纽约——基因编辑公司Inscripta的首席执行官凯文·内斯(Kevin Ness)长期以来一直有一个愿景，即像Illumina公司在基因组阅读方面所做的那样，在基因组写作方面做些什么——使基因组工程像今天的基因组测序一样具有创新性、可扩展性和普及性。
为了实现这一目标，Inscripta一直在开发一套集成的软件、试剂、核酸酶和自动化工作台仪器，旨在以一种似乎将CRISPR基因编辑、单细胞基因组学和合成生物学背后的原理结合到一个技术平台上的方式共同工作。
考虑到该公司高管带来的专业知识，这是有道理的。内斯本人是QuantaLife(后来被Bio-Rad收购)和10x Genomics的联合创始人。董事会主席是John Stuelpnagel, Illumina的联合创始人兼首任首席执行官。
这家公司在2017年12月起步缓慢向研究界免费发布了一种新的CRISPR酶．这种酶被称为MAD7，是Inscripta正在开发的所谓的新型rna导向核酸酶马达加斯加家族的一部分。MAD7最初在酿酒酵母而且大肠杆菌．该公司将其用于研究目的，无需预付许可费，并表示将收取费用如果在产品的制造中使用了酶，则收取象征性的费用．
据内斯说，反响很大。2018年3月，他告诉GenomeWeb, MAD7赠品的想法是把基因编辑和工程工具交给研究人员他们经常无法接触到它们。
“我们试图做的是解放整个科学界——不仅仅是学术界，还包括商业部门——并真正刺激创新。因此，我们没有囤积这种技术，而是决定把它完全开放获取。”他当时说vwin德赢ac米兰合作。
这是一个精心设计的商业战略的一部分。“如果我们现在就能创造出更多的基因组编辑器，之后我们就能推出完整的工具集和解决方案，届时就会有一个市场和更多的客户，”内斯补充说。
事实上，随着研究人员开始发表他们自己使用MAD7的发现的研究，这种策略开始产生效果。最近，来自梅奥诊所和爱荷华州立大学的一个团队在BioRxv预印本服务器上发布了一篇关于他们工作的论文在斑马鱼和人类细胞中使用MAD7．
2018年7月，Inscripta宣布了这一消息成功地鉴定了哺乳动物细胞中的MAD7随后释放出马达加斯加家族中一种名为MAD2的新酶。重要的是，Inscripta利用其客户群的专业知识来改进自己的产品，并满足客户的需求——与研究社区合作，使用、测试和改进MAD7，并向公司发送具体的反馈，而不是公司高管试图弄清楚他们的客户想要什么，然后卖给他们。
此外，MAD7的哺乳动物特征和MAD2的发布是使Inscripta实现其最终目标的步骤:创建一整套基因编辑工具，包括仪器、软件和试剂，它们一起工作，“以进行今天甚至无法完成的下一代基因编辑实验，”内斯当时说。
现在，Inscripta正在迈出下一步，最终将全面发布其桌面数字基因组工程平台——该公司的数据科学执行董事Richard Fox发布了来自20万编辑库的结果，该库用于制作各种各样的编辑类型大肠杆菌生物合成途径。
虽然Inscripta的重点仍然是基因编辑，但从总体技术战略的新视角来看，该公司正在扩大重点，更多地关注大规模的基因组工程。vwin德赢ac米兰合作
在本周的一次采访中，内斯说:“在基因组的许多点上，在每个点上，你都能感受到基因扰动或变化的全部影响，同时进行许多实验，所有这些实验都可以被跟踪，这就是我们最终想要提出的综合平台。”“这个平台为你提供了一套完整的工具，可以在基因组的许多地方进行研究，这样你就可以最终为广泛的应用设计生物学。”
总之，Inscripta关于基因组编辑平台的想法是一种技术，可以以合理控制和精确的方式将基因组修改写入基因组内的任何位vwin德赢ac米兰合作置，没有随机的副作用。
“我们已经设计了与之兼容的平台，并(产生)完整的编辑类型，”Ness说。“你不能仅仅通过敲除把你的野生型变成你所关心的表现型。你必须有插入，删除，交换。它可能是敲除和上下调节的组合，插入，删除，交换。我们设计了这样一个平台。”
