深圳“20+8”之合成生物產(chǎn)業(yè)-前景機(jī)遇與技術(shù)趨勢(shì)探析-前瞻產(chǎn)業(yè)研究院-2024

FGGRWARD前決策·投資一定要有前瞻的眼光深圳“20+8”之合成生物產(chǎn)業(yè)——前景機(jī)遇與技術(shù)趨勢(shì)探析前瞻產(chǎn)業(yè)研究院2024年1月報(bào)告主創(chuàng)：徐文強(qiáng)院長(zhǎng)報(bào)告制作：廖子璇CONTENTS目錄01

深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與機(jī)遇03

合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展總結(jié)與建議F

R

WARD前1.1合成生物發(fā)展歷程及界定1.2全國(guó)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(jī)遇1.4深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)總結(jié)優(yōu)勢(shì)機(jī)遇真核細(xì)胞基因編輯原核細(xì)胞底盤(pán)細(xì)胞通用植物底盤(pán)反饋生物設(shè)計(jì)微生物組生物基制品基因組

元

件線

路

生物網(wǎng)格合成生物學(xué)是一門(mén)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(guò)一系列重新設(shè)計(jì)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(guò)程中設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)與編寫(xiě)基因組”為核心，可針對(duì)特定需求從工程學(xué)角度設(shè)計(jì)構(gòu)建元器件或模塊。合成生物學(xué)示意圖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)前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨

領(lǐng)

研(股票

院599)發(fā)酵過(guò)程

純化分離從研發(fā)到應(yīng)用資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理細(xì)胞篩選細(xì)胞培養(yǎng)2011年，國(guó)家植物基因研究中心(北京)第一屆理事會(huì)第二次會(huì)議在遺傳發(fā)育所召開(kāi)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(cè)序系統(tǒng)BGISEQ-5002018年，華大在國(guó)際頂級(jí)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(guó)人基因組學(xué)大數(shù)據(jù)研究成果

2019年，深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院成立2021年12月，國(guó)家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心核心研發(fā)基地項(xiàng)目主體完工1.1.2合成生物發(fā)展歷程：中國(guó)當(dāng)前處于發(fā)展新階段1990年10月，“人類基因組計(jì)劃”在美國(guó)首先啟動(dòng)，進(jìn)而英、日、法、德相繼參與，組成了國(guó)際“人類基因組計(jì)劃”協(xié)作組。1994年，中國(guó)“人類基因組計(jì)劃”(CHGP)啟

動(dòng)1997年中國(guó)專家商議要申請(qǐng)加入國(guó)際“人類基因組計(jì)劃”,推動(dòng)中國(guó)基因組科學(xué)的發(fā)展。2008年初，深圳華大基因研究院、英國(guó)桑格研究所以及美國(guó)國(guó)立人類基因組研究所等多家機(jī)構(gòu)共同啟動(dòng)了“千人基因組計(jì)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(guó)科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立，是國(guó)內(nèi)第一個(gè)合成生物

學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2022年至今，由合成生物學(xué)帶動(dòng)的技術(shù)平臺(tái)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(kāi)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(cè)科學(xué)，使其有了強(qiáng)大的預(yù)測(cè)能力，成為融合實(shí)驗(yàn)科學(xué)、

工程科學(xué)和預(yù)測(cè)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(huì)是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。1999年，國(guó)際“人類基因組計(jì)劃”協(xié)作組公布了中國(guó)加入“人類基因組計(jì)劃”的申請(qǐng)，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。擴(kuò)張和

發(fā)展期2001-2013年2014-2021年合成生物發(fā)展歷程發(fā)展初期1990-2000年20152018201920212005年，華大基因牽頭中華協(xié)作組，承擔(dān)的10%國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃(HapMap)

在

《Nature》

發(fā)表20082022發(fā)展新階段199019941997199920052022年至今前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨

領(lǐng)

(研股票

5院99)2011資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1.1.2合成生物政策發(fā)展歷程：中國(guó)合成生物產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚翦瞪產(chǎn)業(yè)研究院對(duì)比中國(guó)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的政策歷程，中國(guó)合成生物產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚，但是發(fā)展速度驚人，從“十三五”開(kāi)

始，合成生物學(xué)被列為戰(zhàn)略前瞻性重大科學(xué)問(wèn)題和前沿共性生物技術(shù)，國(guó)家出臺(tái)了一系列政策支持合成生物學(xué)的發(fā)展。政策歷程

20142015

2016

201720182019202020212022

2023《合成生物學(xué)時(shí)代的生物防御》

《2021美國(guó)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)法案》

《國(guó)家生物技術(shù)和生物制造計(jì)劃》《關(guān)于推進(jìn)生物技術(shù)和生物制造創(chuàng)新以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)、安全和可靠《2019年工程生物學(xué)研究與開(kāi)發(fā)法案》

的美國(guó)生物經(jīng)濟(jì)的第14081號(hào)行政命令》《至2030年國(guó)家生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《英國(guó)生命科學(xué)戰(zhàn)略：構(gòu)建生命

科學(xué)生態(tài)系統(tǒng)》《生物戰(zhàn)略2019》《世界領(lǐng)先IT國(guó)

家創(chuàng)造宣言》《工程生物學(xué)國(guó)家愿景》《工程生物學(xué)：英國(guó)經(jīng)濟(jì)和國(guó)家目標(biāo)的機(jī)遇《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄

(2023年本》《關(guān)于加快傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》

型升級(jí)的指導(dǎo)意見(jiàn)》《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《歐盟生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略進(jìn)展報(bào)告》《國(guó)家生物質(zhì)能戰(zhàn)略的

基石》《地平線2020(歐盟科研框架計(jì)劃)》《關(guān)于合成生物學(xué)定義

的意見(jiàn)》啟動(dòng)敏捷生物鑄造廠聯(lián)盟計(jì)劃《技術(shù)評(píng)估：合成生物學(xué)》《向國(guó)會(huì)報(bào)告：合成生物學(xué)》《國(guó)防部科技優(yōu)先事項(xiàng)》《關(guān)于擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長(zhǎng)點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》《國(guó)務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)基礎(chǔ)

