深圳“20+8”之合成生物產(chǎn)業(yè)-前景機遇與技術(shù)趨勢探析

——前景機遇與技術(shù)趨勢探析前瞻產(chǎn)業(yè)研究院2024年1月報告主創(chuàng)：徐文強院長報告制作：廖子璇1.2全國與深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.3深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)政策機遇1.4深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢總結(jié)&1.2全國與深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.3深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)政策機遇1.4深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢總結(jié)&用 1.1.1合成生物定義界定：讓細(xì)胞為人類工作生產(chǎn)想要的物質(zhì)用 1.1.1合成生物定義界定：讓細(xì)胞為人類工作生產(chǎn)想要的物質(zhì)合成生物學(xué)是一門以工程學(xué)思想為指導(dǎo)、多學(xué)科結(jié)合的新興領(lǐng)域，通過一系列重新設(shè)計與技術(shù)改造生物體或細(xì)胞以使其具有新的能力，在此過程中設(shè)計與構(gòu)建一系列新的標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件、組件與系統(tǒng)，以實現(xiàn)理想的生物制造能力。合成生物學(xué)的本質(zhì)是讓細(xì)胞為人類工作生產(chǎn)想要的物質(zhì)。該技術(shù)突破自然進(jìn)化的限制，以“人工設(shè)計與編寫基因組”為核心，可針對特定需求從工程學(xué)角度設(shè)計構(gòu)建元器件或模塊。合成生物學(xué)示意圖資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1.1.2合成生物發(fā)展歷程：中國當(dāng)前處于發(fā)展新階段合成生物發(fā)展歷程合成生物發(fā)展歷程期1990年10月，“人類基因組計劃”在美國首先啟動，進(jìn)而英、日、法、德相繼參與，1990年10月，“人類基因組計劃”在美國首先啟動，進(jìn)而英、日、法、德相繼參與，組成了國際“人類基因組計劃”協(xié)作組。1994年，1994年，中國“人類基因組計劃”（CHGP）啟動1997年中國專家商議要申請加入國際“人類基因組計劃”，推動中國基因組科學(xué)的發(fā)展。1997年中國專家商議要申請加入國際“人類基因組計劃”，推動中國基因組科學(xué)的發(fā)展。1999年，1999年，國際“人類基因組計劃”協(xié)作組公布了中國加入“人類基因組計劃”的申請，并于同年9月1日正式向全世界宣布。1999年，北京華大基因研究中心成立，與遺傳所人類基因組中心等共同承擔(dān)基因序列工作。2005年，2005年，華大基因牽頭中華協(xié)作組，承擔(dān)的10%國際人類基因組單體型圖計劃（HapMap）在《Nature》發(fā)表2008年初，深圳華大基因研究院、英國桑格2008年初，深圳華大基因研究院、英國桑格研究所以及美國國立人類基因組研究所等多家機構(gòu)共同啟動了“千人基因組計劃”。成果于2010年10月28日以封面文章形式發(fā)表在《自然》雜志上。2008年，中國科學(xué)院合成生物學(xué)重點實驗室成立，是國內(nèi)第一個合成生物學(xué)重點實驗室2011年，2011年，國家植物基因研究中心（北京）第一屆理事會第二次會議在遺傳發(fā)育所召開2015年，2015年，華大面向全球發(fā)布自主研發(fā)的首款桌面型高通量測序系統(tǒng)BGISEQ-5002018年，2018年，華大在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表了迄今為止最大規(guī)模的中國人基因組學(xué)大數(shù)據(jù)研究成果2019年，2019年，深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院成立2021年12月，國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心核心研發(fā)基地項2021年12月，國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心核心研發(fā)基地項目主體完工2022年至今，由合成生物學(xué)帶動的技術(shù)平臺已經(jīng)在很多領(lǐng)域落地應(yīng)用。合成生物學(xué)的研究范式從大數(shù)據(jù)開始，經(jīng)歷數(shù)據(jù)挖掘、建模和演2022年至今，由合成生物學(xué)帶動的技術(shù)平臺已經(jīng)在很多領(lǐng)域落地應(yīng)用。合成生物學(xué)的研究范式從大數(shù)據(jù)開始，經(jīng)歷數(shù)據(jù)挖掘、建模和演算，最后發(fā)展到由人工智能（AI）引領(lǐng)的數(shù)字合成生物學(xué)。