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比尔盖茨参投,YC全程参与,生物技术独角兽企业Ginkgo Bioworks让DNA如软件被编写

作者: 李成平 2020-01-30 08:00
Ginkgo Bioworks
https://www.ginkgobioworks.com
企业数据由 动脉橙 提供支持
生物工程产品研发商 | IPO | 运营中
美国-马萨诸塞州
2021-09-18
融资金额:$16亿
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海外的优秀企业一直是我国创业者的重要学习方向。岁末年初,动脉网对2019年海外融资排名前30的医疗企业,进行深度分析,以海外案例的形式呈现给读者,希望能够帮助投资机构寻找合适的方向,帮助投资者找到学习的对象。


 2015年3月,A轮融资900万美元,同年7月B轮融资4500万美元;


2016年6月,C轮融资1亿美元;


2017年12月,D轮融资2.75亿美元,截止此次融资,公司估值超过10亿美元,跻身“独角兽”行列;


2019年9月,E轮融资2.9亿美元,创下了目前生物技术领域的融资纪录。至此,公司共融资7.19亿美元。


2009年成立的美国基因编程公司Ginkgo Bioworks,在四年内完成五次大额融资,迅速成为行业独角兽。作为一家专注合成生物学的科技企业,它究竟有什么亮点,能够频频获得资本青睐?我们或许能从其发展史中窥见一二。

 

麻省理工学院师生联合创业


2008年,美国金融危机爆发。麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的高级研究科学家Tom Knight,正陷于实验经费短缺的苦恼,另外四位联合创始人(Jason Kelly、Reshma Shetty、Barry Canton和Austin Che)也即将博士毕业,在筹划着未来的方向。

 

正在此时,美国工程教育学会为应届博士毕业生设立了一个福利项目:为在工程相关公司任职的学生,提供7万美元的年薪和健康保险。

 

五位创始人不谋而合,通过创立公司获得了这笔资金。受经济危机的影响,大批企业倒闭。Tom Knight等人廉价收购了二手实验室设备,以超低的花费装配了实验室,Ginkgo Bioworks成立了。

 

值得一提的是,Tom Knight是合成生物学领域和iGEM (国际遗传工程机器大赛) 的创始人之一。合成生物学是一门综合学科,以传统生物学获得的知识与材料为基础,用工程学以及计算机科学技术对原有的生物系统进行改造,让系统来完成研究人员设想的各种任务。


iGEM则因Tom Knight在2004年开设的一个关于合成生物学的小型课程而诞生。

 

Ginkgo Bioworks与iGEM渊源深长。五位创始人不仅都参与过iGEM竞赛,且都担任过2006年麻省理工iGEM团队的顾问,协助指导了有名的“Eau d’e coli”项目(让大肠杆菌闻起来有香蕉或冬青味儿)。该项目为Ginkgo后来的香味剂研究奠定了基础。从创立初期开始,Ginkgo就一直保留着与iGEM的联结,大约10%的Ginkgo员工以各种形式参与过iGEM竞赛。

 

Ginkgo Bioworks位于美国波士顿,使用工程学技术对细胞进行重新编程来替代制造过程,通过改造酵母和细菌为企业提供定制化的微生物,其业务包括可进行快速原型设计和高通量筛选的软件和硬件工具,涵盖了食品、工业、农业、医疗等领域。部分公开的产品包括化学中间体、调味剂和香料,以及对人体肠道微生物组和农业作物根系微生物群具有健康益处的微生物 。

 

Ginkgo Bioworks成立初期,资本市场并不看好。该公司主要通过联邦研究资助获得经费支持,曾与美国国家科学基金会和国防高级研究计划局(DARPA)等不同政府机构合作开展各种项目。

 

2014年是Ginkgo Bioworks的一个分水岭。自这一年完成120万美元种子轮融资后,Ginkgo Bioworks紧锣密鼓地在5年内完成了5轮融资,其中盖茨基金会参与了D轮,Y Combinator更是全程跟随。

 

2016年是Ginkgo Bioworks的丰收年,合作伙伴得到了显著的增加。

 

6月29日,Ginkgo Bioworks与Amyris签订了合作协议,将合作推动多达70种培养成分的商业化。

 

9月,Ginkgo Bioworks捷报频传。22日,与嘉吉合作改善工业发酵工艺;23日,与Archer Daniels Midland Company(ADM)的合作也被敲定,以设计生产用于农业加工和食品配料行业的培养成分的微生物;29日,Genomatica也成为了Ginkgo Bioworks的合作伙伴,专注扩大和商业化由Ginkgo Bioworks生产的微生物和特种化学产品。

 

10月19日,Ginkgo Bioworks宣布与Prospect Bio建立合作伙伴关系,以开发一种新型生物传感器,以提高开发新菌株(表示同种微生物不同来源的纯种培养)的速度并降低生物原型开发的成本。

