Illumina, Người khổng lồ bí mật về giải trình tự DNA, đang đưa công nghệ của nó đến với quần chúng

Với các khoản đầu tư phụ Grail và Helix, và một Giám đốc điều hành mới am hiểu về phần mềm, Illumina đã sẵn sàng biến DNA trở thành một phần quan trọng hơn trong cuộc sống của bạn.

Nó sẽ tăng tiền đặt cược cao hơn nữa, nhưng điều đó không ngăn được Jay Flatley, Soi sáng Sau đó là giám đốc điều hành, từ việc gửi những lọ nước bọt và máu của chính mình đến phòng thí nghiệm mới mở của công ty. Đó là tháng 1 năm 2009 và các nhà khoa học của Illumina chuẩn bị bắt tay vào nhiệm vụ đầu tiên của họ là giải trình tự bộ gen của toàn bộ con người.



Dự án, được đặt tên nội bộ là Jaynome, yêu cầu bác sĩ của Flatley kê đơn trong trường hợp các nhà khoa học phát hiện ra điều gì đó liên quan đến y tế. Phải mất vài tuần và tiêu tốn hàng chục nghìn đô la để phòng thí nghiệm suy ra trình tự của bộ gen. Chúng tôi cảm thấy áp lực, nhưng chúng tôi đã làm được rất nhiều việc đầu tiên vào thời điểm đó, Brad Sickler nhớ lại, một nhà nghiên cứu thông tin sinh học của công ty gần đây đã thuê. Jay nằm trong 10 người đầu tiên trên thế giới được sắp xếp ở độ sâu này.

Kết quả của thí nghiệm Jaynome đã gợi ý về tiềm năng - và một số thách thức - của việc đưa trình tự gen vào chăm sóc y tế. Flatley được biết anh mắc một chứng bệnh gọi là tăng thân nhiệt ác tính, có thể dẫn đến đột tử khi đang được gây mê toàn thân. Sau đó, Flatley đã nói với tôi rằng 100% có thể ngăn ngừa được nếu bạn biết về nó. Chỉ có rất ít người làm. Anh ấy cũng được thông báo rằng anh ấy lẽ ra không thể sống sót trong thời thơ ấu. Vào thời điểm đó, không dễ dàng gì để chuyển qua một nhóm khổng lồ gồm 3,5 đến 4 triệu biến thể mà không có dữ liệu mạnh mẽ để so sánh với nó.



Tất cả đã nói, dự án Jaynome đặt Flatley trên con đường muốn dân chủ hóa thông tin di truyền bằng cách làm cho các công cụ rẻ hơn và dễ sử dụng hơn theo cấp số nhân. Và công ty của anh ấy đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thực hiện điều đó.



Một kỹ thuật viên đang làm việc với thiết bị giải trình tự tại phòng thí nghiệm nội bộ của công ty, nơi chứa đầy những hàng siêu máy tính ồn ào.

làm thế nào để nói không với gia đình

Nếu bạn đã từng sử dụng 23andMe , Ancestry.com , hoặc bất kỳ dịch vụ xét nghiệm di truyền nào khác, rất có thể gen của bạn đã được giải trình tự trên máy do công ty công nghệ sinh học khổng lồ trị giá 25 tỷ đô la. Hiện là công ty dẫn đầu không thể tranh cãi trong lĩnh vực giải trình tự DNA đang nổi ở Hoa Kỳ, Illumina đã bỏ xa các đối thủ của mình bằng cách bán phần cứng giải trình tự cho các nhà nghiên cứu y tế trên toàn thế giới.

Nó đã là một nhân tố quan trọng trong việc giảm chi phí giải trình tự gen từ 100 triệu đô la năm 2001 xuống còn 1.000 đô la ngày nay. Như Thiên nhiên một lần đặt nó , Điều đó không chỉ vượt xa định luật Moore — nó làm cho công cụ dự đoán mạnh mẽ một thời về sự tiến bộ không thể kiềm chế trở nên hết sức trầm tĩnh. Quá trình này từng mất nhiều tuần, nhưng hiện có thể hoàn thành sau vài ngày — bộ gen của 16 người có thể được giải trình tự chỉ trong ba ngày bằng cách sử dụng một trong những trình tự trình tự của Illumina, HiSeq X Ten. Chiếc máy đó có khả năng giải trình tự 18.000 bộ gen người mỗi năm.



Công nghệ này đang nhanh chóng chuyển từ phòng thí nghiệm đến các bệnh viện, phòng khám, và thậm chí cả gia đình với sự ra đời của bộ gen người tiêu dùng. Và Illumina, được thành lập vào năm 1998, đang tìm kiếm những cách thức mới để tận dụng thị trường tiêu dùng và lâm sàng đang phát triển với các ứng dụng mới và trở thành một phần thiết yếu của mọi khía cạnh của hệ sinh thái DNA.