它把生命科學(xué)推向預(yù)測科學(xué)，使其有了強大的預(yù)測能力，成為融合實驗科學(xué)、工程科學(xué)和預(yù)測科學(xué)的新興交叉學(xué)科，AI賦能的數(shù)字合成生物學(xué)將會是未來行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理《工程生物學(xué)國《英國合成生物《至2030年國家《生物戰(zhàn)略2019》《工程生物學(xué)：英國經(jīng)濟《工程生物學(xué)國《英國合成生物《至2030年國家《生物戰(zhàn)略2019》《工程生物學(xué)：英國經(jīng)濟《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實施方案》《關(guān)于加快傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)《國務(wù)院關(guān)于全面加強基礎(chǔ)《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》1.1.2合成生物政策發(fā)展歷程：中國合成生物產(chǎn)業(yè)起步相對較晚對比中國與歐美等發(fā)達(dá)國家的政策歷程，中國合成生物產(chǎn)業(yè)起步相對較晚，但是發(fā)展速度驚人，從“十三五”開始，合成生物學(xué)被列為戰(zhàn)略前瞻性重大科學(xué)問題和前沿共性生物技術(shù)，國家出臺了一系列政策支持合成生物學(xué)的發(fā)展。 《向國會報告：合成生物學(xué)》《技術(shù)評估：合成生物學(xué)》《國防部科技優(yōu)先事項》《面向生物經(jīng)濟的歐洲《面向生物經(jīng)濟的歐洲《國家生物質(zhì)能戰(zhàn)略的《關(guān)于合成生物學(xué)定義《歐盟生物經(jīng)濟戰(zhàn)略進(jìn)《英國生命科學(xué)《英國生命科學(xué)《世界領(lǐng)先IT國《世界領(lǐng)先IT國《關(guān)于擴大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯《關(guān)于擴大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯《加強“從0到1”基礎(chǔ)研《加強“從0到1”基礎(chǔ)研生物、未名拾優(yōu)奇Editas 物 AgBiome、1.2.1全國合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：合成生物產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋面龐大合成生物學(xué)本身的發(fā)展和增長受益于多種技術(shù)的融合，從產(chǎn)業(yè)鏈來看，上游生物體設(shè)計企業(yè)主要提供底層技術(shù)和應(yīng)用支持，比如DNA測序/合成/存儲、基因編輯、蛋白設(shè)計和催化，代表性企業(yè)有Twist、金斯瑞、script、Codex等；中下游企業(yè)負(fù)責(zé)合成生物產(chǎn)品制造，例如材料與化學(xué)品等領(lǐng)域，代表性企業(yè)有金丹科技、海正生物、BioNTech等。資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理產(chǎn)品替代工藝改進(jìn)原材產(chǎn)品替代工藝改進(jìn)原材料變化品1.2.2全國合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：合成生物產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛根據(jù)ResearchandMarkets披露的信息，2023年，中國合成生物市場規(guī)模達(dá)到11.5億美元，隨著應(yīng)用場景的增多和技術(shù)的改善，市場逐漸擴容，合成生物在未來10年內(nèi)將對各個行業(yè)產(chǎn)生重要影響。2023年中國合成生物學(xué)對不同行業(yè)的影響肉類和水產(chǎn)養(yǎng)殖生物制藥美容生物制藥美容非處方藥醫(yī)療設(shè)備化學(xué)品化學(xué)品紡織品食品（不包水建筑機械礦業(yè)農(nóng)業(yè)燃料手機資料來源：CBInsights波士頓咨詢集團《合成生物學(xué)信息參考》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理天津山東上海浙江1.2.3全國合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：各地區(qū)均積極布局合成生物領(lǐng)域天津山東上海浙江1.2.3全國合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：各地區(qū)均積極布局合成生物領(lǐng)域天津已經(jīng)明確將生物制造作為帶動未來經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，加快推動天津生物經(jīng)濟前瞻布局、創(chuàng)新發(fā)展。依托天津大學(xué)、中科院天津生物科技工程研究所、國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心、教育部合成生物學(xué)前沿科學(xué)中心、合成生物學(xué)海河實驗室等創(chuàng)新平臺，天津?qū)⒓涌齑蛟旌铣缮锂a(chǎn)業(yè)發(fā)其中，國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心是國家級科技創(chuàng)新平臺，是我國搶占全球生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新制高點的“國之重器"，是集核心技術(shù)研發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化、企業(yè)培育、資本運營四位一體的新型研發(fā)平臺。