科學(xué)研究的若干意見(jiàn)》《加強(qiáng)“從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》《面向生物經(jīng)濟(jì)的歐洲化學(xué)工業(yè)路線圖》《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)

發(fā)展規(guī)劃》英

國(guó)

中

國(guó)《英國(guó)合成生物學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃》資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理美

國(guó)歐

盟基因組編輯金斯瑞、SynthegoIIlumina、PacBio、Thermo、Fisher、PacBio、連川生物Twist、金斯瑞、script、Codex、泓迅生物、IDT、藍(lán)晶微生物Twist、伯科生、

NykodeGingko、惠和生物、Amyris

、ZymergenOriCiro

、康碼

生Novozyme、蔚藍(lán)生物、Absci、諾唯贊、Codexis、

弈柯菜、Arzeda、百圖生科金丹科技、海正生物、凱賽生物、國(guó)生科技、Braskem

、DanimerScientificLygos、凱賽生物、梅花生物、華恒生物、LumenBioscience、欣貝菜、瑞德林、森瑞斯態(tài)創(chuàng)生物、巨子生物、未名拾光、華熙生物、中科財(cái)揚(yáng)Beyond

Meat、星期零、安琪酵母、

Biomilq、帝斯曼、一兮生物、嘉必優(yōu)EditasMedicine、Caribou

Bio

、

瑞風(fēng)生物、Intellia明巨諾、復(fù)星凱特、恒潤(rùn)達(dá)生、覬基因、南京傳奇達(dá)安基因、華大基因、科華生物、艾德生物Greenlight、AgBiome、Corteva聚維元?jiǎng)?chuàng)合成生物學(xué)本身的發(fā)展和增長(zhǎng)受益于多種技術(shù)的融合，從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，上游生物體設(shè)計(jì)企業(yè)主要提供底層技術(shù)和應(yīng)用支持，比如DNA

測(cè)序/合成/存儲(chǔ)、基因編輯、蛋白設(shè)計(jì)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。1.2.1全國(guó)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Therapeutics下游上游中游工業(yè)化學(xué)品醫(yī)療健康前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

研(股票

院599)農(nóng)業(yè)能源食品資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理根據(jù)Research

and

Markets披露的信息，2023年，中國(guó)合成生物市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到11.5億美元，隨著應(yīng)用場(chǎng)景的增多和技術(shù)的改善，市場(chǎng)逐漸擴(kuò)容，合成生物在未來(lái)10年內(nèi)將對(duì)各個(gè)行業(yè)產(chǎn)生重要影響。2023年中國(guó)合成生物學(xué)對(duì)不同行業(yè)的影響0-5年

5-10年10+年燃料農(nóng)業(yè)

礦業(yè)電力手機(jī)

建筑

機(jī)械合成生物學(xué)信息參考》

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理化學(xué)品紡織品食品(不包

含肉類)時(shí)尚水1.2.2全國(guó)合成生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：合成生物產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛美容醫(yī)療設(shè)備電子產(chǎn)品生物制藥非處方藥產(chǎn)品替代工

藝

改

進(jìn)

原

材

料

變

化肉類和水產(chǎn)養(yǎng)殖前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

研(股票

9院599)天津已經(jīng)明確將生物制造作為帶動(dòng)未來(lái)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，加快推動(dòng)天津生物經(jīng)濟(jì)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(guó)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(shí)驗(yàn)室等創(chuàng)新平臺(tái)，天津?qū)⒓涌齑蛟旌铣缮锂a(chǎn)業(yè)發(fā)

展新高地。其中，國(guó)家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心是國(guó)家級(jí)科技創(chuàng)新平臺(tái)，是我國(guó)搶占全球生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新制高點(diǎn)的“國(guó)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(yùn)營(yíng)四位一體的新型研發(fā)平臺(tái)。同時(shí)，天津還將建立特色產(chǎn)業(yè)基地，推動(dòng)“生物制造谷”建設(shè)。進(jìn)一步發(fā)揮天津港口、自貿(mào)試

驗(yàn)區(qū)、自主創(chuàng)新示范區(qū)綜合優(yōu)勢(shì)，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

最大的合成生物中試轉(zhuǎn)化平臺(tái)。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(tuán)等7家發(fā)起單位共同建立了山東省合成

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)企業(yè)，總部都在山東。2023年1月，山東省”兩會(huì)”政府工作報(bào)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(shí)推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)強(qiáng)省行動(dòng)，著力深化新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，加快推動(dòng)山東醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。上海是我國(guó)第一個(gè)合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、第一個(gè)合成生物學(xué)科學(xué)聯(lián)盟，第一個(gè)合成生物學(xué)專業(yè)委員會(huì)誕生地。從2020年開(kāi)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(jì)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(jì)等重點(diǎn)領(lǐng)域，布局若千市級(jí)科技重大專項(xiàng)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重大項(xiàng)目。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(dòng)方案(2023-2025年)》,目標(biāo)到2025年培育1至2家年銷售收

入超過(guò)10億元的優(yōu)勢(shì)企業(yè)，建設(shè)3個(gè)左右具有特色和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)基地；到2030年，基本建成具有全球影響力的高端生物制造產(chǎn)業(yè)集群。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(lái)產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》,提出要優(yōu)先發(fā)展”合成生物”等9個(gè)快速成長(zhǎng)的未來(lái)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(jì)、細(xì)胞設(shè)計(jì)、高通量篩選等前沿技術(shù)，推動(dòng)合成生物技術(shù)在生物智造、生物育種等領(lǐng)域的顛

覆性創(chuàng)新與工程化應(yīng)用。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(guó)院士、楊立榮教授、李永泉教授等一批行業(yè)領(lǐng)域頂級(jí)專

家，引進(jìn)了曾安平院士、王寶俊教授等一批“鰓鵬計(jì)劃”人才，逐漸形成了以浙江大學(xué)、西湖大學(xué)等為代表的優(yōu)勢(shì)科研團(tuán)隊(duì)。重點(diǎn)平臺(tái)方面，杭州獲批建設(shè)了國(guó)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(jī)合成、藥物合成生物學(xué)等省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)際科創(chuàng)中心牽頭，傳化集團(tuán)等多家企事業(yè)單位共同發(fā)起成立。2023年8月，傳化科技城核心產(chǎn)業(yè)載體-錢(qián)灣生物港正式開(kāi)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(guó)內(nèi)首個(gè)”合成生物成果轉(zhuǎn)化基地”,橫向兼顧C(jī)GT、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(tuán)“鏈主”優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建合成生物“科研-轉(zhuǎn)化-產(chǎn)品”一體的產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈和價(jià)值鏈。1

