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深藍盤點了這 3 家初創公司,利用微生物基因測序完成了許多不可能完成的任務:

有望根治消化道頭號怪病的 Enterome Biosicence

看你嘴裡有什麼微生物的 uBiome

在乾旱地區提高棉花產量的 Indigo

微生物基因測序技術準備好了,商業化剛剛起步,這是一片亟待開採的市場。

深藍Deeperblue 撰稿:Judy,編輯:房宮一柳 季星,顧問:譚驗,製圖:Judy 房宮一柳

你以為你每天剋制飲食,勤於鍛煉,就一定會瘦嗎?

實驗證明,與其刻苦減肥,不如 「吃屎」。

2009 年,美國微生物科學院院士、上海交大教授趙立平通過微生物基因組測序技術,證實肥胖與雙歧桿菌減少 、硫酸鹽還原菌增加正相關。為了改變胖子的腸道菌群,美國麻省總醫院研發了一種 「有味道」 的技術:把瘦子的糞便製成減肥葯。這項技術稱為 「糞菌移植」 ,已經成為微生物組產業三大支柱之一(微生物基因組檢測、微生態藥物以及糞菌移植技術)。

聽起來有些難以下咽,但學界認可:目前糞菌移植技術在 SCI 上已有 614 篇相關文獻發表。

我們的腸道裡有上千種微生物、萬億個微生物細胞。如何知道哪一種微生物能夠幫助減肥?哪些微生物會讓人變胖?

腸道中有雙歧桿菌、大腸桿菌、優桿菌、類桿菌等上千種微生物。

這就需要用到微生物基因組測序和分析。簡而言之,就是對微生物進行基因測序,然後放到數據庫中進行比對,繼而分析出微生物的種類,哪一種有益,哪一種有害,甚至各自的功能。

2016 年 5 月,奧巴馬政府推出 「國家微生物組計劃(NMI)」,啟動資金超過 5 億美元。國際上已有 8 個人體微生物組計劃,9 個環境微生物組計劃。人類投資數十億美元,試圖用基因測序精準描繪十幾萬種微生物的遺傳信息。

 

為什麼微生物的基因會受到如此重視?

目前人體與動物基因組已測序完畢,數據庫完備。而微生物基因組測序比前兩者整整晚了十年。

微生物組測序這片未知領地一經探索,可推動以下三個領域的發展:

1、微生物可以應用於臨床診斷和治療

例如,如果我們想要避免做腸鏡,可以以糞便為樣本,檢測腸道菌群,找出失調的微生物,與已知的病癥對應菌群分佈進行對比,診斷病情。進而研發出相應藥物對失調的微生物進行激活或者抑制。

人體自身攜帶 1000 萬億個微生物細胞,總重量加起來超過 1 公斤。微生物與人體互利共生,互相影響健康。科研已證實腸道菌群失調與肥胖症、糖尿病、精神疾病等等有直接關係。

2、微生物可以應用於保健品行業

比如某些酸奶就主打益生菌和益生元對腸道的益處。不同菌種、不同菌株和配比,能產生不同功效,可根據每種人群的腸道菌群,針對性研製益生菌產品,還可用腸道菌群測序結果來評價保健品的調理效果。

 

3、微生物可應用於農業

微生物養料可精確定製不同農作物所需的微生物養料,可顯著提高農業產量。

圖為非洲最大的棉花基地 Burkina Faso,主席 Christian Kabore 在採訪中表示,棉花產量已經不足了。

1995 年,生命科學家弗雷徹曼( Fleichman )完成了流感嗜血桿菌的全基因組測定,微生物基因測序的研究啟動。2016 年,微生物基因測序已做好廣泛應用的準備 。為什麼這麼說呢?

第一,基因測序技術經歷了三代革新,第三代測序技術時間縮短、成本降低,讓大規模微生物組測序成為可能。對於一個微生物的全基因組,第一代測序技術要 100 台儀器、數年、數十萬美元才能測完。而現在一台儀器、十分鐘、幾千美元就能測。

第二,微生物基因的數據庫越來越大、越來越精準。

2007 年,美國啟動了 900 個微生物組測序的 「人類微生物組計劃」,目前已接近完成。截止 2015 年,在美國國家生物技術信息中心(NCBI)的公開數據庫,已收錄 4517 種細菌、 3926 種病毒、 272 種古生菌的全基因組序列。

第三,雲計算、機器學習在生物方面的應用開始普及。

微生物組信息量極大。如果把 NCBI 的微生物組數據用 DVD 儲存(平均 700 MB),這些 DVD 壘起來有 4 個世界第一高樓迪拜塔高。雲計算的出現,能夠突破本地儲存對硬件的高要求。

微生物基因的數據信息複雜。即使最新測序技術也無法突破測序結果誤差大,不完整的瓶頸。這些碎片化,有錯誤的的微生物信息難以正確比對數據庫中的信息。而機器學習算法發展,能夠有效,快速得分析數據。

在歐美,「微生物組測試」正在從實驗室走向市場

在中國,微生物組測序服務只針對科研,提供者如華大基因、諾禾致源、美吉生物等。目前,微生物組測序的商業應用一片空白,人們正期待新的產業誕生。

 

目前,將微生物組測序進行商業應用的公司大部分處於初創階段,主要集中在法國和美國兩個國家。應用於醫療診斷,農業和保健食品三個領域。深藍挑選出了三家相對成熟的創業公司,挑選依據如下:對應市場需求點、技術可靠程度、創始人背景。

1、Enterome Biosicence

創始團隊通過研究腸道菌群基因組開發藥品,有望根治號稱消化科 「頭號怪病」 的克羅恩病。這是一種病因不明、反覆發作、無法根治的腸道炎症性疾病。團隊發現,形成該病的主要原因是粘附侵襲性大腸桿菌(AIEC)過多,造成腸道黏膜病變。這款能有效抑制大腸桿菌增殖的藥物正處於人體臨床試驗階段。

