التكنولوجيا الحيوية
ثورة المصانع البيولوجية: برمجة الحياة كمصنع
التحول من الكيمياء إلى المصانع البيولوجية
كيف يستبدل الكود الرقمي المواد الكيميائية الاصطناعية
بمجرد أن بدأ العلماء الأوائل يدركون أن العالم المادي من حولهم مكوّن من مكوّنات منفصلة ونقية، بدأوا في السعي لفهمه بشكل أعمق. مهدت جهود الكيميائيين الأوائل الطريق للعلماء في عصر التنوير والفترة الحديثة المبكرة، عندما اكتشفوا العناصر المنفصلة وأساسيات علم الأحياء: الخلايا، الحمض النووي، إلخ.
في الوقت نفسه، كانت الصناعة الكيميائية تُنشئ الصناعة الصيدلانية المبكرة، باستخدام أدوية كيميائية صناعية لتعديل العمليات البيولوجية في المرضى، مثل استخدام حمض الساليسيليك (الأسبرين) لخفض الحمى.
مع مرور الوقت، أصبحت المواد الكيميائية المستخدمة في الطب والصناعة أكثر تعقيدًا. ومع ذلك، كلما زاد تعقيد الجزيء، كلما أصبح من الصعب تصنيعه بالطرق الكيميائية الاصطناعية. وأصبح من المستحيل تمامًا بالنسبة لأكثر البروتينات أو المركبات البيوكيميائية تعقيدًا.
ثم سمحت الهندسة الحيوية بإنتاج الميكروبات المعدلة وراثيًا لإنتاج الإنسولين الرخيص والآمن، هرمون النمو، الأجسام المضادة، وغيرها، مما أسس مجال التكنولوجيا الحيوية كحقل مرتبط ولكنه منفصل عن الصيدلة.
كان هذا ثورة ضخمة في الكيمياء الحيوية والطب، حيث أصبحت المركبات المتوفرة وفيرة ورخيصة الإنتاج، والتي كانت في السابق مكلفة للغاية أو مستحيلة الحصول عليها.
اليوم، تتقاطع العديد من التقنيات الجديدة (البيانات الضخمة، الذكاء الاصطناعي، الأتمتة، الهندسة الجينية الدقيقة، التحليلات المتقدمة، إلخ) لتفتح عصرًا آخر من علوم الأحياء: ثورة المصانع البيولوجية.
ما وراء الطبيعة: إعادة تصميم الكائنات للاستخدام الصناعي
تميزت حقبة التكنولوجيا الحيوية باستخدام التعديلات الجينية الاصطناعية لجعل الكائنات الدقيقة تنتج الجزيئات الحيوية ذات الاهتمام، عادةً منتجات طبية. وقد ثبت أن هذا مربح للغاية، حيث أن العديد من هذه الجزيئات إما منقذة للحياة أو ذات قيمة عالية وكانت في السابق لا يمكن الحصول عليها إلا بكميات صغيرة من طرق مكلفة.
ومع ذلك، فإن هذا يقتصر بطبيعته على القدرة على تكرار ما هو موجود بالفعل في الكائنات الحية. وحتى اليوم، يعتمد إنتاج الكثير من المواد والجزيئات المفيدة على مواد كيميائية تُصنع اصطناعيًا، باستخدام طرق سامة أو مُنبِثة للكربون.
لذا، بينما يُعد تغيير نظام الطاقة لدينا عبر السيارات الكهربائية، البطاريات، والطاقة المتجددة أمرًا مهمًا، فإن العثور على بدائل أكثر خضرة لإنتاج المواد الكيميائية مهم بنفس القدر لحل معظم مشكلات العالم الحديث: التلوث البلاستيكي، تغير المناخ، الزراعة المستدامة، الإنتاج الصناعي غير الملوث، الأمن البيولوجي، الأمراض غير القابلة للشفاء، الطب التجديدي، علاجات طول العمر، إلخ.