.2.3全國(guó)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

產(chǎn)瞻業(yè)咨

領(lǐng)資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理一直以來(lái)，深圳始終瞄準(zhǔn)國(guó)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(diǎn)。除了出臺(tái)多個(gè)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)?！皹巧蠘窍隆眲?chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合體模式指的是“樓上創(chuàng)新、樓下創(chuàng)業(yè)”,該綜合體

聚焦合成生物領(lǐng)域，表面是科研人員與企業(yè)人員在同一棟大樓工作，實(shí)質(zhì)是產(chǎn)研雙向融合。樓上注重產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究，樓下企業(yè)孵化聚集，打通從原始創(chuàng)新到

推動(dòng)創(chuàng)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新路徑。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(lái)產(chǎn)業(yè)的

意見(jiàn)》,計(jì)劃打造20個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和

8個(gè)未來(lái)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)集群，合成生物位列

八大未來(lái)產(chǎn)業(yè)之首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)賽道樓下-一企業(yè)孵化聚集目2018年，合成生物重大科技基礎(chǔ)設(shè)施獲市發(fā)改委批復(fù)選

址光明科學(xué)城開(kāi)始建設(shè)Q0企2022年

2019年2018年2019年，在深圳市科創(chuàng)委的支持下，深圳合成

生物學(xué)創(chuàng)新研究院應(yīng)運(yùn)2017年，深圳先進(jìn)院成立合成生物學(xué)研究所

較早布局合成生物學(xué)賽道資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理樓上--產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究2017年激發(fā)創(chuàng)意而生梅麗科技MEIL.ITECHHaploX

海普洛斯華因康基因HYK

GENE儒翰基因RH

GENETECHGeneMind安序源BiocrestechSiYOMiCRO中科欣揚(yáng)近鄰生物

PROXYBIOSYNCERESBIOSCIENCESThe

Bioware

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Med愛(ài)生

醫(yī)

學(xué)Biocreltech高通量篩選技術(shù)基因測(cè)序技術(shù)∈xoRNA基因編輯技術(shù)合成生物平臺(tái)搭建及產(chǎn)品制造醫(yī)療健康、工業(yè)化學(xué)品等領(lǐng)域平安醫(yī)療

GCNCUS今是科技SININGENE思凝一云佰奧長(zhǎng)生B

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E基因合成技術(shù)HAVY

HEALTH寰

匯

醫(yī)

療資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理基礎(chǔ)技術(shù)深圳精準(zhǔn)醫(yī)療科技有限公司新宙

邦

CAPCHEM生

物

集

團(tuán)BI口

GR口uP冠

馳GUANCH1作為大灣區(qū)綜合性國(guó)家科學(xué)中心先行啟動(dòng)區(qū)，光明科學(xué)城承載建設(shè)了全球首個(gè)合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)深圳市工程生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、中國(guó)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270億創(chuàng)新中心和產(chǎn)業(yè)園是光明科學(xué)城合成生物企業(yè)的主要聚集形式，關(guān)注科研和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新中心是企

業(yè)“孵化器”,從“孵化器”“成長(zhǎng)畢業(yè)”的企業(yè)

可以進(jìn)入場(chǎng)地更大的產(chǎn)業(yè)園，進(jìn)入更大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)

或生產(chǎn)。創(chuàng)新中心、政府等會(huì)對(duì)企業(yè)全程關(guān)注，為

不同發(fā)展階段的企業(yè)提供所需支持。未來(lái)2023年光明區(qū)政府工作報(bào)告表示，未來(lái)將大力培育5大未來(lái)產(chǎn)業(yè)集群。優(yōu)先發(fā)展合成生物產(chǎn)業(yè)集群，高標(biāo)準(zhǔn)建成光明合成生物產(chǎn)業(yè)園，組建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，鞏固先發(fā)優(yōu)勢(shì)，打

造具有全球影響力的合成生物產(chǎn)業(yè)高地。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(shì)較好首創(chuàng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合體模式·

首創(chuàng)“樓上樓下”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合體模式，打通從原始創(chuàng)新到推動(dòng)創(chuàng)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新路徑，被國(guó)家發(fā)

改委列入推廣深圳經(jīng)驗(yàn)47條企業(yè)傾向于落戶光明區(qū)·2020年以來(lái)，國(guó)內(nèi)新成立的合成生物企業(yè)中，有40%落戶

深圳，其中近80%企業(yè)集中在光明區(qū)出臺(tái)全國(guó)首個(gè)政策·

出臺(tái)全國(guó)首個(gè)合成生物

專項(xiàng)扶持政策《深圳市

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》重點(diǎn)發(fā)展方向之首·在深圳市重點(diǎn)培育的“20+8”產(chǎn)業(yè)集群中合成生物居8個(gè)未來(lái)產(chǎn)業(yè)重

點(diǎn)發(fā)展方向之首光明區(qū)合成生物

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)先有創(chuàng)新，再有產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)總估值超270億元·

2018年光明區(qū)成立以來(lái)，已聚集合成生物企業(yè)突破

80家，總估值超270億元首支合成生物基金·

國(guó)內(nèi)首支合成生物產(chǎn)業(yè)

基金2022年落戶光明區(qū)，

目標(biāo)基金規(guī)模15億元光明區(qū)合成生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)下多項(xiàng)“首位”

產(chǎn)瞻業(yè)咨

研(股票資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理元

。深圳八大未來(lái)產(chǎn)業(yè)序號(hào)

產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)新一代信息

技術(shù)12345網(wǎng)絡(luò)與通信半導(dǎo)體與集成電路超高清視頻顯示智能終端智能傳感器綠色低碳新材料新能

源安全節(jié)能環(huán)保智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)電子信息材料、新能源材