Thách thức đối với Illumina, cũng như bất kỳ công ty lớn nào khác, là tiếp tục đổi mới trong khi vẫn duy trì hoạt động kinh doanh cốt lõi của mình. Công ty gần đây đã lấy một trang từ Alphabet bằng cách công bố một loạt liên doanh moonshot, được gọi là Helix and Grail, sẽ tạo ra một mô hình App Store cho tin học DNA và đưa các xét nghiệm tầm soát ung thư sớm vào văn phòng bác sĩ. Và giám đốc điều hành kỳ cựu của Apple, Phil Schiller, đã gia nhập hội đồng quản trị của Illumina vào mùa hè này, mang đến cho công ty công nghệ sinh học này những bí quyết tiếp thị tiêu dùng.

Cơ hội này chính là nơi có internet vào những năm 1970.

Chúng tôi đã thấy chu kỳ này với công nghệ máy tính. Nó từng là máy tính lớn, sau đó là thiết bị văn phòng và bây giờ là mọi điện thoại, TV, ô tô và máy nghe nhạc. Tất cả chúng đều là máy tính, Schiller, người từng là nhà phân tích hệ thống tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts, cho biết rất lâu trước khi ông phụ trách App Store của Apple. Tôi nghĩ rằng toàn bộ hạng mục giải trình tự gen đang trải qua tiềm năng của một sự tiến hóa tương tự, nơi nó chuyển từ rất ít phòng thí nghiệm sang môi trường kinh doanh tự nhiên đến các tổ chức y tế, bệnh viện và cuối cùng là công nghệ mà tất cả chúng ta sử dụng trong cuộc sống của mình .



Trong một sự thay đổi lớn khác, Flatley cũng từ chức vào mùa hè này sau 17 năm cầm quyền. Nhà khoa học máy tính Francis deSouza được đào tạo tại MIT thay thế, nói chuyện nhẹ nhàng của ông, đã được tuyển dụng từ Symantec để mở rộng phạm vi hoạt động toàn cầu của công ty và xây dựng các sản phẩm phần mềm để đứng đầu các công cụ và dịch vụ khác mà công ty bán. DeSouza cũng đang dẫn đầu một số thay đổi về văn hóa, bao gồm cung cấp các lợi ích cho nhân viên như 16 giờ làm tình nguyện viên được trả lương và quyền tiếp cận miễn phí với xét nghiệm sàng lọc các bệnh chưa được chẩn đoán.

Dưới Jay Flatley , Illumina chuyển đổi từ một công ty yếu kém thành một công ty dẫn đầu thị trường không thể tranh cãi.

Nhưng các nhà phê bình cho rằng sẽ là một thách thức đối với lllumina khi tìm ra cách mở rộng sang các thị trường tương tự này mà không xâm phạm lãnh thổ của khách hàng. Các công ty khởi nghiệp đã tham gia vào thị trường lâm sàng với các ứng dụng cho mọi thứ, từ xét nghiệm sinh thiết lỏng để theo dõi ung thư giai đoạn cuối (thị trường ước tính 1 tỷ đô la vào năm 2020, theo công ty tư vấn kinh doanh Research and Markets), đến sàng lọc thai không xâm lấn cho các rối loạn di truyền như Hội chứng Down ( 2,4 tỷ đô la vào cuối năm 2022 ). Phần lớn các công ty trong cả lĩnh vực y tế và tiêu dùng đều dựa vào máy của Illumina để phân tích cơ bản của họ.

Tôi nghĩ các doanh nhân, nhà đầu tư và các công ty đôi khi e ngại về Illumina và lo lắng về việc liệu và khi nào, họ có thể chọn cạnh tranh với họ, John Stuelpnagel, đồng sáng lập và cựu giám đốc điều hành của Illumina cho biết. Nếu nó có thể đi đúng hướng đó, nhiều người kỳ vọng rằng Illumina sẽ khai thác một mỏ vàng tiềm năng trong 5 năm tới.

Jonathan Groberg, một nhà phân tích công nghệ sinh học tại UBS, cho biết thêm: Ít hơn 3% dân số biết bất cứ điều gì về dữ liệu bộ gen của họ. Cơ hội này chính là nơi có internet vào những năm 1970.

Phần cứng trong DNA của nó

Trụ sở chính của Illumina tại San Diego mang một số nét tương đồng với các khuôn viên công nghệ của Thung lũng Silicon. Các hành lang tràn ngập ánh sáng, ngay cả vào ngày sương mù mà tôi đến thăm, với không gian rộng rãi cho nhân viên cộng tác, quán cà phê và quán cà phê trong khuôn viên (nhưng bữa ăn không miễn phí, một phần để chứng minh rằng các nguồn lực đang được sử dụng một cách khôn ngoan) . Các giám đốc điều hành cấp cao làm việc trong buồng riêng với những người khác, và không có văn phòng. Trong những tuần đầu tiên làm Giám đốc điều hành, DeSouza đã giảm kích thước của các khối trên tầng điều hành xuống hơn nữa để giúp việc cộng tác dễ dàng hơn. Những người ở trên cùng cũng đã chặn thời gian trên lịch của họ để bất kỳ ai đặt câu hỏi hoặc đề xuất ý tưởng.