ولجميع هذه المشكلات، يتم الآن نشر حل: نموذج المصانع البيولوجية.
كيف يعمل نموذج المصانع البيولوجية: تقاطع تقني
متعدد الأوميات، كريسبر، وصعود “البرمجة الحيوية”
في السنوات الأخيرة، حقق الفهم المتزايد لعلم الأحياء والوراثة تقدمًا هائلًا. وتعتمد الأجزاء الأساسية على عدد قليل من التقنيات الجديدة.
الأول هو التسلسل الجيني والجينوميات، التي أصبحت رخيصة بما يكفي لتُجرى بشكل روتيني بأقل من 1,000 دولار لكل كائن.
الآن تُدمج مع العديد من “-omics” الأخرى (النسخية، البروتيوميات، الأيضية، الإبيجينوميات، الميكروبيوميات، علم الأحياء المكاني) لتُنشئ متعدد الأوميات، وهو فهم شامل لجميع مستويات التعقيد المتعددة في الكائنات الحية.
تقنية جديدة أخرى هي كريسبر، طريقة تحرير الجينات التي اكتُشفت في عام 2012، والتي أصبحت منذ ذلك الحين أقوى وسيلة لتحرير جينات جميع أنواع الكائنات، بما في ذلك لعلاج الأمراض النادرة.
أخيرًا، أدى ظهور البيانات الضخمة، الذكاء الاصطناعي، وأشكال أخرى من التحليلات المتقدمة إلى تزويد علماء الأحياء بالأدوات اللازمة لمعالجة وفهم تدفق البيانات الهائل الذي أنشأته متعدد الأوميات.
عند جمعها معًا، تظهر قدرة جديدة كليًا.
إن الجمع بين كميات هائلة من البيانات من متعدد الأوميات البيولوجية الحقيقية مع تحليل الذكاء الاصطناعي يعني أن العملية الكاملة لإنشاء جزيئات معقدة يمكن رسم خريطة لها، نمذجتها، وحتى محاكاتها بالكامل في الحاسوب. يفتح هذا المجال لاختبار آلاف الاحتمالات افتراضيًا أو إنشاء بروتينات جديدة تمامًا من الصفر بخصائص مبتكرة.
وبفضل كريسبر، لم يكن إدخال هذه الأفكار إلى الكائنات الدقيقة أو النباتات أسرع، أكثر دقة، أو أسهل من أي وقت مضى، مما يحولها إلى مصانع بيولوجية مُتحكم فيها جيدًا، أو “مصانع بيولوجية”، وهو فرع من فروع البيولوجيا التركيبية.
نظرًا لأن الحمض النووي هو في الأساس شفرة بيولوجية، فإن سهولة صنع الكائنات المعدلة وراثيًا وتصميم أنظمة بيولوجية جديدة تجعل علم الأحياء قريبًا جدًا من برمجة الحواسيب.
“تخيل خلية. إنها تشبه إلى حد ما آلة صغيرة تعمل على كود رقمي، مشابه جدًا للكمبيوتر، إلا أن الكود في هذه الحالة—بدلاً من الأصفار والآحاد، هو A و T و C و G. لذا فإن البيولوجيا التركيبية هي برمجة الخلايا كما نبرمج الحواسيب، عن طريق تغيير شفرة الحمض النووي داخلها. نحن نوعًا ما مبرمجو خلايا للآجار. مهمتنا هي جعل الخلية تقوم بما يريده عملاؤنا.”
جيسون كيلي – الرئيس التنفيذي لشركة جينكو بايووركس
من البلاستيك إلى العطر: ما يمكن للمصانع البيولوجية إنتاجه
يمكن، نظريًا، استبدال العديد من المواد الكيميائية التي ينتجها الآن القطاع الكيميائي بوسائل حيوية الصنع. إما بنفس الجزيء الذي تنتجه الكائنات الحية، أو ببدائل ذات خصائص مشابهة.
