pinagsama, pinapayagan nila ang “multiomics” na mga pagsusuri.

Isang Pagsabog ng Data ng Multiomics

Proteomics

Ang kapasidad para sa pagsusuri ng protina ay tumaas ng ilang order ng magnitude sa loob lamang ng isang dekada.

Gaya ng ipinapakita sa grapikong ito mula sa ARK Invest (na may logarithmic scale), daan-daang libong protina na ngayon ay maaaring suriin sa loob ng isang oras, na may mga metodong proteomic na kayang tukuyin hanggang 10,000 protina bawat sample. Ang gastos bawat sample ay patuloy ding bumababa, mula $1,000 noong 2011 hanggang $100 lamang noong 2023, o pagbaba ng 23% taun-taon.

Pinagmulan: ARK Invest

Ito ay radikal na nagpadali sa mga pagtuklas ng mga biomarker ng kanser at sa pag-develop ng mga precision therapy, isang paksa na aming sinuri nang malalim sa “Paglunas sa Hindi Matuturing na May Precision Therapies – Isang $4 Trilyong Oportunidad?”.

Transcriptomics

Ang mRNA ay ang “manwal ng instruksyon” sa “diksyunaryo” ng genome. Ang anyo at dami ng mRNA talaga ang nagdidikta kung paano ipinapahayag at ginagamit ang gene sa selula.

Ang problema sa maagang transcriptomics ay kinailangan nitong magsuri ng libu-libong selula nang sabay-sabay, kung hindi man milyon. Nawawala nito ang lahat ng detalye ng mga pagbabago sa mRNA na pansamantala lamang o masyadong lokal.

Nagbago ito sa posibilidad ng pagsusuri ng single-cell RNA, na nagrebolusyon sa ating pag-unawa sa kanser. Sa pamamagitan nito, mauunawaan natin eksaktong aling gene ang responsable sa kanser at aling sub-type ng selula ang aktwal na gumagawa nito.

Pinagmulan: ARK Invest

Iba pang -Omics

Bagaman mas kamakailan, ang iba pang metodong analitikal ay hindi naman mas mababa ang pangako.

Spatial biology ay nagpapahintulot sa pagsusuri ng mga indibidwal na selula at kung paano nag-iinteract ang iba’t ibang selula at RNA o protina sa isa’t isa. Sa real-time kung kinakailangan. Binubuksan nito ang ganap na bagong larangan ng siyentipikong pananaliksik, isang bagay na tinalakay namin nang mas detalyado sa aming artikulong “Spatial Biology: Nanostring vs. 10x Genomics (TXG ) ”.

Microbiomics ay nagbibigay-daan upang magamit ang mga bakterya sa ating bituka o sa balat para sa mga bagong therapeutic method. Halimbawa, kamakailan ay naiuugnay ang autism spectrum disorder sa gut microbiome. Naayon ito sa “mga pag-aaral na nagpapakita ng pangmatagalang benepisyo sa mga sintomas ng autism at gut microbiota sa pamamagitan ng microbiota transfer therapy”.

Epigenomics ay maaaring maging susunod na hakbang ng precision therapies, na may posibilidad na i-fine-tune ang gene expression ng mga selula ng kanser, halimbawa.

Pinagmulan: National Library of Medicine

Ang “Epigenetic rejuvenation” ay isa ring posibilidad para baliktarin ang pagtanda, isa sa mga metodong tinalakay namin sa artikulong “Ang Pagtanda ay Bahagi ng Buhay – Hindi Ibig Sabihin na Hindi Tayo Makakagawa ng Laban”.

AI upang Tumulong sa Pagproseso ng Data ng Multiomics

Ang resulta ng pagbaba ng gastos at pagtaas ng kapasidad para sa pagsusuri ng multiomics ay isang pagbaha ng data na hindi pa naranasan. Mabilis itong lumalampas sa kakayahan ng sinumang mananaliksik na manu-manong saliksikin ang mga data upang makahanap ng mga mahalagang punto.

