La Rivoluzione delle Biofondarie: Programmare la Vita come una Fabbrica

Il Passaggio dalla Chimica alle Fabbriche Biologiche

Come il Codice Digitale Sta Sostituendo i Chimici Sintetici

Non appena i primi scienziati cominciarono a capire che il mondo materiale intorno a loro era costituito da componenti separate e pure, iniziarono a studiarlo più a fondo. Lo sforzo dei primi alchimisti aprì la strada agli scienziati dell’era dell’Illuminismo e al periodo moderno precoce, 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 modificare i processi biologici nei pazienti, come l’uso dell’acido salicilico (aspirina) per abbassare la febbre.

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

Poi, il bioingegneria ha permesso la produzione tramite microrganismi 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 e a basso costo composti che prima erano estremamente costosi o impossibili da ottenere.

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

Oltre la Natura: Ridisegnare gli Organismi per l’Industria

L’era della biotecnologia è stata caratterizzata dall’uso di modifiche genetiche artificiali per far produrre ai microrganismi biomolecole di interesse, solitamente prodotti medici. Questo si è dimostrato estremamente redditizio, poiché molte di queste molecole sono salvavita o prodotti di alto valore che in precedenza potevano essere raccolti solo in piccole quantità con metodi costosi.

Tuttavia, ciò ha la limitazione intrinseca di poter replicare solo ciò che già esiste negli organismi viventi. E ancora oggi, la produzione di numerosi materiali e molecole utili dipende da sostanze chimiche prodotte artificialmente, usando metodi tossici o ad emissione di carbonio.

Quindi, mentre è importante trasformare il nostro sistema energetico con veicoli elettrici, batterie e fonti rinnovabili, trovare alternative più ecologiche alla produzione chimica è altrettanto fondamentale per risolvere la maggior parte dei problemi del mondo moderno: inquinamento da plastica, cambiamento climatico, agricoltura sostenibile, produzione industriale non inquinante, biosecurità, malattie incurabili, medicina rigenerativa, trattamenti per la longevità, ecc.

E per tutti questi problemi, ora viene implementata una soluzione: il modello della biofondaria.

Come Funziona il Modello della Biofondaria: Una Convergenza Tecnologica

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

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

La prima è il sequenziamento e la genomica, che sono diventati così economici da poter essere eseguiti regolarmente 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 tecnologia innovativa è CRISPR, un nuovo metodo 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, anche per curare malattie rare.

Infine, l’emergere di big data, IA e altre forme di analisi avanzate ha fornito ai biologi gli strumenti per elaborare e comprendere l’enorme quantità di dati creata dalla multiomica.

Quando vengono unite, emerge una capacità completamente nuova.

La combinazione di enormi quantità di dati provenienti dalla vera multiomica biologica con l’analisi IA significa che l’intero processo per creare molecole complesse può essere mappato, modellato e persino completamente simulato in silico. Questo apre la possibilità di testare virtualmente migliaia di opzioni o di creare da zero proteine completamente nuove con proprietà innovative.

E grazie a CRISPR, trasformare queste idee in veri microrganismi o piante non è mai stato così veloce, preciso o semplice, trasformandoli in fabbriche biologiche ben controllate, o “biofondarie”, una sottosezione della biologia sintetica.

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

“Pensa 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—non è composto da zero e uno, ma da A, T, C e G. Quindi la biologia sintetica è programmare le cellule come programmiamo i computer, modificando il codice DNA al loro interno. Siamo una sorta di programmatori di cellule a noleggio. Il nostro lavoro è far fare alla cellula ciò che i nostri clienti desiderano.”

Jason Kelly – Ginkgo Bioworks CEO

Da Plastica a Profumo: Cosa Possono Costruire le Biofondarie

Molti dei prodotti chimici attualmente prodotti dall’industria chimica potrebbero, in teoria, essere sostituiti da metodi biologici. O con la stessa molecola prodotta da organismi viventi, o con sostituti dalle proprietà simili.

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

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

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

E, naturalmente, molte nuove molecole biologiche possono costituire vaccini sintetici, trattamenti anticancro, proteine alternative e fonti alimentari (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 di raggiungere l’atmosfera.

Il Modello di Ricerca come Servizio (RaaS)

Creare Sinergie

Se la tecnologia necessaria è maturata, tuttavia, non è così semplice in pratica riscrivere completamente il metabolismo di un organismo vivente, mantenendolo allo stesso tempo produttivo.