على سبيل المثال، تُنتج الكائنات الدقيقة في التربة والنباتات بشكل روتيني كميات صغيرة من الأسمدة، الإيثانول، أو الإيثيلين، وهي جميعها جزيئات يُنتجها الآن القطاع الكيميائي على نطاق واسع. لذا، قد يؤدي تحسين العائد أو خفض تكلفة الإنتاج عبر كائن حي إلى تقليل كبير في الأثر الكربوني.
هدف آخر هو تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري من خلال إنتاج البوليمرات، بما في ذلك الأقمشة والبلاستيك (1,4-بوتانديول، 1,3-بروبانديول، بوليهيدروكسي ألكانوات، بولي لاكتيك، إلخ) عبر مسارات أيضية حيوية.
العطور ذات القيمة العالية، الأحماض الأمينية، الفيتامينات، الحرير، النكهات مثل الفانيلين، ومكونات التجميل مثل السكوالان أو حمض الهيالورونيك، يمكن أيضًا إنتاجها على نطاق واسع طبيعيًا بتكلفة منخفضة، على الأقل نظريًا.
وبالطبع، يمكن للعديد من الجزيئات الحيوية المُختَرة حديثًا أن تُشكل لقاحات تركيبية، علاجات مضادة للسرطان، بروتينات بديلة ومصادر غذائية (لحم مزرعٍ، إلخ).
أخيرًا، يمكن إنتاج منتجات جديدة كليًا بهذه الطريقة. على سبيل المثال، يمكن للمايسيليوم الفطري أن يُنشئ بديلًا صالحًا للجلد وغيرها من الأقمشة. أو يمكن إعادة تدوير انبعاثات الكربون مباشرةً إلى منتجات مفيدة قبل أن تصل إلى الغلاف الجوي.
نموذج الأعمال البحث كخدمة
بناء التآزر
إذا كانت التكنولوجيا اللازمة قد نضجت، فإن إعادة كتابة الأيض لكائن حي حقيقي بالكامل ليست بالأمر البسيط عمليًا، مع الحفاظ على إنتاجيته في الوقت نفسه.
لهذا السبب، يتزايد الاتجاه نحو الاستعانة بشركات متخصصة تمتلك المعدات والخبرة والمواد البيولوجية المناسبة لإنجاز ذلك. يتيح نموذج “البحث كخدمة”، الذي يُطلق عليه أحيانًا “الكائنات عند الطلب”، للمشاريع والمفاهيم المختلفة مساعدة بعضها البعض عبر المجالات.
على سبيل المثال، يمكن لكائن دقيق تم تطويره سابقًا لامتصاص انبعاثات الكربون أن يستخدم ذلك الكربون لإنتاج الإيثيلين، وهو سلف أساسي للعديد من تفاعلات التخليق الكيميائي. لكن شركة تركز على ائتمانات الكربون قد لا تحتاج إلى الإيثيلين مباشرةً، بينما قد لا تمتلك شركة كيميائية مصدر كربون جاهز. باستخدام نفس مقاول المصنع البيولوجي، يمكن للشركتين تطوير تآزر وجعل العملية أكثر كفاءة.
وبالمثل، يمكن نشر طريقة محسنة جديدة للتعديلات الجينية لعشرات التطبيقات المختلفة، مما يوزع تكلفة البحث والتطوير على مجموعة أوسع من المشاريع.
جينكو بايووركس: “DNA” للبيولوجيا التركيبية
لم تتصدر أي شركة مجال “الكائنات عند الطلب” مثل جينكو بايووركس. منذ تأسيسها في عام 2008 على يد خمسة علماء من MIT، كرست الشركة نفسها لإنتاج بكتيريا معدلة وراثيًا للتطبيقات الصناعية، مع اعتبار التكنولوجيا الحيوية، التي عادةً ما تكون محور هذا النشاط، فكرة ثانوية.
