Biofabrikkrevolusjonen: Programmering av liv som en fabrikk

Overgangen fra kjemi til biologiske fabrikker

Hvordan digital kode erstatter syntetiske kjemikalier

Så snart de tidlige forskerne begynte å forstå at den materielle verden rundt dem bestod av separate, rene komponenter, begynte de å jobbe for å forstå den bedre. De tidlige alkymistene banet vei for opplysningstidens forskere og den tidlige moderne perioden, da de oppdaget de separate elementene og grunnleggende biologi: celler, DNA osv.

Samtidig skapte kjemisk industri den tidlige farmasøytiske industrien, ved å bruke syntetiske kjemiske legemidler for å påvirke biologiske prosesser hos pasienter, som å bruke salisylsyre (aspirin) for å senke feber.

Etter hvert ble kjemikaliene som ble brukt i medisin og industri stadig mer komplekse. Imidlertid, i stor grad, jo mer kompleks et molekyl er, desto vanskeligere blir det å syntetisere det med kunstige kjemiske metoder. For de mest komplekse proteinene eller biokjemiske forbindelsene blir det rett og slett umulig.

Deretter gjorde bioingeniørkunst det mulig å bruke GMO‑mikrober til produksjon av billig og trygt insulin, veksthormon, antistoffer osv., og skapte feltet bioteknologi som et beslektet, men eget felt fra farmasøytisk industri.

Dette var en enorm revolusjon innen biokjemi og medisin, som plutselig gjorde rikelige og billige å produsere forbindelser som tidligere var ekstremt dyre eller umulige å skaffe.

I dag konvergerer mange nye teknologier (big data, AI, automatisering, presis genetisk engineering, avansert analyse osv.) for å åpne en ny æra innen bioscienser: biofabrikkrevolusjonen.

Utover naturen: Redesign av organismer for industri

Biotek‑æraen var preget av bruk av kunstige genetiske modifikasjoner for å få mikroorganismer til å produsere ønskede biomolekyler, vanligvis medisinske produkter. Dette har vist seg å være usedvanlig lønnsomt, da mange av disse molekylene enten er livredende eller høyt verdsatte produkter som tidligere kun kunne høstes i små mengder med kostbare metoder.

Dette har imidlertid den iboende begrensningen at man kun kan replikere det som allerede finnes i levende organismer. Men den dag i dag er produksjonen av mange materialer og nyttige molekyler avhengig av kunstig produserte kjemikalier, som bruker giftige eller karbonutslippende metoder.

Så mens det er viktig å endre energisystemet vårt gjennom elbiler, batterier og fornybar energi, er det like viktig å finne grønnere alternativer til kjemisk produksjon for å løse de fleste av verdens moderne problemer: plastforurensning, klimaendringer, bærekraftig landbruk, ikke‑forurensende industriell produksjon, biosikkerhet, uhelbredelige sykdommer, regenerativ medisin, levetidsbehandlinger osv.

Og for alle disse problemene blir nå en løsning implementert: biofabrikkmodellen.

Hvordan biofabrikkmodellen fungerer: En teknologisk konvergens

Multiomics, CRISPR og fremveksten av “bio‑coding”

I de siste årene har forståelsen av biologi og genetikk gjort enorme fremskritt. De viktigste delene hviler på noen få nye teknologier.

Den første er sekvensering og genomikk, som har blitt så billig at den kan utføres rutinemessig for mindre enn $1 000 per organisme.

Den kombineres nå med mange andre “-omics” (transkriptomikk, proteomikk, metabolomikk, epigenomikk, mikrobiomikk, romlig biologi) for å skape multiomics, en helhetlig forståelse av alle de flere nivåene av kompleksitet i levende organismer.

En annen ny teknologi er CRISPR, en ny metode for genredigering oppdaget i 2012, som siden har blitt den mest kraftfulle måten å redigere genene til alle typer organismer, inkludert for å kurere sjeldne sykdommer.

Til slutt ga fremveksten av big data, AI og andre former for avansert analyse biologer verktøyene til å behandle og forstå den enorme mengden data som multiomics har skapt.

Når de bringes sammen, oppstår en helt ny evne.

Kombinasjonen av mengder av data fra ekte biologisk multiomics med AI‑analyse betyr at hele prosessen for å lage komplekse molekyler kan kartlegges, modelleres og til og med simuleres fullt ut in silico. Dette åpner muligheten for å teste virtuelt tusenvis av muligheter eller å skape helt nye proteiner med nye egenskaper fra bunnen av.

Og takket være CRISPR har det aldri vært raskere, mer presist eller enklere å sette disse ideene inn i ekte mikroorganismer eller planter, og forvandle dem til velkontrollerte biologiske fabrikker, eller «biofabrikker», en underseksjon av syntetisk biologi.