Francis deSouza đã được tuyển dụng từ Symantec để tăng cường các dịch vụ phần mềm của Illumina.

Flatley, cựu Giám đốc điều hành của Illumina, được các nhân viên hiện tại và trước đây mà tôi từng nói chuyện ghi nhận là đã duy trì văn hóa đổi mới, đặc biệt là khi công ty phát triển lên khoảng 5.000 nhân viên và doanh thu hàng năm hơn 2 tỷ đô la. Nhưng trở lại năm 2003, chỉ 5 năm sau khi được thành lập, công ty hầu như không tạo ra lợi nhuận và phải đối mặt với một số cuộc cạnh tranh lớn hơn, khắc nghiệt hơn dưới hình thức các công ty lớn hơn và được tài trợ tốt hơn.

Sau khi Flatley đưa ra quyết định chiến lược mua Solexa, một công ty khởi nghiệp công nghệ sinh học của Anh với một cách tiếp cận mới được gọi là giải trình tự bằng tổng hợp, tất cả bắt đầu thay đổi. Từ năm 2007, các nhà nghiên cứu của Illumina đã cải tiến công nghệ cốt lõi và công ty đã xây dựng một mạng lưới phân phối toàn cầu. Nhóm điều hành đã sửa đổi một số quy trình của mình để cho phép phát triển sản phẩm mới nhanh chóng tại nhiều vị trí địa lý.

Stuelpnagel nhớ lại, chúng tôi đã phát triển khả năng đổi mới đáng kinh ngạc này khi tài năng, quy trình và chiến lược phát triển sản phẩm của chúng tôi kết hợp với nhau. Đó là một nền văn hóa đổi mới được thúc đẩy một phần bởi sự hoang tưởng lành mạnh về những người khác đang cố gắng vượt qua chúng ta. Trong vòng năm năm, nhiều đối thủ cạnh tranh một thời như Roche ( tại một thời điểm, cũng là một người mua tiềm năng ) và Complete Genomics bị loại bỏ hoặc được mua lại.

Năm 2009, ý tưởng của Flatley là tạo ra lợi thế bằng cách thiết lập một phòng thí nghiệm được liên bang chứng nhận tại cơ sở để kiểm tra phần cứng mới và giới thiệu những gì có thể có với trình tự thế hệ tiếp theo và thậm chí hỗ trợ trong trường hợp y tế không thường xuyên.

Để mở ra toàn bộ trình tự bộ gen cho những người khác ngoài chính anh ta, Flatley đã khởi xướng một cuộc thúc đẩy bộ gen người tiêu dùng với Hiểu dự án bộ gen của bạn (UYG), cung cấp trình tự sâu hơn nhiều so với 23andMe hoặc Ancestry (trong trường hợp này, cần có ghi chú của bác sĩ). Với giá dưới 3.000 đô la, những người tham gia đã biết rằng họ có khả năng kháng một loại thuốc nhất định, như Warfarin, hoặc đột biến gen cho thấy khả năng bị ung thư vú hoặc ung thư buồng trứng. Illumina’s Erica Ramos, một cố vấn di truyền toàn thời gian làm việc với UYG, nói với tôi rằng họ phát hiện ra một sự khác biệt đáng kể với khoảng 2% dân số. Rất nhiều điều chúng tôi đang cố gắng làm là nâng cao nhận thức về bộ gen trong thực tế, cô ấy nói.

Đó là một nền văn hóa đổi mới được thúc đẩy một phần bởi chứng hoang tưởng lành mạnh

Phòng thí nghiệm, nơi giải trình tự DNA được thực hiện bên trong, chứa đầy hàng loạt máy tính ồn ào với nhiều kích cỡ khác nhau. HiSeq X Ten, lớn bằng một máy photocopy văn phòng, được bán như một bộ thiết bị với giá hơn 10 triệu USD. Có 35 khách hàng trên toàn cầu sở hữu một trong những chiếc máy này, bao gồm Viện Nghiên cứu Y khoa Garvan ở Sydney và Viện Broad ở Cambridge, Massachusetts. Họ đôi khi được gọi là câu lạc bộ X Ten.

Các thiết bị cấp thấp hơn dành cho các ứng dụng được nhắm mục tiêu nhiều hơn, có thể nhỏ bằng một máy tính để bàn, được bán cho các nhà sinh học phân tử, nhà nghiên cứu bệnh học và nhà nghiên cứu ung thư với giá khoảng 50.000 đô la mỗi chiếc.

làm thế nào để thời gian trôi chậm hơn

Illumina đã chiếm được hơn 70% thị trường giải trình tự với những chiếc máy này mà nó bán cho các học giả, công ty dược phẩm, công ty công nghệ sinh học và hơn thế nữa. Trong nhiệm kỳ CEO của mình, Flatley đã tạo dựng được danh tiếng nhờ việc thực hiện sản phẩm chặt chẽ, đỉnh điểm là Illumina là người đầu tiên công bố bộ gen trị giá 1.000 đô la vào năm 2014.

