Biofoundry-revolutionen: Programmera liv som en fabrik

Skiftet från kemi till biologiska fabriker

Hur digital kod ersätter syntetiska kemikalier

Så snart de tidiga forskarna började förstå att den materiella världen omkring dem bestod av separata, rena komponenter, började de arbeta för att förstå den bättre. De tidiga alkemisternas ansträngningar banade väg för upplysningstidens forskare och den tidiga moderna perioden, då de upptäckte de separata elementen och grunderna i biologi: celler, DNA osv.

Samtidigt skapade kemisk industri den tidiga läkemedelsindustrin, genom att använda syntetiska kemiska läkemedel för att förändra biologiska processer hos patienter, som att använda salicylsyra (aspirin) för att sänka feber.

Allt mer blev kemikalierna som användes inom medicin och industri alltmer komplexa. Men i stor utsträckning blir ju mer komplex en molekyl, desto svårare blir det att syntetisera den med artificiella kemiska metoder. Och för de mest komplexa proteinerna eller biokemiska föreningarna blir det rent av omöjligt.

Sedan möjliggjorde bioingenjörskonst produktionen med GMO-mikrober av billig och säker insulin, tillväxthormon, antikroppar osv, vilket skapade bioteknikens område som ett relaterat men separat fält från läkemedel.

Detta var en enorm revolution inom biokemi och medicin, som plötsligt gjorde rikligt och billigt producerade föreningar möjliga, vilka tidigare var extremt dyra eller omöjliga att få tag på.

Idag konvergerar många nya teknologier (big data, AI, automatisering, precis genetisk ingenjörskonst, avancerad analys osv.) för att öppna en ny era inom bioscienser: biofoundry-revolutionen.

Bortom naturen: Omforma organismer för industrin

Bioteknikeran markerades av användningen av artificiella genetiska modifieringar för att få mikroorganismer att producera biomolekyler av intresse, vanligtvis medicinska produkter. Detta har visat sig vara extraordinärt lönsamt, eftersom många av dessa molekyler antingen är livräddande eller högvärdiga produkter som tidigare bara kunde skördas i små mängder med kostsamma metoder.

Detta har dock den inneboende begränsningen att bara kunna replikera det som redan finns i levande organismer. Men än idag är produktionen av många material och användbara molekyler beroende av kemikalier som produceras artificiellt, med giftiga eller koldioxidutsläppande metoder.

Så medan förändring av vårt energisystem genom elbilar, batterier och förnybar energi är viktigt, är det lika viktigt att hitta grönare alternativ till kemikalieproduktion för att lösa de flesta av dagens globala problem: plastföroreningar, klimatförändringar, hållbart jordbruk, icke-förorenande industriell produktion, biosäkerhet, obotliga sjukdomar, regenerativ medicin, livslängdsbehandlingar osv.

Och för alla dessa problem införs nu en lösning: biofoundry-modellen.

Hur biofoundry-modellen fungerar: En teknologisk konvergens

Multiomics, CRISPR och framväxten av ”bio-kodning”

Under de senaste åren har förståelsen av biologi och genetik gjort enorma framsteg. De viktigaste delarna bygger på några nya teknologier.

Den första är sekvensering och genomik, som har blivit så billig att den kan utföras rutinmässigt för mindre än 1 000 $ per organism.

Den kombineras nu med många andra ”-omics” (transkriptomik, proteomik, metabolomik, epigenomik, mikrobiomik, spatial biologi) för att skapa multiomics, en holistisk förståelse av alla de flera nivåerna av komplexitet i levande organismer.

En annan ny teknik är CRISPR, ett nytt sätt att redigera gener som upptäcktes 2012, och som sedan dess har blivit det mest kraftfulla sättet att redigera gener i alla typer av organismer, inklusive för att bota sällsynta sjukdomar.

Slutligen har framväxten av big data, AI och andra former av avancerad analys gett biologer verktygen att bearbeta och förstå den dataflod som multiomics har skapat.

När de kombineras uppstår en helt ny förmåga.

Kombinationen av enorma mängder data från verklig biologisk multiomics med AI-analys innebär att hela processen för att skapa komplexa molekyler kan kartläggas, modelleras och till och med simuleras fullt ut in silico. Detta öppnar möjligheten att testa virtuellt tusentals möjligheter eller skapa helt nya proteiner med nya egenskaper från grunden.

