Twist Bioscience (TWST): DNA auf Abruf mit Siliziumchips

Wie Siliziumchip-Technologie die Biotechnologie vorantreibt

Auf den ersten Blick liegen die Welten der Siliziumtechnologie und der Biotechnologie ziemlich weit auseinander.

Einerseits befassen sich IT-bezogene Technologien mit vollständig von Menschenhand geschaffenen Systemen. Aus Investitionssicht konzentrieren sie sich oft stärker auf Software (Betriebssysteme, SaaS, soziale Medien und App-Store-Ökosysteme) als auf Hardware (obwohl der jüngste Aufstieg der künstlichen Intelligenz und Nvidia zum wertvollsten Unternehmen der Welt dies etwas geändert hat).

In der Biotechnologie geht es darum, bereits bestehende, hochkomplexe natürliche Systeme zu verstehen. Um die Geheimnisse der Biologie zu lüften, sind daher zahlreiche physikalische Experimente erforderlich – von Labor- und Kulturzellen bis hin zu klinischen Studien mit Tausenden von Menschen.

Aus Investitionssicht wird Biotechnologie oft mit der Pharmaindustrie gleichgesetzt, da der Großteil der Einnahmen des Biotech-Sektors aus lebensrettenden Medikamenten wie Krebsmedikamenten, Insulin und Blutdruckmedikamenten stammt.

Die beiden Technologiesektoren weisen jedoch eine versteckte Überschneidung auf: Fortschritte in der Siliziumtechnologie sind für den jüngsten Boom der Biotechnologiekapazitäten von grundlegender Bedeutung. Zum Beispiel Illumina (ILMN ) Genomsequenzierungsgeräte verwenden hochentwickelte Laser und Siliziumchips, um ein gesamtes Genom für weniger als 200 US-Dollar pro Genom zu lesen.

Je mehr Siliziumchips hergestellt wurden, desto effizienter wurde das Next Generation Sequencing (NGS).

Allein in den letzten zehn Jahren sind die Kosten pro Genom so weit gesunken, dass es sich im Arsenal der medizinischen Fachkräfte zur Verfügung stehenden Tests zu einem relativ kostengünstigen Test entwickelt hat.

Quelle: Illumina

Ein weiteres Unternehmen nutzt derzeit Siliziumchip-Technologie, um die Möglichkeiten der Biotechnologie völlig zu verändern und das „Schreiben“ von DNA so einfach wie Computercode zu machen: Twist Bioscience.

DNA-Schreiben auf Anfrage

DNA, RNA und Proteine

Lebende Zellen werden durch eine komplexe Anordnung von Anweisungen gesteuert, die in Form von DNA-Sequenzen im Genom des Organismus kodiert sind.

Diese Gene werden „gelesen“ und in mRNA umgewandelt, die dann zur Herstellung von Proteinen (einschließlich Enzymen) verwendet wird. Wären Zellen Fabriken, wären die Gene der Bauplan, die mRNA die Anweisungen des Managements und die Proteine ​​die Maschinen und Werkzeuge, mit denen die Fabrik ausgestattet wird.

Lange Zeit konnten Biologen vorhandene Gensequenzen nur mithilfe der PCR-Technologie duplizieren. Doch dann lernten sie, DNA-Sequenzen immer kontrollierter zu modifizieren, bis sie schließlich nahezu jede beliebige Gensequenz auf Wunsch herstellen konnten.

Der Markt für DNA-Synthese wuchs schnell, Erreicht 4.5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 und wird voraussichtlich zwischen 17.5 und 2025 um 2032 % CAGR weiter wachsen.

Quelle: Fortune-Business-Einblicke

Während die DNA-Synthese anfangs von der Biologie und der Medizinforschung dominiert wurde, wird sie heute vor allem für diagnostische und therapeutische Zwecke eingesetzt. Dieser Trend dürfte sich auch in Zukunft fortsetzen.

Quelle: Fortune-Business-Einblicke

Dies war jedoch immer noch ein mühsamer Prozess, der viel Planungsarbeit von promovierten Wissenschaftlern, Handarbeit und teure Chemikalien erforderte. Während die Sequenzgenerierungskapazität zusammen mit der Genom-Lesekapazität zunahm, war ein größeres DNA-Schreibvolumen immer noch unerreichbar.