Enterome Bioscience 官網界面,主打多年資深微生物基因組研究技術。

Enterome Bioscience 2012 年成立於巴黎,今年 5 月在位於波士頓的生物醫藥創業硅谷——肯德爾廣場( Kendall Square)開了一家分公司。肯德爾廣場緊鄰哈佛、MIT,是世界生物技術研發重鎮。公司獲得了兩輪共 1750 萬歐元融資,投資方包括微生物投資的全球領導者 Seventure Partners 及雀巢等。

 

公司亮點

1)歐美有約 100 萬克羅恩患者,其中 50% 中重度患者需進行長期治療。然而,服用免疫抑製劑和手術等治療手段只治標不治本。據估計,在 2020 年將有 60 萬中重度患者,意味着 56 億美元的市場。

2)創始人達斯庫 · 艾瑞里奇( Dusko Ehrlich) 擔任法國國家農業研究所(INRA)的研究總監,領導開發了 INRA 宏基因組平台。艾瑞里奇曾在科技期刊發文超過 350 篇。他參與過多個國際微生物組計劃。其餘兩位核心人物均有超過 15  年的微生物組科研經驗。

3)Enterome 獲得法國國家農業研究所(INRA)技術和資金支持,擁有超過 20 年的研發歷史,是微生物組應用的先驅。

4)Enterome 基因組數據庫完備,包含所有糞便微生物的全基因組。

5)公司的合作夥伴包括強生製藥,梅奧診所,藥物開發公司艾伯維,武田藥品工業株式會社等。Enterome 利用其專有的完備基因組數據庫,和這些公司共同開髮針對克羅恩病、運動障礙疾病等微生物相關疾病。

 

2、uBiome

這家公司可以為你口腔或腸道中的菌落測序。一個採樣套餐 89 美元,用戶自主採樣後將樣本寄回 uBiome, 4-6 周後收到報告。報告不僅包括腸道菌落的種類分佈,還可將你的結果與健康人、素食主義者、肥胖者、嗜酒者等等對比。多次測試後,還可以比較不同時間的菌落分佈。

uBiome 網站界面,展示單次或多次測量套餐產品,自主測試,方便用戶。

2013 年,uBiome 作為全球第一個對大眾開放微生物組測序的商業公司,最初的資金由網絡眾籌得來,共吸引到了 2500 個參與者的 35 萬美元支持。2014 年,uBiome 獲得種子輪 150 萬,A 輪 450 萬美金的融資,後成功選入 Y Combinator 以及由 PayPal/Google 創立的 500 Startups.

 

【公司亮點】

1)uBiome 主要提供個人基礎測序服務,利用雲服務儲存與機器學習,最後將分析結果整理成生動直觀,用戶容易理解的報告。

2)可以分析的微生物來源廣。公司不僅可以分析口腔、腸道中的菌落,還可以分析鼻子、皮膚、生殖器的菌落。除了人體,uBiome 已經分析了腫瘤活檢樣本、豬的糞便、海水裡的微生物等等。

3)開啟多方合作,建立商業生態系統。uBiome 為益生元公司 ISOThrive 提供微生物基因測序服務。同時,uBiome 與美國疾病控制與預防中心合作,對至少 1 萬份病人糞便樣本進行測序分析,拓展數據庫。此外,uBiome 還向醫療領域進軍,與醫療機構 OpenBiome 的臨床醫生合作,研究糞菌移植技術。

 

3、Indigo

Indigo 今年 7 月剛發布首款產品 Indigo Cotton 。 這款 100% 環保產品, 通過微生物組測序,將乾旱地區的棉花產量提高了 10%。而現代農業的產量年增長僅為 1%。

Indigo 官網界面。Indigo 採用微生物方式提高作物產量,相比化肥等催產方式,既可以節水,又不會對農作物造成損傷,100% 環保可持續。

這家美國公司成立於 2014 年,首輪投資獲得 5600 萬美元,今年又獲得 1 億美元的投資,這是農業標的有史以來獲得的最大一筆融資。

 

【公司亮點】

1) Indigo 的產品不僅僅可以提高農作物產量,迎合萬億級農業市場需求,還可以應對全球水資源短缺問題。農業生產水資源用量占全球水資源用量的 70%。在保護環境的基礎上,Indigo 用有益微生物處理的低用水量、高產量農作物可能會徹底改變農業現狀。

2)公司只有當作物產量有可量化的增長時才會收取費用,這種模式可促使客戶購買。今年年底將推出第二款產品 Indigo Wheat,繼續針對美國大片的乾旱地區,提高小麥的水分利用率。

3)公司 CEO 在過去的 18 年裡創立了 3 家公司,其中兩個都已經成功上市,募集了超過 7.5 億美元; 第三個公司是開發一個小分子生物葯的,今年被輝瑞以 52 億美元收購。

4)科技總監羅杰特(Roger) 是農業學專家, 2009-2011 被奧巴馬欽點的國家食品農業研究所第一任所長。他目前還擔任加州大學世界食品中心所長,Donald Danforth 植物科學中心名譽校長。

5)Indigo 利用微生物組測序技術和生物信息學計算方法,組建了一個關鍵微生物組信息數據庫,利用機器學習,預測對農作物生長最有利的微生物。將這些微生物應用到農作物上,有利於農作物抵禦病蟲害,提高營養攝入量、水分利用率,最終提高產量。

6)公司的研究團隊約 60 人,已為 4 萬個微生物進行全基因組測序。公司還已經在三個大洲的十幾種作物進行了全年測試。

 

深藍Deeperblue ,如需轉載授權。


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