Ngày nay, Illumina giống như con khỉ đột nặng 800 pound về bộ gen, Joyce Tung, giám đốc nghiên cứu của 23andMe, cho biết khi được hỏi về tác động của công ty.

Tôi chưa bao giờ gặp bất kỳ máy nào khác ngoài Illuminas, Gabriel Otte, đồng sáng lập và CEO của công ty khởi nghiệp Freenome về gen được Andreessen-Horowitz hậu thuẫn. Và tiến sĩ của tôi là về gen.

Một số chuyên gia công nghệ sinh học nghi ngờ rằng công nghệ cốt lõi sẽ cuối cùng được hàng hóa khi giá cả đạt mức cao , và có lẽ sẽ giảm hơn nữa, trong những năm tới. Nhưng Flatley tin rằng điều này còn lâu mới xảy ra. Sẽ còn rất lâu nữa trước khi điều đó xảy ra.

Một video từ Illumina giải thích quá trình giải trình tự của họ.

Hiện nay, Illumina phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt nhất từ ​​Thermo Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts, công ty đa quốc gia cung cấp công nghệ sinh học cho mọi thứ, từ phân tích chống doping đến sản xuất cây trồng biến đổi gen. Và Illumina có thể sớm đối mặt với Nhà cung cấp Châu Âu QIAGEN khi nó di chuyển vào thị trường lâm sàng. Ngoài ra còn có một số đối thủ sắp ra mắt trong các lĩnh vực thích hợp hơn, chẳng hạn như các nhà sản xuất công nghệ giải trình tự đọc lâu rất hữu ích cho những việc như xem xét các vấn đề cấu trúc với nhiễm sắc thể dẫn đến các bệnh như ung thư và xét nghiệm một số bệnh di truyền mà bị bỏ qua với các cách tiếp cận đọc ngắn.

Một đối thủ tiềm năng là công ty khởi nghiệp Oxford Nanopore có trụ sở tại Anh, công ty sản xuất các trình tự động nhỏ, di động mà họ tuyên bố có thể cung cấp các báo cáo thời gian thực và được sử dụng tại hiện trường, bao gồm cả tại Trạm vũ trụ quốc tế. Công nghệ của Oxford Nanopore đọc các sợi DNA dài bằng cách đo những thay đổi của dòng điện khi một nucleotide đi qua một lỗ cực nhỏ. Những người chỉ trích công nghệ này chỉ ra sự thiếu chính xác, mặc dù nó cho thấy nhiều hứa hẹn trong các ứng dụng liên quan đến chẩn đoán bệnh nhanh chóng như vi rút Zika.

bậc thầy của vũ trụ stinkor

Theo một nửa tá chuyên gia mà tôi đã nói chuyện sẽ không có khả năng Illumina sẽ bị Oxford Nanopore hoặc bất kỳ công ty khởi nghiệp nào khác đánh bật khỏi bệ đỡ của mình trong tương lai gần. Điều đó một phần là do Illumina đã đầu tư lớn vào R & D và một số công ty khởi nghiệp về công nghệ sinh học như 10X Genomics đang xây dựng các ứng dụng để nâng cao thông tin có thể thu thập được thông qua trình trình tự của Illumina. Lý do khác là Illumina, giống như nhiều đối thủ trước đây, đã cho thấy rằng họ thoải mái sử dụng kiện tụng để duy trì tính cạnh tranh.

Ở vị trí hiện tại, Illumina có thể là đồng minh hoặc kẻ thù không đội trời chung của hầu hết mọi công ty genomics tồn tại.

Sau khi đầu tư hơn 18 triệu đô la vào Oxford Nanopore vào năm 2009 và một khoản tiền không được tiết lộ vào năm 2010 , Illumina đã thoái vốn và đệ đơn kiện công ty vào đầu năm nay, tuyên bố rằng công nghệ của công ty khởi nghiệp ở Anh chứa những ý tưởng bị đánh cắp từ bằng sáng chế của mình. Oxford Nanopore đã phản hồi bằng cách gửi một lá thư đến Ủy ban Thương mại Quốc tế Hoa Kỳ tuyên bố rằng vụ kiện tương tự như để hạn chế thương mại trên điện thoại thông minh vì máy tính lớn và máy tính để bàn đều có sẵn và Illumina đang tìm cách kìm hãm sự cạnh tranh mới nổi và tăng cường độc quyền của mình. Công ty cũng nói với ủy ban rằng Flatley trước đây đã tham gia với tư cách là cố vấn trong hội đồng quản trị của mình. Một vài nhà quan sát bên ngoài đã suy đoán rằng trận chiến thực sự là về việc liệu một ngày nào đó công nghệ Oxford Nanopore có thể thay thế Illumina trong cuộc chiến cung cấp phần cứng và dịch vụ trên thị trường giải trình tự hay không. Vụ kiện đã được giải quyết vào tháng Tám.

