合成生物學(xué)并非科幻小說(shuō)中遙不可及的幻想，而是一項革命性的跨學(xué)科新技術(shù)，旨在使生物學(xué)技術(shù)輕松實(shí)現工程設計。這項技術(shù)融合了化學(xué)、生物學(xué)、計算機科學(xué)和工程學(xué)的各種先進(jìn)技術(shù)，用于設計和制造自然界中不存在的生物組分、解決方案和系統?？梢詫⒑铣缮飳W(xué)看作是一個(gè)基于生物學(xué)的工具包，它使用抽象、標準化和自動(dòng)化構造來(lái)改變我們構建生物系統的方式，并擴展可行產(chǎn)品的范圍1。

 

Evonetix一直在重新定義生物學(xué)和開(kāi)發(fā)一種以前所未有的精度和規模合成長(cháng)鏈DNA的截然不同的解決方案。這家生物技術(shù)初創(chuàng )公司的使命是促進(jìn)合成生物學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，提高開(kāi)發(fā)合成生物解決方案（如可以挽救生命的疫苗）的質(zhì)量和速度并降低其成本，從而改善全球人口健康。

 

為了快速開(kāi)發(fā)先進(jìn)平臺并將其推向市場(chǎng)，Evonetix需要一個(gè)具有深厚領(lǐng)域知識、生物傳感器解決方案、MEMS處理和半導體精密加工專(zhuān)業(yè)知識的合作伙伴。Evonetix選擇攜手ADI公司及其創(chuàng )新中心Analog Garage，助力實(shí)現愿景，并將DNA合成交到全球每一位研究人員的手中。

 

概覽

 

公司

 

Evonetix是一家總部位于英國劍橋的生物技術(shù)初創(chuàng )公司，是一家開(kāi)發(fā)可擴展、高保真和快速基因合成桌面平臺的合成生物技術(shù)公司。

 

應用

 

新型可以挽救生命的藥物的發(fā)現和開(kāi)發(fā)，治療分子設計和合成，以及精準醫療和診斷。

 

挑戰

 

快速開(kāi)發(fā)經(jīng)濟實(shí)惠、即插即用、桌面DNA寫(xiě)入器平臺，擴大規模并實(shí)現商業(yè)化。在2022年初創(chuàng )建最簡(jiǎn)可行產(chǎn)品(MVP)。

 

目標

 

使世界各地實(shí)驗室的科學(xué)家能夠快速合成長(cháng)鏈DNA，改善全球人口健康。

 

傳統DNA合成

 

30多年來(lái)，合成DNA的方法一直是構建DNA單鏈，然后將它們組合形成更長(cháng)的雙鏈DNA。目前的技術(shù)速度較慢，并包含隨機錯誤，需要花時(shí)間進(jìn)一步分析和排序，才能確保獲得可接受的質(zhì)量。因此，這一過(guò)程阻礙了新藥物療法的快速發(fā)展和醫療保健的進(jìn)步。

 

EVONETIX生物合成

 

Evonetix提出的專(zhuān)有方法是開(kāi)發(fā)一個(gè)將物理學(xué)和生物學(xué)相結合的平臺，在芯片表面成千上萬(wàn)個(gè)獨立控制的微型反應位點(diǎn)調節DNA的合成。

 

圖1. 硅芯片

 

圖2. 芯片上的微型反應位點(diǎn)

 

圖3. 長(cháng)鏈DNA的合成

 

圖4. 識別并清除錯誤

 

合成之后，將通過(guò)一個(gè)突破性工藝過(guò)程識別并清除錯誤，精度將比傳統方法高幾個(gè)數量級。合成DNA技術(shù)提供個(gè)性化、個(gè)體化藥物，使醫療專(zhuān)業(yè)人員能夠做出更合理、更準確的病人護理決策。

 

共同努力實(shí)現宏偉目標

 

ADI在不斷探索生物技術(shù)初創(chuàng )企業(yè)前景的過(guò)程中，與Evonetix合作，研究新技術(shù)，構建新功能，開(kāi)拓新商機。ADI的生物傳感器解決方案專(zhuān)業(yè)知識、先進(jìn)的MEMS處理技術(shù)以及獨特的半導體精密加工能力是Evonetix實(shí)現其快速生物合成愿景所需的三個(gè)關(guān)鍵要素。這三項技術(shù)有助于加快藥物發(fā)現。

 

2019年1月，Evonetix開(kāi)始與ADI的內部孵化器和創(chuàng )新中心Analog Garage合作。此次合作將加速Evonetix首款桌面DNA寫(xiě)入器的開(kāi)發(fā)和擴展，推動(dòng)實(shí)現商業(yè)化。同時(shí)設定了一個(gè)宏偉目標：到2022年初完成MVP的開(kāi)發(fā)。

 

ADI公司數字醫療健康高級副總裁Patrick O’Doherty表示：“通過(guò)與Evonetix合作，ADI公司得以進(jìn)入不斷發(fā)展的合成生物市場(chǎng)”。

 

“此次合作旨在提高基因組裝的速度和降低其成本，以形成可用于生產(chǎn)經(jīng)濟實(shí)惠的藥物并在全球范圍內治療各種疾病的創(chuàng )新戰略。”

