De Biofoundry Revolutie: Leven Programmeren als een Fabriek

De verschuiving van chemie naar biologische fabrieken

Hoe digitale code synthetische chemicaliën vervangt

Zodra vroege wetenschappers begrepen dat de materiële wereld om hen heen bestond uit afzonderlijke, zuivere componenten, begonnen ze deze beter te bestuderen. De vroege alchemistische inspanningen maakten de weg vrij voor wetenschappers uit de Verlichting en de vroege moderne periode, toen ze de afzonderlijke elementen en de basisprincipes van de biologie ontdekten: cellen, DNA, enz.

Tegelijkertijd creëerde de chemische industrie de vroege farmaceutische sector, waarbij synthetische chemische geneesmiddelen werden gebruikt om biologische processen bij patiënten te beïnvloeden, zoals het gebruik van salicylzuur (aspirine) om koorts te verlagen.

Geleidelijk werden de chemicaliën die in de geneeskunde en industrie werden gebruikt steeds complexer. Echter, in grote mate geldt: hoe complexer een molecuul, hoe moeilijker het is om het kunstmatig te synthetiseren. Voor de meest complexe eiwitten of biochemische verbindingen is het zelfs volstrekt onmogelijk.

Daarna maakte bio‑engineering het mogelijk om via GGO‑microben goedkope en veilige insuline, groeihormoon, antilichamen, enz. te produceren, waardoor het vakgebied biotechnologie ontstond als een verwant, maar afzonderlijk domein van de farmaceutica.

Dit was een enorme revolutie in de biochemie en geneeskunde, waardoor plotseling overvloedige en goedkope te produceren verbindingen beschikbaar werden die voorheen extreem duur of onbereikbaar waren.

Vandaag convergeren vele nieuwe technologieën (big data, AI, automatisering, precieze genetische engineering, geavanceerde analytics, enz.) om een nieuw tijdperk van de levenswetenschappen te openen: de biofoundry‑revolutie.

Voorbij de natuur: organismen herontwerpen voor de industrie

Het biotechnologische tijdperk werd gekenmerkt door het gebruik van kunstmatige genetische modificaties om micro‑organismen biomoleculen van belang te laten produceren, meestal medische producten. Dit bleek buitengewoon winstgevend, aangezien veel van deze moleculen levensreddende of hoogwaardig geprijsde producten zijn die voorheen alleen in kleine hoeveelheden en tegen hoge kosten konden worden gewonnen.

Echter heeft dit de inherente beperking dat alleen kan worden gerepliceerd wat al in levende organismen bestaat. Tot op de dag van vandaag is de productie van tal van materialen en nuttige moleculen afhankelijk van kunstmatig geproduceerde chemicaliën, vaak met giftige of koolstofuitstotende methoden.

Dus terwijl het veranderen van ons energiesysteem via elektrische voertuigen, batterijen en hernieuwbare energieën belangrijk is, is het vinden van groenere alternatieven voor chemische productie even cruciaal om de meeste hedendaagse wereldproblemen op te lossen: plasticvervuiling, klimaatverandering, duurzame landbouw, niet‑vervuilende industriële productie, biosecurity, ongeneeslijke ziekten, regeneratieve geneeskunde, levensduurbehandelingen, enz.

Voor al deze problemen wordt nu een oplossing ingezet: het biofoundry‑model.

Hoe het biofoundry‑model werkt: een technologische convergentie

Multi‑omics, CRISPR en de opkomst van “bio‑codering”

In de afgelopen jaren heeft het begrip van biologie en genetica enorme vooruitgang geboekt. De kernonderdelen steunen op enkele nieuwe technologieën.

De eerste is sequencing en genomica, die nu goedkoop genoeg is om routinematig uitgevoerd te worden voor minder dan $1.000 per organisme.

Het wordt nu gecombineerd met vele andere “-omics” (transcriptomics, proteomics, metabolomics, epigenomics, microbiomics, ruimtelijke biologie) om multiomics te creëren, een holistisch begrip van alle meerdere complexiteitsniveaus in levende organismen.