Những người khác nói rằng loại tôn giáo này ngang bằng với khóa học trong thế giới khoa học sự sống. Illumina, chẳng hạn, đã bị kiện bởi nhiều đối thủ lớn hơn của nó trong những năm mà nó là kẻ yếu. Các công ty công nghệ sinh học lớn đang chịu áp lực từ các bên liên quan trong việc mở rộng hoạt động kinh doanh của họ và tránh sự cạnh tranh từ các công ty khởi nghiệp đang bám gót họ.

Ở vị trí hiện tại, Illumina có thể là đồng minh hoặc kẻ thù không đội trời chung của hầu hết mọi công ty genomics tồn tại. Ngay cả những người tôi đã nói chuyện với đó cũng ẩn chứa một số lo ngại rằng Illumina sẽ xâm phạm lãnh thổ của mình cũng miễn cưỡng nói công khai về điều đó.

Groberg cho biết, khi Illumina tiến vào thị trường lâm sàng, nó sẽ tạo ra một số cuộc trò chuyện khó khăn.

Một trong những câu thần chú của Illumina, mà tôi đã nghe nhiều lần khi báo cáo câu chuyện này, đó là nó không cạnh tranh với khách hàng của mình. Nhưng khi chủ đề về những dự án mới trong lĩnh vực sức khỏe sinh sản được đưa ra, khái niệm đó dường như bị phá vỡ.

Năm 2013, Illumina mua một công ty có tên Verinata Health với giá 350 triệu USD. Điều đó đã gây ra làn sóng chấn động trong ngành (một giám đốc điều hành mô tả động thái này là khó hiểu) , vì Verinata là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với một số khách hàng của Illumina trong lĩnh vực được gọi là xét nghiệm trước khi sinh không xâm lấn (NIPT). Đó là một kỹ thuật phân tích DNA của thai nhi lưu hành trong máu của người mẹ để tìm các dấu hiệu của tình trạng nhiễm sắc thể. Thị trường hiện được định giá 1 tỷ đô la và gần một triệu bài kiểm tra này được bán hàng năm.

Tôi đã hỏi Christian Henry, giám đốc thương mại của Illumina, liệu việc mua lại Verinata có phải là một động thái cạnh tranh rõ ràng chống lại các nhà cung cấp NIPT khác hay không, một số người trong số họ thích Natera xếp hạng trong số những khách hàng lớn nhất của Illumina. Đó là một câu hỏi cơ bản đối với chúng tôi về mức độ cạnh tranh với khách hàng của mình, anh ấy trả lời một cách thận trọng.

Henry nhấn mạnh rằng công ty đang cố gắng đi đúng hướng bằng cách tránh bán trực tiếp cho các bác sĩ. Thay vào đó, Illumina đang chọn bán cho các phòng thí nghiệm hoặc các công ty NIPT khác muốn sử dụng thiết bị. Tuy nhiên, có thể dễ dàng hiểu tại sao những người chơi NIPT khác sẽ bị đe dọa, đặc biệt là với thực tế là sân đã quá đông đúc và bạo lực . Illumina cho biết họ muốn dân chủ hóa khả năng cho bất kỳ phòng thí nghiệm nào cung cấp các bài kiểm tra NIPT này, nhưng bạn cũng như bất kỳ ai cũng có thể đi theo con đường này, Groberg cho biết thêm.

Một trong những chiếc máy của Illumina, HiSeq X Ten, được bán với giá hơn 10 triệu đô la.

The Holy Grail: Cradle To Grave Sequences

Euan Ashley, phó giáo sư y học và di truyền học tại Đại học Stanford và chuyên gia về bệnh hiếm gặp, ngày nay, nơi mà bộ gen được coi là quan trọng và có giá trị và cần được trả giá. Tôi nghĩ rằng bạn sẽ tìm thấy rất ít tranh luận bên trong hoặc bên ngoài Illumina liên quan đến vấn đề đó như một quan điểm đồng thuận.

Illumina đang tạo ra tác động trong những lĩnh vực này bằng cách bán các công cụ giải trình tự cho các nhà nghiên cứu và đôi khi là các bác sĩ lâm sàng nghiên cứu và điều trị bệnh. Nhưng có một thực tế ít được biết đến là các nhà khoa học tại Illumina thỉnh thoảng tiếp nhận một trường hợp bệnh hiếm gặp hấp dẫn và đó thường là một đứa trẻ có một loạt các triệu chứng suy nhược, chưa được chẩn đoán bằng các phương pháp thông thường.

Khi uống cà phê tại quán cà phê của công ty, Ryan Taft, giám đốc cấp cao về nghiên cứu khoa học của Illumina, đã chia sẻ câu chuyện về một bệnh nhân cũ mắc chứng rối loạn bí ẩn của hệ thần kinh trung ương. Khi mới chập chững biết đi, một cậu bé người Úc tên là Massimo đã mất khả năng ăn và bò. Cha của cậu bé đã gọi điện cho Illumina sau khi phỏng đoán rằng căn bệnh này có khả năng di truyền.

