Bagaimana Biofoundries Mempercepat Inovasi Peningkat Kehidupan dalam Biomanufaktur

Siklus inovasi tradisional dalam biologi sintetik melibatkan banyak pengulangan langkah-langkah yang kami sebut sebagai “desain, bangun, uji, pelajari (DBTL).†Setelah langkah terakhir, kami mengambil apa yang kami pelajari dan menerapkannya pada iterasi desain berikutnya, mengulangi siklus tersebut hingga kami melakukannya dengan benar. Ini merupakan proses yang melelahkan dan seringkali mahal, namun sangat penting untuk mendorong inovasi genom generasi berikutnya—kemajuan DNA dan RNA yang tidak hanya akan menghasilkan kemajuan medis, namun juga makanan, bahan bakar, dan material baru.

Industri bioteknologi berkembang pesat untuk meningkatkan efisiensi siklus ini guna mempercepat pengembangan inovasi yang paling menjanjikan. Elemen kunci dari evolusi tersebut adalah pertumbuhan biofoundries – laboratorium penelitian internal yang sangat otomatis yang dibangun untuk mempercepat siklus DBTL dalam penemuan dan pengembangan genom.

â€

Biofoundry yang khas dilengkapi dengan teknologi tercanggih dan instrumentasi canggih, menyediakan infrastruktur terintegrasi yang memungkinkan penelitian multidisiplin dengan hasil tinggi dan mendukung desain cepat, konstruksi, dan pengujian organisme yang diprogram ulang secara genetik untuk aplikasi bioteknologi. Kemampuannya antara lain meliputi pengurutan DNA dan RNA, flow cytometry, pengambilan koloni dengan throughput tinggi, penyaringan klon, dan kultur sel. Awalnya dikembangkan untuk mempercepat pencarian alternatif yang diproduksi secara biologis terhadap proses industri konvensional, biofoundries kini juga diterapkan pada inovasi medis dan solusi perawatan kesehatan yang canggih.

â€

Teknologi yang Saling Berhubungan

Meskipun biofoundry menerima pendanaan dari sumber-sumber publik, akademis, dan sektor swasta, Lesaffre menonjol sebagai contoh utama perusahaan swasta yang telah membangun dan mengoperasikan fasilitas besar miliknya sendiri. Lesaffre adalah penyedia ragi, produk ragi, perasa, wewangian, nutraceuticals, dan obat-obatan global yang berbasis di Perancis yang dibuat melalui fermentasi presisi. Biofoundry-nya mempunyai kapasitas untuk melakukan 20.000 pengujian berbasis pertumbuhan per hari, dengan pemantauan otomatis terhadap aktivitas enzim atau pertumbuhan sel beberapa kali per hari. Robot-robot di fasilitas tersebut diprogram dengan perangkat lunak yang secara khusus disesuaikan dengan kebutuhan para peneliti dan terhubung ke sistem manajemen informasi laboratorium perusahaan dan buku catatan laboratorium elektronik. Biofoundry mencakup lebih dari 100 instrumen yang dapat diprogram dan saling berhubungan yang mendukung delapan sel kerja.

Teknologi ini memungkinkan Lesaffre bekerja sama dengan berbagai pelanggan untuk mempercepat inovasi. Misalnya, perusahaan bekerja sama dengan produsen makanan panggang untuk mengoptimalkan berbagai jenis ragi guna meningkatkan produksi.

