Мультиоміка — наступний крок у біотехнології

Геномна революція

Більшість прогресу в медицині і навіть сільському господарстві за останні два десятиліття відбулася завдяки геномній революції. Знаючи генетичний склад живих організмів, вчені можуть знайти нові мішені для лікування, нові способи оптимізації виробництва цінних матеріалів і навіть почати змінювати сам геном завдяки редагуванню генів. Зараз це стає великим бізнесом, перша схвалена терапія редагування генів (Casgevy) коштує 2.2 мільйона доларів.

Причиною цієї революції стало набагато глибше розуміння біологічних процесів завдяки секвенуванню геному. Тим не менш, геном є досить грубим набором даних. Це трохи схоже на повний словник із точною «орфографією» кожного білка в клітині. Але жива клітина більше схожа на повний роман, у якому набагато важливіше те, як розташовані «слова» (РНК і білки).

Від геноміки до мультиоміки

Складність навіть однієї клітини, а тим більше повного людського тіла, є причиною того, що потрібні більш досконалі аналітичні методи, ніж геноміка. І їх багато:

• Транскриптоміка: аналіз мРНК.
• протеоміка: аналіз білків, включаючи модифікацію білків цукрами («посттрансляційний»).
• Метаболомія: аналіз хімічних сполук і обмін речовин.
• Епігеноміка: модифікація геному без впливу на генетичну послідовність, або «епігенетика».
• Мікробіоміка: аналіз усіх мікробів, що живуть всередині або на тілі.
• Одноклітинна мультиоміка: мультиомічний аналіз окремих клітинок.
• Просторова біологія: тривимірний аналіз розташування певних мРНК, білків або клітин.

Ці аналітичні методи часто на порядки складніші за «просту» геноміку. Кожне з них можна й в ідеалі потрібно поєднувати з іншим, щоб отримати кращу картину справжньої складності живого організму.

У поєднанні вони дозволяють «мультиоміка» аналізи.

Вибух даних мультиоміки

протеоміка

Можливості аналізу білків зросли на кілька порядків лише за десятиліття.

Як показано на цьому графіку від ARK Invest (з логарифмічною шкалою), тепер можна проаналізувати сотні тисяч білків за одну годину, протеомні методи здатні розрізнити до 10,000 1,000 білків на зразок. Вартість зразка також неухильно знижувалася з 2011 доларів США у 100 році до лише 2023 доларів США у 23 році, або на XNUMX% щорічно.

джерело: АРК Інвест

Це радикально прискорило відкриття біомаркерів раку та розробку прецизійних методів лікування, тему, яку ми детально досліджували в «Лікування невиліковних за допомогою прецизійних методів лікування – можливість 4 трильйони доларів?".

Транскриптоміка

мРНК — це «інструкція» до «словника» геному. Форма та кількість мРНК насправді визначають те, як ген експресується та використовується в клітині.

Проблема ранньої транскриптоміки полягала в тому, що вона мала аналізувати принаймні тисячі клітин одночасно, якщо не мільйони. Це стирає всі деталі змін мРНК, які були тимчасовими в часі або надто локалізованими.

Ситуація змінилася завдяки можливості аналізу одноклітинної РНК, що революціонізувало наше розуміння раку. Завдяки цьому ми можемо точно зрозуміти, який ген відповідає за рак і який підтип клітини насправді це робить.

джерело: АРК Інвест

Інше -Omics

Інші аналітичні методи є не менш перспективними, хоча й нещодавні.

Просторова біологія дозволяє аналізувати окремі клітини та те, як різні клітини та РНК або білки взаємодіють один з одним. При необхідності в режимі реального часу. Це відкриває абсолютно нові сфери наукових досліджень, про що ми говорили далі в нашій статті «Просторова біологія: наноструна проти 10-кратної геноміки".

Мікробіоміка дає можливість використовувати бактерії в нашому кишечнику або на нашій шкірі для нових терапевтичних методів. Наприклад, розлад спектру аутизму нещодавно було пов’язано з мікробіомом кишечника. Що співвідноситься з «дослідження, що демонструють довгострокові переваги щодо симптомів аутизму та кишкової мікробіоти завдяки терапії перенесення мікробіоти".

Епігеноміка може стати наступним кроком у прецизійній терапії, наприклад, з можливістю тонкого налаштування експресії генів ракових клітин.

джерело: Національна бібліотека медицини

«Епігенетичне омолодження» також є можливістю повернути старіння назад, один із методів, розглянутих у нашій статті «Старіння є частиною життя. Це не означає, що ми не можемо боротися".

ШІ для обробки даних Multiomics

Результатом зниження витрат та збільшення можливостей мультиомічного аналізу є потік даних, якого ніколи раніше не було. Просіювати ці дані та знаходити відповідні точки вручну швидко стає за межами можливостей будь-якого дослідника.

На щастя, революція мультиоміки відбувається, а штучний інтелект стає дедалі ефективнішим.

Штучний інтелект, машинне навчання (AI/ML) і автоматизація вже дають змогу розробляти ліки. Це саме по собі має допомогти значно знизити вартість відкриття ліків завдяки бібліотеці ШІ для скринінгу існуючих і потенційних ліків і прогнозуванню ймовірного результату «in-silico». Тільки це може збільшити простір прецизійної терапії на 26% CAGR протягом наступних семи років,
з ~820 мільярдів доларів у 2023 році до ~4.5 трильйонів доларів у 2030 році.

джерело: АРК Інвест

Але відкриття ліків – це лише перший крок. ШІ також можна використовувати для прогнозування хімічних властивостей нових молекул або білків, наприклад інструмент ШІ"Розподільний Graphormer» від Microsoft.