Een andere nieuwe technologie is CRISPR, een nieuwe manier van genbewerking ontdekt in 2012, die sindsdien de krachtigste methode is om de genen van alle soorten organismen te bewerken, onder meer voor het genezen van zeldzame ziekten.

Ten slotte heeft de opkomst van big data, AI en andere vormen van geavanceerde analytics biologen de tools gegeven om de datastroom die multiomics heeft gecreëerd te verwerken en te begrijpen.

Wanneer ze worden gecombineerd, ontstaat er een geheel nieuw vermogen.

De combinatie van enorme hoeveelheden data uit echte biologische multiomics met AI‑analyse betekent dat het volledige proces om complexe moleculen te creëren kan worden in kaart gebracht, gemodelleerd en zelfs volledig gesimuleerd in silico. Dit opent de mogelijkheid om virtueel duizenden scenario’s te testen of helemaal nieuwe eiwitten met nieuwe eigenschappen vanaf nul te ontwerpen.

En dankzij CRISPR is het nog nooit zo snel, nauwkeurig of eenvoudig geweest om deze ideeën in echte micro‑organismen of planten te implementeren, waardoor ze worden omgevormd tot goed gecontroleerde biologische fabrieken, of “biofoundries”, een subsectie van synthetische biologie.

Aangezien DNA in wezen een biologische code is, maakt de eenvoud van het maken van GGO’s en het ontwerpen van nieuwe biosystemen biologie zeer vergelijkbaar met computerprogrammering.

“Denk aan een cel. Het is een soort klein machientje dat draait op digitale code, zeer vergelijkbaar met een computer, behalve dat de code in dit geval – in plaats van nullen en enen – A’s, T’s, C’s en G’s is. Dus synthetische biologie is het programmeren van cellen zoals we computers programmeren, door de DNA‑code erin te wijzigen. We zijn als het ware ingehuurde celprogrammeurs. Onze taak is de cel doen doen wat onze klanten willen.”
Jason Kelly – CEO van Ginkgo Bioworks (DNA )

Van plastic tot parfum: wat biofoundries kunnen bouwen

Veel chemicaliën die momenteel door de chemische industrie worden geproduceerd, zouden in theorie kunnen worden vervangen door biologisch vervaardigde middelen. Ofwel met hetzelfde molecuul geproduceerd door levende organismen, of met substituten met vergelijkbare eigenschappen.

Bijvoorbeeld, bodemmicro‑organismen en planten produceren routinematig in kleine hoeveelheden meststof, ethanol of ethyleen, allemaal moleculen die momenteel massaal door de chemische industrie worden geproduceerd. Een hoger rendement of goedkopere productie door een levend organisme zou dus een veel lagere CO₂‑impact kunnen hebben.

Een ander doel is het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen door polymeren te produceren, inclusief textiel en kunststoffen (1,4‑butandiol, 1,3‑propanediol, polyhydroxyalkanoaten, polylactic, enz.) via biologische metabole routes.

Hoogwaardige geuren, aminozuren, vitaminen, zijde, smaken zoals vanilline, en cosmetische ingrediënten zoals squalaan of hyaluronzuur, kunnen ook op natuurlijke wijze massaal en goedkoop worden geproduceerd, althans in theorie.

En natuurlijk kunnen veel nieuw uitgevonden biologische moleculen synthetische vaccins, anti‑kankerbehandelingen, alternatieve eiwitten en voedselbronnen (gekweekte vlees, enz.) vormen.

Tot slot kunnen op deze manier volledig nieuwe producten worden vervaardigd. Bijvoorbeeld, paddenstoelenmycelium kan een levensvatbaar alternatief voor leer en andere textielen creëren. Of koolstofemissies kunnen direct worden gerecycled tot bruikbare producten voordat ze de atmosfeer bereiken.

Het onderzoeks‑als‑een‑service bedrijfsmodel

Synergieën opbouwen

Als de technologie daarvoor volwassen is, is het in de praktijk echter niet eenvoudig om het metabolisme van een echt levend organisme volledig te herschrijven, terwijl het toch productief blijft.