Massimo trở thành người thứ 45 trên thế giới được giải trình tự bộ gen của mình bằng máy Illumina, tiếp theo là cha mẹ anh. Cơ sở lý luận có vẻ đủ đơn giản: Cha mẹ anh ta khỏe mạnh còn Massimo thì không, điều đó có nghĩa là một số sai sót trong DNA sẽ có thể khám phá ra vấn đề. Nhưng như Taft giải thích, anh ta phải sắp xếp thứ tự bộ gen của các gia đình 30 hoặc 40 lần để đảm bảo không có lỗi. Đó là khoảng 120 tỷ chữ cái mỗi cái.

Hy vọng là giải trình tự DNA có thể tìm ra manh mối tiềm năng bằng cách phát hiện ra (các) biến thể phù hợp trong số rất nhiều thủ phạm tiềm năng. Ashley nói rằng điều đó giống như mò kim trong một đống kim lớn.

Taft, cũng là một nhà khoa học máy tính, đã đưa ra một số thuật toán bằng cách sử dụng các khuôn khổ mã nguồn mở hiện có (đây là các loại công cụ tin học mẫu để trả lời mà Illumina đang xây dựng cho các bác sĩ lâm sàng). Anh ấy đã tìm thấy một đột biến trong bộ gen của Massimo mà anh ấy nghĩ có thể giải thích các triệu chứng. Để kiểm tra lý thuyết, Taft bắt đầu tìm những đứa trẻ khác giống Masimo và xâu chuỗi chúng lại. Bằng cách điều tra các ngân hàng sinh học MRI, gia đình của Taft và Massimo đã có thể phát hiện ra 9 đứa trẻ khác ở Hoa Kỳ và Châu Âu có các triệu chứng tương tự. Cuối cùng họ chẩn đoán một căn bệnh mới được gọi là HBSL.

Taft hiện dẫn đầu các nỗ lực nội bộ của công ty để hỗ trợ các thử nghiệm lâm sàng và hợp tác với các nhà nghiên cứu bệnh hiếm gặp trong trường hợp không thường xuyên. Đó là một nỗ lực nhỏ, nhưng chúng tôi muốn tham gia và cố gắng giải quyết những trường hợp y tế này, ông nói.

Tôi đã làm việc này hơn 30 năm và tôi là một người rất bảo thủ, nhưng tôi tin tưởng rằng đây là tương lai.

Do gen di truyền, Ashley và các chuyên gia về bệnh hiếm gặp khác kỳ vọng rằng thư viện các bệnh có cơ sở di truyền sẽ mở rộng đáng kể. Các bệnh khác nhau sẽ được điều trị khác nhau dựa trên các đột biến cụ thể của chúng; Ashley, điều tra viên chính của Viện Y tế Quốc gia được tài trợ 7,2 triệu đô la cho biết: Mạng lưới các bệnh chưa được chẩn đoán .

Phần khó là tìm hiểu tất cả dữ liệu sẽ đến từ các trình tự và phân tích cú pháp có ý nghĩa lâm sàng trong tất cả các nhiễu.

Đối với Illumina, việc tăng cường công nghệ từ phần cứng sang phần mềm và dịch vụ không phải là một kỳ công dễ dàng. Là Serge Saxonov, Giám đốc điều hành của 10x Genomics và một nhà đồng sáng lập của 23andMe giải thích, Các công ty có DNA dựa trên cách họ bắt đầu. Và phần mềm yêu cầu các bộ kỹ năng khác nhau và một cách tư duy mới.

Tuy nhiên, phần cứng máy tính — cho dù đó là máy tính xách tay của bạn hay các thiết bị trình tự của Illumina — trở nên có giá trị hơn nhiều khi nó được bán dưới dạng một gói với phần mềm và công cụ giúp nó hữu ích. Illumina sẽ cần phải tăng cường các dịch vụ của mình để khai thác thị trường lâm sàng và tại nhà rộng lớn hơn nhiều và CEO mới của công ty đang chịu áp lực phải làm điều đó.

bản đồ trái đất 1 triệu năm trước

Gần đây Hội nghị thượng đỉnh UBS tại Park City, Utah , deSouza đã đưa ra kế hoạch của mình là kết hợp phần mềm vào dịch vụ giải trình tự, thay vì cố gắng bán nó một cách riêng lẻ. Trong bữa trưa, deSouza chia sẻ rằng anh đã được thuê một phần vì chuyên môn của mình trong việc phát triển các sản phẩm phần mềm an toàn.

Một liên doanh như vậy hiện đang được phát triển được gọi là BaseSpace , một sản phẩm dựa trên đám mây với các công cụ phần mềm để giải thích dữ liệu DNA từ các máy của công ty.