 

该生物传感器将使有机体筛选(测试所需性状)的过程更快。有机体筛选是Ginkgo Bioworks用于生物发育的设计、构建、测试系统中最慢的过程之一。Ginkgo Bioworks生产的每种微生物通常需要分别筛选。一种生物传感器则可以一次筛查许多微生物。Ginkgo Bioworks希望将筛选成本降低四十倍,并提高创建商业化微生物的速度。

 

2017年1月20日,Ginkgo Bioworks宣布收购DNA合成与组装先驱公司Gen9。后者独创的DNA合成和装配途径进一步加强了Ginkgo Bioworks在微生物改造过程中的实力。这些DNA序列合成对Ginkgo Bioworks的多基因酶通路设计非常重要。

 

2017年12月8日,Ginkgo Bioworks与微生物药物治疗公司Synlogic宣布了一项合作。Synlogic将使用Ginkgo Bioworks的细胞程序设计平台来构建和测试数千种微生物菌株,以加快早期临床前线索的进展,从而开发和优化临床候选药物。

 

6天后,Ginkgo Bioworks完成2.75亿美元D轮融资。此次融资前,该公司的估值已达到7.25亿美元。Ginkgo Bioworks使用这笔资金创建了Bioworks 3。

 

2018年3月20日,Ginkgo Bioworks宣布与Bayer的农业科学部门的合资企业成立,被命名为Joyn Bio。Joyn Bio将专注于设计土壤微生物以改善农作物的根系微生物群落,特别是提供固氮作用以减少对合成肥料的需求。

 

2019年5月,Ginkgo Bioworks宣布收购Warp Drive基因组挖掘平台,并与罗氏签署了一项抗生素合作协议,利用合成生物学发现细菌制造的新型小分子药物。

 

2019年10月1日,与Berkeley Lights达成1.5亿美元合作,将后者的光流体平台引入了自动化的基因工程铸造厂中。

 

“像啤酒一样酿造DNA”


Ginkgo Bioworks此前主要利用生物技术用于香水、制药、食品等行业生产香料等,重点是通过高度系统的大规模改造试验、采取,对生物体的基因改造采用工程学方法严格设计,最终得到产生目标产品的微生物,以找到能满足其客户需求的产品,现已经进军营养产品和健康消费产品等领域。

 

研究内容包括治疗抗生素耐药性的细菌、利用微生物将二氧化碳转化为燃料、如何让酵母具有玫瑰的芬芳、如何通过基因改造甚至定制微生物的方式合成气味。

 

为了更好地学习和设计微生物,Ginkgo Bioworks建立了基因工程铸造厂。

 

铸造厂拥有集成的软件和自动化工具,能显著提高生产效率。软件则是铸造厂的驱动力。Ginkgo Bioworks正在使微生物更易于工程设计,使得在未来DNA也能如软件一般被编写。软件工程师为微生物工程师构建可生成、处理和存储大量数据的系统,以此实现自动化DNA结构编码。

 

Ginkgo Bioworks的酶发现、途径组装和高通量分析能力使工程师能够在微生物中构建复杂的代谢途径。这些途径的目的是产生培养成分,分解材料,提高菌株的性能。

 

以一个案例来具体说明。一家在工业发酵领域处于领先地位的企业,希望大幅降低对昂贵原料的依赖。Ginkgo Bioworks的任务便是将复杂的代谢途径工程化,并将其微调为菌株,以吸收成本更低的基质。该项目需要合成、筛选和改进有1000个成员的酶文库,并组装通量平衡途径,以将碳当量重新导向特定产物。

 

总的来说,Ginkgo Bioworks利用其在DNA合成和高通量筛选方面的能力,来合成1.09亿个DNA碱基对,筛选属于12种酶类别的7117种酶,评估2719种途径,总共进行30445个菌株测试;再找到表达活性最强的酶的基因,并将它们与经过验证的调节元件库结合后,通过Ginkgo Bioworks组装该代谢途径。通过这一系列工作后,该菌株可吸收的菌株比原始多了近25倍。

 

Bioworks 1是全世界首个能够完全自动化生物菌株工程的基因工程铸造厂。 该铸造厂每月可以执行多达1.5万个自动化实验室任务,Ginkgo Bioworks的微生物工程师每月可以测试数千种新生物,而无需执行大多数重复的实验室工作。Bioworks 2是Bioworks 1的升级版本,拥有2.5万平方米的自动化面积,是第一版本的两倍大。通过更有效的设备集成和小型化,它使原始Bioworks 1铸造厂的生产率提高了6倍。

 

从1980年的胰岛素细菌生产到今日的CAR-T细胞,工程化的活细胞已经彻底改变了制药行业。Ginkgo Bioworks试图利用DNA编程的能力来改变所有行业,提高工作效率和技术的适应性。