Daarom is er een groeiende trend om deze taak uit te besteden aan gespecialiseerde bedrijven die de apparatuur, expertise en het juiste biologische materiaal hebben om het te realiseren. Dit “Research-as-a-Service”-model, soms ook wel “organismen‑on‑demand” genoemd, maakt het mogelijk dat verschillende projecten en concepten elkaar over domeinen heen kunnen ondersteunen.

Bijvoorbeeld, een micro‑organisme dat eerder is ontwikkeld voor de opname van koolstofemissies kan die koolstof ook gebruiken om ethyleen te produceren, een belangrijke precursor voor talloze chemische synthese‑reacties. Een bedrijf dat zich richt op koolstofkredieten heeft echter geen directe behoefte of ervaring met ethyleen, terwijl een chemisch bedrijf mogelijk geen koolstofbron beschikbaar heeft. Door dezelfde biofoundry‑aannemer te gebruiken, kunnen de twee bedrijven synergieën ontwikkelen en het proces efficiënter maken.

Evenzo kan een nieuwe geoptimaliseerde methode voor genetische modificaties worden ingezet voor tientallen verschillende toepassingen, waardoor de kosten van R&D over een breder scala aan projecten worden geamortiseerd.

Ginkgo Bioworks: Het “DNA” van synthetische biologie

Geen enkel bedrijf staat meer aan de voorhoede van “organismen‑on‑demand” dan Ginkgo Bioworks. Sinds de oprichting in 2008 door vijf MIT‑wetenschappers, richtte het bedrijf zich op het produceren van GGO‑bacteriën voor industriële toepassingen, waarbij biotechnologie, meestal de focus van dergelijke activiteiten, slechts een tweede gedachte was.

Ginkgo was het eerste biotechnologiebedrijf dat in 2014 deelnam aan het beroemde Y‑Combinator start‑up accelerator‑programma. Het bedrijf ging in 2021 naar de beurs via een SPAC‑fusie en slaagde erin de NYSE‑ticker DNA te bemachtigen, die eerder toebehoorde aan biotechnologie‑pionier Genentech (voor de overname door Roche).

Sindsdien is Ginkgo Bioworks uitgegroeid tot een belangrijke partner van talrijke industriële, farmaceutische en agrarische bedrijven.

Bron: Gingko Bioworks

• Programmeerbare microben voor darmziekten.
• Bioremediatie van microplastics.
• RNA‑therapeutica & vaccins.
• Afval en verontreinigingen recyclen.
• Kritieke sojaboonziekten in Brazilië beheersen.
• Stikstofmeststoffen vervangen door bacteriën
• Cannabinoïden.
• Geoptimaliseerde productie van biologics & peptiden
• Productie van actieve farmaceutische ingrediënten (API) via opgeschaalde biokatalyse en fermentatie.
• Moleculaire diagnostische oplossingen, via een eigen enzymendatabase en deskundige enzymontwerpers.
• Celtherapie & genbewerking.

Gingko’s wending: biosecurity verkopen voor autonome laboratoria

De biosecurity‑business verkopen

Tijdens de COVID‑pandemie breidde Ginkgo snel zijn biosecurity‑activiteiten uit, een activiteit die biologische risico’s monitort, voornamelijk voor overheden. Het evolueerde vervolgens tot een end‑to‑end bioradar‑platform.

Dat bedrijf leverde onschatbare voordelen tijdens de pandemie via onze staats- en nationale testprogramma’s en resulteerde in een piekjaaromzet van meer dan $300 miljoen. We waren er trots op meer dan 5.000 scholen nationaal te hebben geholpen te openen.

Deze activiteit staat echter relatief los van de rest van de projecten van Ginkgo Bioworks. Daarom heeft het management besloten het te verkopen aan een consortium van investeerders, waardoor een nieuw zelfstandig privé‑onderneming genaamd Tower Biosecurity ontstaat, en Ginkgo behoudt een aandelenbelang van 20 %.