Ecco perché una tendenza in crescita è l’esternalizzazione di questo compito a società specializzate che dispongono dell’attrezzatura, dell’expertise e del materiale biologico adeguato per realizzarlo. Questo modello “Research-as-a-Service”, talvolta chiamato “organismi su richiesta”, consente a diversi progetti e concetti di aiutarsi a vicenda tra i vari settori.

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. Tuttavia, un’azienda focalizzata sui crediti di carbonio non avrebbe un uso immediato o esperienza con l’etilene, mentre un’azienda chimica potrebbe non avere una fonte di carbonio disponibile. Utilizzando lo stesso fornitore di biofondarie, 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 impiegato per decine di diverse applicazioni, ammortizzando il costo di R&S su una più ampia gamma di progetti.

Ginkgo Bioworks: Il “DNA” della Biologia Sintetica

Nessuna azienda è stata più in prima linea nel “organismi su richiesta” di Ginkgo Bioworks. Fondata nel 2008 da cinque scienziati del MIT, l’azienda si è dedicata alla produzione di batteri OGM per applicazioni industriali, con la biotecnologia, solitamente il focus di tali attività, considerata solo come un pensiero secondario.

Ginkgo è stata la prima azienda biotecnologica a entrare nel famoso programma di accelerazione per start-up Y Combinator nel 2014. L’azienda è diventata pubblica nel 2021 tramite una fusione SPAC e ha ottenuto il ticker NYSE DNA, precedentemente detenuto dal pioniere biotecnologico Genentech (prima della sua acquisizione da parte di Roche).

Da allora, Gingko Bioworks è diventata un partner chiave di molte aziende industriali, farmaceutiche e agricole.

Fonte: Gingko Bioworks

• Microrganismi programmabili per malattie intestinali.
• Biorisanamento 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 ingredienti farmaceutici attivi (API) tramite biocatalisi e fermentazione su larga scala.
• Soluzioni diagnostiche molecolari, tramite un database proprietario di enzimi e designer di enzimi esperti.
• Terapia cellulare e editing genetico.

Il Cambiamento di Gingko: Vendere la Biosecurità per Laboratori Autonomi

Vendere il Business della Biosecurità

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

Quel business ha fornito benefici inestimabili durante la pandemia attraverso i nostri programmi di test statali e nazionali, raggiungendo un fatturato annuo di picco superiore a 300 milioni di dollari. Siamo orgogliosi di aver contribuito ad aprire oltre 5.000 scuole a livello nazionale.

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

Da Fornitore di Servizi a Partnership di Alto Valore

L’attività “organismo su richiesta” è attualmente il fulcro del business dell’azienda, con il segmento più grande rappresentato da alimentazione & agricoltura e pharma & biotech. Tuttavia, ha registrato un calo dei ricavi tra il Q4 2024 e il Q4 2025, a causa di un generale declino degli investimenti nella biotecnologia durante questo periodo.

Fonte: Gingko Bioworks

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

Tuttavia, ciò significava anche che non c’erano royalties residue o entrate extra una volta completato il progetto, il che ha lasciato Gingko bloccata su un tapis roulant infinito di nuovi progetti, con la competenza tecnologica che non si traduceva realmente in ricavi.

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

La necessità di ristrutturare per ottenere più flusso di cassa è stata presa seriamente dall’azienda, con un forte impegno a ridurre il consumo di liquidità, diminuito del 73% nell’ultimo anno. Nel frattempo, l’azienda non ha debiti significativi, riducendo ulteriori rischi finanziari.

Fonte: Gingko Bioworks

L’Ascesa del Laboratorio Robotico Modulare e Autonomo

Laboratori automatizzati sono una tecnologia su cui Gingko lavora da tempo, poiché ancora oggi la maggior parte del lavoro nei biolaboratori è costituita da compiti manuali ripetitivi e tediosi, spesso consumando la maggior parte del tempo di un personale con master e dottorati.

Per cambiare questo metodo, ha creato una piattaforma modulare automatizzata, in grado di eseguire, senza intervento umano, compiti di laboratorio come la coltivazione di cellule, il trasferimento di sostanze chimiche, l’analisi microscopica, ecc.

Fonte: Gingko Bioworks

La caratteristica più importante di questo design è la modularità. Ogni unità può essere collegata a un’altra per creare una sorta di “catena di assemblaggio” per esperimenti scientifici e bioanalisi.

Questa soluzione è combinata con un’offerta software, creando una soluzione flessibile che può essere adattata e modificata in pochi giorni o ore, rispetto a infrastrutture di ricerca più rigide che richiedono mesi di costose riconfigurazioni per nuovi progetti.

