微訪談：Synthego科研負責人Kevin Holden
CRISPR基因編輯技術的推出已有5年之久，這是一種快速、高度精確的生物體DNA編輯方法。CRISPR革新了醫學研究、藥物開發和農業，但是該過程仍需要相當長的時間來識別和構建“嚮導RNA”文庫，以定位需要被切除或修飾的特定基因。
據麥姆斯諮詢報道，根據Yole最新發布的《從實驗室到產業，基因編輯技術CRISPR市場總覽-2018版》報告，2017年CRISPR市場規模為5.46億美元，預計到2023年將增長至50億美元，複合年增長率為44%。在此背景下，Yole生物技術&分子創新技術和市場分析師兼報告合作者Asma Siari近期採訪了基因工程領域的關鍵廠商，Synthego公司的科研負責人Kevin Holden。Synthego開發了一款創新科學儀器，擁有工業自動化模塊和軟件驅動的“智慧工廠”，可用於生產優化的嚮導RNA，主要針對從細菌到人體微生物中的DNA。通過集中自動化，Synthego將合成嚮導RNA的成本降低了近80%，並大幅加速了生產速度。
2017~2023年CRISPR技術全球市場預測
Asma Siari（以下簡稱AS）：您能否簡單介紹一下Synthego及其在基因組編輯領域的主要工作重點？
Kevin Holden（以下簡稱KH）：Synthego是一家位於加利福尼亞硅谷的基因組工程公司，由兩位前SpaceX工程師創立，旨在將自動化和標準化納入基因組工程領域。我們的團隊擁有一群工程師、化學家、合成生物學家和計算機生物學家，團隊成員共同合作構建軟件驅動的自動化平臺，以實現標準化。我們的成就包括一種新型化學合成架構，可大規模生成用於CRISPR基因組工程的試劑。我們還開發了一款自動化系統，利用這些試劑作為平臺的一部分，大規模執行基於CRISPR的細胞系工程。
AS：Synthego的硬件平臺有助於嚮導RNA的合成，這是將CRISPR技術引導至基因組特定位置的關鍵因素。該平臺背後的科技是什麼？它是如何工作的，與現有技術相比又有哪些優勢？
KH：由軟件驅動的“智慧工廠”使得高效、高度可重複的化學合成嚮導RNA成為可能，這是CRISPR基因組工程中使用的關鍵試劑。我們新的合成架構的一大關鍵優勢是它允許我們合成僅用於研究（research-use-only, RUO）的100個核苷酸、全長單一向導RNA（single-guide RNA, sgRNA），正如Jennifer Doudna和George Church的實驗室在幾年前展示的那樣，這是在CRISPR基因組工程中編輯Cas9核酸酶的最佳RNA格式。因為它們是化學合成的，所以我們生成的sgRNA也可以使用核苷酸修飾來保護，這種操作能夠在細胞內核酸外切酶環境下提供穩定性，也能防止細胞內先天性免疫應答。
我們為RNA合成化學提供了一些受專利保護的專項創新，包括使用軟件對合成進行過程控制。這使得我們能夠非常精確地跟蹤我們以單核苷酸分辨率合成的內容。這一點非常重要，因為我們將在未來為sgRNA 構建cGMP（動態藥品生產管理規範）能力，這將使我們能夠為基因療法的臨床和最終監管的臨床試驗提供高質量、便宜的材料。
我們也對我們生成的每一種化合物進行28項指標的質量控制評估，因為我們覺得質量對確保準確性和可重複性非常重要。我們開發的工廠允許我們並行運行多個合成，以及輕鬆擴展工廠規模，或將工廠“複製”到世界各地。它非常靈活，我們的平臺也允許我們在管道或基板上生產從微克到克級的sgRNA材料，同時顯著減少與舊合成技術相關的時間和廢棄物。
AS：新一代測序技術（NGS）是基因組編輯分析的黃金標準。然而，新一代測序技術的成本和週轉時間在CRISPR的工作流程中造成了重大瓶頸。您認為ICE有潛力成為CRISPR分析的一大標準嗎？
KH：它當然可以成為標準，並且我們已經看到了這方面的證據。研究界對CRISPR編輯推理（Inference of CRISPR Editing, ICE）工具的反饋非常積極。它是免費的，允許一次批量分析多達700個樣本，並且可以處理複雜的編輯方案，例如，3個sgRNA以局部方式多重化生成一個外顯子脫扣（dropout），這就是我們用於基因敲除策略的方法，現在，在測試版中還有一個基因敲入分析工具。輸出結果可以保存為唯一的鏈接地址，易於與同事共享，或者整個軟件包也可以從GitHub下載並在本地使用。
雖然新一代測序技術仍舊是基因分析的“真理”，但使用桑格測序數據（Sanger sequencing data）（隔天就可以在世界上的大多數主要生物技術中心獲得信息）可以提供更便宜的替代品，產生的信息非常準確且有價值。在我們為ICE提交的BioRxiv期刊中，我們展示了它在編輯細胞群中反捲積混合桑格圖譜的能力，這與我們使用新一代測序技術所觀察到的能力之間有很強的相關性。許多地方沒有使用新一代測序技術的訪問權限或預算，因此這將成為一個很好的選擇。對Synthego而言，它非常適用於我們基於CRISPR的自動化細胞工程平臺的工作流程。
