Illumina (ILMN): Bau der Spitzhacken und Schaufeln des Genomzeitalters

Kostenkurve der Genomsequenzierung

In der Medizingeschichte haben sich Ärzte die meiste Zeit darauf beschränkt, Symptome zu beobachten und zu versuchen, sie zu lindern. Dies gilt insbesondere für nichtinfektiöse Krankheiten, die auf Funktionsstörungen des Körpers zurückzuführen sind, darunter auch genetische Erkrankungen.

Mit der Entdeckung der Struktur und Funktion der DNA, erhielt 1962 den Nobelpreis für Medizinbegannen wir, besser zu verstehen, wie das biologische System wirklich funktioniert. Die PCR-Technologie, ausgezeichnet mit dem Nobelpreis für Medizin 1993, würde neue Wege zur Analyse eröffnen.

Dieser Trend verstärkte sich, als man begann, vollständige Genome zu sequenzieren. Das erste menschliche Genom wurde 2003 nach 13 Jahren harter Arbeit für 3 Milliarden Dollar sequenziert. Schnell wurde die Sequenzierung vollständiger Genome immer günstiger. Im Jahr 2007 kostete die Sequenzierung eines vollständigen Genoms „nur“ noch 1 Million Dollar.. Im Jahr 2014 waren es nur noch 1,000 US-Dollar. Heute liegen die Kosten bei etwa 200 US-Dollar und sinken weiter.

Dies imitiert Moores Gesetz, das Computer zu einem Teil unseres täglichen Lebens machte, indem es vorhersagte, dass sich die Anzahl der Transistoren pro Quadratzoll auf einem Mikrochip jedes Jahr verdoppeln würde, während sich die Herstellungskosten pro Komponente halbieren würden.

Die Kostensenkung bei der Genomik war jedoch noch spektakulärer. Möglich wurde sie durch NGS: Next Generation Sequencing. Dabei werden die Fortschritte von Siliziumchips genutzt, aber statt Binärcode wird genetischer Code gelesen. Und je weiter die Siliziumchip-Herstellung fortschritt, desto effizienter wurde NGS.

Allein in den letzten zehn Jahren sind die Kosten pro Genom soweit gesunken, dass dieser Test unter den Tests, die Medizinern zur Verfügung stehen, zu den günstigsten zählt.

Quelle: Illumina

Im Zentrum dieser Revolution stand der größte Hersteller von Genomsequenzierungsgeräten: Illumina.

Überblick zu Illumina

Illumina nach Zahlen

Illumina ist der mit Abstand größte Hersteller von Geräten zur Genomsequenzierung, ein Pionier auf diesem Gebiet und hat die Sequenzierungstechnologie jahrzehntelang vorangetrieben.

Derzeit sind über 22,000 Sequenzer in 165 Ländern installiert.

Etwa die Hälfte der Verbrauchsmaterialien der Sequenziergeräte von Illumina wird in klinischen Anwendungen eingesetzt, die andere Hälfte in öffentlichen und privaten Forschungslaboren. Bei klinischen Anwendungen entfällt die Hälfte der Nachfrage auf die Onkologie, gefolgt von Gentests (GDT).

Quelle: Illumina

Der Großteil der Einnahmen von Illumina stammt aus Nord- und Südamerika und Europa, nur 7 % kommen aus China. So die kürzlich erfolgte Einstufung von Illumina in Chinas „Liste unzuverlässiger Unternehmen“ als Vergeltung für Trumps Zölle dürften sie kaum Konsequenzen haben. Dies könnte jedoch die Pläne des Unternehmens stoppen, seine in China angesiedelte Produktion bis 2028 auf Instrumente und Verbrauchsmaterialien auszuweiten.

Quelle: Illumina

Kurzlektüre Genomik

Illumina konzentriert sich auf das Lesen kurzer genetischer Sequenzen. Das heißt, es liest kleine Genomsegmente nacheinander und fügt sie dann zu einem zusammenhängenden Ganzen zusammen.

Dies ist nicht unbedingt die Art der Sequenzierung, die für komplexe Forschungsprojekte verwendet wird, bei denen die Sequenzierung mit langen Lesesequenzen bevorzugt wird, aber dies ist die am häufigsten angewandte Methode. Die Sequenzierung mit langen Lesesequenzen wird zunehmend zur Nische, die ein langjähriger Rivale von Illumina wählt, Pazifische Biowissenschaft (PACB ).