同時，天津還將建立特色產(chǎn)業(yè)基地，推動“生物制造谷”建設(shè)。進(jìn)一步發(fā)揮天津港口、自貿(mào)試驗區(qū)、自主創(chuàng)新示范區(qū)綜合優(yōu)勢，與大型中央企業(yè)合作，在津設(shè)立健康糖產(chǎn)業(yè)園區(qū)。合成生物上市公司華熙生物，也在天津投資6.3億，建成了全球山東匯聚了很多老牌的發(fā)酵企業(yè)。早在2017年，由青島能源所、山東大學(xué)、齊魯工業(yè)大學(xué).、青島蔚藍(lán)生物集團等7家發(fā)起生物技術(shù)創(chuàng)新中心。華熙生物、金城藥業(yè)、三元生物、山東赫達(dá)、山東福瑞達(dá)、青島蔚藍(lán)生物等合成生物技術(shù)相關(guān)企2023年1月，山東省"兩會”政府工作報告中明確提出把“合成生物”產(chǎn)業(yè)作為大力培育支持的創(chuàng)新產(chǎn)突出”合成生物”等關(guān)鍵領(lǐng)域核心技術(shù)攻關(guān)，扎實推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)強省行動，著力深化新舊動能轉(zhuǎn)換，加上海是我國第一個合成生物學(xué)重點實驗室、第一個合成生物學(xué)科學(xué)聯(lián)盟，第一個合成生物學(xué)專業(yè)委員會誕生地。從2020年開始，上海就密集發(fā)布了合成生物產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策。2022年11月21日發(fā)布《上海市加快打造全球生物醫(yī)藥研發(fā)經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)化高地的若干政策措施》瞄準(zhǔn)合成生物學(xué)、基因編輯、干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、細(xì)胞治療與基因治療、人工智能輔助藥物設(shè)計等重點領(lǐng)域，布局若千市級科技重大專項和戰(zhàn)略性2023年10月，上海市印發(fā)《上海市加快合成生物創(chuàng)新策源打造高端生物制造產(chǎn)業(yè)集群行動方案(2023-2025年)》，目標(biāo)到2025年培育1至2家年銷售收入超過10億元的優(yōu)勢企業(yè)，建設(shè)3個左右具有特色和國內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)基地;到2030年，基本建成具有全球影響力的高2023年2月20日，浙江省發(fā)布了《浙江省人民政府辦公廳關(guān)于培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見》，提出要優(yōu)先發(fā)展”合成生物”等9個快速成長的未來產(chǎn)業(yè)。具體包括加快發(fā)展定量合成、基因編輯、蛋白質(zhì)設(shè)計、細(xì)胞設(shè)計、高通量篩選等前沿技術(shù)，推動合成生物技術(shù)在生物智造、生物育種等領(lǐng)域的顛浙江省的合成生物產(chǎn)業(yè)布局主要集中在杭州市。人才方面，杭州在合成生物領(lǐng)域已擁有鄭裕國院士、楊立榮教授、李永泉教授等一批行業(yè)領(lǐng)域頂級專家，引進(jìn)了曾安平院士、王寶俊教授等一批“鰓鵬計劃”人才，逐漸形成了以浙江大學(xué)、西湖重點平臺方面，杭州獲批建設(shè)了國家化學(xué)原料藥合成工程技術(shù)研究中心，布局微生物生化與代謝工程、生物有機合成、藥物合成生物學(xué)等省級重驗室。2023年7月，浙江省合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，由浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心牽頭，傳化集團等多家企事業(yè)2023年8月，傳化科技城核心產(chǎn)業(yè)載體-錢灣生物港正式開園，將逐步構(gòu)建起以合成生物為核心的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群，打造國內(nèi)首個"合成生物成果轉(zhuǎn)化基地”，橫向兼顧CGT、醫(yī)療器械，縱向聚焦化工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)铣缮锏膽?yīng)用，發(fā)揮傳化集團“鏈主”優(yōu)勢，構(gòu)建合成生物“科研-轉(zhuǎn)化-產(chǎn)品”資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理 2017年2018年02019年2022年激發(fā)創(chuàng)意 2017年2018年02019年2022年激發(fā)創(chuàng)意1.2.4深圳合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：深圳較早布局合成生物學(xué)賽道一直以來，深圳始終瞄準(zhǔn)國家和“雙區(qū)”建設(shè)的重大戰(zhàn)略需求，著力融合信息技術(shù)（IT）和生物技術(shù)（BT不斷搶占科技發(fā)展的制高點。除了出臺多個扶持行業(yè)發(fā)展的政策外，深圳首創(chuàng)的“樓上樓下”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合體模式，誕生了眾多合成生物的明星企業(yè)。