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Ginkgo Bioworks (DNA): Leben nach Bedarf erschaffen
Eine neue Ära für Biotechnologie
Over time, knowledge about medicine and biotechnology has changed in successive important phases. At first, it was mostly about understanding natural biochemical processes. Then, synthetic chemical drugs started to alter these processes. Then, bioengineering allowed for the production by GMO microbes of cheap and safe insulin, growth hormone, etc.
Im Laufe der Zeit hat sich das Wissen über Medizin und Biotechnologie in aufeinanderfolgenden wichtigen Phasen verändert. Zunächst ging es hauptsächlich darum, natürliche biochemische Prozesse zu verstehen. Dann begannen synthetische Chemikalien, diese Prozesse zu verändern. Anschließend ermöglichte das Bioengineering die Produktion von billigem und sicherem Insulin, Wachstumshormonen usw. durch gentechnisch veränderte Mikroben.
Heute konvergieren viele Technologien, um eine weitere Ära der Biowissenschaften zu eröffnen: Big Data, KI, Automatisierung, präzises Gentechnik-Engineering, fortgeschrittene Analytik usw.
Diese Phase neu konstruierter Organismen und Therapien korrigiert oder repliziert nicht nur das, was die Natur geschaffen hat, sondern schafft von Grund auf völlig neue Fähigkeiten. Dies könnte ein radikales neues Werkzeug zur Lösung der meisten Probleme der modernen Welt sein: Plastikverschmutzung, Klimawandel, nachhaltige Landwirtschaft, emissionsfreie industrielle Produktion, Biosecurity, unheilbare Krankheiten, regenerative Medizin, Langlebigkeitsbehandlungen usw.
Die Bewältigung dieses völlig neuen Technologiestapels, zusätzlich zu den bereits komplexen Rahmenbedingungen von medizinischer Forschung, klinischen Studien oder industriellen Anlagen, kann selbst für Branchenführer schwierig sein.
Deshalb entstehen spezialisierte Unternehmen, die ihr Fachwissen als Dienstleistung im Rahmen von „Research-as-a-Service“ oder „Organismen-on-Demand“ anbieten. Und das führende Unternehmen in diesem aufstrebenden Sektor ist: Ginkgo Bioworks.
(DNA )
Die Ursprünge von Ginkgo Bioworks
Das Unternehmen wurde 2008 von fünf MIT-Wissenschaftlern gegründet, um gentechnisch veränderte Bakterien für industrielle Anwendungen zu produzieren. Die Kernidee war, dass die meisten Projekte, die modifizierte Mikroorganismen nutzen, dieselben Schritte separat wiederholen müssen, bevor ein nutzbares Produkt entsteht.
Stattdessen könnte ein Unternehmen wie Ginkgo diese Schritte einmal durchführen und dann mehrere Produkte aus dieser gemeinsamen technologischen und biologischen Basis lizenzieren.
Denken Sie an eine Zelle. Sie ist so etwas wie eine kleine Maschine, die mit digitalem Code läuft, sehr ähnlich einem Computer, nur dass der Code hier – anstelle von Nullen und Einsen – aus A, T, C und G besteht.
Also ist synthetische Biologie das Programmieren von Zellen, wie wir Computer programmieren, indem wir den DNA-Code in ihnen ändern. Wir sind sozusagen Zellprogrammierer auf Abruf. Unsere Aufgabe ist es, die Zelle das tun zu lassen, was unsere Kunden wollen.
Ginkgo war 2014 das erste Biotechnologieunternehmen, das dem berühmten Y‑Combinator‑Start‑up‑Accelerator‑Programm beitrat, und war zu einem Zeitpunkt eines der weltweit größten privat gehaltenen Biotech‑Unternehmen, im Jahr 2019 mit 4,2 Milliarden US‑Dollar bewertet.
Das Unternehmen ging 2021 durch eine SPAC‑Fusion an die Börse und sicherte sich das NYSE‑Ticker‑Symbol DNA, das zuvor dem Biotech‑Pionier Genentech gehörte (vor dessen Übernahme durch Roche).
Ginkgos einzigartige Dienstleistungen & Infrastruktur
Ginkgo Automation
Ein ursprüngliches Verkaufsargument von Ginkgo war, dass es biologische Daten automatisiert und konsistent erzeugt hat.