AS：Synthego現在針對的主要應用是什麼？為什麼公司會選擇解決這些問題？此外，Synthego是否涉及CAR T細胞免疫療法？
KH：現如今，我們提供的產品和服務涉及多個基因組工程領域。對初學者而言，可以藉助生物信息學工具，如基因敲除嚮導設計軟件和上述討論的ICE工具。我們開發這些工具來支持我們自己的工作，也很高興能夠幫助到其他科學家展開工作。我們將在未來推出更多的軟件工具，並繼續為科學家們提供免費、有用的工具。
在試劑方面，我們提供了使用CRISPR的最有效方式：使用化學修飾的合成sgRNA。能夠幫助一大批研究人員（致力於永生細胞系和人類原代細胞）開發出新的疾病模型並開展潛在的基因療法。事實上，我們的客戶正在利用我們的試劑開發CAR T細胞免疫療法，其中一些客戶最終需要為這些療法從RUO轉為GMP材料。到那時，我們將準備好為他們提供支持。也就是說，我們目前並沒有直接參與開發任何此類療法。
此外，在產品方面，我們現在為超過700種永生細胞系提供用於基因敲除和定製敲入的工程細胞系。多虧了我們為基於CRISPR的細胞工程開發的自動化平臺，我們可以以非常低的價格和快速的週轉時間提供上述產品。這些細胞系涉及多種應用，包括生成疾病的體外模型、藥物靶標識別和驗證、抗體驗證、基因標記、安全性評估和基礎生物學研究。CRISPR是一種強大的分子生物學工具，通過生成細胞系，我們希望不僅能夠幫助到希望在自己的研究中利用到CRISPR諸多應用的科學家們，還能夠實現細胞水平研究的標準化。這有助我們所有人開發出更多可重複的方法和更可靠的數據，並最終轉化為更強的治療方法和模型。我們可以幫助科學家們在他們的細胞系中設計他們想要的基因組修飾，以便他們專注於研究，而不是花費數月去優化基因組工程。
AS：Synthego在C輪融資中籌集了1.1億美元，你們將如何使用這筆錢？
KH：Synthego將使用這筆資金投資和擴建其RNA和細胞工程工廠，以增加產能並滿足客戶需求，也包括合成用於治療的臨床級RNA。我們還將利用這些資金開發更強大的信息工具，並將我們認為會使研究界受益的新產品推向市場。部分資金將用於增加員工，使我們能夠專注於新的研發工作，包括從工程角度探索我們如何在未來降低基因療法的成本。
AS：市場上已經有幾種基因療法，但是患者往往需要花費數十萬美元。CRISPR有潛力降低基因治療的成本，使其變得平價。您認為CRIPSR是否會降低患者的整體基因治療成本？
KH：初步試驗成功後，後續治療方案可能會變得更便宜。然而，這些治療只適用於少數人。現有狀態下，基因治療可能仍然非常昂貴，所以真正的問題是，“誰可以使用這些技術？”我們的公司願景是利用新穎的工程方法，嘗試為數百萬可以從中受益的人提供基因治療。最終，嘗試降低這些療法的成本將成為一項科學和工程挑戰，但我們相信這是一個我們能夠產生積極影響的領域。
AS：作為一家還處於早期階段的公司，Synthego從CRISPR盈利的商業模式是怎樣的？
KH：我們目前通過出售CRISPR試劑和CRISPR工程細胞係獲得營收。我們擴張這兩個工廠的軟件驅動自動化方法使我們能夠為這些市場創造規模經濟。作為一家處於早期階段的公司，我們不僅要開發有用的科學方法和數據來幫助客戶，也能借此產生營收並推出新產品，最終可以為研究界帶來巨大幫助，併為想要治療基因疾病的臨床醫生提供材料。隨著Synthego的持續性增長，我們將擴展其他市場，通過創新和顛覆性方法創造新的營收。
AS：結束採訪之前的最後一問，CRISPR在細胞/基因治療領域有多大潛力？還存在哪些障礙？Synthego將如何助力克服上述障礙？
KH：像CRISPR這樣的基因組編輯技術有巨大潛力對細胞和基因治療產生影響。現有的CRISPR版本有可能是基因組編輯技術中最有效的，或者可能是基於編輯等更新的技術成為最受歡迎的方法。我認為CRISPR核酸酶的發現將繼續推動其他可編程核酸酶的發現，這些核酸酶可作為細胞和基因治療的合適平臺。總體而言，與舊方法相比，CRISPR在基因組工程領域有其簡易性和有效性，未來有可能成為這些療法的有效方法。
我認為我們首先會看到基因療法，然後是細胞療法的發展，但是有一些重要的障礙還有待克服，例如能夠將CRISPR成分有效傳遞到具有高度特異性的患病細胞或組織中去。Synthego在開發體外和體內治療應用的臨床級sgRNA中將發揮重要作用，並提供研究級材料來評估原代人類細胞的治療；以及供科學家建立疾病體外模型的工程細胞，以便他們進行基因狀況研究。此外，我們對基因治療自動化技術的研發工作可以幫助降低一些相關成本。通過我們針對CRISPR基因組工程的完整工程方法，我們相信我們可以幫助研究人員在發現和研究過程的各個層級開展相關工作。
延伸閱讀：
《從實驗室到產業，基因編輯技術CRISPR市場總覽-2018版》
《新一代測序（NGS）市場-2017版》
原文鏈接：http://www.mems.me/mems/micro-interview_201901/7639.html
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