聚焦合成生物領(lǐng)域，表面是科研人員與企業(yè)人員在同一棟資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理基礎(chǔ)技術(shù)基因測序技術(shù)基因編輯技術(shù)基因合成技術(shù)合成生物平臺搭建及產(chǎn)品制造1.2.5深圳合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)鏈布局較為完善基礎(chǔ)技術(shù)基因測序技術(shù)基因編輯技術(shù)基因合成技術(shù)合成生物平臺搭建及產(chǎn)品制造1.2.5深圳合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)鏈布局較為完善醫(yī)療健康、工業(yè)化學(xué)品等領(lǐng)域醫(yī)療健康、工業(yè)化學(xué)品等領(lǐng)域資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理?2018年光明區(qū)成立以來，?2018年光明區(qū)成立以來，光明區(qū)合成生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)下多項“首位”?首創(chuàng)“樓上樓下”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合?在深圳市重點培育的1.2.6深圳合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：光明區(qū)發(fā)展形勢較好作為大灣區(qū)綜合性國家科學(xué)中心先行啟動區(qū)，光明科學(xué)城承載建設(shè)了全球首個合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，同時深圳市工程生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院深圳理工大學(xué)（籌）合成生物學(xué)院、合成生物產(chǎn)業(yè)園等相繼落地。截至2022年，深圳光明區(qū)內(nèi)合成生物企業(yè)總量已突破80家，總估值超270億資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理深圳八大未來產(chǎn)業(yè)深圳八大未來產(chǎn)業(yè)123456781.3.1深圳合成生物政策機遇：合成生物為八大未來產(chǎn)業(yè)之首2022年6月，深圳發(fā)布《關(guān)于發(fā)展壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群和培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)的意見》，前瞻布局8大未來產(chǎn)業(yè)，其中合成生物位列8大未來產(chǎn)業(yè)之首，《意見》提出要重點發(fā)展合成生物底層技術(shù)、定量合成生物技術(shù)、生物創(chuàng)制等領(lǐng)域，加快突破人工噬菌體、人工腫瘤治療等創(chuàng)制關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)合成生物重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建設(shè)合成生物學(xué)研發(fā)基地與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。深圳七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)及20大產(chǎn)業(yè)集群12345678造9資料來源：《關(guān)于發(fā)展壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群和培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)的意見》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1.3.2深圳合成生物政策機遇：未來合成生物有望成長為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)1.3.2深圳合成生物政策機遇：未來合成生物有望成長為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)支持探索未來產(chǎn)業(yè)相關(guān)科學(xué)問題點專項。支持與香港、澳門的高校和科研機構(gòu)開展提升科研平臺保障能力2022年6月，深圳出臺了《深圳市培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)行動計劃（2022—提升科研平臺保障能力2022年6月，深圳出臺了《深圳市培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)行動計劃（2022—2025年）》,本措施重點支持八大未來產(chǎn)業(yè)，其中合成生物、區(qū)塊鏈、細(xì)胞與基因、空天技術(shù)等未來產(chǎn)業(yè)在5至10年內(nèi)有望成長為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。