Quelle: MDPI

Von der Säulensynthese bis zum Siliziumchip (9,600 Gene/Lauf)

Mit miniaturisierten Siliziumchips wurde es zunehmend möglich, DNA in sehr kleinen Mengen zu handhaben und auf die gleiche Weise zu synthetisieren.

Dies bedeutet, dass die DNA-Synthese jetzt im Nanomaßstab und mit einem beispiellosen Maß an Kontrolle durchgeführt werden kann. Dabei kann ein Siliziumchip fast 10,000 Gene gleichzeitig produzieren, anstatt wie bei den klassischen Methoden jeweils nur eines.

Quelle: Twist Bioscience

Dies ist eine Methode, die nicht nur produktiver ist, sondern die auch vollständig automatisiert werden kann und muss, um die Produktion zu beschleunigen und die damit verbundenen Arbeitskosten zu senken.

Überblick zu Twist Bioscience

Twist wurde 2013 gegründet und war ein Pionier bei der Einführung der DNA-Synthese in Chips. ein Teil des wachsenden Feldes der synthetischen Biologie.

Zwölf Jahre später erwirtschaftet das Unternehmen vierteljährlich einen Umsatz von fast 12 Millionen US-Dollar (100 Millionen US-Dollar im dritten Quartal 96.1, ein Anstieg von 3 % im Vergleich zum Vorjahr) und strebt einen Jahresumsatz von einer Milliarde US-Dollar an.

„Im dritten Quartal des Geschäftsjahres 2025 haben wir ein weiteres Quartal mit Rekordumsatz erzielt.

Wir haben Hunderte neuer Kunden hinzugewonnen und die erste einer Reihe geplanter SynBio-Portfolioerweiterungen auf den Markt gebracht. Damit haben wir den Grundstein für ein robustes, nachhaltiges Wachstum in der Zukunft gelegt.“

Emily M. Leproust - CEO & Mitbegründer von Twist Bioscience.

Quelle: Twist Bioscience

Twist beschäftigt über 1.100 Mitarbeiter. Das Unternehmen hat seinen Sitz in San Francisco und weitere Niederlassungen in den USA, Israel, China, Singapur und Korea. Der Großteil der Produktion erfolgt entweder in San Francisco oder bei die 100 Millionen Dollar teure „Fabrik der Zukunft“ des Unternehmens in Wilsonville, Oregon, mit einer Fläche von 210,000 Quadratfuß.

„Wir müssen etwa 18 bis 24 Monate im Voraus Platz einplanen. Während wir uns auf den erfolgreichen Ausbau unseres ersten Standorts in Portland konzentrieren, um 2022 erste Produkte auszuliefern, halten wir es für unerlässlich, auch das künftige langfristige Wachstum zu planen.“

Emily M. Leproust (Im Jahr 2021)- CEO und Mitbegründer von Twist Bioscience

Der Großteil des Umsatzes des Unternehmens wird auf den nordamerikanischen Märkten erzielt, aber auch die Umsätze in Europa wachsen schnell.

Quelle: Twist Bioscience

Twist Bioscience-Abteilungen

Die Unternehmensbereiche basieren alle auf einer gemeinsamen Basistechnologie, der DNA-on-Silicon-Plattform, weisen jedoch erhebliche Unterschiede bei den Endprodukten und den angesprochenen Märkten auf.

Quelle: Twist Bioscience

NGS

Der Geschäftsbereich Next-Generation-Sequencing ist der größte des Unternehmens und für mehr als die Hälfte des Gesamtumsatzes verantwortlich.

Es ermöglicht die Analyse komplexer DNA-Sequenzen, einschließlich Aufgaben wie der Flüssigbiopsie, dem Nachweis des genetischen Materials von Krebszellen anhand einer einfachen Blutprobe.

Im dritten Quartal 3 wuchs NGS im Vergleich zum Vorjahr um 2025 % und war damit der mit Abstand größte Wachstumstreiber für den Umsatz des Unternehmens. Daher dürfte dieses Segment in naher Zukunft noch wichtiger werden.