Siden DNA i hovedsak er en biologisk kode, gjør enkelheten ved å lage GMOer og designe nye biosystemer biologien svært lik datakoding.

“Tenk på en celle. Den er litt som en liten maskin som kjører på digital kode, veldig lik en datamaskin, bortsett fra at koden – i stedet for nuller og enere, er A‑er, T‑er, C‑er og G‑er. Så syntetisk biologi er programmering av celler som vi programmerer datamaskiner, ved å endre DNA‑koden inni dem. Vi er på en måte celleprogrammerere for leie. Vår jobb er å få cellen til å gjøre det kundene våre ønsker.”
Jason Kelly – Ginkgo Bioworks (DNA ) CEO

Fra plast til parfyme: Hva biofabrikker kan bygge

Mange kjemikalier som i dag produseres av den kjemiske industrien, kunne i teorien erstattes av biologisk produserte alternativer. Enten med samme molekyl produsert av levende organismer, eller med erstatninger med lignende egenskaper.

For eksempel produserer jordmikroorganismer og planter rutinemessig i små mengder gjødsel, etanol eller etylen, alle molekyler som i dag masseproduseres av den kjemiske industrien. Så en høyere avkastning eller billigere produksjon av en levende organisme kunne ha en mye lavere karbonpåvirkning.

Et annet mål er å redusere avhengigheten av fossilt brensel ved å produsere polymerer, inkludert tekstiler og plast (1,4‑butandiol, 1,3‑propanediol, polyhydroxyalkanoater, polylaktat osv.) gjennom biologiske metabolske veier.

Høyt verdsatte dufter, aminosyrer, vitaminer, silke, smaker som vanillin, og kosmetiske ingredienser som squalan eller hyaluronsyre, kan også masseproduseres naturlig til en lav kostnad, i det minste i teorien.

Også mange nyoppfunnede biologiske molekyler kan danne syntetiske vaksiner, kreftbehandlinger, alternative proteiner og matkilder (dyrket kjøtt osv.).

Til slutt kan helt nye produkter produseres på denne måten. For eksempel kan soppmycel kan skape et levedyktig alternativ til lær og andre tekstiler. Eller karbonutslipp kan direkte resirkuleres til nyttige produkter før de når atmosfæren.

Forsknings‑som‑tjeneste forretningsmodellen

Bygge synergier

Hvis teknologien for å gjøre dette har modnet, er det imidlertid ikke så enkelt i praksis å fullstendig omskrive metabolismen til en virkelig levende organisme, samtidig som den holdes produktiv.

Dette er grunnen til at en økende trend er å outsource denne oppgaven til spesialiserte selskaper som har utstyret, ekspertisen og det riktige biologiske materialet for å få det til. Denne «Research-as-a-Service»-modellen, også noen ganger kalt «organisms-on-demand», gjør det mulig for ulike prosjekter og konsepter å hjelpe hverandre på tvers av domener.

For eksempel kan en mikroorganisme som tidligere ble utviklet for absorpsjon av karbonutslipp også bruke dette karbonet til å produsere etylen, en nøkkelforløper til utallige kjemiske syntesereaksjoner. Men et selskap fokusert på karbonkreditter ville ikke ha umiddelbar bruk eller erfaring med etylen, mens et kjemisk selskap kanskje ikke har en karbonkilde tilgjengelig. Men ved å bruke den samme biofabrikkleverandøren kan de to selskapene utvikle synergier og gjøre prosessen mer effektiv.

Tilsvarende kan en ny optimalisert metode for genetiske modifikasjoner brukes i dusinvis av ulike anvendelser, og dermed fordele kostnadene for FoU over et bredere spekter av prosjekter.

Ginkgo Bioworks: «DNA‑en» til syntetisk biologi

Ingen selskap har vært mer i frontlinjen av «organisms-on-demand» enn Ginkgo Bioworks. Fra sin etablering i 2008 av fem MIT‑forskere, var selskapet dedikert til å produsere GMO‑bakterier for industrielle anvendelser, med bioteknologi, som vanligvis er fokus for slik aktivitet, kun som en sekundær tanke.

Ginkgo var det første bioteknologiselskapet som ble med i det berømte Y Combinator‑oppstartsakseleratorprogrammet i 2014. Selskapet gikk på børs i 2021 gjennom en SPAC‑fusjon og klarte å sikre NYSE‑tickeret DNA, som tidligere ble brukt av biotekpioneren Genentech (før oppkjøpet av Roche).

Siden da har Ginkgo Bioworks utviklet seg til en nøkkelpartner for mange industrielle, farmasøytiske og landbrukskorporasjoner.

