A Revolução da Biofoundry: Programando a Vida como uma Fábrica

A transição das fábricas químicas para as fábricas biológicas

Como o código digital está substituindo os produtos químicos sintéticos

Assim que os primeiros cientistas começaram a entender que o mundo material ao seu redor era composto de componentes puros e separados, eles começaram a trabalhar para compreendê-lo melhor. Os esforços dos primeiros alquimistas abriram caminho para os cientistas da era do Iluminismo e do início da era moderna, quando descobriram os elementos separados e os fundamentos da biologia: células, DNA, etc.

Ao mesmo tempo, a indústria química estava criando a indústria farmacêutica inicial, usando medicamentos químicos sintéticos para alterar processos biológicos em pacientes, como o uso de ácido salicílico (aspirina) para baixar a febre.

Progressivamente, os produtos químicos usados ​​na medicina e na indústria tornaram-se cada vez mais complexos. No entanto, em grande parte, quanto mais complexa uma molécula, mais difícil se torna sintetizá-la por métodos químicos artificiais. E torna-se praticamente impossível para as proteínas ou compostos bioquímicos mais complexos.

Em seguida, a bioengenharia possibilitou a produção, por meio de micróbios geneticamente modificados, de insulina, hormônio do crescimento, anticorpos, etc., de forma barata e segura, criando o campo da biotecnologia como uma área relacionada, porém distinta da indústria farmacêutica.

Isso representou uma revolução gigantesca na bioquímica e na medicina, tornando abundantes e baratos de produzir compostos que antes eram extremamente caros ou impossíveis de obter.

Hoje, muitas novas tecnologias (big data, IA, automação, engenharia genética de precisão, análises avançadas, etc.) estão convergindo para inaugurar uma nova era das biociências: a revolução das biofábricas.

Além da Natureza: Redesenhando Organismos para a Indústria

A era da biotecnologia foi marcada pelo uso de modificações genéticas artificiais para fazer com que microrganismos produzam biomoléculas de interesse, geralmente produtos medicinais. Isso se mostrou extraordinariamente lucrativo, já que muitas dessas moléculas são produtos de alto valor agregado ou que salvam vidas e que antes só podiam ser obtidos em pequenas quantidades por meio de métodos de alto custo.

No entanto, isso tem a limitação inerente de só poder replicar o que já existe em organismos vivos. Mas, até hoje, a produção de muitos materiais e moléculas úteis depende de substâncias químicas produzidas artificialmente, utilizando métodos tóxicos ou emissores de carbono.

Assim, embora a transformação do nosso sistema energético por meio de veículos elétricos, baterias e energias renováveis ​​seja importante, encontrar alternativas mais ecológicas à produção química é igualmente crucial para solucionar a maioria dos problemas do mundo moderno: poluição plástica, mudanças climáticas, agricultura sustentável, produção industrial não poluente, biossegurança, doenças incuráveis, medicina regenerativa, tratamentos para prolongar a vida, etc.

E para todos esses problemas, uma solução está sendo implementada: o modelo de biofábrica.

Como funciona o modelo Biofoundry: uma convergência tecnológica

Multiômica, CRISPR e a ascensão da “biocodificação”

Nos últimos anos, a compreensão da biologia e da genética avançou enormemente. Os principais aspectos dependem de algumas tecnologias inovadoras.

A primeira é o sequenciamento e a genômica, que se tornaram baratos o suficiente para serem feitos rotineiramente por menos de US$ 1,000 por organismo.

Agora, ela é combinada com muitas outras “-ômicas” (transcriptômica, proteômica, metabolômica, epigenômica, microbiômica, biologia espacial) para criar multiômicaUma compreensão holística de todos os múltiplos níveis de complexidade nos organismos vivos.

Outra tecnologia inovadora é CRISPR, uma nova forma de edição genética descoberta em 2012, que desde então se tornou o método mais poderoso para editar os genes de todos os tipos de organismos, inclusive para a cura de doenças raras.

Por fim, o surgimento do big data, da IA ​​e de outras formas de análise avançada forneceu aos biólogos as ferramentas para processar e dar sentido à avalanche de dados criada pela multiômica.

Quando reunidas, essas peças criam uma capacidade totalmente nova.

A combinação de toneladas de dados multiômicos biológicos reais com análises de IA significa que todo o processo de criação de moléculas complexas pode ser mapeado, modelado e até mesmo totalmente simulado. in silicoIsso abre a oportunidade de testar virtualmente milhares de possibilidades ou criar do zero proteínas inteiramente novas com propriedades inéditas.