Công ty cũng đầu tư vào một spinout phần mềm được tài trợ 100 triệu đô la có tên là Helix, do cựu đồng sáng lập MapMyFitness Robin Thurston lãnh đạo. Ý tưởng đằng sau Helix là hợp tác với các thương hiệu nổi tiếng để kết hợp bộ gen vào các ứng dụng được nhắm mục tiêu, được cá nhân hóa trong một mô hình vay mượn từ Apple App Store. Một khách hàng có thể kiểm tra xem họ chuyển hóa caffeine nhanh như thế nào thông qua một ứng dụng do một công ty dinh dưỡng phát triển. Helix sẽ trình tự dữ liệu bộ gen của khách hàng và lưu trữ tập trung, nhưng công ty dinh dưỡng sẽ gửi lại báo cáo cho người dùng.

Flatley giải thích rằng các thương hiệu sẽ thực hiện công việc nặng nhọc từ quan điểm tiếp thị. Vì lý do đó, nhóm của Helix hy vọng rằng số lượng người được sắp xếp theo trình tự sẽ tăng lên đáng kể. Thurston dự đoán rằng đó sẽ là 90% số người trong vòng 20 năm.

Một yếu tố phân biệt khác là dữ liệu bộ gen không được gửi lại cho khách hàng cùng một lúc; thay vào đó, câu trả lời được gửi cho các câu hỏi cụ thể khi các ứng dụng mới được phát triển bởi các đối tác thương hiệu của Helix.

Mô hình này phụ thuộc vào việc Helix đang xây dựng một số lượng lớn đối tác, vì vậy khách hàng sẽ muốn tìm hiểu thông tin chi tiết về bộ gen của họ nhiều lần. Helix trợ cấp chi phí sắp xếp toàn bộ exome lần đầu tiên, với hy vọng rằng khách hàng sẽ truy vấn nó nhiều lần trong suốt cuộc đời của họ. Một điểm khác biệt khác đối với các ứng dụng genome người tiêu dùng như 23andMe là Helix cung cấp giải trình tự exome, cung cấp nhiều thông tin hơn và đắt hơn các phương pháp định dạng gen truyền thống.

Thurston cho biết đây sẽ là thử nghiệm trình tự sâu đầu tiên có sẵn trên thị trường tiêu dùng.

Một phát ngôn viên của 23andMe cho biết ý tưởng về Helix hấp dẫn và muốn xem các công ty sử dụng nền tảng của họ như thế nào, khi được hỏi liệu 23andMe có xem Helix là một đối thủ cạnh tranh ở giai đoạn này hay không. Nó cũng xác nhận niềm tin của chúng tôi vào thị trường di truyền người tiêu dùng mà chúng tôi đã đi tiên phong trong một thập kỷ.

Helix dự kiến ​​sẽ ra mắt với nhóm khách hàng đầu tiên, bao gồm Phòng khám Mayo, LabCorp và Đại học Duke vào cuối năm nay.

Các nhà khoa học của Illumina hy vọng sẽ mở rộng dấu ấn của họ sang thị trường tiêu dùng và lâm sàng.

Tôi tự tin đây là tương lai

Vào năm 2015, Nhà Trắng đã công bố Sáng kiến ​​Y học Chính xác được tài trợ 215 triệu đô la, chủ yếu tập trung vào bệnh ung thư.

Tiền đề cơ bản là mỗi khối u chứa một tập hợp các đột biến khác nhau và các liệu pháp mới có thể được thiết kế dựa trên những đột biến nào có mặt, với mỗi bệnh nhân sẽ nhận được kế hoạch điều trị cá nhân bởi bác sĩ của họ. Maurie Markman, một bác sĩ, nhà nghiên cứu ung thư buồng trứng và là chủ tịch khoa học và y học tại Trung tâm Điều trị Ung thư Hoa Kỳ cho biết thế giới ung thư đã thay đổi về cơ bản. Tôi đã làm việc này hơn 30 năm và tôi là một người rất bảo thủ, nhưng tôi tin tưởng rằng đây là tương lai.

Illumina dường như đồng ý: Liên doanh spinout trị giá 100 triệu đô la khác của họ đang phát triển thử nghiệm sàng lọc ung thư đầu tiên được FDA chấp thuận. Grail, một công ty độc lập, sẽ chủ động xét nghiệm cho bệnh nhân những dấu hiệu sớm nhất của bệnh ung thư, để họ có thể điều trị trước khi bệnh tiến triển. Ý tưởng là chụp một bức ảnh chụp nhanh có độ phân giải cao về các đoạn gen của bệnh nhân từ các tế bào chết của các khối u lưu thông trong máu. Các xét nghiệm như vậy đã tồn tại để theo dõi những bệnh nhân đã biết là mắc bệnh ung thư, nhưng không phải để chẩn đoán bệnh ở giai đoạn sớm hơn nhiều.

Tiền đề đó đã giúp Illumina tuyển dụng Jeff Huber từ Google làm Giám đốc điều hành của Grail. Huber mất vợ vì căn bệnh ung thư ruột kết giai đoạn cuối vào tháng 11 năm ngoái. Ông nói, đó thực sự là một bản án tử hình.