كانت جينكو أول شركة تكنولوجيا حيوية تنضم إلى برنامج مسرّع الشركات الناشئة الشهير Y Combinator في عام 2014. طرحت الشركة أسهمها في عام 2021 عبر دمج SPAC وحصلت على رمز البورصة NYSE DNA، الذي كان مملوكًا سابقًا لرواد التكنولوجيا الحيوية جيننتيك (قبل استحواذه على شركة روش).
(DNA )
منذ ذلك الحين، تطورت جينكو بايووركس لتصبح شريكًا رئيسيًا للعديد من الشركات الصناعية، الصيدلانية، والزراعية.
المصدر: Gingko Bioworks
- ميكروبات مبرمجة لأمراض الأمعاء.
- معالجة الميكروبلاستيك حيويًا.
- العلاجات اللحمية الريبوزية واللقاحات.
- إعادة تدوير النفايات والملوثات.
- مكافحة أمراض فول الصويا الحرجة في البرازيل.
- استبدال أسمدة النيتروجين بالبكتيريا
- القنّبيات.
- تصنيع محسّن للمنتجات البيولوجية والببتيدات
- إنتاج المكونات الصيدلانية النشطة (API) عبر التحفيز الحيوي والتخمير على نطاق واسع.
- حلول التشخيص الجزيئي، من خلال قاعدة بيانات إنزيمات مملوكة ومصممي إنزيمات خبراء.
- العلاج الخلوي وتحرير الجينات.
تحول جينكو: بيع الأمن البيولوجي للمختبرات الذاتية
بيع أعمال الأمن البيولوجي
خلال جائحة كوفيد، وسعت جينكو بسرعة أعمال الأمن البيولوجي لديها، وهو نشاط يراقب المخاطر البيولوجية، في الغالب للحكومات. ثم تطور إلى منصة بيو رادار شاملة.
قدمت تلك الأعمال فوائد لا تقدر بثمن خلال جائحة كوفيد عبر برامج الاختبار على مستوى الولاية والوطنية، وأسفرت عن إيرادات سنوية قصوى تجاوزت 300 مليون دولار. كنا فخورين بالمساهمة في فتح أكثر من 5,000 مدرسة على مستوى البلاد.
مع ذلك، فإن هذا النشاط منفصل إلى حد ما عن باقي مشاريع جينكو بايووركس. لذا قررت إدارة الشركة بيعه إلى مجموعة من المستثمرين، لتشكيل كيان خاص جديد يُدعى Tower Biosecurity، وستظل جينكو تحتفظ بحصة 20٪ من الأسهم.
من مزود الخدمة إلى شراكات ذات قيمة عالية
نشاط “الكائنات عند الطلب” هو الآن جوهر أعمال الشركة، مع أكبر قطاع هو الغذاء والزراعة والصناعات الصيدلانية والتكنولوجيا الحيوية. ومع ذلك، شهدت إيرادات هذا القطاع انخفاضًا بين الربع الرابع من 2024 والربع الرابع من 2025، نتيجة لتراجع عام في الاستثمارات في التكنولوجيا الحيوية خلال تلك الفترة.
المصدر: Gingko Bioworks
عانى هذا القطاع من عدم اليقين النسبي بشأن نموذج أعماله. في البداية، خططت جينكو لتقديم القدرة البحثية كخدمة بحتة، بسعر ثابت ونقطة نهاية واضحة. جعل ذلك جينكو شريكًا بحثيًا شائعًا للغاية.
ومع ذلك، كان لهذا أيضًا معنى عدم وجود عوائد ملكية أو إيرادات إضافية بمجرد انتهاء المشروع، مما جعل جينكو عالقة في حلقة لا نهائية من المشاريع الجديدة، دون أن يتحول التفوق التكنولوجي إلى إيرادات.
منذ ذلك الحين، بدأت الشركة في تطوير كائنات جديدة عبر هيكل شراكة. على سبيل المثال، تحقيق إنجاز رئيسي في مشروع مع شركة ميرك، مما أدى إلى دفع 9 ملايين دولار في الربع الرابع من 2024 ومدفوعات أكبر لاحقًا في المرحلة الثانية من المشروع.