Short Read ist die Methode zur Genotypisierung, zur Entdeckung einzelner Nukleotidvarianten, die mit genetischen Erkrankungen in Zusammenhang stehen (der häufigste Fall), und zur Früherkennung von Krebs mit der Flüssigbiopsie (mehr zu dieser Technologie und diesem Markt weiter unten).

Das Unternehmen erwartet, dass die Nachfrage nach NGS (Next Generation Sequencing) bei klinischen Anwendungen um durchschnittlich 18 % und bei der Forschung um durchschnittlich 6 % jährlich steigen wird. Dadurch wird der gesamte adressierbare Markt (TAM) des Sektors bis 100 von 25 Milliarden US-Dollar für klinische Anwendungen auf 2033 Milliarden US-Dollar für die Forschung anwachsen.

Quelle: Illumina

Geschäftsmodell & Marktanteil

Illumina verdient etwas Geld mit dem Verkauf seiner Sequenziermaschinen, aber den Großteil seiner Einnahmen erzielt das Unternehmen mit den Verbrauchsmaterialien, die zum Betrieb dieser Maschinen und zur Sequenzierung verwendet werden. Diese Verbrauchsmaterialien sind spezielle Chemikalien und DNA-Stränge, wobei jede Sequenziermaschine normalerweise nur mit den vom Originalhersteller gelieferten Produkten funktioniert.

So stammten im vierten Quartal 4 2024 Millionen US-Dollar des Gesamtumsatzes von 698 Milliarden US-Dollar aus dem Verkauf von Verbrauchsmaterialien. Ein großer Teil dieser wiederkehrenden Einnahmen ist an Illuminas neueste Hochgeschwindigkeits-Sequenzierungsmaschine gebunden. NovaSeq X, wurde Ende 2023 veröffentlicht und ist mittlerweile vollständig im Einsatz. Es wird 2040 % des gesamten Verbrauchsmaterialumsatzes ausmachen.

Dies verschafft Illumina nicht nur einen stetigen Einnahmestrom, sondern bindet seine Kunden auch an eine langfristige Partnerschaft mit dem Unternehmen.

Bestehende Kunden zögern möglicherweise auch, zu einem anderen Anbieter zu wechseln, da ihre vorhandenen Forschungs- oder medizinischen Protokolle mit Illumina-Geräten kalibriert sind. Es könnte auch schwierig sein, die Ergebnisse verschiedener Geräte für Folgeuntersuchungen zu vergleichen.

Daher wäre jede Neugestaltung kostspielig und zeitaufwändig und würde zudem eine Neuschulung der Techniker und Forscher erfordern, die die Sequenzierung durchführen.

In der Vergangenheit stellten diese Effekte, nämlich die Bindung bestehender Kunden an das Ökosystem von Illumina, einen starken Wettbewerbsvorteil dar und schränkten die Möglichkeiten von Konkurrenten wie Pacific Biosciences, in den Markt einzudringen, stark ein.

Ein Ausdruck dieser Marktdominanz, Illumina hatte im Jahr 90 einen Marktanteil von über 2024 % bei klinischen Genomtests.

Während also Nischenmärkte und spezifische Forschungsbereiche stärker umkämpft sind (wie etwa PacBio Long Read, Element Bioscience mittlerer Durchsatz oder Ultima-Genomik Illumina kontrolliert im Bereich der DNA- und Genomsequenzierung (kostengünstige Sequenzierung) noch immer den größten Teil des Marktes.

Finanzielle Leistung von Illumina

Trotz explosiver Fortschritte in der Genomtechnologie und der Zulassung des ersten CRISPR-basierten Gen-Editing-Medikaments für CRISPR Therapeutics (CRSP ) (folgen Sie dem Link für den zugehörigen Anlagebericht) waren die letzten Jahre für die Investoren von Illumina hart.

Dies folgt auf einen allgemeinen Rückgang im Biotech-Sektor nach starkem Wachstum und noch stärkeren Erwartungen während der Pandemiejahre, der 2021 seinen Höhepunkt erreichte.

Quelle: Google Finance

Diese Börsenzahlen spiegeln nicht das Wachstum des Unternehmens wider, das im Vergleich zum Vorjahr einen Zuwachs der Sequenzierungsaktivität von 30 % verzeichnete, insbesondere aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Hoch- und Mitteldurchsatzinstrumenten.