材料基因組等重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、質(zhì)量基礎(chǔ)施、自然科技資源庫以及野外科學(xué)觀測研究支持建設(shè)概念驗證中心、中試驗證和成果轉(zhuǎn)化基地推動未來產(chǎn)業(yè)交叉融合發(fā)展算”、“量子計算+合成生物”等未來產(chǎn)業(yè)跨界融合示技術(shù)在細(xì)胞與基因治療、細(xì)胞與基因技術(shù)在生物資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1.3.3深圳合成生物政策機遇：全國首個產(chǎn)業(yè)專項扶持政策2021年10月，光明區(qū)發(fā)布了全國首個合成生物領(lǐng)域?qū)ｍ椃龀终摺豆饷鲄^(qū)關(guān)于支持合成生物創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展的若干措施》，“真金白銀”支持合成生物戰(zhàn)略科技力量建設(shè)、創(chuàng)新鏈建設(shè)、產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)等，其中，合成生物科技專項配套資助項目，單個單位年度資助金額最高為1000萬元。01010202?對新取得FDA、EMA、PMDA等機構(gòu)批準(zhǔn)獲得境?對取得國家食品藥品監(jiān)督管理局核準(zhǔn)的化妝0303?加快培育引進(jìn)行業(yè)龍頭CRO、CMO、CDMO等合成生物?對建設(shè)合成生物領(lǐng)域中試、合成生物專用CNAS認(rèn)證0404資料來源：《光明區(qū)關(guān)于支持合成生物創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展的若干措施》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1.4深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢總結(jié)當(dāng)前，深圳已經(jīng)成為我國合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅猛的城市之一，深圳建設(shè)了國內(nèi)首個合成生物產(chǎn)業(yè)園、推出國內(nèi)首只合成生物天使基金、發(fā)布國內(nèi)首個支持合成生物產(chǎn)業(yè)政策，召開了國內(nèi)最大合成生物產(chǎn)業(yè)大會，助力合成生物從科學(xué)研究到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化再到產(chǎn)業(yè)集群的兩次跨越。產(chǎn)業(yè)鏈布局較為完善 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢 政策優(yōu)勢全國首個產(chǎn)業(yè)專項扶持政策資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2.1合成生物行業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃滯后2.2合成生物行業(yè)面臨選品難題和工藝放大難題2.3合成生物行業(yè)產(chǎn)業(yè)化能力不足2.4合成生物行業(yè)應(yīng)用研發(fā)主體錯位2.1合成生物中長期發(fā)展規(guī)劃滯后：許多監(jiān)管領(lǐng)域處于空白地帶我國從頂層設(shè)計上明確了合成生物的重要戰(zhàn)略地位，并逐步加強了該領(lǐng)域的國家宏觀戰(zhàn)略謀劃，但合成生物領(lǐng)域的長期、短期技術(shù)發(fā)展路線整體規(guī)劃，技術(shù)發(fā)展實施路徑、生物倫理監(jiān)管體系構(gòu)建等仍處于空白地帶。目前，合成生物學(xué)領(lǐng)域的專項政策規(guī)劃并未出臺，如何實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新，從工程平臺建設(shè)到產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等多層次、分階段的發(fā)展方式和發(fā)展路徑仍不明確。資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理排出攝入2.2.1選品難題：錯誤的選品將帶來較大的代價排出攝入2.2.1選品難題：錯誤的選品將帶來較大的代價首先，選品要評估市場空間及需求剛性。選品是合成生物學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的第一個門檻，需要理性評估目標(biāo)產(chǎn)品利用生物合成途徑生成的難度，并與其他生成路徑進(jìn)行比較。錯誤的選品在進(jìn)入后期商業(yè)化開發(fā)階段后失敗帶來的代價較大。其次，選品要適合合成生物學(xué)方法生產(chǎn)。能量和生物質(zhì)能量和生物質(zhì)intracellularextracellular資料來源：動脈網(wǎng)倍生生物中國科學(xué)院前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理生物合成＋化學(xué)合成2.2.2工藝放大難題：可能導(dǎo)致項目整體耗時及成本大幅提升生物合成＋化學(xué)合成2.2.2工藝放大難題：可能導(dǎo)致項目整體耗時及成本大幅提升在利用合成生物學(xué)方式生產(chǎn)產(chǎn)品時，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對應(yīng)的代謝通路優(yōu)化的復(fù)雜度以及分離純化的難度也呈指數(shù)級提升，導(dǎo)致項目整體耗時及成本大幅提升。