تم أخذ الحاجة إلى إعادة هيكلة التدفق النقدي على محمل الجد من قبل الشركة، مع جهود قوية لتقليل استهلاك النقد بنسبة 73٪ خلال العام الماضي. وفي الوقت نفسه، لا تمتلك الشركة ديونًا كبيرة، مما يقلل من المخاطر المالية الإضافية.
المصدر: Gingko Bioworks
صعود المختبر الروبوتي الذاتي المعياري
إذا كان هندسة الخلايا هي مركز الشركة في الماضي، فإن مستقبلها الآن يكمن في استخدام الذكاء الاصطناعي ومختبراتها الآلية لتقليل التكاليف وتحسين إنشاء المصانع البيولوجية الجديدة.
المختبرات الآلية هي تقنية عملت جينكو عليها منذ فترة، إذ لا يزال معظم العمل في مختبرات الأحياء يتضمن مهامًا يدوية متكررة ومملة، غالبًا ما تستهلك الجزء الأكبر من وقت القوى العاملة الحاصلة على درجات ماجستير ودكتوراه.
لتغيير هذه الطريقة، أنشأت جينكو منصة معيارية آلية، قادرة على أداء مهام المختبر مثل زرع الخلايا، نقل المواد الكيميائية، التحليل المجهري، وغيرها، دون تدخل بشري.
المصدر: Gingko Bioworks
أهم سمة في هذا التصميم هي القابلية للتجميع. يمكن ربط كل وحدة بأخرى لإنشاء ما يشبه “سلسلة تجميع” للتجارب العلمية والتحليلات الحيوية.
يُدمج هذا الحل مع عرض برمجي، مما يخلق حلًا مرنًا يمكن تعديله وتكييفه في أيام أو ساعات قليلة، مقارنةً بالبنى التحتية البحثية الأكثر صلابة التي تتطلب أشهرًا من إعادة التكوين المكلفة للمشاريع الجديدة.
المصدر: Gingko Bioworks
يوفر هذا الجمع بين المرونة المطلوبة للبحث (مقارنةً بالإنتاج الضخم) والأتمتة اللازمة لتسريع البحث وتقليل التكاليف، حيث يمكن للمختبر الآلي العمل أسرع من الإنسان وعلى مدار 24/7.
تخطط جينكو لتقديم هذه التقنية بصيغتين:
- “ابنِ مختبرك الخاص”، حيث تقوم الشركة بتصنيع وصيانة وحدات المختبر الآلي، لكن العمليات اليومية والملكية تعود للعميل.
- الوصول إلى مختبر جينكو المستقل المتقدم عبر التعاقد المباشر على الخدمة.
نقطة البيانات: توليد 10,000 تجربة خلال أسابيع
بينما تولد عروض الأتمتة البيانات البيولوجية، تقوم نقطة البيانات بمعالجتها إلى رؤى مفيدة.
العنصر الأساسي هو السرعة في توليد البيانات التي يمكن أن توجه فرضيات إضافية، وتكرار التجارب الجديدة بسرعة للحفاظ على التقدم.
المصدر: Ginkgo Bioworks
من خلال هذه الخدمة، يمكن لجينكو توفير بيانات مملوكة بالكامل للعميل، وهو ميزة تنافسية في الشراكات مع شركات التكنولوجيا الحيوية أو الصيدلة الأخرى.
يمكن توليد البيانات في غضون ثلاثة أسابيع فقط، مع أكثر من 10,000 اضطراب كيميائي وجيني في المختبر لكل نوع خلية، ومجموعة واسعة من الأساليب التحليلية المتاحة لدراسة النتائج.