Das neue „Twist cfDNA Pan-Cancer Referenzstandard v2” ist in der Lage, 458 einzigartige natürlich vorkommende Krebsvarianten zu erkennen (czirkulierende Tumor-DNAoder ctDNA), die 84 verschiedene Gene abdeckt, die an Krebs beteiligt sind.

Quelle: MedLine Plus

Zu den weiteren von Twist hergestellten NGS-Produkten gehören Tools, die über das bloße Lesen genetischer Sequenzen hinausgehen, beispielsweise:

• Exom 2.0,um seltene und vererbte Krankheiten zu erkennen.
• Twist Genotypisierungspanel – Mensch 600k, um die genetischen Ursachen von Krankheiten zu identifizieren, die mit mehreren Genen zusammenhängen.
• MRD Rapid 500 Panel, wobei eine kleine Anzahl bösartiger Krebszellen erkannt wird, die nach einer erfolgreichen Krebstherapie im Körper verbleiben und einen Hauptrisikofaktor für ein Wiederauftreten darstellen.
• Twist Human-Methylom-Panel, für Anwendungen in den Bereichen Krebsmetastasen, menschliche Entwicklung und funktionelle Genomik.

„Die Sequenzierung von cfDNA gibt uns die Möglichkeit, wesentlich mehr über den Status des Krebses zu erfahren – um welche Art von Krebs es sich handelt, ob er wahrscheinlich auf die Erstlinientherapie anspricht und ob es neu auftretende Mutationen gibt, die diese Reaktion beeinflussen könnten?“

Mark Murakami - MD & Assistenzprofessor für Medizin an der Harvard Medical School

SynBio

Synbio geht über das Genetic Reading (NGS) hinaus und bietet spezialisiertere Tools für spezifische biotechnologische Forschung oder medizinische Zwecke. Zum Beispiel:

• TCR-Bibliotheken, die für die adoptive Zelltherapie (ACT) verwendet werden, nutzen gentechnisch veränderte T-Zell-Rezeptoren, um tumorspezifische Antigene anzugreifen.
• Spread-Out Low Diversity (SOLD)-Bibliotheken, zur Analyse einer Datenbank mit Variationen in Proteinen.
• Oligopools, Genfragmente, & Vektoren, wodurch die Produktion qualitativ hochwertiger genetischer Sequenzen sichergestellt wird und die Forscher diese nicht mehr selbst erstellen müssen, was häufig zu höheren Kosten und in geringerer Qualität geschieht.
• Kundenspezifisches Design und Produktion von Antigenen und Antikörpern, von 1,000 handelsüblichen Antigenen bis hin zur kundenspezifischen Produktion anderer Antigene unter Verwendung proprietärer Immunisierungsvektoren zur Produktion in Mäusen.

BioPharma-Lösungen

Dieses Segment ist gemessen am Umsatz das kleinste und besteht im Wesentlichen aus intern für Twists Forschungs- und Entwicklungsbedarf entwickelten Tools, die später in Dienstleistungen umgewandelt werden. Dazu gehören beispielsweise:

• In Silico-Antikörper-Humanisierung& Humanisierte transgene (HuTg) Mäuse, wobei KIs für maschinelles Lernen eingesetzt werden, um in Mäusen entwickelte Antikörper in funktionsfähige Antikörper für den Menschen umzuwandeln.
• DiversimAb™ Mausplattform, entwickelt, um maximale Antikörpervielfalt zu liefern.

Dieses Segment spiegelt das Potenzial der langfristigen Konzentration des Unternehmens auf Forschung und Entwicklung wider, wobei viele der anderen Aktivitäten auf Forschungsprogramme zurückgehen, die vor vielen Jahren initiiert wurden.

Quelle: Twist Bioscience

Weitere Anwendungen

AgriBio

Nicht alle Anwendungen der synthetischen Biologie und der DNA-Sequenzproduktion auf Chips sind biomedizinisch. Ein weiteres wichtiges und schnell wachsendes Feld ist die Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion.

