Dzīves rūpnīca “Ginkgo Bioworks”

• Foto: Maikls Prinss speciāli Forbes

Pastaiga pa Draidokas avēniju – veco industriālo krsatmalu Bostonā – atgādina, ka šī pilsēta vēl aizvien ir nozīmīga industriālā osta. Gar sausajiem dokiem grabēdamas brauc kravas automašīnas, uz dienvidiem stiepjas FedEx konteinerkuģu terminālis, bet ielas galā atrodas Coastal Cement Corporation. Ēkā Nr. 27 Ginkgo Bioworks vadītājs Džeisons Kellijs un četri uzņēmuma līdzdibinātāji strādā pie industriālās vīzijas, kas atšķiras no ierastās, jo tās pamatā ir bioloģija. Mūsdienu Frankenšteinu kvintets veido, modificē un ražo organismus, lai padarītu industriālos procesus lētākus, kā arī ieviestu pilnīgi jaunus procesus.

Uzņēmumā strādā gudri darbinieki. Kukurūzas mēslošana parasti nozīmē daudzu zemes hektāru apsmidzināšanu ar negantām ķimikālijām. Ginkgo strādā pie bioinženierijas risinājuma – videi draudzīga kukurūzas sēklu apvalka, kas pats sevi apgādās ar barības vielām. Mūsdienās biotehnoloģiskie medikamenti lielākoties ir nedzīvi proteīni. Ginkgo grib izveidot dzīvas būtnes, kas būs ģenētiski ieprogrammētas meklēt un iznīcināt slimības, pilnībā tās pārstrādājot. Mākslīgā gaļa ir pretīga. Ginkgo sola, ka padarīs tās garšu labāku.

Un tas ir tikai sākums. Nesen Ginkgo, sapludinot robežu starp dzīvo un nedzīvo, atveidoja iznīkuša Havajas hibiska smaržu, Un Kellijs cieši tic, ka viņa uzņēmums veidos zinātniskās fantastikas sižetos aprakstītu nākotni, kur koki paši augs galda formā, jūraszāles izveidosies par auto sēdekļiem, bet viedtālruņi salabos paši sevi ar dažu cukura sīrupa pilienu palīdzību. Līdz tam gan vēl tāls ceļš ejams, taču gandrīz 11 gadus pēc Ginkgo nodibināšanas “jau ir nedaudz vieglāk par to runāt, neizklausoties pēc galīgi jukuša”, atzīst Kellijs.

Šis ir aizraujošs laiks tādiem uzņēmumiem kā Ginkgo (nosaukts par godu dinozauru ēras kokam, kas ir dzīva fosilija), kuri strādā strauji augošajā sintētiskās bioloģijas jomā. Nozare uzplaukusi tehnoloģisko un ekonomisko faktoru ietekmē, īpaši jau, pateicoties DNS sekvencēšanas cenas samazinājumam un precīzās gēnu rediģēšanas rīka Crisp izveidei, un uzņēmēji steidz dibināt arvien jaunas kompānijas. Šodien šajā jomā darbojas jau vairāk nekā 600 uzņēmumu, ziņo SynBioBeta –Kalifornijas uzņēmums, kas organizē nozares konferences un uztur sintētiskās bioloģijas jaunuzņēmumu datubāzi. Un šajos uzņēmumos straumēm ieplūst nauda, ieskaitot 3,8 miljardus dolāru tikai pagājušajā gadā, līdz ar to nozare ik gadu pieaug par 5–10 %, saka SynBioBeta dibinātājs Džons Kambers. Tā sola ne tikai izstrādāt daudz jaunu produktu, bet arī samazināt videi nodarīto kaitējumu, ko izraisījusi mūsu paļaušanās uz naftas ķīmijas produktiem.