该平台还具有高通量和尽可能高的成本效益，使研究人员能够进行多轮编辑。最后，他补充说，该平台在每次编辑中集成了独特的、可读的条形码，因此研究人员可以跟踪和监控他们在每个基因组中的编辑和设计，并将最成功的编辑输入到下一轮编辑中。该跟踪系统也兼容机器学习。
奈斯说:“我们已经将所有这些数据放入一个简单易用的单按钮系统中，基础研究人员也可以使用，这样全球社区的每个人都可以获得相同的数据。”“你不需要成为使用这个的专家。”
在深入研究细节时，他描述了该系统是如何设计成在单单元级别工作的。虽然它与96孔板兼容，但该平台本质上是为了将板中的每个孔变成自己的板，将井中的每个单元变成自己的井。换句话说，如果每个孔包含10万个细胞，那么Inscripta相信，它的系统可以在每个孔中进行10万个独立的基因编辑实验，而不是在每个板中进行96个实验。
这是通过整合优化的试剂、导向rna、核酸酶(如MAD7)和跟踪条形码实现的，这些都被设计成可以在大型编辑库中协同工作。此外，Inscripta还设计了与导向rna和核酸酶共价连接的同源臂，一旦在目标细胞的基因组中进行编辑，就确保了同源定向修复(HDR)的优化版本。
在真核细胞中，双链断裂的修复主要通过HDR进行——在HDR中，DNA或序列同源的供体模板被用来修复断裂，从而在细胞中创建一个特定的和新的基因型——或通过非同源端连接(NHEJ)进行。NHEJ是一种同源无关的途径离子，破碎DNA的两端连接在一起，通常比HDR发生得更频繁，即使有供体模板存在。Inscripta声称已经优化了其基因组编辑系统，以规避HDR的不可靠特性。
Inscripta基因组编辑CRISPR复合物包括一个核酸酶，如MAD7，用于切割、修复机器，以及一个Inscripta文库，该文库是由一个引导RNA、一个同源臂和该公司的跟踪条形码共价连接在一起组成的分子。在每个板块的一口井中可以放入成千上万个这样的库。
为了优化修复机制，该公司的研究人员努力确保他们在正确的时间在细胞的正确位置有正确的试剂浓度，并保持这些因素在一个恒定的动力学状态，Ness说。
“这是一个挑战，也是我们已经克服的主要障碍之一，”他补充说。“我们的平台是软件、仪器和试剂，所以我们可以以一种大多数其他CRISPR方法无法做到的方式控制事情，因为它们通常不具备这三种处理方式。”
虽然这样的系统理论上可以设计用于自然发生的核酸酶，如Cas9或Cas12，但动力学和时间常数已经为Inscripta的马达加斯加核酸酶进行了优化，对于其他类型的酶则必须重新调整。
“我们正在引入单细胞书写技术，”内斯说。vwin德赢ac米兰合作
对福克斯来说，当他在一个特定的蛋白质工程实验中使用该技vwin德赢ac米兰合作术时，这项技术的力量就显现出来了。他说，如果没有Inscripta平台，这个实验是不可能实现的。
定向进化是蛋白质工程中模仿自然选择的一种方法。它包括将基因进行反复的诱变、选择和扩增。但这可能是乏味和困难的，而且不可能在给定的蛋白质品系中找到所有有益的变体，因为大多数蛋白质都有大约10个390变体。当应用到整个基因通路或整个基因组时，这个问题会变得非常复杂。
当DNA重组——一种允许加速和定向蛋白质进化的技术在体外并且将来自不同基因的独立分离的突变结合到一个单一的子代中——并且应用机器学习，在蛋白质中发现有益突变的过程变得更容易了。真正的诀窍是能够将高效蛋白质工程的同样原理应用到通路和整个基因组中。
“对于蛋白质，你可以进行一些相当好的大规模编辑，但这只是基因组中的一个位点。一个完整的编辑能力将允许你在蛋白质水平上进行干预，但也可以干预基因组中的所有其他元素，无论它们是核糖体结合位点，还是启动子或终止子，”Fox说。“你希望能够进行小编辑和大编辑，以完全解锁各种编辑类型，这些编辑类型将以对你重要的方式驱动生物学，在基因组中的许多不同的目标中。”
他补充说，目前可用的基因编辑和工程工具将允许通过敲入和敲除在少量基因组位置上进行少量编辑类型;通过蛋白质工程、定向位点突变和表达工程，在少量基因组位置上实现大量的编辑类型;通过全基因组碱基编辑和全基因组敲除筛选，在大量基因组位置上进行少量编辑类型。现在缺少的是在大量基因组位置进行大量编辑类型的能力，而Inscripta正致力于填补这一空白。