Och tack vare CRISPR har det aldrig varit snabbare, mer exakt eller enklare att föra dessa idéer in i riktiga mikroorganismer eller växter, vilket omvandlar dem till välkontrollerade biologiska fabriker, eller ”biofoundries”, en underavdelning av syntetisk biologi.

Eftersom DNA i princip är en biologisk kod, gör enkelheten att skapa GMO:er och designa nya biosystem biologin mycket lik datorprogrammering.

“Tänk på en cell. Den är ungefär som en liten maskin som körs på digital kod, mycket lik en dator, förutom att koden i detta fall – istället för nollor och ettor – är A, T, C och G. Så syntetisk biologi är att programmera celler som vi programmerar datorer, genom att ändra DNA-koden inuti dem. Vi är i princip cellprogrammerare för uthyrning. Vårt jobb är att få cellen att göra vad våra kunder vill.”
Jason Kelly – Ginkgo Bioworks VD

Från plast till parfym: Vad biofoundries kan bygga

Många kemikalier som för närvarande produceras av den kemiska industrin skulle teoretiskt kunna ersättas av biologiskt framställda metoder. Antingen med samma molekyl producerad av levande organismer, eller med substitut med liknande egenskaper.

Till exempel producerar jordmikroorganismer och växter rutinmässigt i små mängder gödsel, etanol eller etylen, alla molekyler som för närvarande massproduceras av den kemiska industrin. Så en högre avkastning eller billigare produktion av en levande organism skulle kunna ha en mycket lägre koldioxidpåverkan.

Ett annat mål är att minska beroendet av fossila bränslen genom att producera polymerer, inklusive textilier och plaster (1,4-Butandiol, 1,3-Propanediol, polyhydroxyalkanoater, polylaktat osv.) via biologiska metaboliska vägar.

Högt värderade dofter, aminosyror, vitaminer, silke, smaker som vanillin och kosmetiska ingredienser som squalan eller hyaluronsyra kan också massproduceras naturligt till lågt pris, åtminstone i teorin.

Och naturligtvis kan många nyuppfunna biologiska molekyler bilda syntetiska vacciner, cancerbehandlingar, alternativa protein- och livsmedelskällor (odlat kött osv.).

Slutligen kan helt nya produkter produceras på detta sätt. Till exempel kan svampmycelium skapa ett livskraftigt alternativ till läder och andra textilier. Eller koldioxidutsläpp kan återvinnas direkt till användbara produkter innan de någonsin når atmosfären.

Forsknings‑som‑tjänst‑affärsmodellen

Bygga synergier

Om teknologin för att göra detta har mognat, är det dock inte så enkelt i praktiken att helt skriva om metabolismen hos en levande organism, samtidigt som den förblir produktiv.

Det är därför en växande trend är att outsourca denna uppgift till specialiserade företag som har utrustning, expertis och rätt biologiskt material för att genomföra den. Denna ”Research-as-a-Service”-modell, ibland även kallad ”organisms-on-demand”, möjliggör att olika projekt och koncept kan hjälpa varandra över olika områden.

Till exempel kan en mikroorganism som tidigare utvecklats för att absorbera koldioxidutsläpp också använda den koldioxiden för att producera etylen, en nyckelföregångare till otaliga kemiska syntesreaktioner. Men ett företag fokuserat på koldioxidkrediter skulle inte ha någon omedelbar användning eller erfarenhet av etylen, medan ett kemiföretag kanske inte har en koldioxidkälla tillgänglig. Genom att använda samma biofoundry‑leverantör kan de två företagen utveckla synergier och göra processen mer effektiv.

På samma sätt kan en ny optimerad metod för genetiska modifieringar användas för dussintals olika tillämpningar, vilket sprider R&D‑kostnaden över ett bredare spektrum av projekt.

Ginkgo Bioworks: ”DNA” för syntetisk biologi

Inget företag har varit mer i framkant av ”organisms-on-demand” än Ginkgo Bioworks. Från sin grund 2008 av fem MIT‑forskare var företaget dedikerat till att producera GMO‑bakterier för industriella tillämpningar, med bioteknik, som vanligtvis är fokus för sådan verksamhet, bara en sekundär tanke.

Ginkgo var det första bioteknikföretaget som gick med i det berömda Y Combinator‑acceleratorprogrammet 2014. Företaget börsnoterades 2021 genom en SPAC‑fusion och lyckades säkra NYSE‑ticker‑symbolen DNA, som tidigare ägdes av bioteknikpionjären Genentech (innan dess förvärv av Roche).