Darbības spektrs ir plašs: tie ir gan DNS molekulu – dzīvības struktūras elementu – pārdevēji, gan patēriņa uzņēmumi. Augu izcelsmes burgeru jaunuzņēmums Beyond Meat maijā veica sākotnējo publisko piedāvājumu (IPO), un tagad tā vērtība ir gandrīz desmit miljardi dolāru. Tā konkurentu – sintētiskās bioloģijas vienradzi Impossible Foods – atbalsta riska kapitāls, un nesen tas sāka piegādāt Impossible Whoopers burgerus ātrās ēdināšanas gigantam Burger King. Bolt Threads, kas novērtēts ar 700 miljoniem dolāru, veido bioloģisku zirnekļtīklu tekstila un ādas apstrādes industrijai. Spektra otrā pusē atrodas Twist Bioscience – pasaulē lielākais sintētiskā DNS pārdevējs, kas uzskata Ginkgo par savu lielāko klientu. Pagājušajā gadā tas veica IPO, un šodien tā tirgus kapitalizācija ir gandrīz miljards dolāru.

Ginkgo ir līderis organismu inženierijas sektorā. “Šis uzņēmums nosaka tendences,” saka Kambers, kurš iepazinās ar Kelliju, kad abi studēja doktorantūrā (Kambers Braunas Universitātē, Kellijs Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā). “Viņi faktiski radīja šo ideju par organismiem, kuri ir produkti.”

Tagad Kellija, bijušā Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) profesora Toma Naita un vēl trīs MIT doktoru – Rešmas Šetijas, Berija Kantona un Ostina Če – dibinātais Ginkgo aptver smaržu, lauksaimniecības un marihuānas nozares, tam ir aptuveni divi desmiti klientu un 50 aktīvu inženierzinātņu projektu. Ginkgo nerada nevienu no šiem produktiem, bet, izmantojot datu analīzi un robotiku, paātrina jaunu procesu atklāšanu un jaunu organismu izveidi – ir visa šī procesa kodols. Ieņēmumi pagājušajā gadā sasniedza aptuveni 40 miljonus dolāru, kas ir divreiz vairāk nekā 2017. gadā, un uzņēmums plāno tos dubultot arī šogad.

Lielāko likmi Ginkgo liek uz portfeļa pieeju, ko zināmā mērā iedvesmoja Vorena Bafeta Berkshire Hathaway akcionāru sapulce, ko Kellijs apmeklēja pagājušajā gadā. Ginkgo veido un investē uzņēmumos, ieskaitot alternatīvā proteīna firmu Motif Ingredients un kopuzņēmumu ar Bayer Joyn Bio. “Tādā veidā mēs mērogojam biznesu,” saka Kellijs. “Tas ir biotehnoloģiju Berkshire.”

Ginkgo tiek ieguldīts daudz gudrās naudas. Būdams nākamā Forbes miljardu dolāru vērto jaunuzņēmumu saraksta absolvents, uzņēmums ir piesaistījis vairāk nekā 400 miljonus dolāru no Bila Geitsa Cascade Investments, Viking Global un General Atlantic. 2017. gada decembrī tā vērtība bija 1,4 miljardi dolāru. Vairāk nekā desmit gadu pēc Ginkgo nodibināšanas Kellijs un visi līdzdibinātāji vēl aizvien strādā šajā uzņēmumā, un viņiem pieder daļas, kuru vērtība, pēc Forbes aplēsēm, ir vairāk nekā 100 miljoni dolāru katram. Kellijs domā, ka galu galā izdosies arī IPO, taču viņš nesteidzas. Sintētiskā bioloģija pašlaik ir ļoti aktuāla, un ir pieejams daudz privātā kapitāla. “Bioloģija ir programmējama, bet tā neapstrādā informāciju – tā būvē lietas,” saka Kellijs, kuram vienmēr līdzi ir klēpjdators ar uzlīmi Es ♥ GMO. “Pārtika, konstrukcijas, materiāli, elektronika – visas šīs nozares izjauks bioloģija.”

Džeisons Kellijs (38) uzauga Floridā, nelielā piekrastes pilsētā Jupiterā netālu no Jupiteras salas, kas ir superbagātu cilvēku patvērums; tur dzīvo arī Taigers Vudss. Bet tad rāmā Jupitera izpelnījās sliktu slavu kā masāžas salona Orchids of Asia atrašanās vieta, kur Roberts Krafts, amerikāņu futbola komandas New England Patriots īpašnieks, tika apsūdzēts par prostitūcijas pakalpojumu saņemšanu. Kellija vecāki, abi farmaceiti, pārcēlās uz Jupiteru septiņdesmitajos gados, lai izbēgtu no aukstuma ziemeļos, un lai atrastu darbu.

