A Revolução das Biofábricas: Programando a Vida como uma Fábrica

A Mudança da Química para 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 por componentes separados e puros, eles passaram a trabalhar para compreendê‑lo melhor. O esforço dos primeiros alquimistas abriu caminho para os cientistas da era da iluminação 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 incipiente indústria farmacêutica, usando drogas químicas sintéticas para alterar processos biológicos em pacientes, como o uso do ácido salicílico (aspirina) para reduzir a febre.

Progressivamente, os produtos químicos usados na medicina e na indústria tornaram‑se cada vez mais complexos. Contudo, em grande parte, quanto mais complexo é 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.

Então, a bioengenharia permitiu a produção por microrganismos GMO de insulina barata e segura, hormônio de crescimento, anticorpos, etc., criando o campo da biotecnologia como um ramo relacionado, mas separado, da farmacêutica.

Esta foi uma revolução massiva em bioquímica e medicina, tornando de repente 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 precisa, análise avançada, etc.) estão convergindo para abrir outra era das ciências biológicas: 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 microrganismos produzirem biomoléculas de interesse, geralmente produtos médicos. Isso provou ser extraordinariamente lucrativo, já que muitas dessas moléculas são salva‑vidas ou produtos de alto valor que antes só podiam ser colhidos em pequenas quantidades por métodos de alto custo.

No entanto, isso tem a limitação inerente de apenas poder replicar o que já existe em organismos vivos. Mas, até hoje, a produção de muitos materiais e moléculas úteis depende de produtos químicos produzidos artificialmente, usando métodos tóxicos ou emissores de carbono.

Portanto, enquanto mudar nosso sistema energético por meio de veículos elétricos, baterias e renováveis é importante, encontrar alternativas mais verdes para a produção química é igualmente crucial para resolver a maioria dos problemas do mundo moderno: poluição plástica, mudança climática, agricultura sustentável, produção industrial não poluente, biosegurança, doenças incuráveis, medicina regenerativa, tratamentos de longevidade, etc.

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

Como o Modelo de Biofábrica Funciona: Uma Convergência Tecnológica

Multiômicas, CRISPR e a Ascensão do “Bio‑Coding”

Nos últimos anos, a compreensão da biologia e da genética fez progressos tremendos. As partes-chave dependem de algumas tecnologias inovadoras.

A primeira é o sequenciamento e a genômica, que se tornaram baratos o suficiente para serem realizados rotineiramente por menos de US$ 1.000 por organismo.

Agora isso é combinado com muitas outras “‑ômicas” (transcriptômica, proteômica, metabolômica, epigenômica, microbiômica, biologia espacial) para criar multiômicas, uma compreensão holística de todos os múltiplos níveis de complexidade em organismos vivos.

Outra tecnologia inovadora é CRISPR, um novo método de edição genética descoberto em 2012, que desde então se tornou a forma mais poderosa de editar os genes de todos os tipos de organismos, inclusive para curar doenças raras.

Por fim, o surgimento de big data, IA e outras formas de análise avançada deu aos biólogos as ferramentas para processar e dar sentido ao volume de dados que as multiômicas geraram.

Quando reunidos, surge uma capacidade totalmente nova.

A combinação de toneladas de dados de multiômicas biológicas reais com análise de IA significa que todo o processo de criação de moléculas complexas pode ser mapeado, modelado e até totalmente simulado in silico. Isso abre a oportunidade de testar virtualmente milhares de possibilidades ou criar do zero proteínas totalmente novas com propriedades inéditas.

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

Como o DNA é essencialmente um código biológico, a facilidade de criar OGMs e projetar novos biosistemas aproxima a biologia muito da codificação 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 A’s, T’s, C’s e G’s. Então a biologia sintética é programar células como programamos computadores, alterando o código de DNA dentro delas. Somos meio que programadores de células sob demanda. Nosso trabalho é fazer a célula fazer o que nossos clientes desejam.”

Jason Kelly – CEO da Ginkgo Bioworks (DNA )

Do Plástico ao Perfume: O Que as Biofábricas Podem Construir

Muitos dos produtos químicos atualmente produzidos pela indústria química poderiam, em teoria, ser substituídos por meios biológicos. Seja com a mesma molécula produzida por organismos vivos, seja com substitutos de propriedades semelhantes.

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

Outro objetivo é reduzir a dependência de combustíveis fósseis produzindo polímeros, incluindo têxteis e plásticos (1,4‑Butanodiol, 1,3‑Propanodiol, polihidroxialcanoatos, polilático, etc.) por vias metabólicas biológicas.

Fragrâncias de alto valor, aminoácidos, vitaminas, seda, sabores como vanilina e ingredientes cosméticos como escualano ou ácido hialurônico também poderiam ser produzidos em massa naturalmente a baixo custo, ao menos em teoria.

E, claro, muitas moléculas biológicas recém‑inventadas podem formar vacinas sintéticas, tratamentos contra o câncer, proteínas alternativas e fontes alimentares (carne cultivada, etc.).