Fonte: Gingko Bioworks

Questa combinazione fornisce sia la flessibilità necessaria per la ricerca (rispetto alla produzione di massa), sia l’automazione necessaria per accelerare la ricerca e ridurre i costi, poiché il laboratorio automatizzato può lavorare più rapidamente di un umano e 24/7.

• “Costruisci il tuo laboratorio”, dove produce e gestisce i moduli del laboratorio automatizzato, ma le operazioni quotidiane e la proprietà appartengono al cliente.
• Accedi al laboratorio autonomo all’avanguardia di Ginkgo tramite contratto diretto del servizio.

Dato: Generare 10.000 Esperimenti in Settimane

Mentre l’offerta di automazione genera i dati biologici, Datapoint li elabora in insight utili.

L’elemento chiave è la rapida generazione di dati che possono guidare ulteriori ipotesi, e l’iterazione veloce di nuovi esperimenti per continuare ad avanzare.

Fonte: Ginkgo Bioworks

Con questo servizio, Ginkgo può fornire dati che appartengono interamente al cliente, rappresentando un vantaggio competitivo nelle partnership con altre aziende biotech o farmaceutiche.

I dati possono essere generati in appena 3 settimane, con oltre 10.000 perturbazioni chimiche e genetiche in vitro per ogni tipo cellulare, e una vasta scelta di metodi analitici disponibili per studiare i risultati.

Lo stesso sistema può essere utilizzato per la rapida generazione di nuovi anticorpi, un tipo di molecola che sta rapidamente diventando un farmaco chiave in oncologia e altri settori medici. Ginkgo può analizzare fino a 2.400 diversi anticorpi in parallelo, grazie a un’infrastruttura di laboratorio umido automatizzato del valore di 1 miliardo di dollari.

Ricerca Biologica Potenziata dall’IA

Gingko ha stabilito una partnership con OpenAI per utilizzare ChatGPT 5 nel contesto della bioricerca. Ha riportato un drastico miglioramento della produttività.

“L’azienda riferisce che il sistema ha ridotto i costi della reazione di sintesi proteica senza cellule del 40% rispetto allo stato dell’arte, gestendo 36.000 condizioni sperimentali attraverso sei cicli iterativi.”

Il coinvolgimento umano era principalmente limitato alla preparazione dei reagenti, al caricamento e scaricamento, e al monitoraggio del sistema, mentre la progettazione sperimentale, l’esecuzione, l’interpretazione dei dati e la generazione di ipotesi erano gestiti dal laboratorio autonomo guidato da GPT-5.

Il modello utilizzato è stato rilasciato come open source, e il mix di reazione senza cellule migliorato dall’IA può essere ordinato dalla comunità scientifica, trasformando Gingko in uno strumento di ricerca open source importante per gli scienziati di tutto il mondo.

Gingko è stata anche premiata con 47 milioni di dollari dal governo degli Stati Uniti per lo sviluppo di una grande struttura di ricerca per la Missione Genesis, un sito di 32.000 piedi quadrati noto come Capacità di Fenotipazione Molecolare Microbica (M2PC). Ospiterà oltre 100 strumenti analitici automatizzati e si prevede che sarà pienamente operativa per i ricercatori globali entro il 2030.

“Il team sfrutterà l’IA avanzata per decifrare la funzione di proteine e percorsi, automatizzare la generazione e la raccolta dei dati, e integrare i sistemi sperimentali e di supercalcolo del DOE con aziende biotech e di IA.”

Prospettive a Lungo Termine: Ginkgo è Finalmente Redditiva?

Dal creatore del modello di business delle biofondarie e attore importante nella biosecurità, Gingko si sta ora reinventando come leader nell’automazione della ricerca biologica e partner chiave nella tecnologia di R&D guidata dall’IA.

Man mano che la biologia incontra l’IA, molti processi industriali saranno progressivamente sostituiti da alternative bioprocessi più verdi, carbon neutral, non tossiche e più economiche. In quella visione del futuro, gli organismi viventi sono programmabili come il codice informatico, ma ancora più impattanti sul mondo reale.

Ciò rappresenta una grande opportunità per Gingko Bioworks, sia per il progetto su cui sta già lavorando, sia per il suo design di laboratorio automatizzato che potrebbe diventare uno standard per la maggior parte dei team di ricerca a lungo termine.

Combinato con un miglioramento del suo modello di business di ingegneria cellulare (con più royalties e contratti di condivisione dei ricavi più equi), questo dovrebbe aiutare a rendere Gingko redditizia negli anni a venire.

(Puoi anche leggere di più su altre aziende di biologia sintetica in “Top 5 Synthetic Biology Public Companies”)

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