基因编辑技术不再遥不可及，Synthego扩展CRISPR技术的行业潜力
2019-01-26 14:43:38   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

微访谈：Synthego科研负责人Kevin Holden

CRISPR基因编辑技术的推出已有5年之久，这是一种快速、高度精确的生物体DNA编辑方法。CRISPR革新了医学研究、药物开发和农业，但是该过程仍需要相当长的时间来识别和构建“向导RNA”文库，以定位需要被切除或修饰的特定基因。

据麦姆斯咨询报道，根据Yole最新发布的《从实验室到产业，基因编辑技术CRISPR市场总览-2018版》报告，2017年CRISPR市场规模为5.46亿美元，预计到2023年将增长至50亿美元，复合年增长率为44%。在此背景下，Yole生物技术&分子创新技术和市场分析师兼报告合作者Asma Siari近期采访了基因工程领域的关键厂商，Synthego公司的科研负责人Kevin Holden。Synthego开发了一款创新科学仪器，拥有工业自动化模块和软件驱动的“智慧工厂”，可用于生产优化的向导RNA，主要针对从细菌到人体微生物中的DNA。通过集中自动化，Synthego将合成向导RNA的成本降低了近80%，并大幅加速了生产速度。

2017~2023年CRISPR技术全球市场预测

来源：《从实验室到产业，基因编辑技术CRISPR市场总览-2018版》

Asma Siari（以下简称AS）：您能否简单介绍一下Synthego及其在基因组编辑领域的主要工作重点？

Kevin Holden（以下简称KH）：Synthego是一家位于加利福尼亚硅谷的基因组工程公司，由两位前SpaceX工程师创立，旨在将自动化和标准化纳入基因组工程领域。我们的团队拥有一群工程师、化学家、合成生物学家和计算机生物学家，团队成员共同合作构建软件驱动的自动化平台，以实现标准化。我们的成就包括一种新型化学合成架构，可大规模生成用于CRISPR基因组工程的试剂。我们还开发了一款自动化系统，利用这些试剂作为平台的一部分，大规模执行基于CRISPR的细胞系工程。

AS：Synthego的硬件平台有助于向导RNA的合成，这是将CRISPR技术引导至基因组特定位置的关键因素。该平台背后的科技是什么？它是如何工作的，与现有技术相比又有哪些优势？

KH：由软件驱动的“智慧工厂”使得高效、高度可重复的化学合成向导RNA成为可能，这是CRISPR基因组工程中使用的关键试剂。我们新的合成架构的一大关键优势是它允许我们合成仅用于研究（research-use-only, RUO）的100个核苷酸、全长单一向导RNA（single-guide RNA, sgRNA），正如Jennifer Doudna和George Church的实验室在几年前展示的那样，这是在CRISPR基因组工程中编辑Cas9核酸酶的最佳RNA格式。因为它们是化学合成的，所以我们生成的sgRNA也可以使用核苷酸修饰来保护，这种操作能够在细胞内核酸外切酶环境下提供稳定性，也能防止细胞内先天性免疫应答。

我们为RNA合成化学提供了一些受专利保护的专项创新，包括使用软件对合成进行过程控制。这使得我们能够非常精确地跟踪我们以单核苷酸分辨率合成的内容。这一点非常重要，因为我们将在未来为sgRNA 构建cGMP（动态药品生产管理规范）能力，这将使我们能够为基因疗法的临床和最终监管的临床试验提供高质量、便宜的材料。

我们也对我们生成的每一种化合物进行28项指标的质量控制评估，因为我们觉得质量对确保准确性和可重复性非常重要。我们开发的工厂允许我们并行运行多个合成，以及轻松扩展工厂规模，或将工厂“复制”到世界各地。它非常灵活，我们的平台也允许我们在管道或基板上生产从微克到克级的sgRNA材料，同时显著减少与旧合成技术相关的时间和废弃物。

AS：新一代测序技术（NGS）是基因组编辑分析的黄金标准。然而，新一代测序技术的成本和周转时间在CRISPR的工作流程中造成了重大瓶颈。您认为ICE有潜力成为CRISPR分析的一大标准吗？

KH：它当然可以成为标准，并且我们已经看到了这方面的证据。研究界对CRISPR编辑推理（Inference of CRISPR Editing, ICE）工具的反馈非常积极。它是免费的，允许一次批量分析多达700个样本，并且可以处理复杂的编辑方案，例如，3个sgRNA以局部方式多重化生成一个外显子脱扣（dropout），这就是我们用于基因敲除策略的方法，现在，在测试版中还有一个基因敲入分析工具。输出结果可以保存为唯一的链接地址，易于与同事共享，或者整个软件包也可以从GitHub下载并在本地使用。

虽然新一代测序技术仍旧是基因分析的“真理”，但使用桑格测序数据（Sanger sequencing data）（隔天就可以在世界上的大多数主要生物技术中心获得信息）可以提供更便宜的替代品，产生的信息非常准确且有价值。在我们为ICE提交的BioRxiv期刊中，我们展示了它在编辑细胞群中反卷积混合桑格图谱的能力，这与我们使用新一代测序技术所观察到的能力之间有很强的相关性。许多地方没有使用新一代测序技术的访问权限或预算，因此这将成为一个很好的选择。对Synthego而言，它非常适用于我们基于CRISPR的自动化细胞工程平台的工作流程。