Vidusskolā Kelliju ieinteresēja ģenētiskās inženierijas potenciāls. “Kādu sēklu noteikti iesēja Juras laikmeta parks,” viņš tagad atzīst, piesaucot šo Stīvena Spīlberga filmu saistībā ar fosiliju DNS izmantošanu, lai rekonstruētu dinozaurus. Skolā viņš veidoja projektu par Herceptin – ģenētiski izstrādātu antivielu, ko izmanto krūts vēža ārstēšanā. Tas bija pamats idejai par šūnas programmēšanu līdzīgi datorprogrammām.

Būdams MIT students, Kellijs divas vasaras pavadīja laboratorijā, cenšoties pārvietot vienu gēnu baktērijā E.coli, ko bieži izmanto medikamentu ražošanā. Tas bija ilgs un nomācošs darbs… un beidzās bez rezultāta. Tad viņš satika jaunu profesoru Drū Endiju, Naita kolēģi sintētiskās bioloģijas laboratorijā. Kellijs tik ļoti aizrāvās ar ideju par digitālu šūnu kodu ar visiem tiem A, C, G un T, kurus līdzīgi datorprogrammām varēja rakstīt kodā, ka pievienojās Endijam laboratorijā, vēl būdams students. 2003. gadā viņš sāka studēt MIT bioloģijas inženierzinātņu doktorantūrā.

Ap to pašu laiku pievienojās arī pārējie studenti – Ginkgo līdzdibinātāji. Šetija (38) vēl tīņa gados Soltleiksitijā pētīja indīgus gliemežus, kuri izmanto neirotoksīnus, lai paralizētu savu medījumu, bet Jūtas Universitātē pievērsās datorzinātnēm. Kantons (39) bija ieradies MIT pēc mašīnbūves studijām Dublinā, jo interesējās, kā viņš pats stāsta, “par bioloģijas sarežģītības savaldīšanu, izmantojot inženierzinātniskas metodes”. Če (39) dzīvoja netālu no Apple galvenā biroja Kupertīno, iemācījās programmēt septiņu gadu vecumā un bakalaura studijas datorzinātņu jomā pabeidza Stenfordā.

Datoru eksperts Naits (71) savā karjerā piedzīvoja krasu pagriezienu. Deviņdesmitajos gados viņš sāka pētīt, kad beigsies Mūra likums; Intel līdzdibinātājs Gordons Mūrs novērojis, ka ik pēc diviem gadiem tranzistoru skaits mikroshēmās dubultojas. Problēma, viņaprāt, bija tā, ka struktūrām bija jākļūst tik mazām, ka būtu jāstrādā silīciju atomu mērogā, un atomu novietošana pareizajās vietās prasa bioķīmisku precizitāti.

1997. gadā Naits datorzinātņu ēkā izveidoja pats savu mikrobioloģijas laboratoriju. “Daži kolēģi domāja, ka es viņus nogalināšu,” profesors atceras. Bioinženieri taču strādā ar baktērijām, kā E.coli, kas var izraisīt slimības vai pat nāvi. Tomēr citu domas Naitam nerūpēja. “Viņš par visu vairāk vēlējās programmēt bioloģiju – pat tad, kad visi biologi vienā balsī apgalvoja: tas ir pārāk sarežģīti, un viss, ko tu centies izdarīt, ir pilnīgs sviests,” saka Kellijs.

MIT sintētiskās bioloģijas kopiena tolaik bija neliela, bet saliedēta. Šetija un Če strādāja Kaina laboratorijā, Kellijs un Kantons strādāja pie Endija. Darbiniekiem kopīgi ieturot pusdienas, strādājot pie bioloģijas vikipēdijas OpenWetWare un piedaloties International Genetically Engineered Machine (iGEM) studentu konkursos, abas laboratorijas sadraudzējās. Kellijs un Kantons studiju laikā dzīvoja vienā mājā. Kantons un Šetija apprecējās. “Drū un Toms bija kā sūkļi, kuri uzņēma zināšanas no bioloģijas nūģiem,” atceras Kellijs.