“Akses terhadap alat-alat ini telah meningkatkan kapasitas pemeriksaan kami dari 10.000 [yeast] strain per tahun menjadi 20.000 per hari. Proyek perbaikan genetik yang sebelumnya memerlukan waktu lima hingga 10 tahun kini dapat diselesaikan dalam waktu enam hingga 12 bulan,†kata Massimo Merighi, mantan Chief Bioengineering Officer Lesaffre dan General Manager Recombia Biosciences. “Biologi masih sulit untuk direkayasa, namun solusi otomasi yang kami adopsi dan sempurnakan memungkinkan kami melakukan hal-hal yang tidak terpikirkan beberapa tahun lalu.â€

â€

Dari Makanan hingga Bahan Bakar

Kemampuan untuk memodifikasi strain ragi dengan cepat juga bermanfaat bagi pengembang sumber daya terbarukan, termasuk bahan bakar alternatif. Misalnya, teknologi enzim baru dan fermentasi ragi dapat digunakan untuk mengubah bahan baku berbasis karbon, limbah atau residu pertanian menjadi etanol terbarukan. Mengoptimalkan strain ragi membantu meningkatkan hasil produksi etanol, yang pada akhirnya akan mengurangi ketergantungan dunia pada bahan bakar fosil dan menurunkan polusi.

Di masa depan, biofoundry dapat memberikan kontribusi inovasi yang lebih cepat dan bermanfaat bagi lingkungan. Beberapa perusahaan rintisan sedang mengembangkan serat biomade yang dapat digunakan sebagai alternatif pengganti poliester berbahan dasar minyak bumi, bahan yang memerlukan bahan bakar fosil untuk pembuatannya dan tidak dapat terurai secara hayati. Mereka termasuk Solena, sebuah perusahaan Inggris yang mendesain protein baru yang dapat digunakan untuk membuat serat biodegradable. Dan beberapa tahun lalu, tim mahasiswa Universitas Kopenhagen mengembangkannya jaring ikan yang dapat terbiodegradasi terbuat dari sutra laba-laba, anemon laut, dan protein kerang. Proyek mereka, yang bertujuan untuk mengurangi polusi laut, memenangkan iGEM Grant Prize, yang diberikan kepada para peneliti yang menggunakan biologi sintetik untuk mengembangkan solusi inovatif untuk masalah yang belum terpecahkan. CJ Bio di Korea memproduksi bioplastik berdasarkan PHA untuk berbagai produk konsumen; mereka menugaskan biofoundry pada tahun 2022 seperti Lesaffre. Genomatica telah mengakses pasar polimer berbasis bio untuk nilon dan poliester berkat kemitraan mereka dengan biofoundry Ginkgo Bioworks. Sampai batas tertentu, masa depan yang dijanjikan oleh pendekatan biofoundry terhadap bioteknologi sudah ada.

â€

Masa Depan Biofoundries

Tahap selanjutnya dalam evolusi biofoundry adalah penggabungan kecerdasan buatan fisik dan generatif (AI) ke dalam teknologi penelitian. Di Lesaffre, aplikasi AI digunakan untuk meningkatkan penyaringan throughput tinggi, memecahkan masalah kinerja robot, menguraikan hubungan antara struktur dan fungsi dalam produksi enzim dan banyak lagi, kata Merighi.

Pertumbuhan produk-produk biomanufaktur baru telah menimbulkan beberapa tantangan, termasuk kebutuhan untuk menetapkan standar dan metrik peraturan, dan kebutuhan untuk membangun kapasitas yang diperlukan untuk meningkatkan inovasi pada produk-produk manufaktur. Munculnya pabrik percontohan dan konsorsium yang berupaya melakukan pendekatan terpadu terhadap tantangan-tantangan ini mencerminkan momentum yang berkembang. Salah satu contohnya adalah Aliansi Biofoundry Globalsekelompok lebih dari 25 organisasi yang diluncurkan pada tahun 2019 dengan tujuan mengoordinasikan aktivitas biofoundry di seluruh dunia.

Pada akhirnya, Global Biofoundry Alliance berupaya menciptakan model sumber terbuka yang memungkinkan teknologi dan kemampuan baru dalam biologi sintetik dibagikan secara luas. Di antara penerima manfaat adalah startup yang mungkin belum mampu membeli alat-alat ini di masa lalu.

Akses luas terhadap infrastruktur teknologi canggih ini akan mempercepat inovasi dari seluruh ekosistem bioteknologi – menghasilkan produk-produk baru yang meningkatkan kehidupan di seluruh dunia.

â€