E graças ao CRISPR, inserir essas ideias em microrganismos ou plantas reais nunca foi tão rápido, preciso ou fácil, transformando-os em fábricas biológicas bem controladas, ou “biofábricas”, uma subárea da biologia sintética.

Como o DNA é essencialmente um código biológico, a facilidade de produzir OGMs e projetar novos biossistemas torna a biologia muito semelhante à programação de computadores.

“Pense em uma célula. É como uma pequena máquina que funciona com código digital, muito semelhante a um computador, exceto que, neste caso, o código — em vez de zeros e uns, são As, Ts, Cs e Gs. Então, a biologia sintética é programar células como programamos computadores, alterando o código de DNA dentro delas. Somos como programadores de células contratados. Nosso trabalho é fazer a célula executar o que nossos clientes desejam.”

Jason Kelly – CEO da Ginkgo Bioworks

Do plástico ao perfume: o que as biofábricas podem construir

Em teoria, muitos produtos químicos atualmente fabricados pela indústria química poderiam ser substituídos por meios biológicos. Seja pela mesma molécula produzida por organismos vivos, seja por substitutos com propriedades semelhantes.

Por exemplo, microrganismos do solo e plantas produzem rotineiramente, em pequenas quantidades, fertilizantes, etanol ou etileno, moléculas atualmente produzidas em massa pela indústria química. Portanto, um rendimento maior ou uma produção mais barata por um organismo vivo poderia ter um impacto de carbono muito menor.

Outro objetivo é reduzir a dependência de combustíveis fósseis através da produção de polímeros, incluindo têxteis e plásticos (1,4-butanodiol, 1,3-propanodiol, polihidroxialcanoatos, ácido polilático, etc.) por meio de vias metabólicas biológicas.

Fragrâncias de alto valor, aminoácidos, vitaminas, seda, aromas como a vanilina e ingredientes cosméticos como o esqualano ou o ácido hialurônico, todos poderiam ser produzidos em massa naturalmente a um custo baixo, pelo menos em teoria.

E, claro, muitas moléculas biológicas recém-inventadas podem formar vacinas sintéticas, tratamentos anticancerígenos, proteínas alternativas e fontes de alimentos (carne cultivada, etc.).

Por fim, produtos totalmente inovadores podem ser produzidos dessa forma. Por exemplo, o micélio de cogumelos pode criar uma alternativa viável ao couro e a outros tecidos. Ou as emissões de carbono podem ser recicladas diretamente em produtos úteis antes mesmo de chegarem à atmosfera.

O Modelo de Negócio de Pesquisa como Serviço

Construindo Sinergias

Embora a tecnologia para isso tenha amadurecido, na prática não é tão simples reescrever completamente o metabolismo de um ser vivo real, mantendo-o produtivo ao mesmo tempo.

Por isso, uma tendência crescente é a terceirização dessa tarefa para empresas especializadas que possuem os equipamentos, a expertise e o material biológico adequado para realizá-la. Esse modelo de “Pesquisa como Serviço”, também chamado de “organismos sob demanda”, permite que diferentes projetos e conceitos se auxiliem mutuamente em diversas áreas.

Por exemplo, um microrganismo previamente desenvolvido para a absorção de emissões de carbono também pode usar esse carbono para produzir etileno, um precursor essencial para inúmeras reações de síntese química. No entanto, uma empresa focada em créditos de carbono não teria uso imediato ou experiência com etileno, enquanto uma empresa química poderia não ter uma fonte de carbono disponível. Mas, ao utilizar o mesmo fornecedor de biofábrica, as duas empresas podem desenvolver sinergias e tornar o processo mais eficiente.

Da mesma forma, um novo método otimizado para modificações genéticas pode ser implementado em dezenas de aplicações diferentes, amortizando o custo de P&D em uma gama mais ampla de projetos.

Ginkgo Bioworks: O “DNA” da Biologia Sintética

Nenhuma empresa esteve mais na vanguarda dos "organismos sob demanda" do que a Ginkgo Bioworks. Desde sua fundação em 2008 por cinco cientistas do MIT, a empresa se dedicou à produção de bactérias geneticamente modificadas para aplicações industriais, com a biotecnologia, geralmente o foco desse tipo de atividade, sendo apenas uma consideração secundária.

A Ginkgo foi a primeira empresa de biotecnologia a ingressar no renomado programa de aceleração de startups Y Combinator, em 2014. A empresa abriu seu capital em 2021 por meio de uma fusão com uma SPAC e conseguiu garantir o código DNA na Bolsa de Valores de Nova York (NYSE), anteriormente pertencente à pioneira em biotecnologia Genentech (antes de sua aquisição pela Roche).

Desde então, a Gingko Bioworks se tornou uma parceira fundamental de muitas empresas industriais, farmacêuticas e agrícolas.