джерело: Microsoft

ШІ також може передбачити, чи буде молекула токсичною, не випробовуючи її на живих клітинах або тваринах. Його можна поєднувати з автоматизацією для проведення масштабних експериментів, у тому числі симуляції «Орган-на-чіпі» або автоматизованих експериментів (автоматизоване оброблення рідин, «інвівоміка» або мікросинтез)

І, нарешті, інтеграція штучного інтелекту та ІТ може покращити дизайн клінічних випробувань за допомогою більш адаптивних випробувань, більшої кількості відстежуваних біомаркерів або навіть децентралізованих випробувань.

джерело: АРК Інвест

Акції Multiomics

1. Pacific Bioscience (PacBio)

Заснована через кілька років після лідера галузі секвенування геному Illumina, компанія PacBio з того часу є меншим гравцем у секвенуванні геному. Незважаючи на менший розмір, обладнання компанії залишається на найвищому рівні продуктивності.

Це також 8^th найбільший холдинг ARK Genomic Revolution ETF.

PacBio нещодавно придбала компанію Omniome у 2021 році, що дало їй перевагу в точності для читання дуже довгих або коротких генетичних послідовностей. Ця перевага була посилена пізніше придбання Apton за 110 мільйонів доларів у серпні 2023 року, яка також спеціалізується на короткому читанні з високою пропускною здатністю (SR-HI).

джерело: PacBio

Системи Onso від PacBio тепер починають доставляти клієнтам, і компанія описала його запуск як «найкращий старт в історії PacBio”. Він буде спеціалізуватися на коротких послідовностях, а його система Revio HiFi зможе зчитувати довгі послідовності та працювати 24 години на добу, без вихідних, завдяки чому зчитує 7 повних геномів людини на рік (приблизно 1,300 на день). Пізніше на зміну Revio HiFi прийде система HT SBB, яка, ймовірно, буде інтегрувати технологію Apton.

Pacbio очікує, що довгі послідовності будуть розвиватися набагато швидше, ніж ширший ринок NGS (Next-Generation Sequencing), і стверджує, що її системи в 10 разів точніші за конкурентів.

джерело: PacBio

Цікаво, що це також може знизити загальну вартість секвенування геному. Не надто вдаючись до технічних питань, короткі послідовності потрібно знову зібрати у всеосяжне ціле. Таким чином, для короткого зчитування геному вартістю 500 доларів можуть швидко знадобитися додаткові аналізи загальною вартістю 1,500 доларів, щоб бути дійсно корисним як діагностичний інструмент.

Тож аналіз довгої послідовності Revio за 950 доларів уникає цього етапу та виходить дешевшим для діагностичного застосування.

Зосередження PacBio на високоточному/довгостроковому аналізі має забезпечити їй перевагу в діагностиці протягом наступних кількох років. Керівництво PacBio вважає, що це може збільшити проникнення компанії на ринок геноміки людини з нинішніх 5% до 10%, а в онкології (рак) – з 1% до 5%.

Хоча PacBio здебільшого зосереджена на своїй десятирічній конкуренції з Illumina, їй також, можливо, доведеться змагатися з Oxford Nanopore на ринку діагностики/довгої послідовності.

2. Технологія 10x Genomics

10x Genomics є лідером у просторовій біології, яка вивчає геном і транскриптом у 3D, що дозволяє візуалізувати активність генів на клітинному або навіть внутрішньоклітинному рівні.

Компанію було засновано в 2012 році, серед її засновників – Сергій Саксонов, директор з досліджень і розробок компанії 23andMe з персоналізованого тестування геному.

Це також 12^th найбільший холдинг ARK Genomic Revolution ETF.

10x Genomic зросла завдяки поєднанню досліджень і розробок (поки що інвестиції в дослідження і розробки понад 1 мільярд доларів США) і придбань, щоб розгалужуватися в багатьох різних галузях -omics. Примітно, що її платформу Visium для просторової транскриптомії тканин було отримано шляхом придбання Spatial Transcriptomics у 2018 році.

Це також те, як 10x Genomics придбала б своє Ксеній платформи для одноклітинної візуалізації шляхом придбання Readcoor і Cartana у 2020 році.

У 2020 році він також буде запущений платформа Chromium, оновлений через рік до Chromium X, для секвенування одноклітинної РНК.

Завдяки придбанню Tetramer Shop у 2021 році також буде запущено 10x Genomics. BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) у 2022 році. Це дозволяє дослідникам детально ідентифікувати компоненти імунної системи. Це може дуже вплинути на дослідження імунітету та нових захворювань.

10-кратний графік придбання Genomics - Джерело: 10x Genomics

Компанія також у вересні 2023 року здобув вирішальну перемогу над своїм головним суперником, Nanostring. Наразі Nanostring заборонено продавати свої інструменти CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) у більшості країн ЄС за порушення патентів 10x Genomic.

Це призвело до оголошення, що Nanostring подає заяву про банкрутство та вивчає потенційні продажі в лютому 2024 року.

NanoString звинуватила 10x Genomics у поданні позовів «з очевидною метою звуження конкурентного середовища для різних платформ просторової біології на шкоду суспільному благу».

Загалом 10-кратна геноміка, здається, здатна закріпити лідерство на ринку просторової біології, включаючи одноклітинну транскриптоміку та картування антигенів.

Компанія все ще перебуває на ранніх стадіях, дещо схожих на перші дні Illumina та Pacific Biosciences. Наразі просторова біологія обмежується світом академічних і фундаментальних досліджень. Але, як і багато інших біотехнологій, одного дня це може стати широко поширеним, повільно стати медичним інструментом, а потім стати «рутинним» тестом. У будь-якому випадку зростаючий пул встановлених машин має стимулювати продажі витратних матеріалів і зростання доходів.