在所有環(huán)節(jié)均采用生物合成難度較大時，選擇將部分步驟通過化學(xué)合成的方式實現(xiàn)，構(gòu)建生物合成與化學(xué)合成的組合，則可能實現(xiàn)整體的成本和效率的最優(yōu)，提升規(guī)?；a(chǎn)成功率。Amyris規(guī)?；a(chǎn)青蒿素生物合成與化學(xué)合成結(jié)合辦法Artemisinicacid資料來源：資料來源：AmyrisScience前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2.32.3合成生物產(chǎn)業(yè)化能力不足：創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實踐較少2015年以來，我國在合成生物領(lǐng)域研究發(fā)文躍居全球第二，但論文篇均影響力低于世界平均水平。我國合成生物領(lǐng)域論文的整體質(zhì)量還不夠高，且研究發(fā)文領(lǐng)域多集中在應(yīng)用領(lǐng)域，論文在前沿和核心技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力與歐美發(fā)達(dá)國家仍有較大差距；同時，雖然國內(nèi)研究機構(gòu)應(yīng)用研究成果凸顯，但創(chuàng)新成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實踐較少，科企融合度較低，對產(chǎn)業(yè)的推動力量較弱，近幾年全球合成生物學(xué)主要研究項目和成果都集中在歐美等國家。西班牙瓦倫西亞大學(xué)“通過國際合作促進(jìn)合成生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化”研究項目，約220萬歐元Ronmilo等將大腸桿菌碳源從有機碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳1、Biotechrabbit公司研發(fā)出無細(xì)胞蛋白合成系統(tǒng)2、TarrynMiller等制造出“人工葉綠體”1、ShaoYY等利用CRISPR-Cas創(chuàng)建單染色體啤酒酵母細(xì)胞2、Sc2.0計劃完成單酵母染色體組裝1、澳大利亞國立大學(xué)”提高作物抗逆性和產(chǎn)量的智能植物和解決方案”項目，2000萬澳元2、丹麥技術(shù)大學(xué)“合成生物學(xué)指導(dǎo)下的惡臭假單胞菌生物氟化工程”項目，800萬歐元3、西班牙高等科學(xué)研究理事會“基于合成微生物聯(lián)盟的黃酮類化合物合成生物學(xué)生產(chǎn)平臺”項目，740萬歐元麥考瑞大學(xué)建設(shè)“合成生物學(xué)卓越中心”麻省理工設(shè)計出第一個完全依賴蛋白質(zhì)互作的合成生物學(xué)電路美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院宣布首例轉(zhuǎn)基因豬心臟移植手術(shù)實現(xiàn)1、ACSSyntheticBiology指出，合成生物學(xué)有可能顛覆現(xiàn)有腺相關(guān)病毒（AAVs）的生產(chǎn)模式合成生物行業(yè)發(fā)展1、DavidBaker團隊發(fā)布RoseTTAFold，基于大規(guī)模深度學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)建模范圍從真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)單體擴展到了蛋白質(zhì)復(fù)合物，并可以預(yù)測蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的分子細(xì)節(jié)2、WendellLim團隊設(shè)計了兩步正反饋電路，使T細(xì)胞能夠根據(jù)抗原密度閾值來分辨目標(biāo)1、喬治亞研究院利用新開發(fā)的合成生物學(xué)和基因工程技術(shù)，使用重組的4-hydrophenylacetate3-monooxygenase和FAD還原酶基因，改造腸道中的益生菌2、伊利諾伊大學(xué)厄巴納·香檳分校的團隊于《Cell》發(fā)表論文，實現(xiàn)了有史以來最完整的活細(xì)胞計算機模擬帝斯曼的開創(chuàng)性研究合成生物法生產(chǎn)維生素A，即將全面上市資料來源：Regenesis前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2.4合成生物應(yīng)用研發(fā)主體錯位：缺乏大型產(chǎn)業(yè)巨頭和優(yōu)質(zhì)初創(chuàng)企業(yè)我國合成生物學(xué)應(yīng)用研究主要以科研院所為主體，缺乏大型產(chǎn)業(yè)巨頭和優(yōu)質(zhì)初創(chuàng)研發(fā)企業(yè)。目前國內(nèi)生物合成行業(yè)的主要代表企業(yè)為凱賽生物、衍進(jìn)科技和迪贏生物等,企業(yè)多為初創(chuàng)公司,規(guī)模相對較小，與歐美發(fā)達(dá)國家形成的大型跨國企業(yè)巨頭，協(xié)同多投融資渠道的初創(chuàng)企業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局相比仍有較大差距。雖然近兩年不斷有新的創(chuàng)新型合成生物公司出現(xiàn)，但主要為平臺工具服務(wù)和應(yīng)用產(chǎn)品導(dǎo)向型公司，涉及使能技術(shù)開發(fā)的公司較少，產(chǎn)業(yè)主體規(guī)模和自主創(chuàng)新能力均較弱。