Regeneron bringt mithilfe von AWS groß angelegte Genomik in die Wirkstoffforschung

Allein im Jahr 2020 gaben die 12 größten Biopharma-Unternehmen über 96 Milliarden USD für die Forschung und Entwicklung pharmazeutischer Produkte aus und setzten damit den stetigen Anstieg der Kosten für die Arzneimittelentwicklung fort. Da die überwiegende Mehrheit der experimentellen Arzneimittel nicht auf den Markt kommt, gelingt es jedes Jahr nur einer Handvoll neuer Medikamente, die Zulassung zu erhalten und auf den Markt zu kommen. Um die Erfolgsquoten zu erhöhen, integrieren Biopharma-Organisationen die Genomik in den pharmazeutischen Forschungs- und Entwicklungsprozess und nutzen genetische Daten, um Arzneimittelreaktionen besser zu verstehen. Diese als Pharmakogenomik bekannte Praxis befindet sich zwar noch im Anfangsstadium der Einführung, hat jedoch die Erfolgsquote verdoppelt. Heute sind nur fünf Prozent der Gene im menschlichen Genom Ziele für zugelassene Medikamente, obwohl weitaus mehr Gene mit Krankheiten in Verbindung gebracht werden.

Regeneron, ein internationales Biotech- und Pharmaunternehmen, unterstützt die Branche dabei, die Wirkstoffforschung durch die Integration genomischer Erkenntnisse mithilfe von Amazon Web Services (AWS) zu beschleunigen und zu verbessern. Das Regeneron Genetics Center (RGC) ist eine Forschungsinitiative, die sich auf die Sequenzierung von Exomen – genkodierenden Regionen des menschlichen Genoms – konzentriert und die groß angelegte Analyse von Genom- und Gesundheitsdaten ermöglicht, um umsetzbare wissenschaftliche Ergebnisse zu erzielen, die in den eigenen Arzneimittelentwicklungsprogrammen von Regeneron und von der breiteren Forschungsgemeinschaft angewendet werden können.

Die gleichzeitige Analyse von Tausenden oder Millionen von Genomen ermöglicht es Forschern, Zusammenhänge zwischen Krankheiten und bestimmten genetischen Variationen aufzudecken, die in einer kleinen Population nicht offensichtlich wären. Je größer und vielfältiger der Datensatz ist, desto größer ist die Gewissheit, dass die wissenschaftlichen Erkenntnisse auf ein breites Spektrum von Patienten zutreffen. Um diese umfassenden Datensätze auf globaler Ebene aufzubauen, hat Regeneron eng mit Organisationen wie der UK Biobank und dem AWS-Partner DNAnexus zusammengearbeitet, um genetische Proben und Gesundheitsinformationen von Millionen von Freiwilligen zu erhalten.

Mithilfe von Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2), einem Webservice, der sichere, anpassbare Rechenkapazität in der Cloud bereitstellt, konnten Regeneron und seine Mitarbeiter die Exomsequenzierung und Verarbeitung dieser genetischen Proben beschleunigen. Die sich daraus ergebenden Petabytes an anonymisierten Gesundheits- und Genomdaten werden mithilfe des Amazon Simple Storage Service (Amazon S3), einem Objektspeicher-Service, sicher gespeichert. Das Speichern dieser Informationen auf Amazon S3 bietet Regeneron 90 Prozent Kosteneinsparungen im Vergleich zu On-Premises-Servern. Bis 2021 sequenzierte das RGC über eine Million Genome mit der zehnfachen Geschwindigkeit, die mit lokaler Speicherung und Datenverarbeitung möglich gewesen wäre.

Sobald genomische Daten vorliegen, bietet AWS die analytische Leistung, die Regeneron benötigt, um auf der Grundlage der Daten wissenschaftliche Entdeckungen zu machen. Insbesondere ist das RGC führend bei der Durchführung eines tiefgreifenden Analyseprozesses – „Komplettanalysen“ –, bei dem riesige genomische Datensätze durchsucht werden, um jeden Zusammenhang zwischen einem Phänotyp und Genotyp zu identifizieren, der in einer Datenbank existiert, um letztendlich die Arzneimittelforschung und -entwicklung zu unterstützen.

„Die Tabellen der Assoziationsergebnisse für Komplettanalysen enthalten mehr als eine Billion Zellen“, sagt Jeffrey Reid, PhD, Leiter der Datenabteilung des RGC. „Ohne die unübertroffene Skalierbarkeit der AWS-Cloud-Infrastruktur könnten wir diese aufschlussreichen, groß angelegten agnostischen Analysen nicht durchführen.“

Das RGC hat Forschungskooperationen mit einer Vielzahl von akademischen und pharmazeutischen Industriegruppen eingeleitet und stellt Daten für kundenspezifische projektbasierte Analysen zur Verfügung. Forscher können sicher auf die Daten in Amazon S3 zugreifen und die Dateien verwalten, die sie für ihre Projekte benötigen, indem sie das Amazon Elastic File System (Amazon EFS) verwenden, ein einfaches, elastisches Serverless-Dateisystem, mit dem Benutzer Dateidaten teilen können, ohne Speicher bereitstellen oder verwalten zu müssen.

„Mit AWS sind wir in der Lage, das Beste aus beiden Welten zu bieten. So können wir die Forschung wie in einem akademischen Umfeld ablaufen lassen und gleichzeitig den Forschern mehr Kontrolle über die von ihnen verwendete Infrastruktur geben, z. B. die Rechen-Instances, die sie einrichten“, sagt Reid. „Um die Wirkung der Daten zu maximieren, müssen Sie den Zugriff auf die Daten maximieren. Das haben wir mit AWS gemacht. Ohne AWS-Lösungen hätten wir diese Datenmenge innerhalb dieses Zeitplans auf keinen Fall an so viele Partner auf der ganzen Welt liefern können.“

Die internationale Zusammenarbeit der Industrie ist der Schlüssel zur Beschleunigung neuer genomischer Entdeckungen. „Wir brauchten eine Methode, um über mehrere Institutionen und Standorte hinweg zu arbeiten, und das ist einer der Gründe, warum wir uns auf Cloud Computing konzentriert haben“, sagt Reid. „Der Einsatz von AWS hat uns geholfen, eine sichere Datenwissenschaftspattform bereitzustellen, auf der wir die Daten generieren und mit Mitarbeitern auf der ganzen Welt teilen, umfangreiche Analysen anwenden und diese Ergebnisse dann verteilen können.“

Die Wirkung genomischer Daten zu maximieren bedeutet, die Darstellung in den Proben und in den verschiedenen durchgeführten Forschungsprojekten zu maximieren. Das RGC hat über 100 Mitarbeiter auf der ganzen Welt, die zusammenarbeiten, um verschiedene genomische Datensätze zu sammeln, um Analysen aussagekräftiger und die Ergebnisse breiter anwendbar zu machen.

„Wir versuchen aktiv, die Vielfalt der genetischen Abstammung in unseren Datenbanken zu verbessern, weil wir wissen, dass es viele Erkenntnisse gibt, die aufgrund des historischen Schwerpunkts auf der europäischen Abstammung unentdeckt geblieben sind“, sagt Reid. „Indem wir auf AWS aufbauen, können wir den globalen Zugang demokratisieren und sicherstellen, dass in Zukunft Präzisionsmedizin und polygene Risikobewertungen eingesetzt werden, um die Versorgung von Menschen aller Herkunft wirklich zu verbessern.“

Erfahren Sie, wie AWS anderen Gesundheitsunternehmen dabei hilft, das Potenzial der Präzisionsmedizin auszuschöpfen.