继突破DNA合成的规模、通量和成本后，Twist Bioscience向DNA数据存储发起挑战

1975年，英国生化学家Frederick Sanger发明了末端终止法DNA测序技术，打开了解读生命之书的大门。应运而生的是自动化测序、高通量测序、RNA测序、甲基化测序等等技术革命。相继而来的DNA合成技术，更是为人类提供了改写生命密码的工具。

作为推动生命科学及其相关领域发展的关键共性底层技术，DNA合成已成为分子生物学研究必不可少的手段，在基因工程、临床诊断和治疗、抗体发现、DNA存储等各个领域发挥重要作用。

根据BCC Research报告，全球寡核苷酸合成市场规模将从2021年的61亿美元增长到2026年的102亿美元，复合年增长率10.7%。据Grand View Research报告预测，2021年基因合成市场规模约为17.7亿美元，预计到2028年增长为55.8亿美元，复合年增长率为18.1%。

成立于2013年，总部位于旧金山的Twist Bioscience是一家创新型DNA合成公司，其开发的硅基DNA合成平台突破了现有DNA合成工艺瓶颈，并成功实现了商业化。

2018年，Twist Bioscience成功在纳斯达克挂牌上市。Twist Bioscience正在利用独特的技术平台来制造范围广泛的基于合成DNA的产品，包括合成基因、NGS工具、用于药物发现和开发的抗体库以及DNA数据存储系统的开发等。

Twist Bioscience位于旧金山，是一家发展迅速的合成生物学和基因组学公司，其独特的基于半导体硅芯片的DNA合成技术平台，能够高通量、高保真度、低成本地为客户合成DNA和基因，进一步地推动了生物工程产业化进程。

Twist Bioscience首席执行官兼联合创始人Emily Leproust博士是DNA高通量合成和测序的先驱。作为横跨产研两界的研究者，Emily Leproust博士发表了30多篇学术论文，大多关于合成DNA应用，并开发了寡核苷酸库合成技术。

《外交政策》杂志将她评为全球100位领先思想家之一，而《Fast Company》杂志则将她评为商界最具创造力的人物之一。

Emily Leproust曾在休斯顿大学取得有机化学博士学位，并在法国里昂工业化学学院取得工业化学硕士学位。在休斯顿大学期间，Emily Leproust是知名科学家高晓连教授的得意门生，并与高教授共同开发了在固体介质上的DNA和RNA平行合成工艺，这在后来成为了基因芯片公司Xeotron的商业开发项目。

在离开高晓连教授之后，Emily Leproust被惠普公司的分析仪器部门聘请，担任生命科学部的技术总监。1999年，惠普将盈利强劲的分析仪器部门拆分，成立独立公司，即日后大名鼎鼎的安捷伦科技，Emily Leproust也随之作为CTO协助安捷伦，其开发出的SureSelect生产线大大降低了测序成本。

2013年，Emily Leproust创立了Twist Bioscience，实现了DNA的高通量合成。公司自成立以来取得飞速进展，并逐渐成为合成生物学领域一股不容小觑的力量。

公司于2016年4月推出第一个合成基因和寡核苷酸池的应用，颠覆了基因合成市场并淘汰传统的DNA合成方法。自此，公司迎来了迅猛发展，年收入不断增长。2018年11月，Twist Bioscience正式登陆纳斯达克，公开发售500万股新股票，每股价格为14美元，完成总值为7000万美元的IPO。

据了解，传统的DNA合成方法一般是在96孔的塑料孔板中进行，并且只能用于合成一个基因。对于工业界大批量生产基因片段的需求来说，这一方法不但效率不高，而且非常昂贵。

Twist Bioscience的高通量硅芯片DNA合成平台，每一个小孔即相当于96孔板的一个孔，而每个小孔内又有100个蜂巢型纳米微井。通过蜂巢式微井设计，利用Twist独有的处理系统，每一微孔中的寡聚DNA片段合成完成后无需转移，即可在微孔内完成拼接。

这一DNA合成系统不但将合成DNA所需要的反应体积缩小了100万倍，更将合成样本的通量提高了9600倍。由于硅芯片比传统的塑料对温度变化更敏感，因此合成的准确率更高。

此外，该方法还可以显著减少试剂的使用量，且合成产物在后续的组装过程中几乎实现零浪费，减少污染并更加环保。目前Twist可以合成最长为1.8 kb的DNA片段，合成量达到100-1000 ng。

除了DNA合成，该平台合成原理也能用到蛋白质等其他合成领域。Twist Bioscience正在利用其独特的技术制造基于合成DNA的广泛产品，包括合成基因、高通量测序（NGS）制备工具以及用于药物开发的抗体文库。同时，Twist Bioscience还在DNA数据的数字化存储和生物制品的开发方面寻求更长远的机会。该公司的产品已广泛应用于医疗保健、工业用化学品、农业和学术研究等诸多行业。