資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.1合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點3.2基因測序技術(shù)趨勢與突破方向3.3基因編輯技術(shù)趨勢與突破方向3.4基因組裝技術(shù)趨勢與突破方向3.5基因合成技術(shù)趨勢與突破方向3.6酶的定向進(jìn)化技術(shù)趨勢與突破方向菌體 廠3.1.1合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點菌體 廠3.1.1合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點合成生物是典型的交叉學(xué)科。從技術(shù)過程來看，經(jīng)歷了上游底盤設(shè)計、菌種構(gòu)建；中游的發(fā)酵條件優(yōu)化；以及下游的分離提取。當(dāng)中不僅運用到了分子生物學(xué)技術(shù)、AI深度學(xué)習(xí)、高通量篩選等方法，還用到了發(fā)酵工藝放大、流體力學(xué)、分離提取制備等技術(shù)。III資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.1.2合成生物工藝優(yōu)勢以合成生物生產(chǎn)流程的特點，合成生物被認(rèn)為是綠色、環(huán)保、高效、可循環(huán)可再生的生產(chǎn)方式。相比化學(xué)合成工藝、天然提取工藝，有著明顯的優(yōu)勢。因此，合成生物被認(rèn)為是最有潛力替代化學(xué)合成、天然提取等成熟工藝的新型技術(shù)手段。合成生物也被政府、資本界和產(chǎn)業(yè)界賦予了厚望。高高資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理對少量樣本或少量基因組靶點(≤20個)的小DNA區(qū)域進(jìn)行測序時，對少量樣本或少量基因組靶點(≤20個)的小DNA區(qū)域進(jìn)行測序時，三代測序讀長長、成本3.2.1基因測序技術(shù)：NGS測序應(yīng)用更為廣泛基因測序不同技術(shù)互為補充，NGS測序應(yīng)用更為廣泛。伴隨對基因測序理解的不斷深入，不同測序技術(shù)與方法亦不斷涌現(xiàn)。在下游較為成熟的商業(yè)化應(yīng)用中，二代高通量測序在各個細(xì)分場景均有一席之地，二代與三代測序的應(yīng)用場景盡管有所重合，但由于技術(shù)特點不同，也具備各自獨特的應(yīng)用領(lǐng)域。費查定量PCR資料來源：ThermoFisherIlluminaOxfordNanopore前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理.2基因測序技術(shù)：新興技術(shù)體系及應(yīng)用概念不斷涌現(xiàn)得益于測序技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和測序成本的快速下降，NGS應(yīng)用不僅局限于全基因組分析，更深入推動了基礎(chǔ)科研上基因組學(xué)和臨床上疾病精準(zhǔn)醫(yī)療的進(jìn)步?？紤]到不同細(xì)胞測序的差異性，以及測序在體內(nèi)不同位置/時間上的更加豐富信息，更多全新領(lǐng)域及概念逐步進(jìn)入基因測序領(lǐng)域的探索范疇。單細(xì)胞測序與傳統(tǒng)測序區(qū)別和擴增單個細(xì)胞里的多組學(xué)物質(zhì)（包括DNA、RNA組測序的基礎(chǔ)上，通過空間解析轉(zhuǎn)錄組學(xué)的方法，定組織中的空間位置，我們認(rèn)為有望成為補充醫(yī)學(xué)圖像資料來源：GSK前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.3.1基因編輯技術(shù)：第三代基因編輯技術(shù)備受人們關(guān)注3.3.1基因編輯技術(shù)：第三代基因編輯技術(shù)備受人們關(guān)注第二代基因編輯技術(shù)第三代基因編輯技術(shù)第一代基因編輯技術(shù)第二代基因編輯技術(shù)第三代基因編輯技術(shù)TALENs（轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物）是繼ZFTALENs在結(jié)構(gòu)上與ZFNs類似，是由DNA結(jié)合蛋白TALENs（轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物）是繼ZFTALENs在結(jié)構(gòu)上與ZFNs類似，是由DNA結(jié)合蛋白-TALE蛋白和FokⅠ資料來源：中關(guān)村前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.3.2基因編輯技術(shù)：CRISPR/Cas技術(shù)優(yōu)勢明顯基因編輯是一種新興的能夠較為精確的對生物體基因組特定目標(biāo)基因進(jìn)行修飾的基因工程技術(shù)。作為革命性的基因編輯技術(shù)，CRISPR/Cas的優(yōu)勢非常明顯，相較于ZFNs和TALENs，CRISPR/Cas的設(shè)計難度和構(gòu)建難度都要小的多，成本更低，開發(fā)周期更短，靶向修飾效率更高，此外CRISPR/Cas還具有可以多靶點編輯和可以編輯RNA的優(yōu)勢，這是前兩種技術(shù)所不具備的。進(jìn)行編輯期難是因子效應(yīng)難是資料來源：中關(guān)村前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.3.3基因編輯技術(shù)：CRISPR2.0新技術(shù)問世CRISPR/Cas9被認(rèn)為是CRISPR1.0，其開創(chuàng)了基因編輯新時代，但局限性也非常明顯。