挽救生命的合成生物学解决方案

如果我们能够将物理学和生物学相结合，在硅芯片表面迅速研发出经济实惠的新型个体化药物，用于治疗癌症、代谢紊乱和传染病，那会怎么样？现在想象一下，如果这种突破性技术能够利用大自然的力量，并为人类提供应对医药、制造业和农业领域最关键挑战的途径，又会怎么样？
 
合成生物学并非科幻小说中遥不可及的幻想，而是一项革命性的跨学科新技术，旨在使生物学技术轻松实现工程设计。这项技术融合了化学、生物学、计算机科学和工程学的各种先进技术，用于设计和制造自然界中不存在的生物组分、解决方案和系统。可以将合成生物学看作是一个基于生物学的工具包，它使用抽象、标准化和自动化构造来改变我们构建生物系统的方式，并扩展可行产品的范围1。
 
Evonetix一直在重新定义生物学和开发一种以前所未有的精度和规模合成长链DNA的截然不同的解决方案。这家生物技术初创公司的使命是促进合成生物学领域的快速发展，提高开发合成生物解决方案（如可以挽救生命的疫苗）的质量和速度并降低其成本，从而改善全球人口健康。
 
为了快速开发先进平台并将其推向市场，Evonetix需要一个具有深厚领域知识、生物传感器解决方案、MEMS处理和半导体精密加工专业知识的合作伙伴。Evonetix选择携手ADI公司及其创新中心Analog Garage，助力实现愿景，并将DNA合成交到全球每一位研究人员的手中。
 
概览
 
公司
 
Evonetix是一家总部位于英国剑桥的生物技术初创公司，是一家开发可扩展、高保真和快速基因合成桌面平台的合成生物技术公司。
 
应用
 
新型可以挽救生命的药物的发现和开发，治疗分子设计和合成，以及精准医疗和诊断。
 
挑战
 
快速开发经济实惠、即插即用、桌面DNA写入器平台，扩大规模并实现商业化。在2022年初创建最简可行产品(MVP)。
 
目标
 
使世界各地实验室的科学家能够快速合成长链DNA，改善全球人口健康。
 
传统DNA合成
 
30多年来，合成DNA的方法一直是构建DNA单链，然后将它们组合形成更长的双链DNA。目前的技术速度较慢，并包含随机错误，需要花时间进一步分析和排序，才能确保获得可接受的质量。因此，这一过程阻碍了新药物疗法的快速发展和医疗保健的进步。
 
EVONETIX生物合成
 
Evonetix提出的专有方法是开发一个将物理学和生物学相结合的平台，在芯片表面成千上万个独立控制的微型反应位点调节DNA的合成。

 图1. 硅芯片


图2. 芯片上的微型反应位点


图3. 长链DNA的合成


图4. 识别并清除错误

合成之后，将通过一个突破性工艺过程识别并清除错误，精度将比传统方法高几个数量级。合成DNA技术提供个性化、个体化药物，使医疗专业人员能够做出更合理、更准确的病人护理决策。
 
共同努力实现宏伟目标
 
ADI在不断探索生物技术初创企业前景的过程中，与Evonetix合作，研究新技术，构建新功能，开拓新商机。ADI的生物传感器解决方案专业知识、先进的MEMS处理技术以及独特的半导体精密加工能力是Evonetix实现其快速生物合成愿景所需的三个关键要素。这三项技术有助于加快药物发现。
 
2019年1月，Evonetix开始与ADI的内部孵化器和创新中心Analog Garage合作。此次合作将加速Evonetix首款桌面DNA写入器的开发和扩展，推动实现商业化。同时设定了一个宏伟目标：到2022年初完成MVP的开发。
 
ADI公司数字医疗健康高级副总裁Patrick O’Doherty表示：“通过与Evonetix合作，ADI公司得以进入不断发展的合成生物市场”。
 
“此次合作旨在提高基因组装的速度和降低其成本，以形成可用于生产经济实惠的药物并在全球范围内治疗各种疾病的创新战略。”

——Patrick O’Doherty ADI公司 | 数字医疗健康高级副总裁

ANALOG GARAGE
 
Patrick O’Doherty指出：“Analog Garage将世界领先的研究型大学和高科技初创企业的工程师、数据科学家、硬件和软件人员汇集在一起。其中很多人拥有信号处理、机器学习或材料科学领域的博士学位，这些都是典型半导体公司的非传统技能，他们在快速发展的创业环境中，积极创建新的解决方案和突破性技术。”
 
“Analog Garage研发团队利用科学、算法、数据及其创造力提供解决方案，为我们的客户解决挑战性问题。我们一直在寻找优秀人才和公司，携手构建改变世界的解决方案。”Analog Garage分部总经理Pat Coady表示。

图5

Evonetix与Analog Garage合作，携手开发集成式解决方案，包括MEMS平台，这是一种专用集成电路(ASIC)，旨在实现微型控制电子元件和流动池。
 
Evonetix目前正在使用ADI公司的测试芯片传感器结构进行测试，在未来两年内，将进行更多的实验、评估和验证。最终的芯片尚未完全开发完毕。ADI公司将负责该技术的商业推广，并帮助生产桌面DNA写入器设备。ADI公司计划在开发阶段完成后立即生产该传感器芯片。
 
“Analog Garage研发团队的支持和专业技术在帮助我们设计复杂控制ASIC方面发挥了不可估量的作用，我们期待进一步展开合作，以实现该平台的商业化规模生产。”

——Matthew Hayes博士 Evonetix首席技术官

Evonetix即插即用桌面设备

图6. Evonetix桌面设备的设计概念图

Evonetix DNA写入器将是一款即插即用桌面仪器，易于获取和使用。它将通过一次性专用盒体支持多种功能和应用，这些盒体包含大量的复杂组件并支持高度并行的合成。
 
Evonetix的首款产品预计将在2021年底进入beta测试阶段。之后，ADI和Evonetix将继续合作，共同提高基因组装的速度，提高效率和精度，降低成本。
 
“我们的使命是开发高度并行的桌面平台，以实现DNA合成的精度和规模。与ADI公司的合作使我们向前迈出了重要的一步。”

——Matthew Hayes博士 Evonetix首席技术官

对人类的影响

图7

抗击疫情
 
在撰写本文时，还没有获得批准的COVID-19新冠病毒疫苗或治愈方法。但是世界各地的研究人员都在利用他们所拥有的技术努力寻找解决方案。人类终将击败COVID-19新冠病毒，但就目前而言，未来仍未可知。
 
Evonetix突破性桌面平台的最终开发和商业化进程可能无法在抗击COVID-19新冠肺炎疫情的过程中发挥重要作用。但是，Evonetix至关重要的、截然不同的基因合成方法，可能在抗击下一次及以后的疫情中发挥重要作用。这项技术让未来充满了希望，使全世界的研究人员能够快速、准确、经济高效地开发出挽救生命的药物和疫苗。
 
对人类的深远影响
 
DNA合成有望助力实现旨在生产经济实惠的药物并治疗各种疾病的创新战略。合成生物学可用于制药和新药研发、先进生物燃料、工业生物技术、特种化学品、可再生能源、农业和材料科学等各种领域的应用。它可能有助于减少我们对石油的依赖，阻止传染病的传播，并满足世界饥饿人口的营养需求。
 
快速而准确的基因合成加速了科学家大规模利用生物学的能力，这是使用其他方法无法实现的。Evonetix和ADI合作开发的这项技术能够解决人类面临的最大挑战，为人类创造一个更美好、更安全、更健康的地球生存环境。