Kad 2008. gadā četrotne pabeidza studijas doktorantūrā, Kellijs ierosināja, ka jāveido uzņēmums. Viņi visi vēlējās padarīt bioinženieriju ātrāku, lētāku un vieglāku – tas bija svarīgi šai nozarei, bet nesolīja jaunajam profesoram ne publikācijas, ne mācībspēka amatu. “Nepieciešami nav zinātniskie atklājumi – nepieciešama ir procesu inženierija,” saka Kellijs, kura diplomdarbs bija par tēmu, kā standartizēt mērījumus bioloģijā.

Ar Naita 100 000 dolāru sākotnējo investīciju (kas beigās pieauga līdz 140 000 dolāru) pieci zinātnieki nodibināja Ginkgo. Tas nebija veiksmīgākais laiks, kad sākt. Finanšu krīze smacēja ekonomiku. Bankas pārtrauca izsniegt kredītus, riska kapitālisti naudu  neinvestēja, un, pat ja to darītu, Ginkgo nebūtu viņiem pievilcīgs. “Mēs neizskatījāmies pēc normāla biotehnoloģiju uzņēmuma dibinātājiem,” saka Kellijs. “Neviens nedibina biotehnoloģiju uzņēmumu uzreiz pēc skolas beigšanas. Mums nebija klīniskā darba pieredzes, un mums nebija produkta.”

Viņi pieteicās grantiem, lai segtu savus dzīvošanas izdevumus, un aprīkojumu iegādājās izsolēs, kurās izpārdeva citu neveiksmīgu jaunuzņēmumu mantu. Šķidrumu pārvietošanas robotus un laboratorijas inventāru viņi uzglabāja īrētās U-Haul noliktavās.

Pēc neveiksmīgiem mēģinājumiem vairāku gadu garumā tika nolemts sarīkot ideju ģenerēšanas sesiju. MIT viņi visi pieci strādāja pie kāda iGEM konkursa projekta, kurā veidoja lipīgu E.coli baktēriju ar tajā ievietotu ģenētisko materiālu, kas smaržoja pēc piparmētras. Balstoties uz to, viņi pievērsās garšām un smaržām. Savu pirmo pasūtījumu viņi saņēma no Robertet, smaržu un augu uzņēmuma no Francijas, kuram izstrādāja bioloģisku rožu smaržu. Projekts mērķis bija rīkoties gudri, jo destilēt smaržas no ziediem ir ļoti dārgi, bet lielākā daļa cilvēku nesasaista biotehnoloģijas ar smaržām. Darījums Ginkgo nodrošināja nepieciešamo atspērienu. “Džeisons vēl nespēja pārvarēt milzīgo skepsi par sintētisko bioloģiju,” atceras Braiens Džonsons, OS Fund dibinātājs un Ginkgo investors.

Sapnis par lietu ražošanu, izmantojot bioloģiju, nav jauns – tā pirmsākumi meklējami visai tālā pagātnē. Kad gandrīz pirms 40 gadiem tika nodibināts biotehnoloģiju gigants Amgen, tā centieni izveidot indigo krāsas procesu ar E.coli tika atspoguļoti žurnālā Science. Citi uzņēmumi gadu desmitiem ir mēģinājuši laboratorijās izaudzēt zirnekļtīklu zīdu. Divtūkstošo gadu sākumā vesels pulks sintētiskās bioloģijas speciālistu cerēja radīt degvielu no baktērijām un rauga, taču, kaut arī ogļūdeņražu aizstāšana ir laba ideja no vides veselības viedokļa, lielākā daļa biodegvielas jaunuzņēmumu, naftas cenai krītoties, tika slēgti.

“Ideja par bioloģijas izmantošanu industriāliem mērķiem ir jau sens sapnis,” saka Džošs Hofmans, Ginkgo lielākā konkurenta Zymergen vadītājs.

“Ja vien jūs nepanākat, ka tas darbojas lielā mērogā, tas ir tikai un vienīgi skaists sapnis, kuram, visticamāk, nebūs nekādas ietekmes.”