Kilde: Gingko Bioworks

For eksempel utviklet den nye organismer for ulike forskningsprogrammer:

• Programmerbare mikrober for tarmsykdommer.
• Bioremediering av mikroplast.
• RNA‑terapier og vaksiner.
• Resirkulering av avfall og forurensninger.
• Kontroll av kritiske soyabønnesykdommer i Brasil.
• Erstatning av nitrogengjødsel med bakterier
• Kannabinoider.
• Optimalisert produksjon av biologika og peptider
• Produksjon av aktive farmasøytiske ingredienser (API) gjennom oppskalert biokatalyse og fermentering.
• Molekylære diagnostiske løsninger, gjennom en proprietær enzymdatabase og ekspertdesignere av enzymer.
• Celleterapi og genredigering.

Gingkos pivot: Selge biosikkerhet for autonome laboratorier

Selge biosikkerhetsvirksomheten

Under COVID‑pandemien utvidet Gingko raskt sin biosikkerhetsvirksomhet, en aktivitet som overvåker biologiske risikoer, hovedsakelig for myndigheter. Den utviklet seg deretter til en ende‑til‑ende bioradar‑plattform.

Den virksomheten ga uvurderlige fordeler under pandemien gjennom våre statlige og nasjonale testprogrammer og resulterte i en toppårlig inntekt på over $300 M. Vi var stolte av å ha bidratt til å åpne over 5 000 skoler over hele landet.

Imidlertid er denne aktiviteten relativt frakoblet fra resten av Ginkgo Bioworks‑prosjektene. Derfor har selskapets ledelse besluttet å selge den til et konsortium av investorer, og danne en ny selvstendig privat enhet kalt Tower Biosecurity, mens Ginkgo fortsatt vil beholde en 20 % eierandel.

Fra tjenesteleverandør til høyverdi‑partnerskap

«Organism‑on‑demand»-aktiviteten er foreløpig kjernen i selskapets virksomhet, med den største delen innen mat‑ og landbruk samt farmasøytisk og bioteknologi. Den har imidlertid opplevd en inntektsnedgang mellom Q4 2024 og Q4 2025, på grunn av en generell nedgang i investeringer i bioteknologi i denne perioden.

Kilde: Gingko Bioworks

Dette segmentet har lidd under en relativ usikkerhet knyttet til forretningsmodellen. Opprinnelig planla Gingko å kun tilby forskningskapasiteten som en ren tjeneste, med fast pris og klart sluttpunkt. Dette gjorde Gingko ekstremt populær som forskningspartner.

Imidlertid betydde dette også at det ikke var noen resterende royalties eller ekstra inntekter når prosjektet var fullført, noe som førte til at Gingko satt fast i en endeløs løpebane av nye prosjekter, hvor teknologisk dyktighet ikke virkelig omsettes til inntekter.

Siden da har de begynt å utvikle nye organismer mer med en partnerskapsstruktur. For eksempel leveringen av en viktig milepæl i et prosjekt med Merck, som førte til en utbetaling på $9 M i Q4 2024 og større betalinger senere i fase 2 av prosjektet.

Behovet for å restrukturere for mer kontantstrøm ble tatt på alvor av selskapet fra den andre siden av ligningen, med sterke tiltak for å redusere kontorforbruket også, ned 73 % det siste året. Samtidig har selskapet ingen betydelig gjeld, noe som reduserer ytterligere finansielle risikoer.

Kilde: Gingko Bioworks

Fremveksten av det modulære, autonome robotlaboratoriet

Hvis celleengineering er selskapets tidligere sentrum, ligger fremtiden nå i å bruke AI og egne automatiserte laboratorier for å redusere kostnader og forbedre skapelsen av nye biofabrikker.

Automatiserte laboratorier er en teknologi som Gingko har arbeidet med en stund, da fortsatt i dag er mesteparten av arbeidet i biolaboratorier repeterende og kjedelige manuelle oppgaver, som ofte opptar mesteparten av tiden til en arbeidsstyrke med mastergrader og doktorgrader.

For å endre denne metoden har de laget en automatisert modulær plattform, i stand til å utføre laboratorieoppgaver uten menneskelig inngripen, som å dyrke celler, overføre kjemikalier, mikroskopisk analyse osv.

Kilde: Gingko Bioworks

Den viktigste egenskapen ved dette designet er modulariteten. Hver kan deretter kobles sammen med en annen for å skape en slags «samlebånd» for vitenskapelige eksperimenter og bioanalyser.

Denne løsningen kombineres med et programvaretilbud, og skaper en fleksibel løsning som kan tilpasses og endres på bare dager eller timer, sammenlignet med mer rigide forskningsinfrastrukturer som krever måneder med kostbar omkonfigurasjon for nye prosjekter.