Van dienstverlener naar hoogwaardige partnerschappen

De “organism‑on‑demand” activiteit is momenteel de kern van het bedrijfsmodel, met de grootste segmenten voedsel & landbouw en farmacie & biotechnologie. De omzet is echter gedaald tussen Q4 2024 en Q4 2025, door een algemene daling van investeringen in biotechnologie in die periode.

Bron: Gingko Bioworks

Dit segment heeft geleden onder een relatieve onzekerheid over het bedrijfsmodel. Aanvankelijk was Ginkgo van plan alleen de onderzoeks‑capaciteit als een pure dienst aan te bieden, met een vaste prijs en een duidelijk eindpunt. Dit maakte Ginkgo enorm populair als onderzoekspartner.

Dit betekende echter ook dat er geen resterende royalty’s of extra inkomsten waren zodra het project was afgerond, waardoor Ginkgo vastzat op een eindeloze loopband van nieuwe projecten, waarbij technologische bekwaamheid niet echt werd omgezet in inkomsten.

Sindsdien is het begonnen met het ontwikkelen van nieuwe organismen via een partnerschapsstructuur. Bijvoorbeeld, de levering van een belangrijke mijlpaal in een project met Merck, wat leidde tot een uitbetaling van $9 miljoen in Q4 2024 en grotere betalingen later in fase 2 van het project.

De noodzaak om te herstructureren voor meer cash‑flow werd door het bedrijf aan de andere kant van de vergelijking serieus genomen, met een sterke inspanning om de cash‑burn te verminderen, met 73 % minder in het afgelopen jaar. Tegelijkertijd heeft het bedrijf geen significante schulden, waardoor verdere financiële risico’s worden beperkt.

Bron: Gingko Bioworks

De opkomst van het modulaire, autonome robotlab

Geautomatiseerde laboratoria zijn een technologie waaraan Ginkgo al een tijd werkt, aangezien nog steeds het grootste deel van het werk in biolabs bestaat uit repetitieve en saaie handmatige taken, die vaak het grootste deel van de tijd van een personeel met master‑ en PhD‑graden in beslag nemen.

Om deze werkwijze te veranderen, heeft het een geautomatiseerd modulair platform gecreëerd, dat laboratoriumtaken zoals het kweken van cellen, het overbrengen van chemicaliën, microscopische analyse, enz., kan uitvoeren zonder menselijke tussenkomst.

Bron: Gingko Bioworks

Het belangrijkste kenmerk van dit ontwerp is de modulariteit. Elk kan vervolgens met een ander worden verbonden om een soort “assemblagereeks” te vormen voor wetenschappelijke experimenten en bio‑analyses.

Deze oplossing wordt gecombineerd met een software‑aanbod, waardoor een flexibele oplossing ontstaat die in slechts dagen of uren kan worden aangepast en gewijzigd, in tegenstelling tot meer starre onderzoeksinfrastructuren die maanden van dure herconfiguratie voor nieuwe projecten vereisen.

Bron: Gingko Bioworks

Deze combinatie biedt zowel de flexibiliteit die nodig is voor onderzoek (vergeleken met massaproductie), als de automatisering die nodig is om onderzoek te versnellen en kosten te verlagen, aangezien het geautomatiseerde lab sneller kan werken dan een mens en 24/7.

Ginkgo is van plan deze technologie in twee formaten aan te bieden:

• “Bouw je eigen lab”, waarbij het de geautomatiseerde labmodules vervaardigt en onderhoudt, maar de dagelijkse operaties en eigendom bij de klant liggen.
• Toegang tot Ginkgo’s eigen frontier‑autonome lab via directe contractering van de dienst.

Datapunt: 10.000 experimenten genereren in weken

Terwijl de automatiseringsoplossing de biologische data genereert, verwerkt Datapoint deze tot bruikbare inzichten.

Het belangrijkste element is de snelle generatie van data die verdere hypothesen kunnen sturen, en de snelle iteratie van nieuwe experimenten om vooruitgang te blijven boeken.