AS：Synthego现在针对的主要应用是什么？为什么公司会选择解决这些问题？此外，Synthego是否涉及CAR T细胞免疫疗法？

KH：现如今，我们提供的产品和服务涉及多个基因组工程领域。对初学者而言，可以借助生物信息学工具，如基因敲除向导设计软件和上述讨论的ICE工具。我们开发这些工具来支持我们自己的工作，也很高兴能够帮助到其他科学家展开工作。我们将在未来推出更多的软件工具，并继续为科学家们提供免费、有用的工具。

在试剂方面，我们提供了使用CRISPR的最有效方式：使用化学修饰的合成sgRNA。能够帮助一大批研究人员（致力于永生细胞系和人类原代细胞）开发出新的疾病模型并开展潜在的基因疗法。事实上，我们的客户正在利用我们的试剂开发CAR T细胞免疫疗法，其中一些客户最终需要为这些疗法从RUO转为GMP材料。到那时，我们将准备好为他们提供支持。也就是说，我们目前并没有直接参与开发任何此类疗法。

此外，在产品方面，我们现在为超过700种永生细胞系提供用于基因敲除和定制敲入的工程细胞系。多亏了我们为基于CRISPR的细胞工程开发的自动化平台，我们可以以非常低的价格和快速的周转时间提供上述产品。这些细胞系涉及多种应用，包括生成疾病的体外模型、药物靶标识别和验证、抗体验证、基因标记、安全性评估和基础生物学研究。CRISPR是一种强大的分子生物学工具，通过生成细胞系，我们希望不仅能够帮助到希望在自己的研究中利用到CRISPR诸多应用的科学家们，还能够实现细胞水平研究的标准化。这有助我们所有人开发出更多可重复的方法和更可靠的数据，并最终转化为更强的治疗方法和模型。我们可以帮助科学家们在他们的细胞系中设计他们想要的基因组修饰，以便他们专注于研究，而不是花费数月去优化基因组工程。

AS：Synthego在C轮融资中筹集了1.1亿美元，你们将如何使用这笔钱？

KH：Synthego将使用这笔资金投资和扩建其RNA和细胞工程工厂，以增加产能并满足客户需求，也包括合成用于治疗的临床级RNA。我们还将利用这些资金开发更强大的信息工具，并将我们认为会使研究界受益的新产品推向市场。部分资金将用于增加员工，使我们能够专注于新的研发工作，包括从工程角度探索我们如何在未来降低基因疗法的成本。

AS：市场上已经有几种基因疗法，但是患者往往需要花费数十万美元。CRISPR有潜力降低基因治疗的成本，使其变得平价。您认为CRIPSR是否会降低患者的整体基因治疗成本？

KH：初步试验成功后，后续治疗方案可能会变得更便宜。然而，这些治疗只适用于少数人。现有状态下，基因治疗可能仍然非常昂贵，所以真正的问题是，“谁可以使用这些技术？”我们的公司愿景是利用新颖的工程方法，尝试为数百万可以从中受益的人提供基因治疗。最终，尝试降低这些疗法的成本将成为一项科学和工程挑战，但我们相信这是一个我们能够产生积极影响的领域。

AS：作为一家还处于早期阶段的公司，Synthego从CRISPR盈利的商业模式是怎样的？

KH：我们目前通过出售CRISPR试剂和CRISPR工程细胞系获得营收。我们扩张这两个工厂的软件驱动自动化方法使我们能够为这些市场创造规模经济。作为一家处于早期阶段的公司，我们不仅要开发有用的科学方法和数据来帮助客户，也能借此产生营收并推出新产品，最终可以为研究界带来巨大帮助，并为想要治疗基因疾病的临床医生提供材料。随着Synthego的持续性增长，我们将扩展其他市场，通过创新和颠覆性方法创造新的营收。

AS：结束采访之前的最后一问，CRISPR在细胞/基因治疗领域有多大潜力？还存在哪些障碍？Synthego将如何助力克服上述障碍？

KH：像CRISPR这样的基因组编辑技术有巨大潜力对细胞和基因治疗产生影响。现有的CRISPR版本有可能是基因组编辑技术中最有效的，或者可能是基于编辑等更新的技术成为最受欢迎的方法。我认为CRISPR核酸酶的发现将继续推动其他可编程核酸酶的发现，这些核酸酶可作为细胞和基因治疗的合适平台。总体而言，与旧方法相比，CRISPR在基因组工程领域有其简易性和有效性，未来有可能成为这些疗法的有效方法。

我认为我们首先会看到基因疗法，然后是细胞疗法的发展，但是有一些重要的障碍还有待克服，例如能够将CRISPR成分有效传递到具有高度特异性的患病细胞或组织中去。Synthego在开发体外和体内治疗应用的临床级sgRNA中将发挥重要作用，并提供研究级材料来评估原代人类细胞的治疗；以及供科学家建立疾病体外模型的工程细胞，以便他们进行基因状况研究。此外，我们对基因治疗自动化技术的研发工作可以帮助降低一些相关成本。通过我们针对CRISPR基因组工程的完整工程方法，我们相信我们可以帮助研究人员在发现和研究过程的各个层级开展相关工作。

延伸阅读：

《从实验室到产业，基因编辑技术CRISPR市场总览-2018版》

《新一代测序（NGS）市场-2017版》