目前，Twist Bioscience的产品线主要分为合成生物学工具和NGS工具两大版块，包括合成生物学产品、IgG蛋白、NGS工具、合成病毒控制与传染病研究工具、药物及靶点发现解决方案。

在合成生物学工具方面，Twist Bioscience提供两类合成基因，一是克隆基因，也称携带DNA的载体，克隆基因含5000个碱基对，能够让客户直接运用到研究中，标准定价是每个碱基0.09美元。二是非克隆基因，可被放入载体中，其长度不超过1800个碱基对，能满足绝大多数需求，定价为每个碱基对0.07美元。

Twist Bioscience提供多样化、可定制的寡核苷酸池（或引物池），范围从几百个寡核苷酸到超过100万个，并可提供长度可达300个核苷酸的寡核苷酸，错误率仅为1:2000个核苷酸。这一亮点服务可被应用于高通量靶向测序、CRISPR基因编辑、诱变实验、DNA计算与数据存储等，以及用于研究细胞信号通路、基因调控和细胞调控元件结构的高吞吐量基因检测。

在NGS工具方面，公司的NGS产品主要用于各种适应症的诊断测试，如SARS-CoV-2和癌症的液体活检，群体遗传学和生物标志物的研究，转化研究，微生物学和应用市场。客户主要包括诊断公司和医院、研究机构、农业生物技术公司，以及为广泛的应用进行诊断测试的消费者遗传学公司。

此外，公司还可提供各种NGS工具，包括文库制备试剂盒、人类外显子组试剂盒、整合与定制的Panel、Twist高质量靶标富集Alliance Panel组合、用于癌症、罕见病和遗传性疾病研究的甲基化检测试剂盒，以及快速杂交液。

当前，合成生物学产品与NGS产品为该公司核心增长来源，而药物发现与DNA数据存储将为Twist Bioscience带来新的增长曲线。

2017年，Twist Bioscience推出Twist Bioscience Biopharma部门，在治疗用生物制品的发现和早期开发阶段提供端到端的解决方案，疾病领域涵盖癌症、神经科学、免疫肿瘤学、传染性疾病、犬类/猫类疾病等，产品种类包含单抗、双抗、纳米抗体、ADC、工程化蛋白质等。

该部门通过多种途径与合作伙伴建立抗体发现计划而获得利润，在这期间，Twist Bioscience Biopharma根据需求针对特定靶点快速开发高亲和力的抗体。

目前，Twist Bioscience已筛选出多个有潜力的靶点，并确定了针对靶点的抗体，计划在临床前开发的后期阶段对这些化合物进行license-out，以优化预付款收入，并获得更高的里程碑付款和特许权使用费。

此外，公司也会将候选抗体卖给生物技术产品开发和商业化专家，同时专注于对专有技术平台的打磨和升级。

2021年11月，Twist Bioscience宣布与以1.9亿美元收购了抗体发现公司Abveris，利用其专有的DiversimAb超免疫小鼠模型提供全面的抗体发现和表征服务，结合抗体优化解决方案，开发高质量生物制品，快速推动临床开发。迄今为止，Twist Bioscience已经开发出了针对Adora 2a、GLP1R（激动剂和拮抗剂）、SARS-CoV-2、TIGIT、PD-L1、CXCR4、CD3以及几个未公开靶点的抗体。

通过收购Abveris，Biopharma部门的业务得到进一步整合。通过服务+license -out+内部开发的模式，Twist Bioscience将获得更多合作伙伴、合作项目，以及里程碑付款与特许权使用费。

目前，Twist Bioscience Biopharma部门已与42家合作伙伴建立了关系，推进了52个活跃项目，39个已完成项目，其中50个项目包含里程碑付款或特许权使用费。合作伙伴包括勃林格殷格翰、武田制药、Adicet Bio、协和发酵麒麟（Kyowa Kirin）、Invetx、Neogene Therapeutics等。此外，Twist Bioscience Biopharma还与提供互补技术的公司建立合作，以扩大该部门的机会与范围。

随着大数据时代的到来，全球数据量正以指数级增长，数据存储的需求也在不断攀升。Nature Materials 曾在2016年预测，到2025年全球信息数据总量可达163ZB，相当于 163x1024x1024x1024TB，需要350亿个5TB硬盘才能装下。而把这些数据储存在DNA上，仅仅需要1千克DNA物质。

DNA不仅可以储存信息，而且信息衰减和损耗几乎为零。依靠生物碱基不同的排列方式，这些信息还可以在-18℃的环境储存100万年之久。

2003年，就有科学家把迪士尼动画片中的一段音乐“刻”进了细菌体内。到了2010年，当首个人造细胞诞生时，带领该项工作的美国基因学家卡耐基·文特尔则把所有参与该项目的科学家的名字“刻”进了人造细胞的DNA上。

