La Rivoluzione delle Biofonderie: Programmare la Vita come una Fabbrica

Il Passaggio dalla Chimica alle Fabbriche Biologiche

Come il Codice Digitale Sta Sostituendo i Prodotti Chimici Sintetici

Non appena i primi scienziati iniziarono a comprendere che il mondo materiale intorno a loro era composto da componenti separate e pure, iniziarono a lavorare per comprenderlo meglio. Lo sforzo degli alchimisti lasciò il posto agli scienziati dell’epoca dell’Illuminismo e del primo periodo moderno, quando scoprirono gli elementi separati e le basi della biologia: cellule, DNA, ecc.

Allo stesso tempo, l’industria chimica stava creando la prima industria farmaceutica, utilizzando farmaci chimici sintetici per alterare i processi biologici nei pazienti, come l’uso dell’acido salicilico (aspirina) per abbassare la febbre.

Progressivamente, i prodotti chimici utilizzati in medicina e nell’industria divennero sempre più complessi. Tuttavia, in gran parte, più una molecola è complessa, più diventa difficile sintetizzarla con metodi chimici artificiali. E diventa del tutto impossibile per le proteine o i composti biochimici più complessi.

Poi, la bioingegneria ha permesso la produzione da parte di microbi OGM di insulina, ormone della crescita, anticorpi, ecc., a basso costo e sicuri, creando il campo della biotecnologia come un settore correlato ma separato da quello farmaceutico.

Questa è stata una rivoluzione enorme nella biochimica e nella medicina, rendendo improvvisamente abbondanti ed economici da produrre composti che in precedenza erano estremamente costosi o impossibili da ottenere.

Oggi, molte nuove tecnologie (big data, IA, automazione, ingegneria genetica precisa, analisi avanzate, ecc.) stanno convergendo per aprire un’altra era delle bioscienze: la rivoluzione delle biofonderie.

Oltre la Natura: Riprogettare Organismi per l’Industria

L’era biotech è stata segnata dall’uso di modifiche genetiche artificiali per far produrre ai microrganismi biomolecole di interesse, solitamente prodotti medici. Ciò si è rivelato straordinariamente redditizio, poiché molte di queste molecole sono salvavita o prodotti ad alto valore che in precedenza potevano essere ottenuti solo in piccole quantità con metodi ad alto costo.

Tuttavia, ciò ha la limitazione intrinseca di poter replicare solo ciò che esiste già negli organismi viventi. Ma ad oggi, la produzione di molti materiali e molecole utili dipende da prodotti chimici prodotti artificialmente, utilizzando metodi tossici o che emettono carbonio.

Quindi, sebbene cambiare il nostro sistema energetico attraverso veicoli elettrici, batterie e rinnovabili sia importante, trovare alternative più verdi alla produzione chimica è altrettanto importante per risolvere la maggior parte dei problemi del mondo moderno: inquinamento da plastica, cambiamento climatico, agricoltura sostenibile, produzione industriale non inquinante, biosicurezza, malattie incurabili, medicina rigenerativa, trattamenti per la longevità, ecc.

E per tutti questi problemi, una soluzione sta ora venendo implementata: il modello della biofonderia.

Come Funziona il Modello di Biofonderia: Una Convergenza Tecnologica

Multiomica, CRISPR e l’Ascesa del “Bio-Coding”

Negli ultimi anni, la comprensione della biologia e della genetica ha fatto progressi enormi. Le parti chiave si basano su alcune nuove tecnologie.

La prima è il sequenziamento e la genomica, che è diventata abbastanza economica da essere eseguita di routine per meno di $1.000 per organismo.

Ora è combinata con molte altre “-omiche” (trascrittomica, proteomica, metabolomica, epigenomica, microbiomica, biologia spaziale) per creare multiomica, una comprensione olistica di tutti i molteplici livelli di complessità negli organismi viventi.

Un’altra nuova tecnologia è CRISPR, un nuovo modo di editing genetico scoperto nel 2012, che da allora è diventato il modo più potente per modificare i geni di tutti i tipi di organismi, incluso per curare malattie rare.

Infine, l’emergere di big data, IA e altre forme di analisi avanzate ha dato ai biologi gli strumenti per elaborare e dare un senso al flusso di dati creato dalla multiomica.

Quando riunite insieme, emerge una capacità completamente nuova.

La combinazione di tonnellate di dati da multiomica biologica reale con l’analisi IA significa che l’intero processo per creare molecole complesse può essere mappato, modellato e persino completamente simulato in silico. Ciò apre l’opportunità di testare virtualmente migliaia di possibilità o di creare da zero proteine completamente nuove con proprietà innovative.

