L’Italia può diventare l’hub del bio-manufacturing, parola di Arsenale Bioyards

Primo round di investimento seed per Arsenale Bioyards, azienda che sta ridefinendo in modo sostanziale il bio-manufacturing su scala industriale. Una missione che richiede fondi importanti: i primi 10 milioni di euro – una cifra elevata per gli standard italiani e per un investimento seed – arrivano da CDP Venture Capitale, Grey Silo Ventures e da investitori internazionali come Planet A, byFounders e Plug and Play.

Bio-manufacturing: un mercato potenziale da 200 miliardi di dollari

Il mercato del bio-manufacturing ha un valore di 200 miliardi di dollari (Fonte BCG) ma che non esplode per via dei costi di industrializzazione dell’innovazione, a oggi insostenibili economicamente. Arsenale ha sviluppato una piattaforma end to end (la prima del suo genere in Europa) in grado di colmare il divario tra l’innovazione di laboratorio e la produzione su scala industriale, permettendo a settori diversi, come l’alimentare, la chimica e i materiali di sviluppare e scalare in modo continuativo alternative a base biologica ai prodotti petrolchimici e di derivazione animale.

La fermentazione di precisione: guidare batteri, alghe e lieviti per produrre molecole ad hoc

La piattaforma integra hardware avanzati, software di Intelligenza artificiale e un’infrastruttura modulare per facilitare un passaggio trasformativo verso modelli di produzione rigenerativi e circolari. E sfrutta la fermentazione di precisione, una tecnica biotecnologica che utilizza microrganismi geneticamente modificati, come lieviti, batteri o alghe, per produrre specifiche proteine o molecole organiche complesse. Questi microrganismi vengono “programmati” per sintetizzare il prodotto desiderato, offrendo un metodo efficiente e sostenibile per la produzione di sostanze altrimenti difficili da ottenere. “Possiamo usare la biologia per produrre proteine, enzimi, polimeri, ormoni (come l’insulina), collagene, vitamine: possiamo produrre sostanzialmente qualsiasi molecola organica a base di carbonio, purché si conoscano la struttura della molecola e il percorso metabolico necessario per sintetizzarla”, dice al Corriere.it Massimo Portincaso, ceo e co-fondatore di Arsenale Bioyards. Prima di questa avventura imprenditoriale, Portincaso è stato Partner e Managing Director di BCG. “Volevo mettere in pratica quello che discutevo e predicavo come consulente”. Per farlo ha fondato la sua prima startup, Officinae Bio, poi acquisita dal gruppo americano Maravai. Con Arsenale la posta in gioco è ancora più alta. “Vedevo la natura come strumento per realizzare diverse produzioni – spiega il manager – ma anche l’impossibilità di farlo in maniera economicamente sostenibile: il potenziale e l’ostacolo. Ho cambiato approccio: anziché partire dalla sperimentazione in laboratorio per poi portare il processo migliore a livello industriale, dove le condizioni cambiano e non è detto che il risultato di laboratorio si ripeta; ho portato le condizioni industriali in laboratorio”.

Dall’insulina umana, al collagene, ai surfattanti presenti nei detersivi

Ma facciamo un passo indietro e cerchiamo di comprendere il processo. “L’organismo che viene utilizzato per la fermentazione è Ogm, ma la molecola che se ne deriva è bio-identica e indistinguibile da quella naturale. La tecnologia non è nuova, ma esiste da 40 anni – dice Portincaso – e da decenni viene usata per esempio per produrre l’insulina e i medicamenti per perdere peso di tipo GLP-1”.
I benefici sono evidenti: prima della scoperta di questa tecnologia, per ottenere 1 kg di insulina erano necessari i pancreas di circa 50.000 animali, con problemi di approvvigionamento e purezza. Oggi viene inserito il gene umano dell’insulina in batteri come Escherichia coli, che sintetizzano la proteina in modo efficiente e sicuro.
“Il collagene è un altro bell’esempio: senza fermentazione di precisione viene derivato dalla bollitura di carcasse di animali. Con la fermentazione creiamo la lattoferrina, ovvero la molecola che è alla base del latte per i neonati. O, ancora, i biosurfattanti, che sono prodotti del petrolchimico nell’industria tradizionale e si trovano nei detergenti”. Un ulteriore esempio è la produzione di artemisinina, un potente farmaco antimalarico, tradizionalmente estratta dalla pianta Artemisia annua. Ricavandola dalla tecnologia della fermentazione di precisione si garantisce una fornitura più stabile e sostenibile del farmaco. La fermentazione di precisione, ancora, consente la produzione di antigeni specifici utilizzati nei vaccini, migliorando l’efficienza e la rapidità nella risposta a nuove malattie.

Un problema di costi (che va verso la soluzione con Arsenale)

Nella bio-manifattura la struttura dei costi è completamente diversa rispetto a molte industrie tradizionali: “Nelle raffinerie più grandi – dice Portincaso – maggiore è la produzione, minore è il costo. Ma la natura non funziona in scala: ogni volta che cambi la dimensione, non sai come reagirà l’organismo”. Con la sua piattaforma Arsenale riesce ad abbattere i costi fino al 90% e contemporaneamente ad abbreviare i tempi dell’industrializzazione.
“La prima grande innovazione che introduciamo è abbattere il costo che oggi è nell’ordine di centinaia di euro al chilo – e vogliamo portare nel range delle decine, fino a 3-4 euro al chilo. Cosa che già succede, in qualche caso sporadico, segnatamente con il BDO, il precursore della plastica prodotto da Novamont con la stessa tecnologia che ha quel costo. Noi vogliamo farla diventare lo standard”.

