バイオファウンドリー革命：生命を工場のようにプログラミングする

化学から生物工場への転換

デジタルコードが合成化学物質に取って代わる方法

初期の科学者たちが、目の前の物質世界が個別の純粋な成分で構成されていることを理解し始めた瞬間から、彼らはそれをより深く理解しようと取り組み始めました。初期の錬金術師の試みは、啓蒙時代の科学者や近代初期の研究者へとつながり、彼らは元素や生物学の基礎――細胞、DNA など――を発見しました。

同時に、化学産業は初期の医薬品産業を創出し、合成化学薬品を用いて患者の生物学的プロセスを変化させました。例えば、サリチル酸（アスピリン）を使用して熱を下げるといった具合です。

徐々に、医薬品や産業で使用される化学物質はますます複雑化していきました。しかし、一般に分子が複雑になるほど、人工的な化学手法で合成することは困難になります。最も複雑なタンパク質や生化学化合物に至っては、事実上不可能です。

その後、バイオエンジニアリングにより、GMO 微生物を用いて安価で安全なインスリン、成長ホルモン、抗体などを生産できるようになり、バイオテクノロジーという分野が医薬品とは別の関連分野として誕生しました。

これは生化学と医療における大きな革命であり、かつては極めて高価または入手不可能だった化合物が大量かつ低コストで生産できるようになったのです。

今日、ビッグデータ、AI、オートメーション、精密遺伝子工学、先進的分析などの多くの新技術が融合し、バイオサイエンスの新たな時代――バイオファウンドリー革命――を切り開いています。

自然を超えて：産業向けに生物を再設計する

バイオテクノロジー時代は、人工的な遺伝子改変を利用して微生物に目的のバイオ分子（主に医薬品）を産生させることが特徴でした。これらの分子は命を救うものや、従来は高コストな方法でしか少量しか得られなかった高付加価値製品であるため、非常に収益性が高いことが証明されています。

しかし、このアプローチは「既に生物に存在するもの」を再現できるという根本的な制限があります。現在でも、多くの有用な材料や分子は、毒性があるか炭素排出を伴う人工的な化学プロセスに依存しています。

したがって、EV、バッテリー、再生可能エネルギーによるエネルギーシステムの転換が重要であるのと同様に、化学生産のより環境に優しい代替手段を見つけることも、プラスチック汚染、気候変動、持続可能な農業、非汚染型産業生産、バイオセキュリティ、治癒不可能な疾患、再生医療、長寿治療など、現代世界が直面する多くの問題を解決する上で同等に重要です。

そして、これらすべての問題に対する解決策が現在展開されています――バイオファウンドリーモデルです。

バイオファウンドリーモデルの仕組み：技術の融合

マルチオミクス、CRISPR、そして「バイオコーディング」の台頭

近年、生物学と遺伝学の理解は飛躍的に進展しました。その鍵となるのは数少ない新技術です。

まず第一に、シーケンシングとゲノミクスです。これらは現在、1 つの生物につき 1,000 ドル未満で日常的に実施できるほど低コストになっています。

次に、トランスクリプトミクス、プロテオミクス、メタボロミクス、エピゲノミクス、マイクロバイオミクス、空間生物学など、さまざまな「-オミクス」と組み合わせて、マルチオミクスという、生物の複数レベルの複雑性を包括的に理解する手法が生まれました。

もう一つの新技術はCRISPRです。2012 年に発見されたこの遺伝子編集手法は、あらゆる生物の遺伝子を編集する最も強力な方法となり、希少疾患の治療にも応用されています。

最後に、ビッグデータ、AI、その他の高度分析手法の台頭により、バイオロジストはマルチオミクスが生み出す膨大なデータを処理し、意味を見出すツールを手に入れました。

これらが結びつくと、全く新しい能力が生まれます。

実際の生物マルチオミクスデータと AI 分析を組み合わせることで、複雑分子の創製プロセス全体をマッピング、モデリング、さらには完全にシミュレート（in silico）することが可能になります。これにより、数千もの可能性を仮想的にテストしたり、全く新しい特性を持つタンパク質をゼロから設計したりできるようになります。