Por fim, produtos totalmente novos podem ser produzidos dessa forma. Por exemplo, micélio de cogumelo pode criar uma alternativa viável ao couro e a outros têxteis. Ou emissões de carbono podem ser recicladas diretamente em produtos úteis antes mesmo de chegar à atmosfera.

O Modelo de Negócio “Pesquisa‑como‑Serviço”

Construindo Sinergias

Se a tecnologia para isso amadureceu, não é, porém, tão simples na prática reescrever totalmente o metabolismo de um ser vivo real, mantendo‑o produtivo ao mesmo tempo.

É por isso que uma tendência crescente é terceirizar essa tarefa para empresas especializadas que possuem o equipamento, a expertise e o material biológico adequado para realizá‑la. Esse modelo “Pesquisa‑como‑Serviço”, às vezes chamado de “organismos‑on‑demand”, permite que diferentes projetos e conceitos ajudem‑se mutuamente entre domínios.

Por exemplo, um microrganismo desenvolvido previamente para absorver emissões de carbono pode também usar esse carbono para produzir etileno, um precursor chave para inúmeras reações de síntese química. Mas uma empresa focada em créditos de carbono não teria uso imediato ou experiência com etileno, enquanto uma empresa química pode não ter uma fonte de carbono disponível. Ao usar o mesmo contratante de biofábrica, as duas empresas podem desenvolver sinergias e tornar o processo mais eficiente.

De forma semelhante, um novo método otimizado para modificações genéticas pode ser implantado 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 do “organismos‑on‑demand” do que a Ginkgo Bioworks. Desde sua fundação em 2008 por cinco cientistas do MIT, a empresa se dedicou a produzir bactérias GMO para aplicações industriais, com a biotecnologia, geralmente foco dessa atividade, como uma segunda ideia.

A Ginkgo foi a primeira empresa de biotecnologia a entrar no famoso programa de aceleração de startups Y Combinator em 2014. A empresa abriu capital em 2021 por meio de fusão com SPAC e conseguiu garantir o ticker NYSE DNA, anteriormente detido pelo pioneiro da biotecnologia Genentech (antes de sua aquisição pela Roche).

Desde então, a Ginkgo Bioworks evoluiu para se tornar parceira chave de muitas corporações industriais, farmacêuticas e agrícolas.

Fonte: Gingko Bioworks

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

• Micróbios programáveis para doenças intestinais.
• Bioremediação de microplásticos.
• RNA terapêuticos & vacinas.
• Reciclagem de resíduos e contaminantes.
• Controle de doenças críticas da soja no Brasil.
• Substituição de fertilizantes nitrogenados por bactérias.
• Canabinoides.
• Manufatura otimizada de biológicos & peptídeos.
• Produção de ingredientes farmacêuticos ativos (API) por biocatálise e fermentação em escala.
• Soluções de diagnóstico molecular, através de um banco de dados proprietário de enzimas e designers de enzimas especialistas.
• Terapia celular & edição genética.

Virada da Ginkgo: Vendendo Biosegurança para Laboratórios Autônomos

Vendendo o Negócio de Biosegurança

Durante a pandemia de COVID, a Ginkgo expandiu rapidamente seu negócio de biosegurança, uma atividade que monitora riscos biológicos, principalmente para governos. Ela então evoluiu para uma plataforma de bioradar de ponta a ponta.

Esse negócio proporcionou benefícios inestimáveis durante a pandemia por meio de nossos programas estaduais e nacionais de testes, resultando em receita anual máxima superior a US$ 300 milhões. Ficamos orgulhosos de ajudar a abrir mais de 5 000 escolas em todo o país.

Entretanto, essa atividade está relativamente desconectada do restante dos projetos da Ginkgo Bioworks. Assim, a gestão da empresa decidiu desinvesti‑la para um consórcio de investidores, formando uma nova entidade privada independente chamada Tower Biosecurity, e a Ginkgo ainda manterá uma participação acionária de 20 %.

De Provedor de Serviços a Parcerias de Alto Valor

A atividade “organismo‑on‑demand” é, por enquanto, o núcleo do negócio da empresa, com o maior segmento sendo alimentos & agricultura e farmacêutica & biotecnologia. Contudo, viu‑se uma queda nas receitas entre o Q4 2024 e o Q4 2025, devido a um declínio geral nos investimentos em biotecnologia nesse período.

Fonte: Gingko Bioworks

Esse segmento sofreu de uma incerteza relativa quanto ao seu modelo de negócios. Inicialmente, a Ginkgo planejava apenas fornecer a capacidade de pesquisa como um serviço puro, com preço fixo e um ponto final claro. Isso tornou a Ginkgo extremamente popular como parceira de pesquisa.

Entretanto, isso também significava que não havia royalties residuais ou receitas extras após a conclusão do projeto, o que fez a Ginkgo ficar presa a um ciclo interminável de novos projetos, com excelência tecnológica que não se traduzia em receitas.

Desde então, passou a desenvolver novos organismos mais com estrutura de parceria. Por exemplo, a entrega de um marco importante em um projeto com a Merck, resultando em um pagamento de US$ 9 milhões no Q4 2024 e pagamentos maiores nas fases subsequentes do projeto.