Und Illumina hat enorme Summen in Forschung und Entwicklung investiert, um die nächste Generation der Sequenzierungstechnologie vorzubereiten; allein im Jahr 1.2 werden rund 2024 Milliarden Dollar benötigt.

Illuminas Zukunft

Multiomik

Die Einführung kostengünstiger und automatisierter Genomsequenzierung hat eine noch nie dagewesene Flut biologischer Daten erzeugt.

Parallel dazu hat die enorme Komplexität lebender Systeme dazu geführt, die Entstehung der Multiomik, eines Feldes, das alle -omik-Untersegmente der Biowissenschaften zusammenführt und als nächster Schritt in der Biotechnologie angepriesen wird:

• Genomics: die Analyse der DNA-Sequenz im Zellkern.
• Transcriptomics: die Analyse der mRNA, die die Anweisungen der DNA trägt.
• Epigenomik: die Veränderung des Genoms ohne Beeinträchtigung der genetischen Sequenz, oder „Epigenetik“.
• Proteomics: die Analyse von Proteinen, einschließlich der Modifikation von Proteinen mit Zuckern („posttranslational“).
• Metabolomics: die Analyse chemischer Verbindungen und des Stoffwechsels.
• Mikrobiomik: die Analyse aller im oder auf dem Körper lebenden Mikroben.
• Einzelzell-Multiomik: die Multiomics-Analyse einzelner Zellen.
• Raumbiologie: Analyse der Position spezifischer mRNA, Proteine ​​oder Zellen in 3D.

Quelle:  Ark-Forschung

Es entstehen neue Felder, wie zum Beispiel Agrigenomik (Genomik zur Verbesserung landwirtschaftlicher Erträge), Ökologische Genomik (genaue Bewertung der Gesundheit eines Ökosystems und seine genetische Vielfalt), oder Synthetische Biologie (Erschaffung neuer Gene, Eigenschaften oder ganzer Organismen zu einem bestimmten Zweck).

Dies mag zwar überwältigend erscheinen (und ist es in gewisser Weise sogar für die Forscher auf diesem Gebiet), doch um die Multiomics-Revolution zu begreifen, müssen zwei Elemente verstanden werden:

• Die Genomik ist nach wie vor der am besten verstandene Datensatz und der „Befehlssatz“ organisiert alle anderen biologischen Phänomene in lebenden Organismen. Er ist oft das verbindende Element zwischen ansonsten unterschiedlichen Multiomik-Daten.
• Gleichzeitige Fortschritte in der Datenanalyse und der künstlichen Intelligenz tragen enorm dazu bei, diese Datenflut nutzbar zu machen, insbesondere durch Korrelation mit genomischen Daten.

Als Reaktion auf die explosionsartige Zunahme der Komplexität biologischer Daten entwickelt sich Illumina auch rasch zu einem Softwareunternehmen, das nativ integrierte Lösungen für mehrere Punkte der Multiomics-Analyse bereitstellen möchte.

Quelle: Illumina

Dies wird auch durch enge Partnerschaften mit vielen Akteuren erreicht, um Genomdaten und -werkzeuge miteinander zu integrieren: nationale Genomikprogramme, Nvidia (NVDA ), Breite klinische Labore, usw.

Quelle: Illumina

Transcriptomics

Neben der Genomik ist die Transkriptomik ein wachsendes Gebiet. Dabei handelt es sich um die Wissenschaft der Analyse von mRNA, also der Moleküle, die die DNA-Informationen enthalten, und deren Bildung nützlicher Proteine. Wenn DNA die Blaupause für die Teile der biologischen Maschine (Proteine) ist, dann ist mRNA der Befehlssatz, der genau angibt, wie viele Teile hergestellt werden sollen und wohin sie gehören.

Das Transkriptom gibt also Aufschluss darüber, wie stark, wann und wo ein Gen aktiv ist. Bisher wurden derartige Analysen meist an gezielten Genen durchgeführt, wobei vollständige Transkriptomsequenzierung ein ziemlich teurer Vorschlag und technische Herausforderungen.

Illumina hat für 2026 eine neue vollständige Transkriptom-Maschine angekündigt, die Transkriptomik kombiniert mit Raumbiologie, ein Sektor, der bisher hauptsächlich von 10x Genomics kontrolliert wurde (TXG ).