Fonte: Gingko Bioobras

Por exemplo, desenvolveu novos organismos para diversos programas de pesquisa:

• Microorganismos programáveis ​​para doenças intestinais.
• Biorremediação de microplásticos.
• Terapias e vacinas de RNA.
• Reciclagem de resíduos e contaminantes.
• Controle de doenças críticas da soja no Brasil.
• Substituir fertilizantes nitrogenados por bactérias
• Canabinóides.
• Fabricação otimizada de produtos biológicos e peptídeos
• Produção de ingredientes farmacêuticos ativos (IFA) por meio de biocatálise e fermentação em escala ampliada.
• Soluções de diagnóstico molecular, através de um banco de dados enzimático proprietário e especialistas em design de enzimas.
• Terapia celular e edição genética.

A mudança de rumo da Gingko: vendendo biossegurança para laboratórios autônomos.

Venda do negócio de biossegurança

Durante a pandemia de COVID-19, a Gingko expandiu rapidamente seus negócios de biossegurança, uma atividade que monitora riscos biológicos, principalmente para governos. Em seguida, evoluiu para uma plataforma de biorradar completa.

Essa empresa proporcionou benefícios inestimáveis ​​durante a pandemia por meio de nossos programas de testes estaduais e nacionais, resultando em um pico de receita anual superior a US$ 300 milhões. Tivemos orgulho de ajudar a reabrir mais de 5,000 escolas em todo o país.

No entanto, essa atividade é relativamente desconectada dos demais projetos da Gingko Bioworks. Assim, a administração da empresa decidiu vendê-la para um consórcio de investidores, formando uma nova entidade privada independente chamada Tower Biosecurity, e a Gingko ainda manterá uma participação acionária de 20%.

De prestador de serviços a parcerias de alto valor

A atividade de "organismos sob demanda" é, por enquanto, o núcleo dos negócios da empresa, sendo os maiores segmentos os de alimentos e agricultura e farmacêutico e biotecnológico. No entanto, houve uma queda na receita entre o quarto trimestre de 2024 e o quarto trimestre de 2025, devido a um declínio geral nos investimentos em biotecnologia durante esse período.

Fonte: Gingko Bioobras

Este segmento sofreu com uma relativa incerteza em relação ao seu modelo de negócios. Inicialmente, a Gingko planejava fornecer apenas a capacidade de pesquisa como um serviço puro, com preço fixo e objetivo claro. Isso tornou a Gingko extremamente popular como parceira de pesquisa.

No entanto, isso também significava que não havia royalties residuais ou receitas extras após a conclusão do projeto, o que deixava a Gingko presa em um ciclo interminável de novos projetos, onde a capacidade tecnológica não se traduzia em receita real.

Desde então, começou a desenvolver novos organismos com uma estrutura mais voltada para parcerias. Por exemplo, A conclusão de um marco importante em um projeto com a Merck, resultando em um pagamento de US$ 9 milhões no quarto trimestre de 2024. e pagamentos maiores posteriormente, na segunda fase do projeto.

A necessidade de reestruturação para aumentar o fluxo de caixa foi levada a sério pela empresa, que também se empenhou em reduzir o consumo de caixa em 73% no último ano. Além disso, a empresa não possui dívidas significativas, o que reduz ainda mais os riscos financeiros.

Fonte: Gingko Bioobras

A Ascensão do Laboratório de Robótica Modular e Autônomo

Se a engenharia celular foi o foco da empresa no passado, seu futuro agora reside no uso de IA e de seus próprios laboratórios automatizados para reduzir custos e aprimorar a criação de novas biofábricas.

Laboratórios automatizados É uma tecnologia na qual a Gingko vem trabalhando há algum tempo, já que ainda hoje a maior parte do trabalho em biolaboratórios consiste em tarefas manuais repetitivas e tediosas, que muitas vezes consomem a maior parte do tempo de uma equipe com mestrados e doutorados.

Para mudar esse método, criou uma plataforma modular automatizada, capaz de realizar, sem intervenção humana, tarefas laboratoriais como cultivo de células, transferência de substâncias químicas, análise microscópica, etc.

Fonte: Gingko Bioobras

A característica mais importante desse projeto é sua modularidade. Cada componente pode ser conectado a outro para criar uma espécie de "cadeia de montagem" para experimentos científicos e bioanálises.

Essa solução é combinada com uma oferta de software, criando uma solução flexível que pode ser adaptada e modificada em apenas alguns dias ou horas, em comparação com infraestruturas de pesquisa mais rígidas que exigem meses de reconfiguração dispendiosa para novos projetos.