さらに CRISPR のおかげで、これらのアイデアを実際の微生物や植物に組み込む速度・精度・容易さがかつてないほど向上し、これらは「バイオファウンドリー」と呼ばれる、合成生物学のサブセクションである高度に制御された生物工場へと変貌します。

DNA は本質的に生物コードであるため、GMO の作成や新しいバイオシステムの設計が容易になることで、生物学はコンピュータコードに非常に近いものとなります。

「細胞を考えてみてください。デジタルコードで動く小さな機械のようなもので、コンピュータに非常に似ています。ただし、コードは 0 と 1 の代わりに A、T、C、G です。したがって、合成生物学はコンピュータをプログラミングするように細胞の DNA コードを変更してプログラミングすることです。私たちは雇われた細胞プログラマーのようなものです。顧客が望むことを細胞にさせるのが私たちの仕事です。」
Jason Kelly – Ginkgo Bioworks CEO

プラスチックから香水へ：バイオファウンドリーが構築できるもの

現在化学産業が大量生産している多くの化学物質は、理論上は生物学的手段で置き換えることが可能です。生物が同一分子を産生するか、類似特性を持つ代替物質を産生させるかのいずれかです。

例えば、土壌微生物や植物は少量ながら肥料、エタノール、エチレンを自然に産生しています。これらはすべて現在化学産業が大量生産している分子です。したがって、微生物による高収率・低コスト生産は、炭素インパクトを大幅に削減できる可能性があります。

別のターゲットは、化石燃料への依存を減らすことです。1,4-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸などのポリマー（繊維やプラスチック）を、生物代謝経路で生産することが検討されています。

高付加価値の香料、アミノ酸、ビタミン、シルク、バニリンなどのフレーバー、スクアランやヒアルロン酸といった化粧品原料も、理論上は自然に大量生産できるでしょう。

さらに、最近発明された生物分子は、合成ワクチン、抗がん治療、代替タンパク質・食料源（培養肉など）を形成することができます。

最後に、全く新しい製品もこの方法で生産可能です。例えば、キノコの菌糸体はレザーやその他繊維の代替品を作り出すことができます。また、炭素排出を大気に放出する前に直接有用製品へとリサイクルすることも可能です。

Research-as-a-Service ビジネスモデル

シナジーの構築

技術が成熟すれば、実際の生物の代謝全体を書き換えることは理論的には可能ですが、実務上はそれを生産性を保ちつつ実現するのは容易ではありません。

このため、近年は「Research-as-a-Service」モデル、あるいは「organisms-on-demand」と呼ばれる形で、設備・専門知識・適切な生物材料を持つ専門企業に業務を委託する傾向が高まっています。このモデルは、異なる領域のプロジェクトやコンセプトが相互に支援し合うことを可能にします。

例えば、炭素排出を吸収するために開発された微生物は、同時にエチレン（多数の化学合成反応の重要前駆体）を生成することもできます。しかし、炭素クレジットに特化した企業はエチレンの即時利用や経験がなく、化学企業は炭素源を手元に持っていないことが多いです。同じバイオファウンドリー請負業者を利用すれば、両社はシナジーを生み出し、プロセスをより効率的にできます。

同様に、新たに最適化された遺伝子改変手法は、数十の異なる用途に展開でき、R&D コストを幅広いプロジェクトに分散させることができます。

Ginkgo Bioworks：合成生物学の「DNA」

「organisms-on-demand」の最前線に立っている企業は Ginkgo Bioworks です。2008 年に MIT の 5 人の科学者が設立し、産業用途向けの GMO バクテリアの生産に専念しました。当初はバイオテクノロジーは二の次でした。

Ginkgo は 2014 年に有名な Y Combinator スタートアップアクセラレータープログラムに参加した最初のバイオテクノロジー企業でした。2021 年に SPAC 合併で上場し、NYSE 銘柄 DNA を取得しました（以前はバイオテクノロジーの先駆者 Genentech が保有していましたが、Roche に買収されました）。