Mithilfe der räumlichen Technologie von Illumina können Forscher die räumliche Nähe von Millionen von Zellen pro Experiment untersuchen. Möglich wird dies durch einen neunmal größeren Erfassungsbereich als bei vorhandenen Technologien und eine viermal höhere Auflösung.

Als vollständige End-to-End-Lösung bietet sie außerdem Einzelzell- und Raumforschern den höchsten Nutzen zu einem erschwinglicheren Preis. Die Raumlösung übertrifft die Industriestandards hinsichtlich Umfang und Genauigkeit.

Quelle: PR-News-Wire.

Diese Lösung ist kompatibel mit Illumina  NextSeq- und NovaSeq-Sequenzer, Dies wird dazu beitragen, die Kosten für Großprogramme.

Dieser aggressive Vorstoß in die Transkriptomik und räumliche Biologie ergänzt Illumina bringt seine Proteomik-Lösung im ersten Halbjahr 2025 auf den Markt (Proteinanalyse), um seine Rolle in der Multiomics-Analyse weiter zu stärken.

Flüssigbiopsie

Neben der individuellen Medizin durch vollständige Genom- und komplexe Multiomics-Forschung ist die Krebstherapie eine schnell wachsende Anwendung der Sequenzierung.

Die vollständige Genomsequenzierung von durch Biopsie gewonnenen Krebszellen ist mittlerweile zu einem zentralen Bestandteil der Krebstherapie geworden. Sie hilft Onkologen dabei, die für einen bestimmten Patienten am besten geeignete Behandlung zu bestimmen und steigert so den Umsatz von Illumina auf dem klinischen Markt.

Ein neuer und noch größerer Markt tut sich jedoch im Bereich der Krebsfrüherkennung auf, einer Methode namens Flüssigbiopsie. Sie erkennt abnorme Krebsgenetiksequenzen oder ctDNA (zirkulierende Tumor-DNA).

Das Besondere daran ist, dass keine organspezifische Röntgenaufnahme oder Biopsie erforderlich ist, sondern eine einfache Blutprobe.

Diese Methode, auch Multi-Cancer Early Detection (MCED) genannt, funktioniert nachweislich, war bislang jedoch zu teuer und unzuverlässig für den Einsatz im klinischen Umfeld und erst recht nicht für die Krebserkennung im Rahmen eines allgemeinen Bevölkerungsscreenings.

Dank leistungsfähigerer Sequenzierungstools ändert sich dies schnell.

Quelle: Arche Invest

Die Gral-Saga

Hier wird es für Illumina etwas kompliziert. Das Unternehmen war ein Pionier in der Flüssigbiopsie und entwickelte intern eine eigene Abteilung, die die Technologie unter dem Namen Grail voranbrachte, indem sie ihr umfassendes Fachwissen in der Erkennung von genetischem Material nutzte.

Anschließend spaltete das Unternehmen das Unternehmen von Illumina ab, das es später zu einem weitaus höheren Preis als dem Börsengangspreis zurückerwarb, und wird nun von den Wettbewerbsbehörden in den USA und der EU erneut zu einer Abspaltung gezwungen.

Damit ist Grail nun ein eigenständiges Unternehmen, das völlig unabhängig von Illumina ist und an der NASDAQ notiert ist. (GRAL ).

Das ganze Debakel verursachte Investoren stellen Ehrlichkeit des Vorstands von Illumina in Frage und war ein weiterer Grund für die schwache Entwicklung des Illumina-Aktienkurses in den letzten zwei Jahren. Besonders als der aktivistische Investor Carl Icahn aktiv für Aufruhr sorgte, was letztendlich zum CEO von Illumina führte Abfahrt.

Dies ist jedoch nun Vergangenheit, und Grail hat sich seit seinem Börsengang gut entwickelt. Neue Krankenversicherungen haben die Grail-Tests zur Früherkennung mehrerer Krebsarten in ihre Abdeckung aufgenommen, darunter TRICARE, einer der größten Krankenversicherungsanbieter in den USA.

Das Unternehmen verkaufte im Jahr 3 fast dreimal mehr Tests als im Jahr 2024 und erwartet, dass das Wachstum in den kommenden Jahren anhält, sogar bevor es in anderen Ländern als den USA startet.