——Patrick O’Doherty

——ADI公司 | 數字醫療健康高級副總裁

 

ANALOG GARAGE

 

Patrick O’Doherty指出：“Analog Garage將世界領(lǐng)先的研究型大學(xué)和高科技初創(chuàng )企業(yè)的工程師、數據科學(xué)家、硬件和軟件人員匯集在一起。其中很多人擁有信號處理、機器學(xué)習或材料科學(xué)領(lǐng)域的博士學(xué)位，這些都是典型半導體公司的非傳統技能，他們在快速發(fā)展的創(chuàng )業(yè)環(huán)境中，積極創(chuàng )建新的解決方案和突破性技術(shù)。”

 

“Analog Garage研發(fā)團隊利用科學(xué)、算法、數據及其創(chuàng )造力提供解決方案，為我們的客戶(hù)解決挑戰性問(wèn)題。我們一直在尋找優(yōu)秀人才和公司，攜手構建改變世界的解決方案。”Analog Garage分部總經(jīng)理Pat Coady表示。

 

圖5

 

Evonetix與Analog Garage合作，攜手開(kāi)發(fā)集成式解決方案，包括MEMS平臺，這是一種專(zhuān)用集成電路(ASIC)，旨在實(shí)現微型控制電子元件和流動(dòng)池。

 

Evonetix目前正在使用ADI公司的測試芯片傳感器結構進(jìn)行測試，在未來(lái)兩年內，將進(jìn)行更多的實(shí)驗、評估和驗證。最終的芯片尚未完全開(kāi)發(fā)完畢。ADI公司將負責該技術(shù)的商業(yè)推廣，并幫助生產(chǎn)桌面DNA寫(xiě)入器設備。ADI公司計劃在開(kāi)發(fā)階段完成后立即生產(chǎn)該傳感器芯片。

 

“Analog Garage研發(fā)團隊的支持和專(zhuān)業(yè)技術(shù)在幫助我們設計復雜控制ASIC方面發(fā)揮了不可估量的作用，我們期待進(jìn)一步展開(kāi)合作，以實(shí)現該平臺的商業(yè)化規模生產(chǎn)。”

——Matthew Hayes博士

——Evonetix首席技術(shù)官

 

Evonetix即插即用桌面設備

 

圖6. Evonetix桌面設備的設計概念圖

 

Evonetix DNA寫(xiě)入器將是一款即插即用桌面儀器，易于獲取和使用。它將通過(guò)一次性專(zhuān)用盒體支持多種功能和應用，這些盒體包含大量的復雜組件并支持高度并行的合成。

 

Evonetix的首款產(chǎn)品預計將在2021年底進(jìn)入beta測試階段。之后，ADI和Evonetix將繼續合作，共同提高基因組裝的速度，提高效率和精度，降低成本。

 

“我們的使命是開(kāi)發(fā)高度并行的桌面平臺，以實(shí)現DNA合成的精度和規模。與ADI公司的合作使我們向前邁出了重要的一步。”

——Matthew Hayes博士

——Evonetix首席技術(shù)官

 

對人類(lèi)的影響

 

圖7

 

抗擊疫情

 

在撰寫(xiě)本文時(shí)，還沒(méi)有獲得批準的COVID-19新冠病毒疫苗或治愈方法。但是世界各地的研究人員都在利用他們所擁有的技術(shù)努力尋找解決方案。人類(lèi)終將擊敗COVID-19新冠病毒，但就目前而言，未來(lái)仍未可知。

 

Evonetix突破性桌面平臺的最終開(kāi)發(fā)和商業(yè)化進(jìn)程可能無(wú)法在抗擊COVID-19新冠肺炎疫情的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。但是，Evonetix至關(guān)重要的、截然不同的基因合成方法，可能在抗擊下一次及以后的疫情中發(fā)揮重要作用。這項技術(shù)讓未來(lái)充滿(mǎn)了希望，使全世界的研究人員能夠快速、準確、經(jīng)濟高效地開(kāi)發(fā)出挽救生命的藥物和疫苗。

 

對人類(lèi)的深遠影響

 

DNA合成有望助力實(shí)現旨在生產(chǎn)經(jīng)濟實(shí)惠的藥物并治療各種疾病的創(chuàng )新戰略。合成生物學(xué)可用于制藥和新藥研發(fā)、先進(jìn)生物燃料、工業(yè)生物技術(shù)、特種化學(xué)品、可再生能源、農業(yè)和材料科學(xué)等各種領(lǐng)域的應用。它可能有助于減少我們對石油的依賴(lài)，阻止傳染病的傳播，并滿(mǎn)足世界饑餓人口的營(yíng)養需求。

 

快速而準確的基因合成加速了科學(xué)家大規模利用生物學(xué)的能力，這是使用其他方法無(wú)法實(shí)現的。Evonetix和ADI合作開(kāi)發(fā)的這項技術(shù)能夠解決人類(lèi)面臨的最大挑戰，為人類(lèi)創(chuàng )造一個(gè)更美好、更安全、更健康的地球生存環(huán)境。

 

1工程生物學(xué)研究聯(lián)盟。

 

 

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