料、結(jié)構(gòu)和功能材料、生

物材料、前沿新材料、材

料基因組等高端醫(yī)療器械5-10年內(nèi)有望成長(zhǎng)為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)數(shù)字與時(shí)尚678軟件與信息服務(wù)數(shù)字創(chuàng)意現(xiàn)代時(shí)尚生物醫(yī)藥18

生物醫(yī)藥1

9

大

健

康19高端裝備制造101112工業(yè)母機(jī)智能機(jī)器人激光與增材制造精密儀器設(shè)備海洋經(jīng)濟(jì)海洋工程裝備和輔助設(shè)備海洋通信技術(shù)與設(shè)備、海20

洋交通設(shè)備、海洋能源、

海洋生物醫(yī)藥、海洋養(yǎng)殖

和深加工、海洋環(huán)保等、10-15年內(nèi)有望成為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)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(lái)產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》,前瞻布局8大未來(lái)產(chǎn)業(yè)，其中合成生物位列8大未來(lái)產(chǎn)業(yè)之首，《意見(jiàn)》提出要重點(diǎn)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。1.3.1深圳合成生物政策機(jī)遇：合成生物為八大未來(lái)產(chǎn)業(yè)之首

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院1

合成生物2區(qū)塊鏈3

細(xì)胞與基因4

空天技術(shù)5腦科學(xué)與類腦智能7可見(jiàn)光通信與光計(jì)算發(fā)展未來(lái)產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理6

深地深海8

量子信息1

314151617動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)交叉融合發(fā)展支持搭建“類腦智能+機(jī)器人”、“可見(jiàn)光通信+深地深?！薄ⅰ肮庥?jì)算算”、“量子計(jì)算+合成生物”等未來(lái)產(chǎn)業(yè)跨界融合示范場(chǎng)景，拓展合技術(shù)在細(xì)胞與基因治療、細(xì)胞與基因技術(shù)在生物育種中的應(yīng)用示范。資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理提升科研平臺(tái)保障能力支持建設(shè)與未來(lái)產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)的合成生物研究、腦解析與腦

材料基因組等重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)

施、自然科技資源庫(kù)以及野外科學(xué)觀測(cè)研究站(網(wǎng))等

件平臺(tái)，對(duì)于新建項(xiàng)目按相關(guān)政策予以一定資金資助。支持建設(shè)概念驗(yàn)證中心、中試驗(yàn)證和成支持科研醫(yī)療機(jī)構(gòu)建設(shè)合成生物、腦科學(xué)與類腦智能、

與基因治療等領(lǐng)域的臨床驗(yàn)證與應(yīng)用平臺(tái)。2022年6月，深圳出臺(tái)了《深圳市培育發(fā)展未來(lái)產(chǎn)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃(2022—

2025年)》,本措施重點(diǎn)支持八大未

來(lái)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(lái)產(chǎn)業(yè)

在5至10年內(nèi)有望成長(zhǎng)為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。支持探索未來(lái)產(chǎn)業(yè)相關(guān)科學(xué)問(wèn)題爭(zhēng)取國(guó)家財(cái)政資金支持，組織實(shí)施部市聯(lián)動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“合成

點(diǎn)專項(xiàng)。支持與香港、澳門(mén)的高校和科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展科技合作，推動(dòng)粵

產(chǎn)學(xué)研融合，實(shí)施深港澳科技計(jì)劃項(xiàng)目，按相關(guān)政策予以最高300萬(wàn)1.3.2深圳合成生物政策機(jī)遇：未來(lái)合成生物有望成長(zhǎng)為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨

領(lǐng)

(研股票

5院99)01203合成生物產(chǎn)業(yè)平臺(tái)建設(shè)資助項(xiàng)目·

加快培育引進(jìn)行業(yè)龍頭CRO、CMO、CDMO

等合成生物領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)，按項(xiàng)目所獲市級(jí)資助的25%給予最高1000

萬(wàn)元資助；各級(jí)財(cái)政資金支持總額不超過(guò)項(xiàng)目總投資?！?duì)

建

設(shè)合成生物領(lǐng)域中試、合成生物專用CNAS認(rèn)

證測(cè)試實(shí)驗(yàn)室等共享平臺(tái)，按實(shí)際建設(shè)投資(僅限固定資產(chǎn)類投資)的50%,給予最高500

萬(wàn)元資助；共享平臺(tái)建設(shè)經(jīng)費(fèi)來(lái)源為非財(cái)政預(yù)算單位，若申報(bào)單位為財(cái)政預(yù)算單位，僅對(duì)自籌部分給予資助?！?duì)

上述平臺(tái)，按照上一自然年度服務(wù)收入的10%,給予最高300萬(wàn)元資助。02合成生物專業(yè)資質(zhì)認(rèn)證資助項(xiàng)目·

對(duì)

新

取

得FDA、EMA、PMDA

等機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)獲得境

外上市資質(zhì)的藥品和醫(yī)療器械，按實(shí)際投入研發(fā)費(fèi)用給予每個(gè)產(chǎn)品最高100萬(wàn)元資助；·

對(duì)

新

取

得新藥臨床試驗(yàn)批文的機(jī)構(gòu)每個(gè)產(chǎn)品，

按實(shí)際投入研發(fā)費(fèi)用給予最高100萬(wàn)元資助；·

對(duì)通

過(guò)DMF、CEP、MF注冊(cè)的生物原料藥，按實(shí)際投入研發(fā)費(fèi)用給予每個(gè)產(chǎn)品最高50

萬(wàn)元

資助；·

對(duì)取得國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局核準(zhǔn)的化妝

品原料目錄認(rèn)證的材料，按實(shí)際投入研發(fā)費(fèi)用給予每個(gè)產(chǎn)品最高20萬(wàn)資助。2021年10月，光明區(qū)發(fā)布了全國(guó)首個(gè)合成生物領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)扶持政策——《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》,“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(xiàng)配套資助項(xiàng)目，單個(gè)單位年度資助金額最高為1000萬(wàn)元。04合成生物企業(yè)專精特新認(rèn)定資助項(xiàng)目對(duì)初次認(rèn)定為工信部專精特新“小巨

人

”的合成生物企業(yè)給予一次性

200萬(wàn)元獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)初次認(rèn)定為省級(jí)“專精特新”中小企業(yè)的合成生物