目前已有一批CRISPR2.0新技術(shù)問世，能以比CRISPR1.0更精確、更通用的方式編輯DNA。CRISPR1.0基因編輯療法獲批，為下一代基因編輯技術(shù)走上舞臺中央奠定了基礎(chǔ)。資料來源：深究科學(xué)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理（polymerasecycling（polymerasecyclingassembly,PCA）。3.4基因組裝技術(shù)：低成本、自動化、一體化是發(fā)展方向基因組裝技術(shù)相對成熟，低成本、自動化、一體化是未來發(fā)展方向。受到技術(shù)的限制，DNA片段從頭合成的長度有限，更長基因或基因組有賴于通過核苷酸片段的酶促組裝或體內(nèi)組裝獲得，通常使用的寡核苷酸組裝方法有兩種：連接酶組裝法（ligasechainreaction,LCR）和聚合酶組裝法OEOE-PCR技術(shù)(Overlapextensionpolymerasechainreaction，OE-PCR)，這種方法可以用于組裝更長片段的DNA。OE-PCR示意圖如左圖所示，將末端具有重疊序列的DNA片段經(jīng)聚合酶延伸得到融合的DNA，一般可以將2-6個DNA片段按比例混合作作為引物，進(jìn)行重疊延伸，同時要保證相鄰的兩個DNA片段之間有20-40bp的同源重疊區(qū)。由于OE-PCR方法操作簡單，省時省力，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。資料來源：《DNA組裝技術(shù)》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.5.1基因合成技術(shù)：生物合成時代已緩緩拉開序幕基因合成技術(shù)大體可以分為化學(xué)法和生物法。第一代技術(shù)是固相合成法；第二代則是芯片合成法，主要有光化學(xué)法、噴墨法、電化學(xué)法，可以并行進(jìn)行多條不同序列基因合成；第三代則是酶促合成法，其合成副產(chǎn)物少、條件溫和。一代合成(固相柱式)二代合成(固相芯片)三代合成(生物酶) 法法Script/Nuclera/MolecularATdT-dNTP交聯(lián)體(AnsaBiot資料來源：中合基因前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.5.2基因合成技術(shù)：生物合成時代已緩緩拉開序幕以生物制造及生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)為代表的生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展倒推DNA合成技術(shù)向第三代-生物合成技術(shù)邁進(jìn)。近年來，DNA生物合成技術(shù)及裝備開發(fā)屢有突破，第三代DNA合成技術(shù)-生物合成的時代已緩緩拉開序幕。使用有毒有機化學(xué)品或第三方DNA服務(wù)提供商的延長交付等2021年6月2022年7月2023年3月2023年8月資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.6.13.6.1酶的定向進(jìn)化技術(shù)：快速獲得擁有特定性能的酶酶的定向進(jìn)化，旨在試管中模擬自然進(jìn)化過程，通過提高基因突變率和設(shè)計特殊的篩選、選擇方法，快速獲得擁有特定性能的酶。因此，定向進(jìn)化又被稱為“代替自然選擇的上帝之手”，為試管中的達(dá)爾文主義。酶的定向進(jìn)化步驟通過對蛋白編碼序通過對蛋白編碼序列進(jìn)行隨機突變、定點突變或重組構(gòu)建基因突變體庫定向篩選、選擇以獲得具有改進(jìn)表型的突變體以該突變體作為下一直到獲得性能最優(yōu)的突變體資料來源：蛋白質(zhì)定向進(jìn)化原理《定向進(jìn)化在蛋白質(zhì)工程中的應(yīng)用研究進(jìn)展》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理基于CRISPR的體內(nèi)突變方法基于CRISPR的體內(nèi)突變方法注：a—基于CRISPR-CAS9同源重組的突變；b—基于NCAS9和DNA聚合酶I的突變；c—基于NCAS9和堿基編輯器的突變3.6.2酶的定向進(jìn)化技術(shù)：高效構(gòu)建多樣化的基因突變體庫高效構(gòu)建多樣化的基因突變體庫是定向進(jìn)化的關(guān)鍵步驟之一。早期通過化學(xué)試劑（如甲磺酸乙酯、亞硝酸等）或射線對基因進(jìn)行無差別隨機突變的傳統(tǒng)方法，由于突變率低并且極易造成基因組不穩(wěn)定而逐漸被淘汰。取而代之的是一系列相對可控且有高突變率的體外突變法和體內(nèi)突變法。基于CRISPR-Cas9同源重組的突變基于n資料來源：《定向進(jìn)化在蛋白質(zhì)工程中的應(yīng)用研究進(jìn)展》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理術(shù)術(shù)3.6.3酶的定向進(jìn)化技術(shù)：高通量定向進(jìn)化的新方法創(chuàng)建序列覆蓋率高、多樣性強的突變體庫，能最大程度挖掘不同氨基酸序列與其對應(yīng)表型之間的關(guān)系，理論上能夠提高獲得理想突變體的概率。然而，絕大部分篩選和選擇技術(shù)通量低、準(zhǔn)確性差，導(dǎo)致難以實現(xiàn)對目標(biāo)蛋白質(zhì)序列全面且深入的挖掘。因此，開發(fā)更快速、靈敏、準(zhǔn)確的高通量篩選技術(shù)，是提高定向進(jìn)化效率的關(guān)鍵