Sedan dess har Ginkgo Bioworks utvecklats till en nyckelpartner för många industriella, farmaceutiska och jordbrukskorporationer.

Källa: Gingko Bioworks

• Programmerbara mikrober för tarmsjukdomar.
• Bioremediering av mikroplaster.
• RNA‑terapier och vacciner.
• Återvinning av avfall och föroreningar.
• Kontroll av kritiska sojabönssjukdomar i Brasilien.
• Ersätta kvävegödsel med bakterier
• Cannabinoider.
• Optimerad tillverkning av biologika och peptider
• Produktion av aktiva farmaceutiska ingredienser (API) genom uppskalad biokatalys och fermentering.
• Molekylära diagnostiklösningar, via en proprietär enzymdatabas och expertdesigners av enzymer.
• Cellterapi och genredigering.

Ginkgos vändning: Sälja biosäkerhet för autonoma laboratorier

Sälja biosäkerhetsverksamheten

Under COVID‑pandemin expanderade Ginkgo snabbt sin biosäkerhetsverksamhet, en aktivitet som övervakar biologiska risker, främst för regeringar. Den utvecklades sedan till en helhetsplattform för bioradar.

Den verksamheten gav ovärderliga fördelar under pandemin genom våra statliga och nationella testprogram och resulterade i en toppårlig intäkt på över 300 M $. Vi var stolta över att ha hjälpt till att öppna över 5 000 skolor nationellt.

Denna verksamhet är dock relativt fristående från resten av Ginkgo Bioworks projekt. Företagsledningen har därför beslutat att avyttra den till ett konsortium av investerare, vilket bildar en ny fristående privat enhet kallad Tower Biosecurity, och Ginkgo kommer fortfarande att behålla en ägarandel på 20 %.

Från tjänsteleverantör till högvärdiga partnerskap

”Organism‑on‑demand”-verksamheten är för närvarande kärnan i företagets affärsmodell, med den största delen inom livsmedel & jordbruk samt pharma & biotech. Den har dock minskat i intäkter mellan Q4 2024 och Q4 2025, på grund av en generell nedgång i investeringar i bioteknik under denna period.

Källa: Gingko Bioworks

Detta segment har drabbats av en relativ osäkerhet kring sin affärsmodell. Inledningsvis planerade Ginkgo att bara erbjuda forskningskapaciteten som en ren tjänst, med fast pris och tydligt slutmål. Detta gjorde Ginkgo extremt populärt som forskningspartner.

Men detta innebar också att det inte fanns några återstående royalties eller extra intäkter när projektet var slutfört, vilket innebar att Ginkgo fastnade i ett oändligt löpband av nya projekt, där den tekniska förmågan inte riktigt omvandlades till intäkter.

Sedan dess har de börjat utveckla nya organismer mer med en partnerskapsstruktur. Till exempel leveransen av en viktig milstolpe i ett projekt med Merck, vilket ledde till en utbetalning på 9 M $ under Q4 2024 och större betalningar senare i fas 2 av projektet.

Behovet av att omstrukturera för bättre kassaflöde togs på allvar av företaget från den andra sidan av ekvationen, med starka insatser för att minska kassaförbrukningen, ner 73 % under det senaste året. Samtidigt har företaget ingen betydande skuld, vilket minskar ytterligare finansiella risker.

Källa: Gingko Bioworks

Framväxten av den modulära, autonoma robotlabbet

Automatiserade laboratorier är en teknik som Ginkgo har arbetat med ett tag, eftersom fortfarande idag det mesta arbetet i biolaboratorier är repetitiva och tråkiga manuella uppgifter, ofta som tar upp majoriteten av tiden för en arbetsstyrka med masterexamen och doktorsexamen.

För att förändra denna metod har de skapat en automatiserad modulär plattform som kan utföra laboratorieuppgifter utan mänsklig inblandning, såsom att odla celler, överföra kemikalier, mikroskopisk analys osv.

Källa: Gingko Bioworks

Den viktigaste egenskapen hos denna design är dess modularitet. Varje modul kan sedan kopplas ihop med en annan för att skapa en slags ”monteringskedja” för vetenskapliga experiment och bioanalyser.

Denna lösning kombineras med ett mjukvaruper erbjudande, vilket skapar en flexibel lösning som kan anpassas och modifieras på bara dagar eller timmar, jämfört med mer rigida forskningsinfrastrukturer som kräver månader av kostsam omkonfiguration för nya projekt.