Flatley, người đang giúp giám sát sáng kiến ​​trong khi chuyển sang vai trò chủ tịch điều hành tại Illumina, tự tin rằng công ty mới có thể vượt qua vô số thách thức kỹ thuật — vì một điều, xét nghiệm cần phải có độ chính xác cao nếu không các bác sĩ có nguy cơ thông tin sai cho bệnh nhân. Flatley tự hào rằng Illumina là công ty duy nhất có công nghệ để sắp xếp theo chiều rộng và chiều sâu cần thiết. Thị trường là một ánh trăng; công nghệ thì không, anh ấy nói.

Giai đoạn cuối cùng trong kế hoạch tổng thể của Illumina được đặt tên nội bộ là Genomics Everywhere.

Theo Flatley, vào năm 2017, Grail đặt mục tiêu khởi động thử nghiệm lâm sàng lớn nhất từng được lên ý tưởng và để sản phẩm sàng lọc được chấp thuận tung ra thị trường vào năm 2019 với mức giá dưới 1.000 đô la. Bill Gates và Jeff Bezos’s Bezos Expeditions đều đã đầu tư vào công ty khởi nghiệp và quy mô thị trường tiềm năng của nó đã được chào bán từ 20 tỷ đến 40 tỷ đô la.

Nếu Grail và Helix thành công, sẽ có thêm rất nhiều người có quyền truy cập vào DNA của họ trong suốt cuộc đời của họ. Không có gì ngạc nhiên khi giai đoạn cuối cùng trong kế hoạch tổng thể của Illumina được đặt tên nội bộ là Genomics Everywhere. Tầm nhìn là nó sẽ phổ biến cho hành trình trình tự của một người bắt đầu trước khi sinh và tiếp tục trong suốt cuộc đời của họ.

Tôi nghĩ rằng nhiều người trong chúng ta, bao gồm cả bản thân tôi, đã tưởng tượng ra một tương lai mà bộ gen di truyền chạm vào mọi cá nhân trong hệ thống y tế, Ashley, nhà di truyền học tại Stanford, giải thích.

michelle sói trắng nhà ăn tối

Một số công ty genomics được thành lập dựa trên tầm nhìn này, đặc biệt là khi nói đến việc tận dụng công nghệ để điều trị tốt hơn cho những bệnh nhân ốm yếu nhất bằng các liệu pháp nhắm mục tiêu hơn. Nhiều nhà nghiên cứu tin rằng chăm sóc phòng ngừa cũng sẽ thường xuyên hơn khi bệnh nhân hiểu (và có thể thực hiện các bước để chủ động giảm thiểu) nguy cơ mắc bệnh duy nhất của họ, hoặc họ được tầm soát ung thư tốt trước khi nó lây lan.

Điều tiếp theo là viết DNA, và không chỉ đọc nó. Các công cụ chỉnh sửa gen như CRISPR-Cas9 đang làm cho việc di chuyển gen xung quanh trở nên rẻ hơn và nhanh hơn, điều này gây ra những hậu quả không thể lường trước được đối với việc thay đổi môi trường và điều trị bệnh. Stuelpnagel tin rằng trong thập kỷ tới, Illumina có thể có nhiều tác động đến sức khỏe và nông nghiệp hơn bất kỳ công ty nào khác. DNA là nền tảng của sự sống, và Illumina đang cho phép chúng tôi tìm hiểu về nó và cùng với công nghệ viết DNA, vận dụng nó.

Khi công nghệ tiến bộ, các nhà đạo đức sinh học, người tiêu dùng và các nhà hoạch định chính sách sẽ mang một gánh nặng rất lớn trong việc xác định cách thức và vị trí để vẽ đường.

Khi gen di truyền trở thành xu hướng phổ biến, công ty biết rằng họ cần phải trở thành một tiếng nói. Năm nay, nó đã thuê một nhóm các vấn đề của chính phủ và tổ chức các cuộc họp giới thiệu với các nhà hoạch định chính sách để thảo luận về Sáng kiến ​​Y học Chính xác và tài trợ cho nghiên cứu khoa học. Flatley cũng đã tăng cường sự hiện diện của mình ở Washington, D.C., đặc biệt là khi công ty khám phá các cơ hội trong thị trường lâm sàng được quản lý. Giải thích adenine, guanine, cytosine và thymines cho nhiều đối tượng mà không làm tăng sự phẫn nộ của FDA là một việc không hề dễ dàng.

Tôi thường nói đùa rằng chúng ta cần thực hiện một quảng cáo Super Bowl, Illumina’s Henry nói. Về mặt khái niệm, chúng tôi biết chúng tôi cần truyền tải thông điệp.


[Hình ảnh: Noel Spirandelli cho Fast Company]

Video liên quan: Biên tập viên của Fast Company này có nên thực hiện bài kiểm tra 23AndMe’s Spit không?