Чи може біокомп’ютер BiologiC допомогти вивести біовиробництво в космос?
Біокомп'ютер BiologiC Technologies.
Біологічні технології
Ми живемо у світі, де комп’ютери можуть керувати цілою всесвітньою мережею, створювати музику та мистецтво і навіть писати есе для коледжу. Але коли справа доходить до приборкання біології, ми ще не змогли повною мірою скористатися потужністю обчислювальних технологій. Biologic Technologies, компанія з Кембриджа, Великобританія, хоче привнести революційні інновації в біовиробництво з першим у світі біокомп’ютером, інтегрованою та програмованою системою, яка може бути адаптована до багатьох застосувань, починаючи з лабораторних тестів і застосовуючи клітинну терапію.
Генеральний директор і голова BiologiC Річард Веллакотт бачить величезний потенціал у біотехнології: від вирощування клітинної їжі, яка має набагато менший вплив на навколишнє середовище, до надання людям доступніших ліків. Головне питання – чому ми досі не вирішили ці проблеми? Веллакотт вважає, що це пов’язано з кризою продуктивності в біологічних лабораторіях, яка заважає біовиробництву повністю розкрити свій потенціал.
Цей діагноз ґрунтується на значному досвіді в галузі: до BiologiC Веллакотт обіймав посаду фінансового директора, фінансового директора та тимчасового генерального директора в Horizon Discovery, одній із перших компаній із редагування генів і персоналізованої медицини. Генна та клітинна терапія обіцяє вилікувати багато захворювань, але за своєю суттю обмежена продуктивністю лабораторій, і BiologiC Technologies пропонує вирішення цієї проблеми.
У той час як досягнення в обчислювальних технологіях за останні 70 років зростали експоненціально відповідно до закону Мура, відкриття ліків слідувало зворотній тенденції: з часом вони ставали повільнішими та дорожчими. Ця закономірність, яка називається законом Ерума (Мура пишеться назад), пояснює, чому розробка ліків займає так багато часу, і чому, коли ліки нарешті з’являться на ринку, ціни можуть досягати мільйонів доларів.
BiologiC сподівається змінити закон Eroom, інтегрувавши технології Industry 4.0, такі як автоматизація, штучний інтелект і кіберфізичні інтерфейси, у робочі процеси біології, щоб зробити біолабораторії набагато ефективнішими. Натхненний винаходом інтегральної схеми, яка стала приводом інформаційної революції, біокомп’ютер є системою, що змінює парадигму, яка може прискорити біореволюцію:
«Останні 70 років змінили світ з точки зору інформаційних технологій. Ми можемо взяти всі ці знання та застосувати їх до фізичного процесу, наприклад біології», — вважає Веллакотт. «Це дозволить нам повністю трансформувати робочі процеси біології».
Тиранія чисел у біології
Біовиробництво обіцяє змінити всю економічну модель світу. За оцінками McKinsey, 60% фізичних вкладень в економіку можна зробити за допомогою біології, і Веллакотт погоджується: «Металітет видобутку просто не є стійким», — переконаний він. «Ми можемо використовувати біологію, щоб годувати, живити, лікувати, будувати та обчислювати. Ми можемо створити абсолютно нові галузі, які є набагато більш стійкими». Але масштабування біології з лабораторного стенда до масштабу популяції вимагає трансформаційних змін майже в кожному процесі, від досліджень до виробництва.
У 1960-х роках комп’ютерні інженери зіткнулися з проблемою, відомою як «тиранія чисел». Свого часу комп’ютери складалися з ряду модулів, кожен з яких виконував одну функцію. Щоб побудувати просту схему, потрібно було з’єднати кілька модулів, і оскільки операції ставали складнішими, потрібно було використовувати все більше і більше компонентів, що накладало обмеження на дизайн. Винахід першої інтегральної схеми став поворотним моментом для обчислювальних технологій: проблеми, які колись вимагали складних модульних конструкцій, тепер можна було вирішувати на одній друкованій платі, уможливлюючи будь-яке технологічне застосування, яке ми знаємо сьогодні – від розумних годинників до космічних місій.
Сьогодні біотехнологія стикається з тією ж проблемою: кожен процес у складній екосистемі біотехнології та біовиробництва розділений на багато різних операцій. Для цих операцій використовуються ізольовані робочі станції, дороге спеціалізоване обладнання, а іноді й зовсім інші засоби. BiologiC Technologies хоче змінити це, об’єднавши їх у перший у світі біокомп’ютер.
По суті, біокомп’ютер — це «лабораторія в коробці»: він містить апаратне забезпечення, яке використовується в кожній біолабораторії, і програмне забезпечення для його роботи. Його можна легко перепрограмувати для виконання різних програм, від виробництва їжі до вирощування клітин для клітинної терапії. Щоб створити ці спеціальні пристрої, BiologIC планує кожен процес, який виконує лабораторія, кодує його в автоматизовані операції, виготовляє виготовлені на замовлення частини за допомогою 3D-друку та об’єднує їх в одну інтегровану систему.