E grazie a CRISPR, mettere queste idee in microrganismi o piante reali non è mai stato più veloce, preciso o facile, trasformandoli in fabbriche biologiche ben controllate, o “biofonderie”, una sottosezione della biologia sintetica.

Poiché il DNA è essenzialmente un codice biologico, la facilità di creare OGM e progettare nuovi biosistemi rende la biologia molto simile alla programmazione informatica.

“Pensate a una cellula. È un po’ come una piccola macchina che funziona con codice digitale, molto simile a un computer, tranne che in questo caso il codice—invece di zeri e uno, sono A, T, C e G. Quindi la biologia sintetica è programmare le cellule come programmiamo i computer, cambiando il codice del DNA al loro interno. Siamo un po’ come programmatori di cellule a noleggio. Il nostro lavoro è far fare alla cellula ciò che vogliono i nostri clienti.”

Jason Kelly – CEO di Ginkgo Bioworks

Dalla Plastica al Profumo: Cosa Possono Costruire le Biofonderie

Molti prodotti chimici attualmente prodotti dall’industria chimica potrebbero, in teoria, essere sostituiti da mezzi prodotti biologicamente. Sia con la stessa molecola prodotta da organismi viventi, sia con sostituti con proprietà simili.

Ad esempio, microrganismi del suolo e piante producono regolarmente in piccole quantità fertilizzanti, etanolo o etilene, tutte molecole attualmente prodotte in massa dall’industria chimica. Quindi, una resa più alta o una produzione più economica da parte di un organismo vivente potrebbe avere un impatto di carbonio molto inferiore.

Un altro obiettivo è ridurre la dipendenza dai combustibili fossili producendo polimeri, inclusi tessuti e plastiche (1,4-Butandiolo, 1,3-Propandiolo, polidrossialcanoati, polilattico, ecc.) attraverso percorsi metabolici biologici.

Fragranze ad alto valore, aminoacidi, vitamine, seta, aromi come la vanillina e ingredienti cosmetici come lo squalano o l’acido ialuronico, potrebbero anche essere prodotti in massa naturalmente a basso costo, almeno in teoria.

E naturalmente, molte molecole biologiche di nuova invenzione possono formare vaccini sintetici, trattamenti anti-cancro, fonti proteiche e alimentari alternative (carne coltivata, ecc.).

Infine, prodotti completamente nuovi possono essere prodotti in questo modo. Ad esempio, il micelio dei funghi può creare un’alternativa valida alla pelle e ad altri tessuti. Oppure le emissioni di carbonio possono essere riciclate direttamente in prodotti utili prima ancora di raggiungere l’atmosfera.

Il Modello di Business “Ricerca come Servizio”

Costruire Sinergie

Se la tecnologia per farlo è maturata, non è tuttavia così semplice in pratica riscrivere completamente il metabolismo di un essere vivente reale, mantenendolo comunque produttivo.

Questo è il motivo per cui una tendenza in crescita è l’outsourcing di questo compito a società specializzate che hanno l’attrezzatura, l’esperienza e il materiale biologico giusto per riuscirci. Questo modello “Ricerca come Servizio”, a volte chiamato anche “organismi su richiesta”, consente a diversi progetti e concetti di aiutarsi a vicenda attraverso i domini.

Ad esempio, un microrganismo precedentemente sviluppato per l’assorbimento delle emissioni di carbonio può anche utilizzare quel carbonio per produrre etilene, un precursore chiave per innumerevoli reazioni di sintesi chimica. Ma un’azienda focalizzata sui crediti di carbonio non avrebbe un uso immediato o esperienza con l’etilene, mentre un’azienda chimica potrebbe non avere a portata di mano una fonte di carbonio. Ma utilizzando lo stesso appaltatore di biofonderie, le due aziende possono sviluppare sinergie e rendere il processo più efficiente.

Allo stesso modo, un nuovo metodo ottimizzato per le modifiche genetiche può essere implementato per dozzine di applicazioni diverse, ammortizzando il costo di R&S su una gamma più ampia di progetti.

Ginkgo Bioworks: Il “DNA” della Biologia Sintetica

Nessuna azienda è stata più all’avanguardia degli “organismi su richiesta” di Ginkgo Bioworks. Dalla sua fondazione nel 2008 da parte di cinque scienziati del MIT, l’azienda si è dedicata alla produzione di batteri OGM per applicazioni industriali, con la biotecnologia, solitamente al centro di tale attività, solo un pensiero secondario.