Kilde: Gingko Bioworks

Denne kombinasjonen gir både fleksibiliteten som trengs for forskning (sammenlignet med masseproduksjon), men også automatiseringen som trengs for å akselerere forskning og redusere kostnader, siden det automatiserte laboratoriet kan jobbe raskere enn et menneske og 24/7.

Gingko planlegger å tilby denne teknologien i to formater:

• «Bygg ditt eget laboratorium», der de produserer og vedlikeholder de automatiserte lab‑modulene, men den daglige driften og eierskapet tilhører kunden.
• Tilgang til Ginkgos eget fremtidsrettede autonome laboratorium via direkte kontrakt av tjenesten.

Datapunkt: Generere 10 000 eksperimenter på uker

Mens automatiseringstilbudet genererer de biologiske dataene, bearbeider Datapoint dem til nyttige innsikter.

Hovedelementet er den raske genereringen av data som kan veilede videre hypoteser, og den raske iterasjonen av nye eksperimenter for å holde fremdriften.

Kilde: Ginkgo Bioworks

Med denne tjenesten kan Ginkgo levere data som fullt ut tilhører kunden, noe som er en konkurransefordel i partnerskap med andre biotek- eller farmasøytiske selskaper.

Data kan genereres på så lite som 3 uker, med over 10 000 in‑vitro kjemiske og genetiske perturberinger i hver celletype, og et bredt utvalg av analytiske metoder tilgjengelig for å studere resultatene.

Det samme systemet kan brukes til rask generering av nye antistoffer, en type molekyl som raskt blir et nøkkelmedikament innen onkologi og andre medisinske felt. Ginkgo kan screene opptil 2 400 forskjellige antistoffer parallelt, takket være en automatisert våt‑lab‑infrastruktur verdt $1 Mrd.

AI‑drevet bioresearch

Gingko etablerte et partnerskap med OpenAI for å bruke ChatGPT 5 i konteksten av bioresearch. Det rapporterte en drastisk forbedring i produktivitet.

«Selskapet rapporterer at systemet reduserte kostnadene for cellefri proteinsyntese med 40 % i forhold til dagens standard, samtidig som det kjørte 36 000 eksperimentelle betingelser over seks iterative sykluser.»

Menneskelig involvering var primært begrenset til reagensforberedelse, lasting og lossing, og systemovervåkning, mens eksperimentdesign, utførelse, datafortolkning og hypotesegenerering ble håndtert av det GPT‑5‑drevne autonome laboratoriet.

Modellen som brukes har blitt gjort tilgjengelig som åpen kildekode, og den AI‑forbedrede cellefrie reaksjonsblandingen kan bestilles av det vitenskapelige fellesskapet, noe som gjør Gingko til et viktig åpen kildekode‑forskningsverktøy for forskere over hele verden.

Gingko ble også tildelt $47 M av den amerikanske regjeringen for å utvikle et stort forskningsanlegg for Genesis Mission, et 32 000 kvadratfot stort område kjent som Microbial Molecular Phenotyping Capability (M2PC). Det vil huse over 100 automatiserte analytiske instrumenter og forventes å være fullt operativt for globale forskere innen 2030.

«Teamet vil utnytte avansert AI for å avkode protein- og vei‑funksjon, automatisere datagenerering og -innsamling, og integrere DOEs eksperimentelle og superdatamaskinsystemer med biotek‑ og AI‑selskaper.»

Langsiktig utsikt: Er Ginkgo endelig lønnsom?

Fra skaperen av biofabrikkforretningsmodellen og en viktig aktør innen biosikkerhet, reinventerer Ginkgo seg nå som en leder innen automatisering av biologisk forskning og en nøkkelpartner i AI‑drevet FoU‑teknologi.

Etter hvert som biologi møter AI, vil mange industrielle prosesser gradvis bli erstattet av grønnere bioprosess‑alternativer som er karbonnøytrale, ikke‑giftige og billigere. I den fremtidsvisjonen er livsformer like programmerbare som datakode, men enda mer innflytelsesrike i den virkelige verden.

Dette representerer en enorm mulighet for Ginkgo Bioworks, enten for prosjektet de allerede jobber med, eller for at deres automatiserte laboratoriedesign blir en standard for de fleste forskningsteam på lang sikt.

Kombinert med en forbedring av deres celle‑engineering forretningsmodell (med flere royalties og mer rettferdige inntektsdelingsavtaler), bør dette bidra til å gjøre Ginkgo lønnsom i de kommende årene.

(Du kan også lese mer om andre syntetiske biologi‑selskaper i “Topp 5 offentlige selskaper innen syntetisk biologi”)

Siste Gingko Bioworks (DNA) aksjenyheter og utviklinger