Mithilfe dieser Methoden können Pflanzen und Nutztiere verbessert werden, beispielsweise indem ihre Überlebens- oder sogar Gedeihfähigkeit trotz extremer Temperaturen, Dürre, Salzgehalt oder Schädlingsbefall verbessert wird.

Mithilfe von Werkzeugen der synthetischen Biologie können auch neue Gene identifiziert und diese dann zur Entwicklung von Mikroben verwendet werden, die Stickstoff effizienter fixieren, mehr Kohlenstoff binden und unter widrigen Bedingungen wachsen.

Schließlich können NGS-Tools zur schnellen Erkennung und Überwachung von Pflanzen- und Tierpathogenen eingesetzt werden.

Datenspeicher

Eine noch neuartigere Anwendung der Tools von Twist Bioscience liegt in der Datenspeicherung, wobei DNA bei einigen Anwendungen möglicherweise siliziumbasierte Speicher ersetzt, was die Verbindung zwischen Siliziumtechnologie und Biotechnologie weiter verdeutlicht.

DNA ist tatsächlich ein außerordentlich dichtes Medium für Informationen. Die DNA-Informationsdichte beträgt 1.47 Terabit/mm² oder 2 Terabit/in², also mehr als das 950-Fache der Dichte von Computer-Festplatten.

Sinkende Kosten und Verbesserungen bei der Genauigkeit der synthetischen DNA-Synthese, die größtenteils von Twist Bioscience vorangetrieben werden, ermöglichen nun die Speicherung hochwertiger DNA-Daten.

Die Speicherung von DNA-Daten ist über einen sehr langen Zeitraum stabil und erfordert weder teure noch umweltschädliche Materialien. Zudem wird für die Speicherung keine Energie benötigt.

Herkömmliche Medien verlieren mit der Zeit an Qualität – selbst in streng kontrollierten Umgebungen. Die Speicherung synthetischer DNA ist in einer normalen Büroumgebung mit einer Zuverlässigkeit von 99.99999999999 % stabil.

Die DNA Data Storage Alliance wurde vor kurzem gegründet und umfasst das DNA-Synthese-Unternehmen Twist Bioscience, Unternehmen für Genomsequenzierung Illumina, Datenspeicherunternehmen Westliche Digital, Microsoft, Lenovo und viele andere.

Diese Technologie wurde im Mai 2025 in ein separates Unternehmen ausgegliedert, unter dem Namen Atlas-Datenspeicher, was folglich 155 Millionen US-Dollar Startkapital aufgebracht.

Atlas wird die bestehende DNA-Datenspeichertechnologie von Twist lizenzieren und die Kommerzialisierung über Early-Access-Programme vorantreiben.

„Die Möglichkeit, ein völlig neues Speichermedium zu entwickeln, bietet sich nicht oft. Bei Atlas Data Storage sind wir Pioniere bei der Verwendung von DNA für die Speicherung von Hochleistungsspeichern.

DNA ermöglicht hochskalierbare, ultradichte, sichere und dauerhafte Datenspeicherung, und das Potenzial, die Speicherung neu zu gestalten, ist enorm. Atlas verfügt über das richtige Team und die richtige Technologie, um dieses Versprechen umzusetzen.“

Varun Mehta, CEO von Atlas Data Storage.

Das Lesen von DNA ist zwar stabiler und energieeffizienter, aber immer noch viel komplexer als das Lesen einer Festplatte. Daher eignet sich die DNA-Datenspeicherung wahrscheinlich am besten für Archivdaten und andere Daten, die in absehbarer Zukunft nicht oft abgerufen werden.

Quelle: Atlas-Datenspeicher

Innovativer Vertriebskanal

Wenn technologische Innovation im Mittelpunkt von Twist Bioscience steht, ist das Unternehmen auch in Bezug auf seinen Vertriebskanal sehr innovativ.

Traditionell ist die Bestellung individueller DNA- oder RNA-Sequenzen ein eher langsamer und komplexer Prozess, der Zeit und erfahrene Fachkräfte erfordert und dessen endgültige Kosten nur schwer abzuschätzen sind.

Stattdessen bietet Twist einen Online-Service mit sofortiger Einschätzung, ob die Sequenz produziert werden kann, automatisierten Angeboten und automatisierter Auftragsverfolgung.