Dažos pēdējos gados lielās ekonomikas un tehnoloģiskās tendences ir pavirzījušas mūs šim sapnim tuvāk. DNS sintēzes cena ir strauji samazinājusies – no četriem dolāriem par bāzes pāri (divu nukleobāžu vienība, kas veido DNS dubultspirāles struktūras vienības) laikā, kad Kellijs un citi Ginko līdzdibinātāji bija studenti, līdz septiņiem centiem; pasūtot lielus apjomus, cena ir pat vēl zemāka. Tika izveidots Crispr, kas ļauj veikt precīzu genomu pielāgošanu, un tas pavēra jaunas iespējas. Arī mākslīgais intelekts un mašīnmācīšanās palīdz sintētiskās bioloģijas entuziastiem ātrāk mainīt jaunu organismu dizainu.

Šādos apstākļos ir nodibināti uzņēmumi, kas izmanto atšķirīgas pieejas. Piemēram, sešus gadus vecajam Zymergen tagad ir 750 darbinieku, un tas sadarbojas ar Sumitomo Chemical, kas ir viens no lielākajiem elektronikas piegādātājiem. Viens no mērķiem – izveidot nākamās paaudzes displeju pārklājumus, izmantojot dzīvas šūnas, lai padarītu ekrānus noturīgus pret skrāpējumiem. Uzņēmuma vadītājs Hofmans neatklāj ieņēmumus, tomēr saka, līdz 2019. gada beigām Zymergen būs pārdevis ar vaboļu palīdzību veidotos produktus miljarda dolāru vērtībā.

Nesen kādā pēcpusdienā Bostonā Kantons vadīja ekskursiju Ginkgo dzīvības rūpnīcās. Bioworks 3 cehā robots ar pipeti pārvieto DNS fragmentus, kas izšķīdināti šķidrumā, uz paplātes ar mēģenēm astoņās rindās un 12 kolonnās ar tādu ātrumu, kas cilvēkam nebūtu pa spēkam. Pēc tam, kad šūnas plastmasas traukos paaugsies, cits robots tās fotografēs un attēlus izmanto, lai ar augstu precizitāti atbrīvotos no neregulāras formas kolonijām želejas vidē. Telpās valda klusums, cilvēku nav daudz. Darbu lielākoties paveic mašīnas.

Automatizācija ļauj Ginkgo testēt tūkstošus vai pat desmitiem tūkstošu dizainu katram projektam, apgalvo Kantons. Parastā laboratorijā pat vesela grupa zinātnieku varētu veikt tikai desmit testu. “Mūs iedvesmoja tas, ko dara Intel un citi, būvējot pusvadītāju rūpnīcas,” viņš stāsta. Šajā ziemā Ginkgo atvēra Bioworks 4, kas strādās ar zīdītāju šūnām.

Jau tagad Ginkgo ir lielākais laboratorijā veidotā DNS patērētājs pasaulē – pēc Kellija aprēķiniem, viņi izmanto aptuveni 25 % no kopējā apjoma jeb aptuveni 50 miljonus bāzes pāru mēnesī. Turklāt nesen uzņēmums iegādājās Gen9 – piegādātāju, kas specializējas garajās DNS secībās. Uzņēmums uztur arī masīvu un aizvien pieaugošu kodu bāzi, lai izsekotu un analizētu visu, ko sistēma ir iemācījusies no katra projekta. “Ražošanas teoriju var izmantot arī šūnām,” saka Kellijs. “Jo vairāk šūnu programmēšanu tiek veikts mūsu platformā, jo lētāk un vieglāk tas kļūst.”

Kellijs domā, ka tieši mērogs ļaus gūt panākumus virknē nesaistītu nozaru.

“Mēs visi darbojamies sintētiskās bioloģijas jomā, tomēr mēs esam kā amatalus brūvētāji, bet viņi – Budweiser,” salīdzina Džons Garrets, viens no Glycosyn vadītājiem.

Ar šo uzņēmumu Ginkgo sadarbojās, lai efektīvāk ražotu oligosaharīdus, kas ir veselīga krūts piena sastāvdaļa, ar E.coli (tā būtu kā dāvana mātēm, kuras nevar barot bērnu ar krūti, kā arī palīdzētu ārstēt, piemēram Krona slimību).