Dies ist eine entscheidende Entwicklung für die Biotechnologie, da schwer reproduzierbare oder vergleichbare Studien die Branche geplagt haben und jede vorsichtige Versuche, wissenschaftliche Entdeckungen zu systematisieren, gescheitert sind.
Automatisierung, anstelle mühsamer und langsamer manueller Arbeit von Forschern mit Promotion, ist ebenfalls nötig, um die Kosten im Griff zu behalten.
Um diese Probleme zu lösen, entwickelte das Unternehmen die Reconfigurable Automation Carts (RACs), ein modulares Bauelement zur Schaffung automatisierter Biolabore, ausgestattet mit Roboterarmen, drahtloser Verbindung und modularen Steckplätzen für Analysegeräte.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Sie können dann miteinander verbunden werden, um eine Art „Montagekette“ für wissenschaftliche Experimente und Bioanalysen zu schaffen.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Diese Lösung wird mit einem Softwareangebot kombiniert und schafft eine flexible Lösung, die in nur Tagen oder Stunden angepasst und modifiziert werden kann, im Vergleich zu starreren Forschungsinfrastrukturen, die Monate kostspieliger Neukonfiguration für neue Projekte benötigen.
Ginkgo Datapunkt
Während die Automation die biologischen Daten erzeugt, verarbeitet Datapunkt sie zu nützlichen Erkenntnissen.
Das Schlüsselelement ist die schnelle Generierung von Daten, die weitere Hypothesen leiten können, sowie die rasche Wiederholung neuer Experimente, um Fortschritte zu erzielen.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Mit diesem Service kann Ginkgo Daten bereitstellen, die vollständig dem Kunden gehören, was einen Wettbewerbsvorteil für Partnerschaften mit anderen Biotech‑ oder Pharmaunternehmen darstellt.
Daten können in nur drei Wochen generiert werden, mit über zehntausend in‑vitro‑chemischen und genetischen Störungen pro Zelltyp und einer großen Auswahl an analytischen Methoden zur Auswertung der Ergebnisse.
Dasselbe System kann für die schnelle Erzeugung neuer Antikörper verwendet werden, einer Molekülart, die schnell zu einem Schlüsselmedikament in der Onkologie und anderen medizinischen Bereichen wird. Ginkgo kann dank einer automatisierten Laborinfrastruktur im Wert von 1 Milliarde US‑Dollar bis zu 2.400 verschiedene Antikörper parallel testen.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Schließlich kann diese Technologie auch genutzt werden, um neue mRNA‑Sequenzen sehr schnell zu erzeugen und zu testen.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Insgesamt könnten diese Daten auch verwendet werden, um KI‑Agenten zu trainieren, die auf Biotech‑Forschung spezialisiert sind, entweder direkt von Ginkgo oder von dessen Kunden, sofern diese bereit sind, für unbegrenzten Zugriff auf diese Daten zu zahlen. Oder sogar, um KI zu helfen, energieeffizienter zu rechnen, indem Organoide – mikroskopische Gehirne, die im Labor gezüchtet werden und sich mit Siliziumchips verbinden können – eingesetzt werden.
Ginkgo Bioworks Segmente
Da das Potenzial für maßgeschneiderte bioengineerte Organismen und synthetische Biologie so groß ist, hat Ginkgo Potenzial in vielen äußerst großen Märkten, insbesondere Landwirtschaft, biopharmazeutische Produkte, Biosecurity, Regierungsprogramme und industrielle Biotechnologie.
Landwirtschaft
Da die moderne Landwirtschaft unter Druck steht, nachhaltigere Praktiken zu implementieren, invasive Arten zu bekämpfen, degradierende Böden zu verhindern und dem Klimawandel zu begegnen, sind neue Pflanzensorten stark nachgefragt.
Das Unternehmen betreibt eigene Gewächshäuser und hat Zugriff auf über 387.000 Sorten agronomischer Pflanzen sowie auf 2,7 Milliarden Gene in einer privaten metagenomischen Datenbank, die praktisch nicht mit öffentlichen Gen‑Datenbanken überlappt.
Der Fokus dieses Segments ist aufgeteilt zwischen Pflanzenschutz (gegen Schädlinge und Krankheiten), Pflanzenernährung (Optimierung von Düngemitteln) und Pflanzenmerkmalen (Wachstumsrate, Erträge, Widerstand gegen Wasser‑ oder Hitzestress usw.).