企業(yè)給予一次性100

萬(wàn)元獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)初次認(rèn)定為市級(jí)“專精特新”中

小

企業(yè)的合成生物企業(yè)給予一次性50

萬(wàn)元獎(jiǎng)勵(lì)。同一企業(yè)獲更高層級(jí)認(rèn)

定的，按高層級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)金額進(jìn)行差額

獎(jiǎng)勵(lì)。單個(gè)企業(yè)各級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)不超過(guò)200萬(wàn)元。01合成生物科技專項(xiàng)配套資助項(xiàng)目·

對(duì)獲得“合成生物學(xué)”“綠色生物制造”等國(guó)家、省、市級(jí)重點(diǎn)專項(xiàng)或課題的承擔(dān)單位，對(duì)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目按所獲資金的20%給予資助，單個(gè)項(xiàng)目最高1000萬(wàn)元；·

對(duì)省級(jí)項(xiàng)目按所獲資金的30%給予資助，單個(gè)項(xiàng)目最高500

萬(wàn)元；·對(duì)市級(jí)項(xiàng)目按所獲資金的30%給予資助，單個(gè)項(xiàng)目最高300

萬(wàn)元。單個(gè)單位年度資助金額最高為1000

萬(wàn)元。1.3.3深圳合成生物政策機(jī)遇：全國(guó)首個(gè)產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)扶持政策前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨

領(lǐng)

研(股票

院599)獨(dú)合發(fā)展的若干措施》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理當(dāng)前，深圳已經(jīng)成為我國(guó)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(guó)內(nèi)首個(gè)合成生物產(chǎn)業(yè)園、推出國(guó)內(nèi)首只合成生物天使基金、發(fā)布國(guó)內(nèi)首個(gè)支持合成生物產(chǎn)業(yè)政策，召開(kāi)了國(guó)內(nèi)最大合成生

物產(chǎn)業(yè)大會(huì)，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。政

策

優(yōu)

勢(shì)產(chǎn)

業(yè)

優(yōu)

勢(shì)全國(guó)首個(gè)產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)扶持政策“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)、生態(tài)鏈

建設(shè)等，其中，合成生物科技專項(xiàng)配套資

助項(xiàng)目，單個(gè)單位年度資助金額最高為1000萬(wàn)元。合成生物為八大未來(lái)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(lái)

產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》,前瞻布局8大未來(lái)產(chǎn)業(yè)，

其中合成生物位列8大未來(lái)產(chǎn)業(yè)之首。產(chǎn)業(yè)鏈布局較為完善深圳合成生物產(chǎn)業(yè)鏈布局較為完善，

在基因測(cè)序、基因編輯等環(huán)節(jié)發(fā)展較

好，涌現(xiàn)一眾優(yōu)質(zhì)企業(yè)。人才優(yōu)勢(shì)明顯，創(chuàng)新氛圍濃厚人才供給：打造了一支以青年海歸為

主，形成了全球最大規(guī)模的合成生物

學(xué)領(lǐng)域研究團(tuán)隊(duì)；成果轉(zhuǎn)化：打造了源頭創(chuàng)新至成果轉(zhuǎn)

移轉(zhuǎn)化一體化創(chuàng)新平臺(tái)——深圳市工

程生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。1.4深圳市合成生物產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)總結(jié)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院中國(guó)產(chǎn)業(yè)咨詢領(lǐng)導(dǎo)者(股票：839599)資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2.1合成生物行業(yè)中長(zhǎng)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(cuò)位挑戰(zhàn)我國(guó)從頂層設(shè)計(jì)上明確了合成生物的重要戰(zhàn)略地位，并逐步加強(qiáng)了該領(lǐng)域的國(guó)家宏觀戰(zhàn)略謀劃，但合成生物領(lǐng)域的長(zhǎng)期、短期技術(shù)發(fā)展路線整體規(guī)劃，技術(shù)發(fā)展實(shí)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(xiàng)政策規(guī)劃并未出臺(tái)，如何實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新，從

工程平臺(tái)建設(shè)到產(chǎn)品開(kāi)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。基礎(chǔ)研究發(fā)展方式和發(fā)展路徑仍不明確產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品轉(zhuǎn)化技術(shù)發(fā)展路

線整體規(guī)劃生物倫理監(jiān)管體系2.1

合成生物中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃滯后：許多監(jiān)管領(lǐng)域處于空白地帶技術(shù)發(fā)展

實(shí)施路徑

仍處于空白地帶資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理工程平臺(tái)建設(shè)首先，選品要評(píng)估市場(chǎng)空間及需求剛性。選品是合成生物學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的第一個(gè)門(mén)檻，需要理性評(píng)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(cuò)誤的選品在進(jìn)入后期商業(yè)

化開(kāi)發(fā)階段后失敗帶來(lái)的代價(jià)較大。其次，選品要適合合成生物學(xué)方法生產(chǎn)。如果產(chǎn)品處于代謝流關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可能影響細(xì)胞正常生命活動(dòng)攝入

排出選品時(shí)需要考慮的因素大規(guī)模生產(chǎn)中的分離純化成本合成生物學(xué)方法所得產(chǎn)品性能與傳統(tǒng)方式是否有差異產(chǎn)品在微生物能量和生物質(zhì)intracellularextracellular大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)過(guò)量表達(dá)的產(chǎn)物可能會(huì)帶來(lái)細(xì)胞毒性細(xì)胞代謝流中預(yù)估整體成本

所處環(huán)節(jié)降低的范圍是否會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性或生

存壓力2.2.1選品難題：錯(cuò)誤的選品將帶來(lái)較大的代價(jià)選擇生物合成途徑中的終產(chǎn)物，可能降低后續(xù)步驟的難度評(píng)估所選產(chǎn)品利用合成生物學(xué)方式進(jìn)

行生產(chǎn)的難度前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

研(股票

9院599)倍生生物中國(guó)科學(xué)院前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理在利用合成生物學(xué)方式生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)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(jí)提升，導(dǎo)致項(xiàng)目整體耗時(shí)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(shí)，

選擇將部分步驟通過(guò)化學(xué)合成的方式實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建生物合成與化學(xué)合成的組合，則可能實(shí)現(xiàn)整體的成本

和效率的最優(yōu)，提升規(guī)模化生產(chǎn)成功率。Amyris規(guī)模化生產(chǎn)青蒿素生物合成與化學(xué)合成結(jié)合辦法ADH1,ALDH1

ADsHAmorphadiene青蒿酸(青蒿素前體)合成生物學(xué)方式生產(chǎn)H青蒿素2.2.2工藝放大難題：可能導(dǎo)致項(xiàng)目整體耗時(shí)及成本大幅提升H?C

OPPH?

