合成生物學(xué)是一門融合了工程學(xué)思想與生命科學(xué)觀察分析方法的交叉學(xué)科，它通過(guò)重新設(shè)計(jì)與技術(shù)改造生物體或細(xì)胞，賦予其新的功能，并在此過(guò)程中構(gòu)建一系列標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件、組件與系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)理想的生物制造能力。近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷迭代、應(yīng)用場(chǎng)景的不斷增多以及政策的持續(xù)支持，合成生物學(xué)正迎來(lái)快速發(fā)展的黃金時(shí)期，展現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)前景。本文將詳細(xì)探討合成生物學(xué)的發(fā)展機(jī)遇、技術(shù)路徑、產(chǎn)業(yè)鏈布局以及規(guī)模前景預(yù)測(cè)。

　　一、合成生物學(xué)的發(fā)展機(jī)遇

　�。ㄒ唬┘夹g(shù)迭代與融合

　　合成生物學(xué)的底層技術(shù)，包括基因測(cè)序、基因合成和基因編輯，近年來(lái)取得了顯著的進(jìn)步。例如，基因測(cè)序技術(shù)從第一代Sanger測(cè)序發(fā)展到第四代納米孔測(cè)序，不僅提高了測(cè)序速度和準(zhǔn)確性，還顯著降低了成本。基因編輯技術(shù)也經(jīng)歷了從ZFNs、TALENs到CRISPR/Cas9的迭代，使得基因編輯變得更加高效和便捷。這些技術(shù)的快速發(fā)展為合成生物學(xué)的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)的融合應(yīng)用也為合成生物學(xué)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，科學(xué)家可以更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)和優(yōu)化生物系統(tǒng)的行為，提高設(shè)計(jì)和構(gòu)建生物元件的效率。例如，利用AI技術(shù)進(jìn)行基因序列的優(yōu)化，可以顯著提高基因編輯的成功率和產(chǎn)物的產(chǎn)量。

　　（二）新需求的增長(zhǎng)

　　隨著全球?qū)�綠色低碳發(fā)展的要求日益提高，化石原料的瓶頸問(wèn)題日益凸顯，合成生物學(xué)為解決這些問(wèn)題提供了新的途徑。通過(guò)合成生物學(xué)技術(shù)，可以生產(chǎn)出更加環(huán)保和可持續(xù)的生物基材料、生物能源和生物化學(xué)品，替代傳統(tǒng)的化石燃料和化學(xué)產(chǎn)品。此外，合成生物學(xué)在糧食安全、醫(yī)療健康等領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

　�。ㄈ�）政策的支持

　　各國(guó)政府高度重視合成生物學(xué)的發(fā)展，紛紛出臺(tái)相關(guān)政策支持其研究和產(chǎn)業(yè)化。例如，中國(guó)政府將合成生物學(xué)列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，密集出臺(tái)了一系列產(chǎn)業(yè)政策，推動(dòng)其快速發(fā)展。政策的支持為合成生物學(xué)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和市場(chǎng)機(jī)遇。

　　二、合成生物學(xué)的技術(shù)路徑與產(chǎn)業(yè)鏈布局

　　（一）技術(shù)路徑

　　合成生物學(xué)采取的核心策略是“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”（DBTL）循環(huán)。這一循環(huán)通過(guò)長(zhǎng)期、反復(fù)的人工實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)，有效地篩選和優(yōu)化所需的生物合成裝置和系統(tǒng)功能。具體來(lái)說(shuō)，技術(shù)路徑可以分為以下幾個(gè)步驟：

　　1、設(shè)計(jì)：根據(jù)已知的生物學(xué)知識(shí)，規(guī)劃設(shè)計(jì)基因和代謝通路。這一過(guò)程中通常需要用到信息學(xué)技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)生物系統(tǒng)的行為。

　　2、構(gòu)建：包括基因合成、基因編輯、基因組裝和遺傳轉(zhuǎn)化等過(guò)程，將設(shè)計(jì)好的基因?qū)�入到�?xì)胞中，構(gòu)建出新的“細(xì)胞工廠”。

　　3、測(cè)試：確認(rèn)構(gòu)建出的“細(xì)胞工廠”能夠正常工作，測(cè)試“細(xì)胞工廠”生產(chǎn)的產(chǎn)品是否符合要求。這一步驟涉及發(fā)酵工程、分析測(cè)試技術(shù)、高通量篩選技術(shù)等平臺(tái)。

　　4、學(xué)習(xí)：利用信息學(xué)技術(shù)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析學(xué)習(xí)，根據(jù)分析結(jié)果修正和優(yōu)化原有的設(shè)計(jì)，開(kāi)始新的DBTL循環(huán)。

　�。ǘ�）產(chǎn)業(yè)鏈布局

　　合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)生態(tài)從上游的基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)到中游的技術(shù)平臺(tái)搭建，再到下游的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品落地，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。具體來(lái)說(shuō)，可以分為以下三個(gè)部分：