Результатом є найпростіша, але універсальна система біовиробництва у світі: пристрій може переміщувати рідини, стежити за ростом клітин, додавати необхідні поживні речовини, фільтрувати та витягувати корисні продукти – при цьому генеруючи багато даних про процес, щоб зрозуміти, як працює біологія і вдосконалювати процес у реальному часі. Біокомп’ютер об’єднує десятки одиниць лабораторного обладнання в одну інтегровану систему, де різні компоненти взаємодіють і працюють разом, щоб контролювати весь процес.
Будівництво біофабрик майбутнього
Цей трансформаційний підхід до управління біологічними робочими процесами може мати вплив на багато секторів. Технології Industry 4.0 роблять біологічні лабораторії більше схожими на фабрики та можуть дати індустрії синтетичної біології перевагу, якої не вистачає, щоб трансформувати яскраві ідеї в рішення для біовиробництва: «Підприємства, які повністю розуміють і користуються перевагами Industry 4.0, матимуть найкращі можливості для створення цінності від можливості, які ще попереду», — вважає Веллакотт.
BiologiC Technologies співпрацює з компаніями над розробкою спеціальних пристроїв для їх конкретних застосувань. Нещодавно компанія співпрацює з Британським центром інноваційних процесів (CPI), який об’єднує академічні кола, бізнес, уряд та інвесторів для втілення ідей у продукти. Центр діє як каталізатор ефективних інновацій, надаючи клієнтам доступ до потрібних експертів, обладнання, мереж, фінансування тощо:
«Як партнер багатьох провідних інноваторів, CPI має унікальну позицію, щоб використовувати досвід світового рівня та перевести бізнес від інновацій до комерціалізації, одночасно інвестуючи в майбутніх бізнес-лідерів», — сказав Френк Міллар, генеральний директор CPI. «За останні 18 років CPI перетворився на один із найбільших і найкраще забезпечених ресурсами інноваційних центрів у Великобританії».
Biologic Technologies наразі має два великі біокомп’ютерні проекти з CPI: один у виробництві мРНК-вакцин, а інший у терапії антитілами.
«Після тісної співпраці протягом тривалого періоду ми вражені швидкістю виконання та комерційною привабливістю BiologiC. Ми бачимо значні переваги в біокомп’ютерній системі BiologiC і здатності підвищити продуктивність біопроцесів порівняно з конкуренцією в секторі. Річард і команда менеджерів побудували вражаючий бізнес, і ми раді підтримати та зробити свій внесок у бізнес, коли він вступає в захоплюючу нову фазу зростання», — сказав генеральний директор CPI.
Зробити ліки, що рятують життя, доступними тощо
Однією з цілей BiologiC є демократизація охорони здоров’я з можливістю виробництва терапії у віддалених середовищах або місцях, де немає для цього інфраструктури. Біокомп’ютер міг би забезпечувати розподілене біовиробництво: встановивши ці пристрої в лікарнях, можна було б проводити основну терапію там, де вона потрібна, і доносити її до людей набагато швидше.
Наприклад, технологію BiologiC можна використовувати для виробництва вакцин у нових гарячих точках інфекції. Один із їхніх перших клієнтів, Oxford Biomedica, виробляє компоненти для вакцин AstraZeneca проти COVID та клітинної терапії. Компанія співпрацює з BiologiC для просування розробки вірусних векторів. Oxford Biomedica використовує нову технологію, щоб зробити свій процес більш відтворюваним і перевірити більше способів введення ДНК у клітини, допомагаючи прискорити розробку нових вакцин.
Але це лише поверхня того, що може зробити повністю автономна наскрізна виробнича система. Веллакотт вважає, що біокомп’ютер може навіть забезпечувати далекі космічні експедиції: «Інтегральна схема дійсно змінила космічну програму. І, за аналогією, це саме те, де ми знаходимося, займаючись біологією в космосі. Ви не можете мати систему типу «одна коробка – одне завдання», тому що тоді ви надсилатимете тисячі різних коробок на супутники чи Марс. Ви хочете, щоб одна коробка виконувала багато завдань: вона могла вирощувати вашу їжу, готувати ліки, очищати повітря тощо», – уявляє Веллакотт.
Наразі це може здатися недосяжним, але від першого польоту літака до висадки на Місяць минуло лише 66 років. Біокомп’ютер може побудувати цілу екосистему додатків – як тут, на землі, так і в космосі – щоб привести до біореволюції так само, як комп’ютери революціонізували наше життя. Небо це межа.
Дякуємо Каті Тарасаві за додаткове дослідження та звіт про цю статтю. Я засновник SynBioBeta, і деякі з компаній, про які я пишу, є спонсорами конференції SynBioBeta та щотижневого дайджесту.