それ以来、Ginkgo Bioworks は多くの産業、医薬品、農業企業の主要パートナーへと成長しました。

出典: Gingko Bioworks

例えば、同社は以下のような研究プログラム向けに新しい生物を開発しています：

• 腸疾患用にプログラム可能な微生物。
• マイクロプラスチックのバイオレメディエーション。
• RNA 治療薬・ワクチン。
• 廃棄物と汚染物質のリサイクル。
• ブラジルにおける重要な大豆疾患の制御。
• 窒素肥料をバクテリアで代替。
• カンナビノイド。
• バイオロジック・ペプチドの最適化製造。
• スケールアップされたバイオ触媒と発酵による医薬品有効成分（API）生産。
• 独自の酵素データベースと専門酵素設計者による分子診断ソリューション。
• 細胞療法・遺伝子編集。

Gingko のピボット：自律ラボ向けバイオセキュリティの販売

バイオセキュリティ事業の販売

COVID パンデミックの間、Gingko はバイオセキュリティ事業を急速に拡大しました。この事業は主に政府向けに生物学的リスクを監視するもので、後にエンドツーエンドのバイオレーダープラットフォームへと進化しました。

この事業は、州および全国の検査プログラムを通じてパンデミック時に計り知れない利益をもたらし、年間売上高は 3 億ドルを超えました。全国で 5,000 校以上の学校の再開を支援できたことを誇りに思います。

しかし、この活動は Gingko Bioworks の他のプロジェクトとは比較的分離しており、経営陣は投資家コンソーシアムに事業を売却し、Tower Biosecurity という新たな独立民間企業を設立することを決定しました。Gingko は依然として 20% の株式を保有します。

サービスプロバイダーからハイバリュー・パートナーシップへ

「organism-on-demand」活動は現在同社の事業の中心であり、最大のセグメントは食品・農業と医薬・バイオテックです。しかし、2024 年第 4 四半期から 2025 年第 4 四半期にかけて、バイオテクノロジーへの投資全体が減少したため、売上は減少しました。

出典: Gingko Bioworks

このセグメントはビジネスモデルに対する不確実性に悩まされてきました。当初、Gingko は研究能力を純粋なサービスとして、固定価格と明確な終了点で提供することを計画していました。このため、Gingko は研究パートナーとして非常に人気がありました。

しかし、プロジェクト完了後に残存ロイヤリティや追加収益が発生しないため、Gingko は新規プロジェクトの無限ループに陥り、技術的優位性が収益に結びつきにくい状況にありました。

それ以来、同社はパートナーシップ構造で新しい生物を開発する方向にシフトしました。例えば、Merck とのプロジェクトで重要なマイルストーンを達成し、2024 年第 4 四半期に 900 万ドルの支払いを受けました。さらにステージ 2 でも大きな支払いが見込まれます。

キャッシュフロー改善の必要性は、企業側でも真剣に受け止められ、過去 1 年でキャッシュバーンは 73% 削減されました。同時に、同社は大きな負債を抱えておらず、財務リスクはさらに低減しています。

出典: Gingko Bioworks

モジュラー型自律ロボットラボの台頭

細胞工学が過去の中心であったなら、今後は AI と自社の自動化ラボを活用してコスト削減と新しいバイオファウンドリーの創出を目指すことが将来像です。

自動化ラボは、Ginkgo が長年取り組んできた技術で、現在でも多くのバイオラボ作業は繰り返しの手作業で、修士号や博士号を持つ人材の時間の大部分を消費しています。

この方法を変えるため、同社は人手を介さずに細胞培養、化学物質移動、顕微鏡分析などの実験室作業を実行できる自動化モジュラープラットフォームを構築しました。

出典: Gingko Bioworks

この設計の最も重要な特徴は「モジュラリティ」です。各モジュールは他のモジュールと接続でき、科学実験やバイオ分析の「組み立てライン」を形成します。

このソリューションはソフトウェア提供と組み合わせられ、数日または数時間で柔軟に適応・変更できる点が、数か月かかる従来の研究インフラと比べて大きな利点です。

出典: Gingko Bioworks

この組み合わせにより、研究（大量生産に比べて）の柔軟性と、研究スピードとコスト削減を実現する自動化の両方が提供されます。自動化ラボは人間より速く、24 時間稼働可能です。