Ginkgos Produkte helfen, Biokontrolle für Schädlinge zu schaffen, die sonst chemische Behandlungen benötigen würden, um die Ernten nicht zu zerstören, zum Beispiel die Partnerschaft mit Vitales zur Kontrolle kritischer Sojabohnenkrankheiten in Brasilien.
“Die Zusammenarbeit mit Ginkgo ermöglicht es uns, unseren Zeitplan für die Markteinführung wichtiger neuer Biokontrolllösungen zu beschleunigen. Ginkgos Expertise in Fermentation und Formulierung, mit Teams, die gemeinsam unter einem Dach arbeiten, wird die Entwicklung wirtschaftlich tragfähiger Produktkonzepte beschleunigen.“
Fernando Eduardo Alves de Sousa – Biologische Wissenschaften, Vitales
Ginkgos Kundenliste im Agrarsektor umfasst führende Unternehmen wie die globalen Marktführer Bayer und Syngenta.
Die Partnerschaft mit Bayer zielt darauf ab, Stickstoffdünger durch Bakterien zu ersetzen; Stickstoffdünger verbraucht 5 % des weltweit genutzten Erdgases und ist für 3 % der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich.
Biopharma
Als einer der größten Geldbringer in der Biotech‑Branche ist der biopharmazeutische Sektor für Ginkgo von großer Bedeutung. Das Unternehmen hat Beziehungen zu einer beeindruckenden Liste großer Pharmaunternehmen aufgebaut, darunter Pfizer, Novo Nordisk, Biogen, Moderna und Boehringer Ingelheim.
„Wir glauben, dass die einzigartige Kombination von Ginkgos Zellprogrammier‑Expertise, proprietären Werkzeugen und Wissen über biologische Systeme sie zu einem idealen Kooperationspartner macht.“
Alphonse Galdes – ehemaliger Leiter der pharmazeutischen Operationen & Technologie bei Biogen
Die Partnerschaft und Dienstleistungen sind um 6 verschiedene Hauptthemen herum organisiert:
- Optimierte Herstellung von Biologika & Peptiden, insbesondere für Novo Nordisk und Selecta Biosciences.
- Produktion von Wirkstoffen (API) durch skalierte Biokatalyse und Fermentation.
- Molekulare Diagnostiklösungen, über proprietäre Enzymdatenbank und erfahrene Enzymdesigner.
- Gentherapie, mit Fokus auf Lipidnanopartikel und AAVs (virale Vektoren) zur Lieferung des genetischen Materials.
- Zelltherapie & Gen-Editierung unter Einsatz von CAR‑T, CRISPR und einer weiteren fortschrittlichen Methode für präzise Gen-Editierung.
- RNA‑Therapeutika & Impfstoffe, Optimierung von mRNA‑ und circRNA‑Sequenzen für verbesserte Stabilität und Proteinexpression, insbesondere für Moderna und Pfizer, und Nutzung von KI‑Modellen zur mRNA‑Datengenerierung.
“Der Zugriff auf Ginkgos proprietäre Plattform wird Pfizer dabei helfen, neuartige und spannende RNA‑Konstrukte mit verbesserter Stabilität und Expression zu suchen, die zu wirksameren Behandlungen führen könnten.“
Will Somers – Leiter Biomedizinisches Design bei Pfizer
Unter den kürzlich wachsenden Schlüsselpartnerschaften hat Novo Nordisk seine Verbindung zu Ginkgo im Jahr 2024 ausgebaut. Was 2022 noch auf die Optimierung der Produktion beschränkt war, wird nun auch auf eine breitere Ausweitung sowie auf die Entdeckung und Entwicklung neuer proteinbasierter Pharmazeutika ausgedehnt.
“Dieser Fortschritt ist ein starkes Indiz für das Potenzial, biologische Systeme zu entwickeln, die den chemischen Raum biomedizinischer Medikamente erweitern werden.“
Brian Vandahl – SVP, Globale Forschungs‑Technologie bei Novo Nordisk
Weitere Forschungsprogramme und Partnerschaften von Ginkgo, die erwähnt werden können, umfassen:
- Cannabinoide
- Programmierbare Mikroben für Darmerkrankungen
- Bioremediation von Mikroplastik
- Recycling von Abfällen und Kontaminanten
Quelle: Ginkgo Bioworks
Biosecurity & Regierung
Während der Pandemie half Ginkgo bei der Herstellung von Tests zur Erkennung von Covid‑19, wobei über 15 Millionen Proben an 11 wichtigen internationalen Flughäfen getestet wurden.