يمكن استخدام النظام نفسه لتوليد أجسام مضادة جديدة بسرعة، وهو نوع من الجزيئات التي تصبح بسرعة دواءً رئيسيًا في علم الأورام ومجالات طبية أخرى. يمكن لجينكو فحص ما يصل إلى 2,400 جسم مضاد مختلف بالتوازي، بفضل بنية مختبر رطب آلية تبلغ قيمتها مليار دولار.
البحث الحيوي المدعوم بالذكاء الاصطناعي
أنشأت جينكو شراكة مع OpenAI لاستخدام ChatGPT 5 في سياق البحث الحيوي. وأفادت الشركة بتحسن كبير في الإنتاجية.
«أفادت الشركة أن النظام خفض تكاليف تفاعل تخليق البروتين الخالي من الخلايا بنسبة 40٪ مقارنةً بأحدث التقنيات، بينما أجرى 36,000 شرط تجريبي عبر ست دورات تكرارية.»
كان التدخل البشري يقتصر أساسًا على تحضير الكواشف، التحميل والتفريغ، والإشراف على النظام، بينما تم التعامل مع تصميم التجارب، التنفيذ، تفسير البيانات، وتوليد الفرضيات بواسطة المختبر الذاتي المدفوع بـ GPT-5.
تم إصدار النموذج المستخدم كمصدر مفتوح، ويمكن طلب مزيج التفاعل الخالي من الخلايا المحسن بالذكاء الاصطناعي من قبل المجتمع العلمي، مما يحول جينكو إلى أداة بحث مفتوحة المصدر مهمة للعلماء حول العالم.
حصلت جينكو أيضًا على منحة بقيمة 47 مليون دولار من الحكومة الأمريكية لتطوير مرفق بحثي كبير لمهمة Genesis Mission، وهو موقع مساحته 32,000 قدم مربع يُعرف باسم Microbial Molecular Phenotyping Capability (M2PC). سيضم أكثر من 100 أداة تحليل آلية، ومن المتوقع أن يكون جاهزًا بالكامل للباحثين العالميين بحلول عام 2030.
«سوف يستفيد الفريق من الذكاء الاصطناعي المتقدم لفك شفرة وظائف البروتين والمسارات، وأتمتة توليد البيانات وجمعها، ودمج أنظمة التجارب والحوسبة الفائقة التابعة لوزارة الطاقة مع شركات التكنولوجيا الحيوية والذكاء الاصطناعي.»
التوقعات طويلة الأجل: هل أصبحت جينكو مربحة أخيرًا؟
من مبتكر نموذج أعمال المصانع البيولوجية وفاعل مهم في الأمن البيولوجي، تعيد جينكو الآن تعريف نفسها كقائدة في أتمتة البحث البيولوجي وشريك رئيسي في تقنية البحث والتطوير المدفوعة بالذكاء الاصطناعي.
مع تقاطع علم الأحياء مع الذكاء الاصطناعي، سيُستبدل تدريجيًا العديد من العمليات الصناعية ببدائل حيوية أكثر خضرة تكون محايدة للكربون، غير سامة، وأرخص. في تلك الرؤية المستقبلية، تكون الكائنات الحية قابلة للبرمجة مثل كود الحاسوب، ولكن لها تأثير أكبر على العالم الحقيقي.
يمثل هذا فرصة هائلة لجينكو بايووركس، سواء للمشروع الذي تعمل عليه حاليًا، أو لتصميم مختبرها الآلي الذي قد يصبح معيارًا لمعظم فرق البحث على المدى الطويل.
مع تحسين نموذج أعمال هندسة الخلايا (مع مزيد من العوائد الملكية وعقود مشاركة إيرادات أكثر عدلاً)، ينبغي أن يساعد ذلك في جعل جينكو مربحة في السنوات القادمة.
(يمكنك أيضًا قراءة المزيد عن شركات البيولوجيا التركيبية الأخرى في “أفضل 5 شركات عامة في مجال البيولوجيا التركيبية”)
آخر أخبار وأسهم جينكو بايووركس (DNA) وتطوراتها