Pirmais lielais darījums, ko noslēdza Kellijs, bija ar Bayer; kopš iegādājās Monsanto, tas ir pasaules lielākais sēklu uzņēmums. 2017. gada septembrī abi uzņēmumi ar 100 miljonu dolāru lielām investīcijām nodibināja kopuzņēmumu Joyn Bio, lai izstrādātu sēklu apvalku, kas ļaus fermeriem izmantot mazāk ķīmiskā mēslojuma. Sojas pupiņu mikrobiem ir enzīmi, kas ļauj tiem piekļūt gaisā esošajam slāpeklim, bet kukurūzas mikrobiem tādu nav, tāpēc Ginkgo ņem sojas pupiņu gēnus un pārveido tos tā, lai tie sadarbotos ar mikrobiem, kas dzīvo uz kukurūzas. Tas ir globāla mēroga idejas sākuma posms – lauksaimnieki visā pasaulē par mēslojumu iztērē vairāk nekā 150 miljardus dolāru gadā. Ja viss ies labi, produkts būs gatavs ieviešanai tirgū piecu gadu laikā. “Jebkura liela uzņēmuma izaicinājums ir realizēt savas ambīcijas,” saka Joyn Bio vadītājs Maiks Mille.

Bayer interese par Ginkgo bija pagrieziena punkts. Pēc tam sekoja vēl vairāki darījumi, piemēram, ar Kanādas uzņēmumu Cronos, kas izstrādā laboratorijā audzētus retus kanabinoīdus, ko var izmantot apetītes nomākšanai un pretiekaisuma krēmos. Ja Ginkgo varēs piegādāt nepieciešamās virknes, tā akcijas jau tagad tiks novērtētas ar vairāk nekā 200 miljoniem dolāru. Savukārt ar biotehnoloģiju uzņēmumu Synlogic Gingko sadarbojas,  izstrādājot aknu problēmu un neiroloģisku traucējumu ārstēšanas metodes.

Februārī Ginkgo nodibināja apakšuzņēmumu Motif Ingredients, kas izstrādā proteīnus vegāniem. Tos var pievienot pārtikai, lai aizvietotu dzīvnieku produktus, teiksim, gaļu un sieru. Šim projektam no Viking un citiem investoriem tika piesaistīti 90 miljoni dolāru. Maijā uzņēmums pārņēma genomu ieguves platformu Warp Drive Bio, kas bija Revolution Medicines meitasuzņēmums. Pateicoties tam, tika noslēgts līgums ar farmācijas gigantu Roche, lai strādātu pie jaunas antibiotiku klases meklēšanas. Tas bija 160 miljonu dolāru darījums ar papildu bonusiem, ko veiksmes gadījumā saņems Ginkgo.

Kellijam šķiet, ka viņš viegli varētu iegūt vēl 50 vai pat 100 jaunu sadarbības līgumu vai investīciju darījumus, un tas vēl nav maksimāli iespējamais apjoms. “Neviens vēl nav atminējis mērogošanas mīklu,” saka Endijs, kurš tagad ir profesors Stenfordā un vairs nav saistīts ar uzņēmumu. “Džeisons ar savām zināšanām par biznesu eksperimentē, izmantojot šos kopuzņēmumus. Es domāju, ka tā ir pareizā pieeja. Ceru, ka viņam izdosies. Tomēr pirms tam neviens neko tamlīdzīgu nav darījis.”

Ginkgo galvenajā birojā Kellijs paceļ Naita pirmo šūnu skaitļošanas pētījumu, kas uzrakstīts Advancētās aizsardzības izpētes projektu aģentūrai pirms vairāk nekā 20 gadiem, un velk pa to ar pirkstu. Apstājies pie 14. lappuses, kur grafikā parādīts, ka 1995. gadā sekvencēto genomu skaits bija nulle, bet jau 1997. gadā to bija desmit, viņš iesmejas: “Mēs tikko pārņēmām datubāzi ar 135 000 sekvencētiem genomiem.”

Viņš tic, ka šodien sintētiskā bioloģija attīstās ar līdzīgu ātrumu kā skaitļošana resursdatoru ērā. Līdz ar to tiks radīti produkti, kādus šobrīd pat nevaram iedomāties, bioloģija palīdzēs cilvēkiem dzīvot labāk, izvairoties no ķīmiskiem procesiem, kas izraisa klimata izmaiņas un vides degradāciju. “Galu galā tieši ar to arī jālepojas,” viņš saka. “Jāgrib lietas, kas veidotas ar GMO, jo tās ir veidota bioloģiski.”