Jetzt unterstützt das Unternehmen die Überwachung von H5N1 (Vogelgrippe) durch genomische Überwachung mittels anonymisierter Milchproben.
Das Unternehmen führt diese Aufgaben hauptsächlich mit zwei Werkzeugen durch: Horizon und Canopy.
Horizon
Dies ist eine biologische Berichtssuite aus Software und Datenbank mit lokalisierter Biointelligenz (BIOINT) für interessierende geografische Regionen. Das übergeordnete Ziel ist es, Entscheidungsträgern in Krankenhäusern, Regierungen, Fluggesellschaften usw. bessere Daten zur Verfügung zu stellen.
Dies geschieht durch Frühwarnsysteme, Prognosen & Modellierung von Infektionen, Identifizierung von Hochrisikoknoten, Bewertung der Einsatzbereitschaft und Lieferkettenmanagement und kann sogar zur Schulung kundenspezifischer KI‑Modelle verwendet werden.
Canopy
Canopy ist ein lokales Pathogen‑Überwachungssystem, das schnelle PCR‑Tests, Next‑Generation‑Sequenzierung und KI‑gestützte Analyse nutzt.
Dies soll Frühwarnungen ermöglichen, die Echtzeit‑Situation besser bewerten und Lücken in öffentlichen Daten schließen.
Zusammen mit Horizon kann Ginkgo dabei helfen, potenzielle Pandemien, laufende Epidemien und allgemeine Bio‑Bedrohungen besser zu bewältigen.
Industrielle Biotechnologie
Viele chemische und industrielle Fertigungssysteme basieren auf großen Mengen toxischer und/oder umweltschädlicher Materialien und können sehr energieintensiv sein. Theoretisch könnten die meisten davon durch die biochemischen Fähigkeiten von Mikroorganismen, Pflanzen oder isolierten Enzymen ersetzt werden.
Ginkgo arbeitet derzeit mit wichtigen Unternehmen des Sektors zusammen, die Farbstoffe, Aromen, Parfums usw. produzieren, wie Givaudan, Robertet oder Solvay.
Dies kann chemische oder metallische Katalysatoren durch Biokatalysatoren ersetzen, künstliche Zutaten durch natürliche ersetzen oder funktionelle Proteine kostengünstig und zuverlässiger produzieren.
Ginkgos Geschäftsmodell‑Unsicherheit
Trotz seiner bemerkenswerten technischen Errungenschaften hat Ginkgo aus Sicht von Investitionen und Aktienkursen Schwierigkeiten.
Dies lag zum großen Teil an seinem einzigartigen Geschäftsmodell, das viele bezweifeln, könnte genug Geld einbringen, um die sehr hohe Bewertung von 2021 zu rechtfertigen, die zusätzlich durch die allgemein hohe Bewertung des gesamten Biotech‑Sektors während der Pandemie aufgebläht wurde.
Die Tatsache, dass Ginkgo für seine Entdeckungen keine Lizenzgebühren erhält, ist ein kommerzieller Vorteil beim Abschluss von Verträgen, kann aber langfristig seine Fähigkeit, daraus Profit zu schlagen, stark beeinträchtigen.
Einige Anzeichen dafür beginnen sich wahrscheinlich zu ändern. Erstens die Erreichung eines wichtigen Meilensteins in einem Projekt mit Merck, das zu einer Auszahlung von 9 Mio. USD im 4. Quartal 2024 führt, und der Beginn von Phase 2 des Projekts mit weiteren größeren Zahlungen, die zu erwarten sind.
Da dies zu einer Verbesserung des Biomanufacturing‑Prozesses von Merck führen sollte, wird es voraussichtlich auch künftig weitere Einnahmen für Ginkgo generieren. Die bereits erwähnte Erweiterung der Zusammenarbeit mit dem Insulin‑Giganten und dem Ozempic‑Bekannten Novo Nordisk wird ebenfalls wichtig sein.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Insgesamt verfügt das Unternehmen über ein aggregiertes potenzielles zukünftiges Bargeldvolumen von bis zu 1,7 Mrd. USD im Downstream‑Meilenstein‑Pool.