Gingko はこの技術を 2 つの形態で提供する計画です：

• 「自分のラボを構築」：自動化ラボモジュールの製造・サービスは Ginkgo が行い、日常運用と所有権はクライアントに委ねる。
• Ginkgo 自社の最先端自律ラボへ直接契約でアクセス。

Datapoint：数週間で 10,000 件の実験を生成

自動化提供が生物データを生成する一方で、Datapoint はそれらを有用なインサイトに変換します。

重要な要素は、さらなる仮説を導くデータの迅速な生成と、新しい実験の高速な反復です。

出典: Ginkgo Bioworks

このサービスにより、Ginkgo はクライアント専有のデータを提供でき、他のバイオテックや製薬企業とのパートナーシップにおいて競争優位性を確保します。

データは最短で 3 週間で生成可能で、各細胞タイプに対して 10,000 件以上の in vitro 化学・遺伝子撹乱を実施し、結果を解析するための多様な分析手法が利用できます。

同じシステムは新規抗体の迅速生成にも利用でき、抗体はがん治療などで重要な医薬品となりつつあります。Ginkgo は 1,000 億ドル相当の自動化ウェットラボインフラにより、同時に最大 2,400 種類の抗体をスクリーニングできます。

AI 駆動バイオリサーチ

Gingko は OpenAI と提携し、バイオリサーチの文脈で ChatGPT 5 を活用しています。その結果、生産性が劇的に向上したと報告されています。

「同社は、システムが最先端に比べてセルフリータンパク質合成反応コストを 40% 削減し、6 回のイテレーションで 36,000 件の実験条件を実行したと報告しています。」

人的関与は主に試薬の準備、ローディング・アンローディング、システム監視に限定され、実験設計・実行・データ解釈・仮説生成は GPT-5 主導の自律ラボが担いました。

使用されたモデルはオープンソースとして公開され、AI 改良セルフリー反応混合物は科学コミュニティが注文可能となり、Gingko は世界中の研究者にとって重要なオープンソース研究ツールとなっています。

Gingko はまた、米国政府から 4,700 万ドルの助成金を受け取り、Genesis Mission のための大規模研究施設を開発しました。この施設は「Microbial Molecular Phenotyping Capability (M2PC)」と呼ばれ、32,000 平方フィートの敷地に 100 以上の自動分析装置が設置され、2030 年までに世界中の研究者がフルに利用できるようになる見込みです。

「チームは高度な AI を活用してタンパク質と経路機能を解読し、データ生成と収集を自動化し、DOE の実験・スーパーコンピューティングシステムとバイオテック・AI 企業を統合します。」

長期的見通し：Ginkgo はついに収益化できるのか？

バイオファウンドリーモデルの創始者であり、バイオセキュリティの重要プレイヤーである Ginkgo は、現在、生物研究の自動化リーダーとして、AI 主導の R&D 技術の重要パートナーへと再構築しています。

生物学が AI と融合することで、多くの産業プロセスは徐々に炭素ニュートラルで非毒性、かつ低コストなバイオプロセスに置き換わります。その未来像では、生命体はコンピュータコードのようにプログラム可能であり、実世界へのインパクトはさらに大きくなります。

これは Ginkgo Bioworks にとって、現在進行中のプロジェクトだけでなく、長期的に自動化ラボ設計が多くの研究チームの標準になるという点で、巨大な機会を提供します。

セルエンジニアリングビジネスモデルの改善（ロイヤリティ増加とより公平な収益分配契約）と相まって、これにより Ginkgo は今後数年で収益性を確保できる見込みです。

（「Top 5 Synthetic Biology Public Companies」で他の合成生物学企業についても読むことができます）

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