Quelle: Twist Bioscience

Quelle: Twist Bioscience

Da Wissenschaftler und Mediziner selten größere bürokratische Schritte in ihrer Forschung oder überhaupt die Interaktion mit Verkäufern zu schätzen wissen, wird dies für das Unternehmen zu einem starken Wettbewerbsvorteil.

Twist verfügt über einige wirklich gute interne Tools, die das Designteam verwendet, um uns dabei zu helfen, die Effizienz der frühen Panelentwicklung zu verbessern.

Aus diesem Grund verwenden wir Twist weiterhin, weil wir die konsistente Abdeckung der Chemieseite sehr zu schätzen wissen und die Zusammenarbeit mit dem Designteam ein echtes Vergnügen war. Das zählt für mich sehr viel.

Mark Murakami - MD & Assistenzprofessor für Medizin an der Harvard Medical School

Das Unternehmen bietet außerdem Online-Tools zur Optimierung der geordneten genetischen Sequenz an, mit ergonomischen Funktionen, die in von der Wissenschaft entwickelten Tools selten verfügbar sind.

Quelle: Twist Bioscience

Die Benutzerfreundlichkeit erleichtert auch die Einbindung neuer Kunden. Das Unternehmen beobachtet, wie die Ausgaben der Kunden im Laufe der Zeit steigen, „von einem 100-Dollar-Gen bis zu einem 250.000-Dollar-Entdeckungsprojekt“.

Bei größeren Auftragsvolumina ist auch eine Integration mit die API des Unternehmens für die Beschaffungsintegration, sichere Whitelists von IP-Adressen und Budgetprognosen.

Grüne Biotechnologie

Da auf den Siliziumchips im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wesentlich weniger chemische Verbindungen verwendet werden, ist die DNA-Synthese von Twist auch wesentlich umweltfreundlicher.

Beispielsweise stoßen die NGS-Oligopanele des Unternehmens fast 3,000-mal weniger CO2 aus als ältere Methoden.

Quelle: Twist Bioscience

Dasselbe gilt für die DNA-Schreibkapazität von SynBio, die für den herkömmlichen Ansatz überraschend umweltschädlich ist und 59 Kilometern Autofahrt zur Produktion eines Gens entspricht, verglichen mit 0.092 Kilometern bei Twist Bioscience.

Quelle: Twist Bioscience

Da sich die Branche von einer Nachfrage mit geringem Volumen und Schwerpunkt auf Forschung und Entwicklung zu einem deutlich größeren Verbrauch für Diagnose, Therapie und Umweltüberwachung entwickelt, werden die damit verbundenen Kohlendioxidemissionen und die Umweltverschmutzung zu einem immer größeren Problem.

Dies könnte die Wahl des Fertigungspartners bei der Prüfung von Optionen für die DNA-Synthese beeinflussen, insbesondere im Hinblick auf die Auswirkungen auf das ESG-Profil eines Unternehmens.

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Fazit

Der kostengünstige Druck Tausender DNA-Sequenzen auf Abruf revolutioniert die Möglichkeiten der Biotechnologie.

Beispielsweise könnte zur Krebserkennung bald nur noch eine Blutprobe erforderlich sein, statt teurer, unangenehmer und oft unzuverlässiger Screening-Methoden wie Scannern und Biopsien.

In gleicher Weise verändert die Möglichkeit, ganze Genome mit genetischen Sequenzen zu schreiben, das Potenzial für die Gentechnik bei Pflanzen, Tieren oder vielleicht eines Tages auch beim Menschen radikal, insbesondere in Kombination mit gentechnischen Methoden wie CRISPR, um die künstlichen Sequenzen in lebende Organismen einzufügen.

Es könnte sogar eine Möglichkeit werden, Daten für die Nachwelt zu speichern.

Dies macht Twist Bioscience zu einem potenziellen Hauptlieferanten für die meisten Pharmaunternehmen weltweit, die sich auf Unternehmen wie Twist verlassen, die sie mit einer Fülle günstiger und zuverlässiger synthetischer DNA- und RNA-Sequenzen versorgen.

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