该公司选择进行的大规模实验来演示其平台的能力涉及工程大肠杆菌高效生产赖氨酸氨基酸。人们认为，设计一种能有效生产大量赖氨酸的细菌是一项挑战，但这种氨基酸是价值数十亿美元的商品，被添加到从动物饲料到某些药物的所有东西中。
因此，赖氨酸的生物合成途径大肠杆菌已经研究了几十年了。福克斯说:“在任何一种代谢工程项目中，典型的做法都是追逐我们感兴趣的蛋白质，我们当然也做到了。”“但我们也想强调和探索全基因组的力量。”
因此，福克斯在Inscripta的团队深入研究了相关文献大肠杆菌已知的影响赖氨酸生物合成效率的变异，然后采用了不可知论的全基因组方法，增加了数千个变体，包括敲除和对每个基因进行启动子插入的阶梯大肠杆菌。生成的库在大肠杆菌基因组。
由此产生的设计大肠杆菌Fox说，与野生型的起始菌株相比，细胞得到了几十倍到几百倍的改进。其中一些改进来自于对dapA的编辑，dapA是赖氨酸途径中一个众所周知的靶点，其他的则来自于其他蛋白质——包括该团队在赖氨酸途径外发现的17个新靶点——以及各种编辑类型，而不仅仅是敲入或敲除。
福克斯说:“我们有氨基酸，我们有框架转换，我们有启动子，我们有停止，我们找到了所有的它们，我们不仅在途径中找到了它们，而且我们还在全基因组中找到了它们。”“这真的令人兴奋，因为所有这些迄今为止对我们封锁的多样性现在都可以用于未来的工程。”
福克斯说，包括设计、建造和对图书馆实施质量控制措施在内，完成所有这些工作大约需要两个月的时间。他补充说，最终，这一过程可能需要不到一个月的时间。他指出，从技术上讲，用现有的技术是不可能完成这种筛选的。vwin德赢ac米兰合作
一名早期使用该技术的用户估计，建立一个只有5000个编辑的vwin德赢ac米兰合作文库，就可以将启动子交换添加到基因中的每个基本基因大肠杆菌Inscripta首席商务官Jason Gammack指出，赖氨酸途径将花费博士后大约3人年的时间。
这就涉及到想象的困境。当我问(早期体验的客户)他会如何考虑设计这个实验时，他只是说他不会，因为他不能实际执行这个实验，”他补充道。“所以，这表明了当前技术的局限性。”vwin德赢ac米兰合作
对于内斯来说，这种技术的可能性几乎是无穷无尽的。vwin德赢ac米兰合作使科学家能够以几乎不受限制的方式创造他们想要的突变类型的基因组，可以使Inscripta在未来25年里在美国经济的几十个市场中发挥作用，其中一些市场价值数十亿美元。其中一些市场——如制药、废物管理、化妆品或酒精生产——似乎是显而易见的。但如果Inscripta的基因组工程技术如该公司所宣称的那样成功，它就有可能vwin德赢ac米兰合作扩展到材料生产、航空和汽车等不太明显的市场。
Gammack指出，早期的研究正在进行高科技聚合物的应用，以减少飞机的外部阻力。这些聚合物由单体制成，然后聚合成类似鲨鱼皮的形状。他补充说，在另一个例子中，酵母可以被改造成砖，可以用于在发展中国家或资源贫乏地区建造房屋。
“只有想象力的极限在发挥作用，”他说。“目前，所有这些区域都被触及了，但由于目前技术的局限性，真正触及的只是这些区域。”vwin德赢ac米兰合作
然而，Gammack补充说，除了打开数十亿美元市场的大门，该平台也是一个“假设验证机器”，旨在使基础科学研究更容易和更有效。“[研究人员]想要做基因型-表现型的关联。他们想要快速迭代他们的表现型。我们的平台技术也将实现这一vwin德赢ac米兰合作目标。”
内斯和甘马克说，Inscripta平台的最后一部分——台式仪器——计划在今年第四季度发布，尽管一些早期用户现在正在使用它。事实上，早期访问用户包括CRISPR研究领域的先驱，如布罗德研究所和加州大学伯克利分校。
不过，该公司的条形码在标准测序仪上是可读的，其余的软件——核酸酶试剂库软件包是在目前可用的实验室设备上工作的。
“这是一个非常强大的平台，我们正在把它推向世界，”内斯说，并补充说，这项技术的力量将“开始取代现有的技术，这些技术可能会变得有些过时。”vwin德赢ac米兰合作