Fonte: Gingko Bioobras

Essa combinação proporciona tanto a flexibilidade necessária para a pesquisa (em comparação com a produção em massa), quanto a automação necessária para acelerar a pesquisa e reduzir custos, já que o laboratório automatizado pode trabalhar mais rapidamente do que um ser humano e 24 horas por dia, 7 dias por semana.

A Gingko planeja oferecer essa tecnologia em dois formatos:

• "Monte seu próprio laboratório", onde a empresa fabrica e presta assistência técnica aos módulos de laboratório automatizados, mas as operações diárias e a propriedade pertencem ao cliente.
• Acesse o laboratório autônomo de vanguarda da Ginkgo por meio da contratação direta do serviço.

Dado: Gerando 10,000 experimentos em semanas

Embora a oferta de automação gere os dados biológicos, a Datapoint os processa, transformando-os em informações úteis.

O elemento-chave é a geração rápida de dados que podem orientar novas hipóteses e a rápida iteração de novos experimentos para continuar avançando.

Fonte: Ginkgo Bioworks

Com esse serviço, a Ginkgo pode fornecer dados que pertencem integralmente ao cliente, o que representa uma vantagem competitiva em parcerias com outras empresas de biotecnologia ou farmacêuticas.

Os dados podem ser gerados em apenas 3 semanas, com mais de 10,000 perturbações químicas e genéticas in vitro em cada tipo de célula, e uma ampla variedade de métodos analíticos disponíveis para estudar os resultados.

O mesmo sistema pode ser usado para a geração rápida de novos anticorpos, um tipo de molécula que está se tornando rapidamente um medicamento essencial em oncologia e outras áreas médicas. O ginkgo biloba pode rastrear até 2,400 anticorpos diferentes em paralelo, graças a uma infraestrutura automatizada de laboratório úmido avaliada em US$ 1 bilhão.

Pesquisa biológica impulsionada por IA

A Gingko estabeleceu uma parceria com a OpenAI para usar o ChatGPT 5 no contexto da pesquisa biológica. A empresa relatou uma melhoria drástica na produtividade.

“A empresa relata que o sistema reduziu os custos da reação de síntese de proteínas acelular em 40% em relação ao estado da arte, executando 36,000 condições experimentais em seis ciclos iterativos.”

A participação humana limitou-se principalmente à preparação de reagentes, carregamento e descarregamento, e supervisão do sistema, enquanto o planejamento experimental, a execução, a interpretação dos dados e a geração de hipóteses foram gerenciados pelo laboratório autônomo baseado no GPT-5.

O modelo utilizado foi disponibilizado como código aberto, e A mistura de reação acelular aprimorada por IA pode ser encomendada pela comunidade científica., transformando o Gingko em uma importante ferramenta de pesquisa de código aberto para cientistas do mundo todo.

Ginkgo também era Prêmio de US$ 47 milhões concedido pelo governo dos EUA para desenvolver um grande centro de pesquisa para o Missão Gênesis, um local de 32,000 pés quadrados conhecido como o Capacidade de Fenotipagem Molecular Microbiana (M2PC)O centro abrigará mais de 100 instrumentos analíticos automatizados e deverá estar totalmente operacional para pesquisadores do mundo todo até 2030.

“A equipe utilizará inteligência artificial avançada para decifrar a função de proteínas e vias metabólicas, automatizar a geração e coleta de dados e integrar os sistemas experimentais e de supercomputação do Departamento de Energia com empresas de biotecnologia e IA.”

Perspectivas de longo prazo: o ginkgo finalmente se tornou lucrativo?

Criadora do modelo de negócios de biofábricas e importante ator na área de biossegurança, a Gingko se reinventa agora como líder em automação de pesquisa biológica e parceira fundamental em tecnologia de P&D orientada por IA.

À medida que a biologia se encontra com a IA, muitos processos industriais serão progressivamente substituídos por alternativas de bioprocessos mais ecológicas, neutras em carbono, não tóxicas e mais baratas. Nessa visão de futuro, as formas de vida são tão programáveis ​​quanto um código de computador, mas com um impacto ainda maior no mundo real.

Isso representa uma enorme oportunidade para a Gingko Bioworks, seja para o projeto em que já está trabalhando, seja para que seu design de laboratório automatizado se torne um padrão para a maioria das equipes de pesquisa a longo prazo.

Aliado a uma melhoria em seu modelo de negócios de engenharia celular (com mais royalties e contratos de compartilhamento de receita mais justos), isso deverá ajudar a tornar a Gingko lucrativa nos próximos anos.

Você também pode ler mais sobre outras empresas de biologia sintética em “As 5 principais empresas públicas de biologia sintética")

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