　　1、上游：聚焦使能技術(shù)開(kāi)發(fā)，涵蓋基因編輯、基因合成、基因測(cè)序、菌株改造、工具酶、模式動(dòng)物庫(kù)、轉(zhuǎn)錄/蛋白/代謝多組學(xué)分析、生物元件設(shè)計(jì)與優(yōu)化、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等。這些技術(shù)關(guān)注底層技術(shù)的創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)顛覆和提效降本。代表企業(yè)包括華大智造、華大基因、貝瑞基因等。

　　2、中游：側(cè)重平臺(tái)搭建和路線跑通。作為對(duì)生物系統(tǒng)及生物體進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造的技術(shù)平臺(tái)，核心在于路徑開(kāi)發(fā)，包括底盤細(xì)胞選擇及改造、培養(yǎng)條件優(yōu)化、純化方法開(kāi)發(fā)等。其注重通用性，具有潛在CRO屬性。構(gòu)建平臺(tái)包括細(xì)胞鑄造廠、酶工程平臺(tái)、無(wú)細(xì)胞平臺(tái)、生產(chǎn)工藝優(yōu)化等。代表企業(yè)有Ginkgo基因、博雅輯因、泓訊生物等。

　　3、下游：強(qiáng)調(diào)規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化。涉及人類衣食住行等多方面的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品落地，重點(diǎn)是大規(guī)模生產(chǎn)的成本、批間差及良品率把控，具有潛在CDMO屬性。中下游企業(yè)界限不清晰，很多生物技術(shù)公司進(jìn)行中下游一體化布局。應(yīng)用領(lǐng)域包括生物醫(yī)藥、化工能源、農(nóng)業(yè)食品等。代表企業(yè)有上海醫(yī)藥、凱賽生物、華恒生物、信達(dá)生物制藥、藥明康德、華熙生物等。

　　三、合成生物學(xué)的市場(chǎng)規(guī)模前景預(yù)測(cè)

　　（一）全球市場(chǎng)

　　近年來(lái)，全球合成生物產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)�？焖僭鲩L(zhǎng)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2022年全球合成生物產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為139.8億美元，2017-2023年復(fù)合增長(zhǎng)率為27.1%。預(yù)計(jì)到2024年，全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到189億美元，2023-2027年年復(fù)合增長(zhǎng)率為23.4%。其中，醫(yī)療健康將成為最大的細(xì)分市場(chǎng)，占比達(dá)26.6%，預(yù)計(jì)2028年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到133億美元。

　　（二）中國(guó)市場(chǎng)

　　中國(guó)合成生物學(xué)的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。在政策和技術(shù)的雙重驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)合成生物學(xué)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道。2018-2022年年復(fù)合增長(zhǎng)率為43.3%，遠(yuǎn)超全球增速。預(yù)計(jì)到2024年，中國(guó)合成生物市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到105.16億元，展現(xiàn)出強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭和商業(yè)價(jià)值。

　　四、合成生物學(xué)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　（一）基礎(chǔ)研究持續(xù)加強(qiáng)

　　隨著基因測(cè)序、基因合成、基因編輯等底層技術(shù)的日趨成熟，以及AI、計(jì)算機(jī)、工程學(xué)等技術(shù)工具及跨學(xué)科的使用融合，合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究成果將持續(xù)爆發(fā)。越來(lái)越多的優(yōu)秀研發(fā)成果有望相繼涌現(xiàn)，為合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

　�。ǘ�）全鏈路發(fā)展模式興起

　　部分合成生物企業(yè)給出“全鏈路”的解決方案，覆蓋“基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化、市場(chǎng)轉(zhuǎn)化”的全鏈路發(fā)展模式。這種模式可能更適合合成生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求及特點(diǎn)，有望成為新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。在合成生物全鏈路發(fā)展的過(guò)程中，“中試”環(huán)節(jié)的重要性愈發(fā)凸顯，是合成生物跨越“死亡之谷”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　�。ㄈ�）產(chǎn)業(yè)集聚與政策支持

　　隨著各區(qū)域政策的持續(xù)落地和有效支持，加上中國(guó)在生物制造、微生物發(fā)酵、供應(yīng)鏈等方面的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，全球性的合成生物產(chǎn)業(yè)集群有望在中國(guó)崛起。打造合成生物產(chǎn)業(yè)集群、產(chǎn)業(yè)集聚地、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地等成為各地政策和布局焦點(diǎn)。

　　（四）應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展

　　合成生物學(xué)在生物醫(yī)藥、化工能源、農(nóng)業(yè)食品等領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展。例如，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，合成生物學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞與基因治療、微生態(tài)療法、體外檢測(cè)等方面；在化工能源領(lǐng)域，則涉及精細(xì)化工、生物基材料、工業(yè)酶以及生物能源等；在農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域，則涵蓋食品飲料、食品添加劑、飼料添加劑等。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的進(jìn)一步降低，合成生物學(xué)的應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣泛。

　　五、結(jié)論

　　中投顧問(wèn)產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為，合成生物學(xué)作為一門以工程學(xué)思想為指導(dǎo)、多學(xué)科結(jié)合的新興領(lǐng)域，正以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，引領(lǐng)著新一輪的生物技術(shù)革命。從全球到中國(guó)，合成生物產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的發(fā)展空間。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的持續(xù)支持，合成生物學(xué)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展前景和更多的發(fā)展機(jī)遇。