C

OPPCH?CH?

DMAPPCYP71AV1,

H

ERG20CPR1,CYB5HHO0Artemisinicacid0H?C

SCoA

Acetyl-CoA生

物

合

成

十

化

學(xué)

合

成ERG12ERG8ERG19OHOPPFPP前中國(guó)

業(yè)

詢領(lǐng)業(yè)導(dǎo)者研(股票究：839院599)ERG10ERG13tHMG1(X3)源：Amy

ris

Science

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理MevalonateH?CIPPHO?COH三H2015年以來(lái)，我國(guó)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(guó)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(guó)家仍有較大差距；同時(shí)，雖然國(guó)內(nèi)研究機(jī)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(shí)踐較少，科企融合度較低，對(duì)產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)力量較弱，近幾年全球合成生物學(xué)主

要研究項(xiàng)目和成果都集中在歐美等國(guó)家。西班牙瓦倫西亞大學(xué)“通過(guò)國(guó)際合作促進(jìn)合成生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化”研究項(xiàng)目，約220萬(wàn)歐元Ron

milo等將大腸桿菌碳源從有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳1、Biotechrabbit

公司研發(fā)出無(wú)

細(xì)胞蛋白合成系統(tǒng)2、Tarryn

Miller等制造出“人

工葉綠體”1、David

Baker團(tuán)隊(duì)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(kuò)展到了蛋白質(zhì)

復(fù)合物，并可以預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互

作用的分子細(xì)節(jié)2、Wendell

Lim

團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(lái)

分辨目標(biāo)1、喬治亞研究院利用新開(kāi)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(tuán)

隊(duì)于《Cell》發(fā)表論文，實(shí)現(xiàn)了有史以

來(lái)最完整的活細(xì)胞計(jì)算機(jī)模擬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(jì)劃完成單酵母染色體組裝1、澳大利亞國(guó)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(xiàng)目，2000萬(wàn)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(xiàng)目，800

萬(wàn)歐元3、西班牙高等科學(xué)研究理事會(huì)“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(tái)”項(xiàng)目，740萬(wàn)歐元麻省理工設(shè)計(jì)出第一個(gè)完全依賴蛋白質(zhì)互作的合成生物學(xué)電

路美國(guó)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(shí)現(xiàn)2.3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(shí)踐較少2023

帝斯曼的開(kāi)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(lái)源：Regenesis

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1、ACS

Synthetic

Biology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2、Imec

計(jì)劃開(kāi)發(fā)納米芯片，推進(jìn)

合成生物行業(yè)發(fā)展麥考瑞大學(xué)建設(shè)“合成生物學(xué)卓越中心”項(xiàng)目，2.4億澳元前中瞻國(guó)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)咨詢領(lǐng)業(yè)導(dǎo)者研(股票究：839院599)20212022201820192020我國(guó)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(guó)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(duì)較小，

與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家形成的大型跨國(guó)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(tái)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(kāi)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。中國(guó)企業(yè)多為初創(chuàng)公司，規(guī)模相對(duì)較小，擁有的核心技術(shù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)較少，與歐美發(fā)

達(dá)國(guó)家形成的大型跨國(guó)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。2.4合成生物應(yīng)用研發(fā)主體錯(cuò)位：缺乏大型產(chǎn)業(yè)巨頭和優(yōu)質(zhì)初創(chuàng)企業(yè)Bota華恒生物HUAHENG

BIOTECH迪羸生物Dynasty

Gene海外企業(yè)LUMENB

I0S

CIE

N

CE中國(guó)企業(yè)CATHAYINDUSTRIAL

BIOTECH

ti

lb

MyersbousSqBri:0

o藍(lán)晶微生物

Bluepha前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

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9院599)ArcadiaAMBRXCargill資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理kBUFEFOUNDRY3.1合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點(diǎn)3.2基因測(cè)序技術(shù)趨勢(shì)與突破方向3.3基因編輯技術(shù)趨勢(shì)與突破方向3.4基因組裝技術(shù)趨勢(shì)與突破方向3.5基因合成技術(shù)趨勢(shì)與突破方向3.6酶的定向進(jìn)化技術(shù)趨勢(shì)與突破方向技術(shù)合成生物是典型的交叉學(xué)科。從技術(shù)過(guò)程來(lái)看，經(jīng)歷了上游底盤(pán)設(shè)計(jì)、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(yùn)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)。菌種構(gòu)建

底物產(chǎn)物基因1

基因2

基因3廢液提取酶

1酶2

酶3分離提取搖瓶

種子罐3.1.1合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點(diǎn)中間物1

中間物2中間物3

目標(biāo)產(chǎn)物大發(fā)酵罐資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

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9院599)平板菌體化學(xué)合成天然提取合成生物生產(chǎn)成本生產(chǎn)能力能耗污染碳排放化學(xué)合成油氣資源--精煉/合成—提取口高效率、技術(shù)成熟、較低成本口高溫、高壓、高排放、高污染、化石依賴天然提取種植/飼養(yǎng)—收割/宰殺—提取口流程短、能耗低、技術(shù)簡(jiǎn)單口得率低、污染重、成本高、原料依賴合成生物再生資源—培養(yǎng)/發(fā)酵—提取口較高效率、較低成本、常溫常壓、低排放口技術(shù)不成熟、研發(fā)周期長(zhǎng)、菌種易泄露以合成生物生產(chǎn)流程的特點(diǎn)，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(shì)。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。3.1.2合成生物工藝優(yōu)勢(shì)前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨

領(lǐng)

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9院599)資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理高中低高中