Lavorare insieme alla natura senza provare a ingegnerizzarla

Un altro elemento chiave di novità sta nell’approccio: Arsenale collabora con la natura e la imita.
“Stiamo cercando di sfruttare milioni di anni di sviluppo della natura e disegnare con la natura – dice Portincaso – La grossa differenza è che negli ultimi anni si è cercato di ingegnerizzare la natura, cosa impossibile data la sua complessità: se cambio una condizione, le altre non restano invariate. D’altronde la biologia dipende dal contesto, e il singolo organismo non esiste di per sé ma solo in connessione nel suo ambiente”. Così mentre tutti partono dal laboratorio e poi portano il processo migliore sul piano industriale, senza di fatto sapere se funzionerà, Asenale lavora all’inverso, portando le condizioni industriali in laboratorio. “Sostanzialmente si tratta di espandere lo spazio delle opzioni che la natura ci ha già dato e trovare le soluzioni all’interno di queste – spiega il manager – Ci sono due fasi nella fermentazione: si lavora nel codice genetico dell’organismo e lo si modifica. Nella fase due si definiscono le condizioni di processo: la quantità di zuccheri e nutrienti, la temperatura, il livello di ossigeno, il pH e il tempo di fermentazione. Oggi i due step sono separati e quindi in laboratorio il ricercatore sceglie, ad esempio prima, tra 300 disegni dell’organismo in sviluppo e, sempre ad esempio, 400 condizioni possibili: ma in veritá le opzioni possibilie sarebbero 12mila. Il punto chiave è che, invece di testare solo poche combinazioni alla volta come si farebbe con i metodi tradizionali, noi usiamo un approccio basato sui dati, sfruttando intelligenza artificiale e automazione per trovare fra esse in maniera efficiente le migliori”.
In questo modo si accelera enormemente il processo di ricerca: invece di procedere per tentativi limitati, si esplora rapidamente uno spazio molto più ampio di possibilità, individuando in tempi brevi la soluzione più efficace e conveniente per la produzione su larga scala. Ed è questo approccio che permette di abbassare i costi e di rendere più accessibile la produzione di molecole che fino a poco tempo fa avevano prezzi altissimi.

Non solo innovazione: l’Italia sul tetto del mondo dell’innovazione

Arsenale è all’intersezione tra deep tech e biotech: ma il suo impegno come azienda va oltre l’innovazione tecnologica. L’obiettivo finale è posizionare l’Italia come hub per le tecnologie del futuro e l’innovazione industriale, fondandosi su decenni di eccellenza manifatturiera. Per questo l’azienda promuove attivamente i talenti italiani e internazionali, attirando professionisti stranieri dalla Silicon Valley e non solo, per portare la loro competenza in Italia, oltre a far rientrare talenti italiani che attualmente lavorano all’estero. La sede operativa in Italia è a Pordenone dove Arsenale gestisce un sito pilota dotato di bioreattori innovativi, tra cui due unità avanzate da 500 litri e una serie di batterie di reattori di fermentazione di precisione più piccoli. Questa infrastruttura operativa pone le basi per la capacità di Arsenale di scalare da laboratorio a industria e ne evidenzia la preparazione a soddisfare la crescente domanda di soluzioni di biofabbricazione sostenibili.
“Siamo orgogliosi di contribuire alla rinascita industriale dell’Italia, costruendo l’infrastruttura necessaria per fare del nostro Paese un leader europeo nella biotecnologia industriale avanzata. La fuga dei cervelli esiste, ma noi siamo la prova che con un progetto valido è possibile non solo riportarli a casa, ma anche attrarre professionisti dalla Silicon Valley, che si trasferiscono a Pordenone”, conclude Portincaso. Ad affiancarlo in Arsenale Bioyards cì un team internazionale e con competenze trasversali. Gordana Djordjevic, Chief Scientific Officer vive a San Diego e ha oltre 25 anni di leadership scientifica presso Perfect Day, Zymergen, Synthetic Genomics, BP e BASF, dove ha costruito l’esperienza necessaria per superare le barriere della fermentazione di precisione industriale e portarla oltre i confini del settore farmaceutico. Niels Lynge Agerbæk, con base a San Francisco, ex Vicepresidente di Zymergen, General Manager di Xellia Pharmaceuticals Usa e General Manager di Novo Nordisk Engineering US, è alla guida dell’implementazione tecnica in qualità di Cto. A completare la squadra, il chief information officer Matteo Zanotto, dottore di ricerca in IA e deep learning con base a Verona, alla guida l’innovazione software e algoritmica e il Coo Arnaud Legris, ingegnere ed ex consulente di BCG con base a Parigi.

La scommessa di Cdp

L’investimento di CDP Venture Capital è stato effettuato attraverso il Fondo Green Transition, che utilizza le risorse stanziate dall’UE nell’ambito dell’iniziativa NextGeneration EU e riflette l’impegno dell’Italia a guidare il cambiamento verso l’innovazione sostenibile e il rinnovamento industriale.
“La soluzione di Arsenale è un perfetto esempio di come manifattura ed Intelligenza Artificiale possono rivoluzionare settori industriali diversi, contribuendo alla creazione di processi produttivi più sostenibili, riducendo costi ed emissioni di CO2. Arsenale sta realizzando una piattaforma di bio-manufacturing completamente integrata tra fase di coltura in laboratorio delle molecole e produzione industriale delle stesse, accorciando i tempi di produzione, riducendo i costi ed abbandonando l’uso di molecole petrolchimici o animali, attualmente in uso. Il tutto con un funding team che sta attraendo talenti da tutto il mondo – così Cristina Tomassini, Senior Partner Responsabile del Fondo Green Transition di CDP Venture Capital – Siamo molto soddisfatti dell’intesa con Arsenale che stimolerà un nuovo modo di fare nuova industria nel nostro Paese”.