Grail ist nur eines von vielen Liquid-Biopsy-Unternehmen, und da Illumina es nicht mehr direkt besitzt, sind andere Liquid-Biopsy-Unternehmen (wie Exact Sciences Corporation) (EXAS ), Guardant Gesundheit (GH )oder Natera (NTRA )) entscheiden sich weniger wahrscheinlich für eine konkurrierende Sequenzierungstechnologie als Illumina. Der Markt für Flüssigbiopsien wird voraussichtlich bis 13.9 um durchschnittlich 2034 % jährlich wachsen.

Quelle: Vorrangforschung

Auch wenn es sich um eine unerwünschte Ablenkung handelte, könnte die Ausgliederung von Grail Illumina letztlich dabei helfen, der wichtigste Anbieter von Gensequenzern für die Flüssigbiopsie-Technologie zu bleiben, und zwar unabhängig davon, welcher Testanbieter verwendet wird.

Langfristige Perspektive

Illumina hat maßgeblich zur laufenden Genomrevolution in Biotechnologie und Medizin beigetragen. Diese Entwicklung erreicht erst jetzt das allgemeine Bewusstsein, wobei Genomeditierungstherapien für seltene Krankheiten und Krebsvorsorge der erste Multimilliardenmarkt sind, der aus diesem neuen medizinischen Ansatz entsteht.

Dies sind auch Bereiche mit noch geringer Marktdurchdringung für Next-Generation Sequencing (NGS)-Techniken. Sie hätten also die Möglichkeit, durch den Ersatz älterer, weniger sensibler, teurerer oder invasiverer Technologien um das 10- bis 20-fache zu wachsen.

Quelle: Ark-Forschung

Langfristig ist es wahrscheinlich, dass Genomik- und Multiomics-Technologien Teil unseres täglichen Lebens werden. So könnte beispielsweise jedem Neugeborenen von seinem ersten Tag an eine vollständige Genomanalyse von der Krankenkasse angeboten werden.

Diese Daten können dann dazu verwendet werden, die Wahl der Medikamente und deren Dosierung zu optimieren, die Risiken bestimmter Krebserkrankungen oder anderer gesundheitlicher Risiken einzuschätzen und sogar die besten Ratschläge für den entsprechenden Lebensstil zu geben.

Dies wird wahrscheinlich parallel dazu geschehen, dass die KI-Technologie die Entwicklung neuer Medikamente und Therapien beschleunigt und die enormen Mengen an Daten verarbeitet, die die Multiomik-Wissenschaft generiert.

Quelle: Ark-Forschung

Fazit

Illumina ist eine der führenden „Pick and Shovel“-Aktien des Biotech-Sektors und führt die Kostensenkung bei der Genomanalyse an. Das Unternehmen entwickelt sich derzeit zu einem vollwertigen Multiomics-Unternehmen und nutzt seinen bereits bestehenden hervorragenden Ruf und seinen installierten Sequenzerpark, um in die wichtigen neuen -omics-Sektoren oder Transkriptomik und Proteomik zu expandieren.

Darüber hinaus wird es für Kliniker zu einem wichtigen Analyseinstrument, dessen Bedeutung mit der Zeit weiter ansteigen wird, angefangen beim Liquid-Biopsy-Screening zur Erkennung von unsichtbarem und stillem Krebs nur durch die Verwendung von Blutproben.

Auf lange Sicht werden neue Marker und Erkenntnisse über unseren Körper wahrscheinlich zu einer weiteren Nachfrage nach Genom- und Multiomics-Analysen führen und diese zu einem Teil der Präventionsinstrumente machen, mit denen wir gesund bleiben und gesundheitliche Probleme erkennen können, noch bevor Symptome auftreten.

Die Aktienentwicklung des Unternehmens war für die Anleger jedoch eine Herausforderung, da sich der Biotechnologiesektor in einer Abschwungphase befindet und das Management des Unternehmens in Bezug auf Grail nicht gerade optimale Entscheidungen getroffen hat.

Mit neue Verantwortlichen und Grail (erneut) veräußert wurde, ist der Weg zurück zur technischen Spitzenleistung in der biologischen Analyse nun klar, ebenso wie die Palette an Software-, Proteomik-, Raumbiologie- und Transkriptomik-Tools für die nächsten zwei Jahre.

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