 

2017年12月8日,Synlogic与Ginkgo Bioworks建立了合作关系后,使用后者的细胞程序设计平台来构建和测试数千种微生物菌株,以加快早期临床前线索的进展,从而开发和优化临床候选药物。

 

Synlogic基于其专有的药物开发平台,开发新型的活体药物,利用合成生物学的工具和原理对有益微生物进行基因工程改造,以执行或提供由于疾病而丢失或损坏的关键功能。合成生物药物旨在发挥局部作用,并具有全身性的功效来解决患者的疾病。

 

Synlogic已开发出一种早期原型菌株,用于治疗罕见的代谢疾病。该菌株市场前景可观,但仍有改善的空间。在Ginkgo Bioworks铸造厂中,工程师在设计的途径中原型化并分别筛选了三种酶中的1000多种版本,Ginkgo Bioworks利用其规模庞大的铸造厂,帮助 Synlogic的科学家选择在体内外均具有明显改善功能的最佳菌株。

 

Ginkgo Bioworks宣布通过Synlogic在药物设计和开发方面的专业知识的综合实力,将进行8000万美元的优质股权投资,扩大合作范围,丰富Synlogic的产品线,以推动活医学领域的新创新。

 

Ginkgo Bioworks已经成功部署了其平台,以服务于各种内部和外部项目,其中包括化学药品、治疗药物、农业、Motif和Cronos。

 

中国合成生物市场火热


Ginkgo Bioworks主要为企业提供定制化的微生物,他们通过对酵母和细菌的改造来实现这一目的。近些年,DNA合成成本跳水式降低,自动化高通量设备带来的效率提升,以及生物技术与计算机技术的结合,使得合成生物学下游的应用探索迎来了空前的发展机遇, Ginkgo Bioworks等行业独角兽出现也鼓舞了更多人参与。

 

凯赛生物是一家成立于1997年的老牌企业,专注于生物制造的产业化技术开发和实践,已经实现大规模产业化的项目包括长链二元酸、生物基戊二胺、生物基聚酰胺。位于山东的凯赛长链二元酸生产基地于2003年实现产业化,目前年产能为4万吨,是该产品的全球最大供应商,拥有80%以上的市场占有率。该项目的成功也是世界上生物法产品取代石油化学法产品的商业成功案例。

 

近年来,凯赛生物开发了生物基戊二胺并以此生产性能卓越的系列生物基聚酰胺,于2014年成功完成产业化试验运行。凯赛的生物基聚酰胺来源于可再生生物质原料。这是继传统化学法生产的尼龙66和6发明多年后,推出的新型“生物制造”新材料。经国内外用户试用和认可,可广泛应用于纺织和工程塑料领域。

 

蓝晶微生物是一家专注于将合成生物技术应用于分子和材料创新方向的创业公司。2019年11月15日,成立于2016年的蓝晶微生物完成4000万人民币A轮融资,用于既有产品管线的产业化落地、多个世界500强企业客户合作研发管线的推进和基因元件技术平台的深入建设。

 

2019年10月28日,蓝晶微生物于与央企化工巨头中化国际在清华大学签署战略合作协议,双方将携手共同推动蓝晶微生物既有产品管线——生物基可降解材料PHA(聚羟基烷酸酯)的产业化。

 

PHA 是一种新型的可完全生物降解的热塑性材料,可以应用于包装材料、医用植入材料和食品化工业。其原理在于利用微生物将生物质原料转化为生物聚合物,具有和传统的石油基塑料相似的性能,但可以在使用之后完全降解。

 

值得一提的是,蓝晶微生物两位联合创始人李腾博士和张浩千博士是国内最早一批从事合成生物学研究的青年学者,并曾在合成生物学领域最高国际赛事——国际基因工程机器大赛(iGEM大赛)中屡获殊荣。  

 

弈柯莱生物成立于2015年,致力于用生物酶技术实现化学品的产业化。弈柯莱生物将酶定向改造,催化反应,并大规模生产终产物。

 

在医药领域,弈柯莱生物成功筛选出了某转氨酶突变体,研发出全新的、也是全球首个成功绕开默沙东专利的西格列汀合成路线;基于某脱氢酶突变体的成功筛选研发出全新的制备R-3-氨基丁醇(度鲁特韦中间体)的工艺路线。度鲁特韦是目前最热门的抗艾滋病药物,已经列入WTO、盖茨基金会等慈善机构的采购目录。

 

根据Crunchbase的数据,2018年合成生物学领域融资总额高达38亿美元。2019年上半年,65家合成生物学公司共计融资19亿美元。合成生物学已然成为资本的香饽饽,是否会有晚来者强势介入欲分一杯羹? 2020年的合成生物学领域的市场又将如何被分割?各方正拭目以待。

相关赛道 生物制药
注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。
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李成平

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