Sa kabutihang palad, ang rebolusyong multiomics ay nagaganap kasabay ng patuloy na pag-unlad ng AI.

Ang AI, machine learning (AI/ML), at automation ay kasalukuyang nagpapalakas ng drug discovery. Ang bagay na ito ay dapat makatulong na malaki ang pagbawas sa gastos ng drug discovery, salamat sa AI screening ng library ng mga umiiral at potensyal na gamot, at sa pag-predict ng posibleng kinalabasan “in-silico”. Ang potensyal na ito ay maaaring magpalago ng precision therapy space ng 26% CAGR sa susunod na pitong taon,
mula sa humigit-kumulang $820 bilyon noong 2023 hanggang humigit-kumulang $4.5 trilyon noong 2030.

Pinagmulan: ARK Invest

Ngunit ang drug discovery ay unang hakbang lamang. Maaaring gamitin din ang AI upang i-predict ang chemical properties ng mga bagong molekula o protina, tulad ng ang AI tool “Distributional Graphormer” mula sa Microsoft.

Pinagmulan: Microsoft

Maaaring i-predict din ng AI kung ang isang molekula ay magiging toxic nang hindi na kailangang subukan ito sa mga buhay na selula o hayop. Maaari itong pagsamahin sa automation upang magsagawa ng malakihang eksperimento, kabilang ang mga “Organ-on-a-chip” simulation o automated experiments (automated liquid handling, “invivomics”, o microsynthesis).

Sa huli, ang AI at integrasyon ng IT ay maaaring mapabuti ang disenyo ng clinical trial, na may mas adaptibong mga trial, mas maraming biomarker na sinusubaybayan, o kahit decentralized na mga trial.

Pinagmulan: ARK Invest

Mga Stock ng Multiomics

1. Pacific Bioscience (PacBio)

Nagsimula ilang taon matapos ang industry leader sa genome sequencing na Illumina, ang PacBio ay naging mas maliit na manlalaro sa genome sequencing mula noon. Sa kabila ng mas maliit nitong sukat, ang kagamitan ng kumpanya ay nananatiling nasa pinakamataas na antas ng performance.

Isa rin ito sa 8^th pinakamalaking hawak ng ARK Genomic Revolution ETF.

PacBio kamakailan ay nakuha ang Omniome noong 2021, na nagbigay dito ng kalamangan sa katumpakan sa pagbabasa ng napakahaba o maikling genetic sequences. Ang kalamangan na ito ay pinagtibay pa ng kalaunang pagkuha ng Apton para sa $110M noong Agosto 2023, na nag-specialize din sa short read, high throughput (SR-HI).

Pinagmulan: PacBio

Ang Onso systems ng PacBio ay nagsisimulang ipadala na sa mga customer, at inilarawan ng kumpanya ang paglulunsad nito bilang “pinakamagandang simula sa kasaysayan ng PacBio”. Magiging espesyal ito sa short sequences, habang ang Revio HiFi System ay makakabasa ng mahahabang sequences at magtatrabaho 24/7, kaya makakabasa ng 1,300 buong human genome bawat taon (tinatayang 4 kada araw). Sa kalaunan, papalitan ang Revio HiFi ng HT SBB system, na malamang na magsasama ng teknolohiyang Apton.

Inaasahan ng PacBio na ang mahahabang sequences ay lalago nang mas mabilis kaysa sa mas malawak na merkado ng NGS (Next-Generation Sequencing) at nagsasabing ang kanilang mga sistema ay 10x na mas tumpak kaysa sa kompetisyon.

Pinagmulan: PacBio

Interesante, maaari rin nitong pababain ang kabuuang gastos ng genome sequencing. Nang hindi masyadong teknikal, ang short sequences ay kailangang i-reassemble sa isang komprehensibong buo. Kaya ang $500 na short read genome ay mabilis na nangangailangan ng karagdagang pagsusuri na nagkakahalaga ng kabuuang $1,500 upang maging kapaki-pakinabang bilang diagnostic tool.