低基因測(cè)序技術(shù)落地場(chǎng)景比較個(gè)性化消費(fèi)疾病篩查生殖健康實(shí)時(shí)熒光定量PCR數(shù)字PCR二代測(cè)速三代測(cè)序FISH基因芯片基因測(cè)序不同技術(shù)互為補(bǔ)充，NGS

測(cè)序應(yīng)用更為廣泛。伴隨對(duì)基因測(cè)序理解的不斷深入，不同測(cè)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(cè)序在各個(gè)細(xì)分場(chǎng)景均有一席之

地，二代與三代測(cè)序的應(yīng)用場(chǎng)景盡管有所重合，但由于技術(shù)特點(diǎn)不同，也具備各自獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)少量樣本或少量基因組靶點(diǎn)(≤20個(gè))的小DNA區(qū)域進(jìn)行測(cè)序時(shí)，Sanger

測(cè)

序是很好的選擇使用場(chǎng)景廣泛，例如，生殖健康、疾病篩查、伴隨診斷與個(gè)性化消費(fèi)等目前多為實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景，例如，即時(shí)檢測(cè)傳染源、單細(xì)胞RNA測(cè)序與De

novo測(cè)序等3.2.

1基因測(cè)序技術(shù)：NGS

測(cè)序應(yīng)用更為廣泛準(zhǔn)確度高、通量較低通量大、測(cè)序速度快、經(jīng)濟(jì)性較高讀長(zhǎng)長(zhǎng)、成本較高應(yīng)用場(chǎng)景一代測(cè)序(Sanger測(cè)序)

測(cè)序

特點(diǎn)二代測(cè)序(高通量測(cè)序)三代測(cè)序(單分子測(cè)序)三代測(cè)序(單分子測(cè)序)前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

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9院599)rd

Nanopore

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理二代測(cè)序(高通量測(cè)序)一代測(cè)序

(Sanger測(cè)序)基因測(cè)序技術(shù)原理比較得益于測(cè)序技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和測(cè)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(dòng)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(cè)序的差異性，以及測(cè)序在體

內(nèi)不同位置/時(shí)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(cè)序領(lǐng)域的探索范疇。單細(xì)胞測(cè)序與傳統(tǒng)測(cè)序區(qū)別?Standardgenomesequencing時(shí)空組學(xué)，為測(cè)序增加時(shí)間/空間維度的影響因素考量：該技術(shù)在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄

組測(cè)序的基礎(chǔ)上，通過(guò)空間解析轉(zhuǎn)錄組學(xué)的方法，定位細(xì)胞及其組學(xué)信息在

組織中的空間位置，我們認(rèn)為有望成為補(bǔ)充醫(yī)學(xué)圖像和組織病理學(xué)數(shù)據(jù)的診

斷工具。2022年9月，華大生命科學(xué)研究院基于其時(shí)空組學(xué)Stereo-seq技術(shù)繪

制首個(gè)蝶螈腦再生時(shí)空?qǐng)D譜，為神經(jīng)系統(tǒng)再生醫(yī)學(xué)研究治療提供新方向。單細(xì)胞測(cè)序，單個(gè)細(xì)胞維度上的測(cè)序活動(dòng)，體現(xiàn)個(gè)體差異性因素：通過(guò)捕獲

和擴(kuò)增單個(gè)細(xì)胞里的多組學(xué)物質(zhì)(包括DNA、RNA和蛋白等)來(lái)進(jìn)行測(cè)序，從

而以更高的分辨率分析樣品中的異質(zhì)性信息。2022年7月，北京大學(xué)課題組利

用三代測(cè)序技術(shù)首次在單細(xì)胞水平上完成了Mb級(jí)連續(xù)性的人類基因組組裝。3.2.2基因測(cè)序技術(shù)：新興技術(shù)體系及應(yīng)用概念不斷涌現(xiàn)

料來(lái)源：GSK

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

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9院599)第三代基因編輯技術(shù)備受人們關(guān)注CRISPR-Cas

技術(shù)是基于原核生物(細(xì)菌和古生菌)一種免疫系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)

的，稱之為Clusteredregularlyinterspacedshortpalindro-micrepeats-CRISPR-associatedproteins(規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)及其相關(guān)蛋白),簡(jiǎn)稱CRISPR-Cas

系統(tǒng)。由于該技術(shù)合成簡(jiǎn)單、周期

短、操作靈活、效率高等優(yōu)點(diǎn)，目

前備受人們關(guān)注。CRISPR-Cas

技術(shù)TALENs

(轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物)是繼ZFNs

之后的另一種較為靈活和高效的靶向編輯技術(shù)，TALENs

在結(jié)構(gòu)上與ZFNs類似，是由特異性的DNA

結(jié)合蛋白-TALE蛋白和Fok

I核酸酶兩部分

組成。136aaTALEN:NH?-

-CO0HNLS

TAL序列識(shí)別模塊ZFNs

(鋅指核酸酶)技術(shù)是第一代基因組編輯技術(shù)，

其功能的實(shí)現(xiàn)是基于具有獨(dú)

特的DNA序列識(shí)別的鋅指蛋

白

(ZFP)

發(fā)展起來(lái)的。ZFNs

由特異性識(shí)別序列的鋅指蛋白(ZFP)和Fokl核酸

內(nèi)切酶組成。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ZFNs技術(shù)TGTIGGCTTGATGCTGTT

ACTGGAGAATTCACTGTAAGTTAACCTAGTTCGGGCCACAACCGAAACTACGACAATGACCAGTGACATTCAATTGGATCAAGCCCGGIYOJ—TALENs技

術(shù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院中國(guó)產(chǎn)業(yè)咨詢領(lǐng)導(dǎo)者(股票：839599)第二代基因編輯技術(shù)第一代基因編輯技術(shù)來(lái)源：中關(guān)村前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理ZFP結(jié)合結(jié)構(gòu)域開(kāi)始應(yīng)用時(shí)間DNA

結(jié)

合結(jié)構(gòu)域DNA修

飾

結(jié)構(gòu)域靶序列大小技術(shù)難度開(kāi)發(fā)周期成本靶向精確度靶向修飾

效率用于藥物的成熟度是否可對(duì)任

何基因位點(diǎn)

進(jìn)行編輯多靶點(diǎn)