DNA数据存储作为实现海量数据高密度、可持续、经济节能的数据长期存储良方，将有望解决未来可能出现的“数据危机”。

2021年5月，Twist Bioscience宣布已成功在其开发用于数据存储的DNA芯片上合成了200个碱基对的寡核苷酸。据悉，这些硅基芯片尺寸仅为1µm。Emily Leproust博士表示，这是一个相当大的成就，是有史以来在最小规模的硅基芯片上合成的最长DNA。不过该公司认为要想真正实现商业化，芯片的尺寸需要缩小至150nm，所以仍然有许多关键技术需要突破。

Twist Bioscience开发的DNA数据存储技术已经从MB级达到GB级存储水平，并使用尺寸小至1µm的集成DNA数据存储芯片作为概念验证。目前正在着手设计TB级存储水平的alpha集成芯片。

据透露，Twist Bioscience还计划在2023年底推出一项基于DNA的数据存储产品的早期访问计划，用于长期存档。这是公司第一个可商业化的DNA数据存储解决方案，将成为一个“世纪档案”，可以存储数据长达100年。

Emily Leproust表示，档案存储的市场空间大约为3500万美元，有40%的潜在客户希望存档100年或更长时间，DNA可以提供比磁带或数字硬盘驱动器更低的成本。

未来，公司将开发TB级存储解决方案，并探索更低成本的企业级存储芯片。

2022年11月28日，Twist Bioscience公布2022年财年年度报告（报告期为2021年10月至2022年9月），2022财年公司营收为2.04亿美元，同比增长53.83%；订单总额达到2.26亿美元，同比增长42%；毛利率为41.4%。

2023财年收入数据 来源：Twist Bioscience2022财报

2022财年的净亏损为2.2亿美元，相比2021的净亏损1.52亿美元，扩大了44.7%。这主要是由于公司在2022财年的研发支出和销售支出增速均高于营收增速，导致净亏损扩大。

与之对应的是，从资产负债表来看，目前公司还有现金及现金等价物3.79亿美元，现金储备量比较乐观。

在客户数量方面，由2020财年的2200家客户增长到2022财年的3300家客户，其中“回头客”比例极高，分别为97%、98%和98%，这也代表着公司的产品质量稳定，客户粘性较强，但另一方面也能反映出公司的新客户开发力度有所不足。

客户数据  来源：Twist Bioscience2022财报

从产品组成来看，基因合成和NGS工具产品线占比最大，共占据总收入的80%左右。随着公司不断发展新业务，在2020财年、2021财年的占比从88%降低到85%，在2022财年降低为总收入的79%。

产品收入数据 来源：Twist Bioscience2022财报

与之相对应的是，2022财年抗体发现产品线收入迎来了大的增长，比重由上年的5%增长至12%。这是由于2021年Twist Bioscience完成了对抗体发现服务公司Abveris的收购，带来了抗体发现方面的收入增长，也增强了公司在生物制药方面的实力。

Abveris利用其专有的DiversimAb系列高免疫力小鼠模型提供全面的抗体发现和表征服务，其产出可利用Twist抗体优化解决方案进行人源化处理，以开发优质的生物制剂，快速推动临床发展。此次收购补充和扩展了Twist Bioscience的生物制药抗体能力，进入基于小鼠的发现和筛选。

在2023 J.P.摩根大会上，Twist Bioscience宣布已与Astellas Pharma开展研究合作，以发现针对多个靶标的抗体。根据协议，Twist Bioscience将针对Astellas确定的多个靶点寻找抗体。除了预付款和特定项目的研究费用外，Twist Bioscience还将获得每件产品高达1100万美元的款项，以达到特定的临床和商业里程碑。Twist Bioscience还将获得产品销售的特许权使用费。Astellas将负责任何相关产品的开发、制造和商业化。

Twist Bioscience首席执行官兼联合创始人Emily Leproust表示，公司将于2023年晚些时候发布产品“快速基因（fast genes）”，其周转时间比现有产品更快，有望打开一个14亿美元的市场空间。

对于2023财年，Twist Bioscience预计收入在2.61-2.69亿美元范围内，其中：合成生物收入预计在1.04-1.06亿美元，NGS收入预计在1.2-1.23亿美元，生物制药收入预计在3700-4000万美元。公司预计2023财年的净亏损将继续扩大至2.6亿美元。

参考资料：

美股独角兽：DNA合成生物学先驱，Twist Bioscience -药融圈

革新与发展，DNA合成领域扬帆正当时-凯莱英Asymchem

Twist Bioscience官网财报