Kaya ang $950 na Revio long sequence analysis ay iniiwasan ang hakbang na ito at mas mura para sa diagnostic application.

Ang pokus ng PacBio sa high-precision/long-sequence analysis ay dapat magbigay nito ng kalamangan sa diagnostics sa mga susunod na taon. Naniniwala ang pamunuan ng PacBio na maaaring itaas nito ang market penetration sa human genomics mula sa kasalukuyang 5% patungong 10% at sa oncology (kanser) mula 1% patungong 5%.

Habang ang PacBio ay pangunahing nakatutok sa dekada‑taong kompetisyon nito sa Illumina, maaaring kailanganin din nitong harapin ang Oxford Nanopore sa diagnostic/long-sequence market.

2. 10x Genomics Technology

Ang 10x Genomics ay nangunguna sa spatial biology, na nag-aaral ng genome at transcriptome sa 3D, na nagpapahintulot ng visualisasyon ng aktibidad ng mga gene sa antas ng selula o kahit intracellular.

Itinatag ang kumpanya noong 2012, kasama si Serge Saxonov sa mga tagapagtatag, na direktor ng R&D ng personalized genome testing company na 23andMe.

Isa rin ito sa 12^th pinakamalaking hawak ng ARK Genomic Revolution ETF.

Lumago ang 10x Genomics gamit ang halo ng R&D ($1B+ na ininvest sa R&D hanggang ngayon) at mga acquisition upang mapalawak sa maraming -omics na larangan. Kapansin-pansin, ang kanilang Visium platform para sa tissue spatial transcriptomics ay nakuha sa pamamagitan ng pag-acquire ng Spatial Transcriptomics noong 2018.

Ganun din kung paano nakuha ng 10x Genomics ang kanilang Xenium platform para sa single-cell visualization sa pamamagitan ng pag-acquire ng Readcoor at Cartana noong 2020.

Noong 2020, inilunsad din nila ang ang Chromium platform, na in-update noong sumunod na taon sa Chromium X, para sa single-cell RNA sequencing.

Sa pamamagitan ng acquisition ng Tetramer Shop noong 2021, inilunsad din ng 10x Genomics ang BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) noong 2022. Pinahihintulutan nito ang mga mananaliksik na tukuyin nang detalyado ang mga bahagi ng immune system. Maaaring maging napaka-impluwensyal ito sa pananaliksik sa immunity at mga bagong sakit.

10x Genomics acquisitions timeline- Pinagmulan: 10x Genomics

Ang kumpanya ay nanalo noong Setyembre 2023 ng isang kritikal na tagumpay laban sa pangunahing kakumpitensya nito, ang Nanostring. Sa ngayon ay ipinagbabawal ang Nanostring mula sa pagbebenta ng kanilang CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) instruments sa karamihan ng EU dahil sa paglabag sa mga patente ng 10x Genomics.

Nangyari ito dahil sa anunsyo na ang Nanostring ay nag-file ng bankruptcy at nag-eexplore ng posibleng pagbebenta noong Pebrero 2024.

Inakusahan ng NanoString ang 10x Genomics ng paghahain ng mga kaso “na may malinaw na layuning paliitin ang kompetisyon sa iba’t ibang spatial biology platform sa kapinsalaan ng pampublikong kabutihan”

Sa pangkalahatan, mukhang nasa posisyon ang 10x genomics na magtatag ng matibay na pangunguna sa merkado ng spatial biology, kabilang ang single-cell transcriptomics at antigen mapping.

Ang kumpanya ay nasa maagang yugto pa, medyo kahalintulad ng mga unang araw ng Illumina at Pacific Biosciences. Sa ngayon, ang spatial biology ay nakatuon pa sa akademiko at pundamental na pananaliksik. Ngunit tulad ng maraming biotechnologies, maaaring balang araw ay maging laganap, unti-unting maging isang medical tool, at pagkatapos ay maging isang “routine” na pagsusuri. Sa anumang kaso, ang lumalaking bilang ng mga naka-install na makina ay dapat magtulak ng benta ng consumables at paglago ng kita.