Bron: Ginkgo Bioworks

Met deze dienst kan Ginkgo data leveren die volledig eigendom zijn van de klant, wat een concurrentievoordeel is in partnerschappen met andere biotech‑ of farmaceutische bedrijven.

Data kunnen in slechts 3 weken worden gegenereerd, met meer dan 10.000 in‑vitro chemische en genetische perturbaties per celtype, en een ruime keuze aan analytische methoden om de resultaten te bestuderen.

Hetzelfde systeem kan worden gebruikt voor de snelle generatie van nieuwe antilichamen, een type molecuul dat snel een sleutelmedicijn wordt in de oncologie en andere medische gebieden. Ginkgo kan tot 2.400 verschillende antilichamen parallel screenen, dankzij een geautomatiseerde wet‑lab‑infrastructuur ter waarde van $1 miljard.

AI‑aangedreven bioresearch

Ginkgo heeft een partnerschap met OpenAI opgezet om ChatGPT 5 te gebruiken in de context van bioresearch. Het rapporteerde een drastische productiviteitsverbetering.

“Het bedrijf meldt dat het systeem de kosten van celvrije eiwitsyntheserreacties met 40 % heeft verlaagd ten opzichte van de state‑of‑the‑art, terwijl het 36.000 experimentele condities uitvoerde over zes iteratieve cycli.”

Menselijke betrokkenheid was voornamelijk beperkt tot het voorbereiden van reagentia, laden en lossen, en systeemtoezicht, terwijl experimenteel ontwerp, uitvoering, data‑interpretatie en hypothesegeneratie werden afgehandeld door het GPT‑5‑aangedreven autonome lab.

Het gebruikte model is als open source vrijgegeven, en het AI‑verbeterde celvrije reactiemengsel kan worden besteld door de wetenschappelijke gemeenschap, waardoor Ginkgo een belangrijk open‑source onderzoekshulpmiddel voor wetenschappers wereldwijd wordt.

Ginkgo kreeg ook $47 miljoen toegekend door de Amerikaanse overheid voor de ontwikkeling van een grote onderzoeksfaciliteit voor de Genesis‑missie, een locatie van 32.000 vierkante voet, bekend als de Microbial Molecular Phenotyping Capability (M2PC). Het zal meer dan 100 geautomatiseerde analytische instrumenten huisvesten en naar verwachting in 2030 volledig operationeel zijn voor onderzoekers wereldwijd.

“Het team zal geavanceerde AI inzetten om eiwit‑ en padfuncties te ontcijferen, data‑generatie en -verzameling te automatiseren, en de experimentele en supercomputer‑systemen van DOE te integreren met biotech‑ en AI‑bedrijven.”

De langetermijnvooruitzichten: is Ginkgo eindelijk winstgevend?

Van de bedenker van het biofoundry‑bedrijfsmodel en een belangrijke speler in biosecurity, heruitvindt Ginkgo zich nu als leider in de automatisering van biologisch onderzoek en als sleutelpartner in AI‑gedreven R&D‑technologie.

Naarmate biologie AI ontmoet, zullen veel industriële processen geleidelijk worden vervangen door groenere bioproces‑alternatieven die koolstofneutraal, niet‑giftig en goedkoper zijn. In die toekomstvisie zijn levensvormen net zo programmeerbaar als computercode, maar nog invloedrijker in de echte wereld.

Dit vormt een enorme kans voor Ginkgo Bioworks, zowel voor het project waaraan het al werkt, als voor het feit dat het ontwerp van haar geautomatiseerde lab op de lange termijn een standaard kan worden voor de meeste onderzoeksteams.

In combinatie met een verbetering van haar cel‑engineering bedrijfsmodel (met meer royalty’s en eerlijkere omzet‑deelcontracten), zou dit Ginkgo winstgevend moeten maken in de komende jaren.

(U kunt ook meer lezen over andere synthetische biologiebedrijven in “Top 5 Synthetic Biology Public Companies”)

Laatste Gingko Bioworks (DNA) Aandelennieuws en ontwikkelingen