Das Unternehmen verkauft jetzt auch direkt seine Werkzeuge an Forscher in öffentlichen und privaten Laboren, wodurch ein weiterer Einkommensstrom entsteht (einschließlich zukünftiger Wartungs-, Update‑ und Verbrauchsmaterialverkäufe), der möglicherweise beständiger ist als die unregelmäßigen Meilenstein‑Zahlungen von Partnern.
Insgesamt gehen die Einnahmen aus Biosecurity im post‑pandemischen Zeitalter zurück, werden jedoch durch Verträge zur Zell‑Engineering ersetzt.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Umstrukturierung
Ein weiterer Faktor zur Verbesserung der finanziellen Situation des Unternehmens ist die Reduzierung der Gemeinkosten. Im Jahr 2024 hat das Unternehmen seine Kosten, die nicht mit Personal und Büro‑/Laborfläche zusammenhängen, aggressiv gesenkt und die vierteljährlichen Ausgaben um fast 150 Mio. USD reduziert.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Es konsolidiert außerdem seine im Zuge von Expansion und mehreren Akquisitionen angesammelten Standorte, wobei nur noch ein Standort in Europa und drei in den USA verbleiben. Die Konsolidierung der Aktivitäten, die sich über mehrere Gebäude erstrecken, wird ebenfalls bald erfolgen.
Quelle: Ginkgo Bioworks
Ginkgos zukünftiges Geschäftsmodell
In gewissem Maße wird das Unternehmen wahrscheinlich noch einen zusätzlichen Übergang seines Geschäftsmodells vollziehen müssen, um Investoren zurückzugewinnen.
Eine Möglichkeit könnte ein Wechsel zu einer stärker hardware‑orientierten Ausrichtung sein, was bereits durch den Verkauf automatisierter Labore an Forscher initiiert wurde, nachdem das Unternehmen bisher hauptsächlich über diese Einrichtungen operierte.
Eine weitere Option könnte sein, dass Ginkgo vermehrt Auftragsfertigung in großem Maßstab anbietet. Seine Expertise in den Biowissenschaften, im Laborausrüstungsdesign und in der Produktionsoptimierung für Giganten wie Merck verleiht ihm ein starkes Profil, um diesen Weg erfolgreich zu beschreiten.
Schließlich sollte auch erwähnt werden, dass die Unternehmenswerte, wie beispielsweise Milliarden von Dollar an automatisierten Nasslabors, bei der aktuellen Marktkapitalisierung stark abgewertet sind und unter 0,5 Mrd. USD liegen.
Ginkgo ist weit mehr als ein rein IP‑lastiges Unternehmen; es verfügt auch über solide physische Vermögenswerte, die seine Aktivitäten untermauern und die von keinem Wettbewerber leicht reproduziert werden können.
Fazit
Ginkgo Bioworks ist ein Pionier der synthetischen Biologie und hat bereits vor fast zwei Jahrzehnten frühzeitig einen Schritt in der Branche gemacht.
Aus technischer Sicht revolutioniert es nach wie vor die Art und Weise, wie biologische Daten erzeugt, analysiert und in nützliche Anwendungen überführt werden. Dies hat weitreichende Auswirkungen auf Landwirtschaft, Medizin, Biotechnologie und die industrielle Nutzung von Bioprodukten.
Es ist zudem ein Unternehmen, das möglicherweise zu ehrgeizig für sich selbst und für die Investoren war, die die Aktie des Unternehmens im Jahr 2021 an ihrem Höchststand gekauft haben. Die Schwierigkeit, das Geschäft schnell genug mit Cash zu versorgen, hat Bedenken ausgelöst und eine anhaltende Krise ausgelöst, die sich in den fallenden Aktienkursen des Unternehmens widerspiegelt.
Dennoch hat Ginkgo Bioworks sich zu einem Schlüsselpartner vieler großer Pharmaunternehmen entwickelt, wobei keines ein Interesse an einer potenziellen Insolvenz hat, die wahrscheinlich zu einer Übernahme durch einen seiner Konkurrenten führen würde.
Diese einfache Tatsache, kombiniert mit Änderungen des Geschäftsmodells und der Kostenstrukturen, sollte dem Unternehmen eine neue Wachstumskurve ermöglichen und ihm helfen, zu einem zentralen Eckpfeiler eines neuen, nachhaltigeren, biologiezentrierten Jahrhunderts zu werden.
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