Källa: Gingko Bioworks

Denna kombination ger både den flexibilitet som behövs för forskning (jämfört med massproduktion) och den automatisering som behövs för att påskynda forskningen och minska kostnaderna, eftersom den automatiserade labbet kan arbeta snabbare än en människa och 24/7.

Ginkgo planerar att erbjuda denna teknik i två format:

• “Bygg ditt eget lab”, där de tillverkar och servar de automatiserade labbmodulerna, men den dagliga driften och ägandet tillhör kunden.
• Få tillgång till Ginkgos egna frontier‑autonoma labb via direkt kontrakt av tjänsten.

Datapunkt: Generera 10 000 experiment på veckor

Medan automatiseringserbjudandet genererar de biologiska data, bearbetar Datapoint dem till användbara insikter.

Den nyckelkomponenten är den snabba genereringen av data som kan vägleda vidare hypoteser, samt den snabba iterationen av nya experiment för att fortsätta framåt.

Källa: Ginkgo Bioworks

Med denna tjänst kan Ginkgo leverera data som helt tillhör kunden, vilket är en konkurrensfördel i partnerskap med andra bioteknik- eller läkemedelsföretag.

Data kan genereras på så lite som 3 veckor, med över 10 000 in vitro kemiska och genetiska störningar i varje celltyp, samt ett brett urval av analytiska metoder för att studera resultaten.

Samma system kan användas för snabb generering av nya antikroppar, en typ av molekyl som snabbt blir en nyckelmedicin inom onkologi och andra medicinska områden. Ginkgo kan screena upp till 2 400 olika antikroppar parallellt, tack vare en automatiserad våtlabb‑infrastruktur värd 1 Mrd $.

AI‑driven bioresearch

Ginkgo etablerade ett partnerskap med OpenAI för att använda ChatGPT 5 i bioresearch‑sammanhang. Det rapporterade en drastisk förbättring av produktiviteten.

”Företaget rapporterar att systemet minskade kostnaderna för cellfri proteinsyntes med 40 % jämfört med den senaste tekniken, samtidigt som det körde 36 000 experimentella förhållanden över sex iterativa cykler.”

Mänsklig inblandning begränsades främst till reagensförberedelse, på- och avladdning samt systemövervakning, medan experimentdesign, genomförande, datainterpretation och hypotesgenerering hanterades av det GPT‑5‑drivna autonoma labbet.

Modellen har släppts som öppen källkod, och det AI‑förbättrade cellfria reaktionsblandningen kan beställas av den vetenskapliga gemenskapen, vilket gör Ginkgo till ett viktigt open‑source‑forskningsverktyg för forskare världen över.

Ginkgo fick också tilldelat 47 M $ av den amerikanska regeringen för att utveckla en stor forskningsanläggning för Genesis Mission, en 32 000 kvadratfot stor plats känd som Microbial Molecular Phenotyping Capability (M2PC). Den kommer att hysa över 100 automatiserade analytiska instrument och förväntas vara fullt operativ för globala forskare år 2030.

”Teamet kommer att utnyttja avancerad AI för att avkoda protein- och vägsfunktion, automatisera datagenerering och insamling, samt integrera DOEs experiment- och superdatorer med biotek‑ och AI‑företag.”

Den långsiktiga utsikten: Är Ginkgo äntligen lönsamt?

Från skaparen av biofoundry‑affärsmodellen och en viktig aktör inom biosäkerhet, omdefinierar Ginkgo sig nu som en ledare inom automatisering av biologisk forskning och en nyckelpartner i AI‑driven F&U‑teknik.

När biologi möter AI kommer många industriella processer successivt att ersättas av grönare bioprocessalternativ som är koldioxidneutrala, giftfria och billigare. I den framtidsvisionen är livsformer lika programmerbara som datorkod, men ännu mer påverkningsfulla i den verkliga världen.

Detta utgör en enorm möjlighet för Ginkgo Bioworks, antingen för det projekt de redan arbetar med, eller för att deras automatiserade labbdesign blir en standard för de flesta forskarteam på lång sikt.

Kombinerat med en förbättring av deras cellingenjörsaffärsmodell (med fler royalties och mer rättvisa intäktsdelningsavtal) bör detta hjälpa Ginkgo att bli lönsamt under de kommande åren.

(Du kan också läsa mer om andra syntetiska biologiföretag i “Top 5 Synthetic Biology Public Companies”)

Senaste Gingko Bioworks (DNA) Aktuella nyheter och utveckling