Gen9

Gen9 — это американская биотехнологическая компания, специализирующаяся на синтезе длинных цепей ДНК (олигонуклеотидов) и создании синтетических генов. Основана в 2009 году в Кембридже (штат Массачусетс, США). Компания известна разработкой и внедрением технологии параллельного синтеза ДНК на микрочипах, что позволило значительно снизить стоимость и ускорить процесс получения искусственных генов по сравнению с традиционными методами. Gen9 была одним из пионеров в области коммерческого синтеза генов и внесла значительный вклад в развитие синтетической биологии.

История

Компания Gen9 была основана в 2009 году как дочернее предприятие Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардского университета. Её создание стало результатом исследований в области синтеза ДНК, проводимых под руководством профессора Джозефа Джейкобсона (MIT) и профессора Джорджа Чёрча (Гарвардский университет). Первоначально компания базировалась в Кембридже, штат Массачусетс, в одном из ведущих биотехнологических кластеров США.

В 2011 году Gen9 привлекла $17 миллионов венчурного финансирования от инвесторов, включая Flagship Ventures и Harris & Harris Group. Эти средства были направлены на коммерциализацию технологии синтеза ДНК на микрочипах, которую компания разрабатывала с момента основания. К 2013 году Gen9 запустила коммерческую платформу для синтеза генов, предлагая услуги по созданию синтетических ДНК-последовательностей длиной до 10 000 пар оснований.

В 2014 году компания расширила свои мощности, открыв новую лабораторию и производственный центр. В 2015 году Gen9 объявила о снижении стоимости синтеза генов до $0,10 за пару оснований, что сделало её услуги одними из самых доступных на рынке. В 2016 году компания была приобретена Ginkgo Bioworks (организация признана нежелательной в РФ) — американской биотехнологической компанией, специализирующейся на инженерии микроорганизмов. После приобретения технологии Gen9 были интегрированы в производственные мощности Ginkgo Bioworks, а самостоятельная деятельность компании была прекращена.

Технология

Основной технологией Gen9 являлся синтез ДНК на микрочипах (chip-based DNA synthesis). В отличие от традиционного синтеза олигонуклеотидов, который проводится в отдельных колонках или на пластиковых носителях, Gen9 использовала микрочипы с высокой плотностью расположения синтезируемых цепочек. Это позволяло одновременно синтезировать тысячи различных олигонуклеотидов на одном чипе.

Принцип работы

Процесс синтеза ДНК в Gen9 включал несколько этапов:

1. Проектирование последовательности: Заказчик предоставлял нуклеотидную последовательность целевого гена. Специалисты Gen9 оптимизировали её для синтеза, учитывая GC-состав, вторичные структуры и повторяющиеся участки.
2. Синтез на микрочипе: На микрочипе, покрытом слоем химически активных групп, проводился параллельный синтез коротких олигонуклеотидов (длиной 60–200 нуклеотидов) с использованием стандартной фосфорамидитной химии. Каждый олигонуклеотид синтезировался в отдельной ячейке чипа.
3. Сборка гена: Синтезированные олигонуклеотиды смывались с чипа и объединялись в более длинные последовательности с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и методов сборки по перекрывающимся концам (например, метод Гибсона или сборка по лигированию).
4. Очистка и верификация: Полученный синтетический ген очищался от побочных продуктов и ошибок с помощью электрофореза и хроматографии. Последовательность проверялась секвенированием по Сэнгеру.

Преимущества

• Высокая пропускная способность: Возможность синтезировать до 10 000 различных олигонуклеотидов на одном чипе.
• Низкая стоимость: Снижение затрат за счёт массового параллельного синтеза.
• Скорость: Время выполнения заказа составляло от 5 до 10 рабочих дней, что было значительно быстрее традиционных методов.

Ограничения

• Длина синтезируемых фрагментов: Максимальная длина гена, который можно было собрать из олигонуклеотидов, составляла около 10 000 пар оснований. Для более длинных последовательностей требовалась дополнительная сборка.
• Ошибки синтеза: Частота ошибок (вставки, делеции, замены) составляла около 1 на 10 000 нуклеотидов, что требовало тщательной верификации.

Применение

Услуги Gen9 использовались в различных областях биотехнологии и молекулярной биологии:

• Синтетическая биология: Создание искусственных генов и генетических конструкций для конструирования микроорганизмов с заданными свойствами (например, для производства биотоплива, лекарств или ферментов).
• Биофармацевтика: Синтез генов, кодирующих терапевтические белки, антитела и вакцины.
• Фундаментальные исследования: Изучение функций генов, создание мутантных вариантов для анализа структуры и активности белков.
• Сельское хозяйство: Разработка генетически модифицированных растений с улучшенными характеристиками.

Влияние на отрасль

Gen9 сыграла ключевую роль в демократизации синтеза ДНК. Снижение стоимости и ускорение процесса сделали синтез генов доступным для небольших исследовательских групп и университетских лабораторий, которые ранее не могли позволить себе такие услуги. Технология параллельного синтеза на микрочипах, разработанная Gen9, стала основой для многих последующих платформ коммерческого синтеза ДНК.

После приобретения Gen9 компанией Ginkgo Bioworks (организация признана нежелательной в РФ) её технологии были интегрированы в производственную инфраструктуру Ginkgo, что позволило последней значительно увеличить масштабы синтеза генов. Ginkgo Bioworks продолжает использовать и развивать методы, заложенные Gen9, для создания синтетических микроорганизмов по заказу клиентов.

Критика и этические аспекты

Деятельность Gen9, как и других компаний, занимающихся синтезом ДНК, вызывала вопросы, связанные с биобезопасностью. Возможность заказа синтетических генов онлайн создавала риски использования технологии для создания патогенных микроорганизмов или токсинов. Gen9 внедрила систему проверки заказов, включающую скрининг последовательностей на соответствие базам данных опасных патогенов (например, вирусов оспы, сибирской язвы). Компания также участвовала в отраслевых инициативах по разработке стандартов биобезопасности, таких как Международное соглашение по синтезу генов (IGSC).

Источники

1. Carlson, R. (2010). Biology Is Technology: The Promise, Peril, and New Business of Engineering Life. Harvard University Press.
2. Hughes, R. A., & Ellington, A. D. (2017). Synthetic DNA synthesis and assembly: putting the synthetic in synthetic biology. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 9(1), a023812.
3. Kosuri, S., & Church, G. M. (2014). Large-scale de novo DNA synthesis: technologies and applications. Nature Methods, 11(5), 499–507.
4. Ma, S., Tang, N., & Tian, J. (2012). DNA synthesis, assembly and applications in synthetic biology. Current Opinion in Chemical Biology, 16(3–4), 260–267.
5. Пресс-релизы Gen9 (2011–2016). Архив компании.
6. Отчёт о приобретении Gen9 компанией Ginkgo Bioworks (2016). GenomeWeb.