A necessidade de reestruturar para melhorar o fluxo de caixa foi levada a sério pela empresa, com forte esforço para reduzir o consumo de caixa, que caiu 73 % no último ano. Enquanto isso, a empresa também não possui dívida significativa, reduzindo ainda mais os riscos financeiros.

Fonte: Gingko Bioworks

A Ascensão do Laboratório Robótico Modular e Autônomo

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

Laboratórios automatizados são uma tecnologia que a Ginkgo vem desenvolvendo há algum tempo, já que ainda hoje a maior parte do trabalho em biolabs consiste em tarefas manuais repetitivas e tediosas, consumindo a maior parte do tempo de uma força‑trabalho com mestrados e doutorados.

Para mudar esse método, criou‑se uma plataforma modular automatizada, capaz de executar, sem intervenção humana, tarefas laboratoriais como cultivo de células, transferência de produtos químicos, análise microscópica, etc.

Fonte: Gingko Bioworks

A característica mais importante desse design é sua modularidade. Cada módulo pode então 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 dias ou horas, comparado a infraestruturas de pesquisa mais rígidas que exigem meses de reconfiguração custosa para novos projetos.

Fonte: Gingko Bioworks

Essa combinação fornece tanto a flexibilidade necessária para pesquisa (comparada à produção em massa), quanto a automação necessária para acelerar a pesquisa e reduzir custos, já que o laboratório automatizado pode trabalhar mais rápido que um humano e 24 h por dia, 7 dias por semana.

A Ginkgo planeja oferecer essa tecnologia em dois formatos:

• “Monte seu próprio laboratório”, onde fabrica e presta serviço aos módulos de laboratório automatizado, mas as operações diárias e a propriedade pertencem ao cliente.
• Acesso ao laboratório autônomo de fronteira da Ginkgo via contratação direta do serviço.

Datapoint: Gerando 10.000 Experimentos em Semanas

Enquanto a oferta de automação gera os dados biológicos, o Datapoint os processa em insights úteis.

O elemento chave é a geração rápida de dados que podem orientar novas hipóteses, e a iteração veloz de novos experimentos para manter o avanço.

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 celular, e uma ampla escolha 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 chave em oncologia e outras áreas médicas. A Ginkgo pode analisar até 2.400 anticorpos diferentes em paralelo, graças a uma infraestrutura de laboratório úmido automatizado avaliada em US$ 1 bilhão.

Biopesquisa Potencializada por IA

A Ginkgo estabeleceu uma parceria com a OpenAI para usar o ChatGPT 5 no contexto de biopesquisa. Reportou‑se uma melhora drástica na produtividade.

“A empresa relata que o sistema reduziu os custos de reações de síntese de proteína livre de célula em 40 % em relação ao estado da arte, enquanto executava 36 000 condições experimentais ao longo de seis ciclos iterativos.”

O envolvimento humano foi limitado principalmente à preparação de reagentes, carregamento e descarregamento, e supervisão do sistema, enquanto o design experimental, a execução, a interpretação de dados e a geração de hipóteses foram conduzidos pelo laboratório autônomo impulsionado pelo GPT‑5.

O modelo usado foi lançado como código aberto, e a mistura de reação livre de célula aprimorada por IA pode ser encomendada pela comunidade científica, transformando a Ginkgo em uma importante ferramenta de pesquisa de código aberto para cientistas ao redor do mundo.

A Ginkgo também foi premiada com US$ 47 milhões pelo governo dos EUA para desenvolver uma grande instalação de pesquisa para a Missão Genesis, um local de 32.000 pés quadrados conhecido como Capacidade de Fenotipagem Molecular Microbiana (M2PC). Ela abrigará mais de 100 instrumentos analíticos automatizados e deve estar totalmente operacional para pesquisadores globais até 2030.

“A equipe aproveitará IA avançada para decifrar a função de proteínas e vias, automatizar a geração e coleta de dados, e integrar os sistemas experimentais e de supercomputação do DOE com empresas de biotecnologia e IA.”

Perspectiva de Longo Prazo: A Ginkgo Finalmente se Tornará Lucrativa?

Do criador do modelo de negócios de biofábrica e ator importante em biosegurança, a Ginkgo está agora se reinventando como líder na automação da pesquisa biológica e parceiro chave em tecnologia de P&D liderada por IA.

À medida que biologia encontra IA, muitos processos industriais serão progressivamente substituídos por alternativas bio‑processos mais verdes, neutras em carbono, não tóxicas e mais baratas. Nessa visão de futuro, formas de vida são tão programáveis quanto código de computador, mas ainda mais impactantes no mundo real.

Isso representa uma oportunidade massiva para a Ginkgo Bioworks, seja para os projetos 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.

Combinado com a melhoria de seu modelo de negócios de engenharia celular (com mais royalties e contratos de compartilhamento de receita mais justos), isso deve ajudar a tornar a Ginkgo lucrativa nos próximos anos.

(Você também pode ler mais sobre outras empresas de biologia sintética em “Top 5 Synthetic Biology Public Companies”.)

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