Ginkgo è stata la prima azienda biotecnologica a entrare nel famoso programma di accelerazione per startup Y Combinator nel 2014. L’azienda è diventata pubblica nel 2021 attraverso una fusione SPAC ed è riuscita a ottenere il ticker NYSE DNA, precedentemente detenuto dal pioniere biotech Genentech (prima della sua acquisizione da parte di Roche).

Da allora, Gingko Bioworks si è evoluta in un partner chiave di molte società industriali, farmaceutiche e agricole.

Fonte: Gingko Bioworks

Ad esempio, ha sviluppato nuovi organismi per vari programmi di ricerca:

• Microbi programmabili per malattie intestinali.
• Bioremediation delle microplastiche.
• Terapie e vaccini a RNA.
• Riciclaggio di rifiuti e contaminanti.
• Controllo delle malattie critiche della soia in Brasile.
• Sostituzione dei fertilizzanti azotati con batteri
• Cannabinoidi.
• Produzione ottimizzata di biologici e peptidi
• Produzione di principi attivi farmaceutici (API) attraverso biocatalisi e fermentazione su scala.
• Soluzioni di diagnostica molecolare, attraverso un database proprietario di enzimi e progettisti esperti di enzimi.
• Terapia cellulare e editing genetico.

La Svolta di Gingko: Vendere Biosicurezza per Laboratori Autonomi

Vendere il Business della Biosicurezza

Durante la pandemia di COVID, Gingko ha rapidamente ampliato il suo business di biosicurezza, un’attività che monitora i rischi biologici, principalmente per i governi. Si è poi evoluta in una piattaforma bioradar end-to-end.

Quell’attività ha fornito benefici inestimabili durante la pandemia attraverso i nostri programmi di test statali e nazionali e ha portato a un picco di ricavi annuali superiori a $300 milioni. Siamo stati orgogliosi di aiutare ad aprire oltre 5.000 scuole in tutto il paese.

Tuttavia, questa attività è relativamente scollegata dal resto dei progetti di Gingko Bioworks. Quindi la direzione dell’azienda ha deciso di cederla a un consorzio di investitori, formando una nuova entità privata indipendente chiamata Tower Biosecurity, e Gingko manterrà comunque una partecipazione azionaria del 20%.

Da Fornitore di Servizi a Partnership ad Alto Valore

L’attività “organismi su richiesta” è per ora il nucleo del business dell’azienda, con il segmento più grande che è alimentare e agricolo e farmaceutico e biotech. Tuttavia, ha registrato un calo dei ricavi tra il Q4 2024 e il Q4 2025, a causa di un generale calo degli investimenti in biotecnologia durante questo periodo.

Fonte: Gingko Bioworks

Questo segmento ha sofferto di una relativa incertezza riguardo al suo modello di business. Inizialmente, Gingko pianificava di fornire solo la capacità di ricerca come puro servizio, con un prezzo fisso e un punto finale chiaro. Ciò ha reso Gingko estremamente popolare come partner di ricerca.

Tuttavia, ciò significava anche che non c’erano royalty residue o entrate extra una volta terminato il progetto, il che significava che Gingko era bloccata su un tapis roulant infinito di nuovi progetti, con la bravura tecnologica che non si traduceva realmente in entrate.

Da allora, ha iniziato a sviluppare nuovi organismi più con una struttura di partnership. Ad esempio, il raggiungimento di una pietra miliare importante in un progetto con Merck, che ha portato a un pagamento di $9 milioni nel Q4 2024 e pagamenti più consistenti successivamente nella fase 2 del progetto.

La necessità di ristrutturare per ottenere più flusso di cassa è stata presa seriamente dall’azienda dall’altro lato dell’equazione, con un forte impegno per ridurre anche il consumo di cassa, diminuito del 73% nell’ultimo anno. Nel frattempo, l’azienda non ha nemmeno debiti significativi, riducendo ulteriormente i rischi finanziari.

Fonte: Gingko Bioworks

L’Ascesa del Laboratorio Robotico Modulare e Autonomo

Se l’ingegneria cellulare è il centro passato dell’azienda, il suo futuro ora risiede nell’uso dell’IA e dei suoi laboratori automatizzati per ridurre i costi e migliorare la creazione di nuove biofonderie.

Laboratori automatizzati sono una tecnologia su cui Gingko lavora da un po’ di tempo, poiché ancora oggi la maggior parte del lavoro nei biolaboratori consiste in compiti manuali ripetitivi e noiosi, che spesso consumano la maggior parte del tempo di