編輯ZFNs1996年鋅指蛋白

(ZFP)Fokl(9-12

bp)*2是難TALENs2010年轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)

物

(TALEs)Fok

l(8-31

bp)*2是難基因編輯是一種新興的能夠較為精確的對(duì)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(shì)非常明顯，相較于ZFNs

和TALENs,CR

ISPR/Cas

的設(shè)計(jì)難

度和構(gòu)建難度都要小的多，成本更低，開(kāi)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(diǎn)編輯和可以編輯RNA

的優(yōu)勢(shì)，這是前兩種技術(shù)所不具備的。Cas9蛋白

20bp+NGG高

中

低3.3.2基因編輯技術(shù)：

CRISPR/Cas

技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

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9院599)2012年來(lái)源：中關(guān)村前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理否，受限于

PAM容易sgRNACRISPR/Cas9被認(rèn)為是CRISPR1.0,其開(kāi)創(chuàng)了基因編輯新時(shí)代，但局限性也非常明顯。目前已有一批CRISPR

2.0新技術(shù)問(wèn)世，能以比CRISPR

1.0更精確、更通用的方式編輯DNA。CRISPR

1.0基因編輯

療法獲批，為下一代基因編輯技術(shù)走上舞臺(tái)中央奠定了基礎(chǔ)。表觀基因組編輯先導(dǎo)編輯3'nPrimer-bindingsiteRTCas9pegRNA5'uGuidesequence◆單堿基編輯可以應(yīng)用到治療囊性纖維化突變，這些突變會(huì)損害肺部和消化系統(tǒng)，這是傳統(tǒng)的CRISPR/Cas9沒(méi)有辦法解決的問(wèn)題。CRISPR/Cas9技

術(shù)之所以無(wú)法解決做到是因?yàn)椤癈RISPR更善于摧毀而不是修復(fù)”?！衄F(xiàn)在，單堿基編輯的療法已經(jīng)進(jìn)入了早期臨床試驗(yàn)

中應(yīng)用，包括治療高膽固醇以及某些類型的白血病。◆不過(guò)，盡管這項(xiàng)技術(shù)非常精確，但卻有一些缺陷：它只能改變特定的DNA序列，無(wú)法將新的DNA片段插◆先導(dǎo)編輯能夠能夠?qū)崿F(xiàn)任意堿基替換、DNA

片段插

入和缺失。相較于單堿基編輯，它更為靈活，幾乎

可以靶向并修正基因組中的任何位點(diǎn)。◆自2019年以來(lái)，科學(xué)家通過(guò)改良酶的設(shè)計(jì)，讓先導(dǎo)

編輯變得更有效率。同時(shí)采取其他改進(jìn)措施，防止

細(xì)胞自然的DNA修復(fù)機(jī)制引發(fā)錯(cuò)誤?！襞c此同時(shí)，科研人員正在嘗試在技術(shù)方面開(kāi)拓新的

領(lǐng)域，他們?cè)噲D在基因組的特定位置插入越來(lái)越大

的DNA片段?！舫烁淖兓蜃陨淼男蛄?，CRISPR

系統(tǒng)還可以通過(guò)

修改“表觀基因組”來(lái)調(diào)控基因活性，這包括對(duì)DNA的化學(xué)修飾?！羯钊氲乩斫獗碛^基因組能夠幫助開(kāi)發(fā)更有效的治療

方法，甚至解決其他形式的CRISPR編輯無(wú)法處理的

疾病。3

.3

.3基因編輯技術(shù)：CRISPR

2.0新技術(shù)問(wèn)世

源：深究科學(xué)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理堿基編輯前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

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9院599)RTtemplate

with

edit入到基因組中。0E-PCR1989年

，Pease

等提出重疊延伸PCR技術(shù)(Overlap

extensionpolymerasechainreaction

,0E-PCR),這種方法可以用于組裝更長(zhǎng)片段的DNA。0E-PCR示意圖如左圖所

示，將末端具有重疊序列的DNA片段

通過(guò)變性、退火，然后互為引物，經(jīng)聚合酶延伸得到融合的DNA,

一般可以將2-6個(gè)DNA片段按比例混合作

為模板，以最外側(cè)兩端的寡核苷酸作為引物，進(jìn)行重疊延伸，同時(shí)要保證相鄰的兩個(gè)DNA片段之間有20-40bp的同源重疊區(qū)。由于0E-PCR方法操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。基因組裝技術(shù)相對(duì)成熟，低成本、自動(dòng)化、

一體化是未來(lái)發(fā)展方向。受到技術(shù)的限制，DNA

片段從頭合成的長(zhǎng)度有限，更長(zhǎng)基因或基因組有賴于通過(guò)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

(ligase

chain

reaction,LCR)和聚合酶組裝法3.4基因組裝技術(shù)：低成本、自動(dòng)化、一體化是發(fā)展方向

NA組裝技術(shù)》

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理(polymerasecycling

assemb

ly,PCA)。前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

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院599)Massiveamplificationofthe

target

fragment1960-2003年

2004-2007

2008年至今19832004固相亞磷酰胺三酯合成法TdT酶

介

導(dǎo)(DNAScript/Nuclera/MolecularAssemblies)TdT-dNTP

交聯(lián)體(Ansa

Biotechnologies)混合酶介導(dǎo)(Camena

Bioscience/KemSystems)Synthomics(≤1536)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)3.5.1

基因合成技術(shù)：生物合成時(shí)代已緩緩拉開(kāi)序幕

斗來(lái)源：中合基因前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理光化學(xué)

(LC

Sciences)電化學(xué)(CustomArray)噴墨打印(Twist

Bioscience)集成電路控制(Evonetix)基于分選的高通量并行合成(BGI)化學(xué)法合成◆主流成熟◆單步效率限制合成長(zhǎng)度約200nt◆合式過(guò)積中十旦估田右圭化學(xué)試劉DrOligo(≤768)Mermade(≤192)擎科/領(lǐng)坤/儀鉑(≤1536)生物法合成◆作用條件溫和◆避免使用有毒化學(xué)試劑技術(shù)成熟效率穩(wěn)定通量低成本高技術(shù)成型通量高

成本低效率不穩(wěn)定前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

研(股票

院599)1981亞磷酸酰胺法2008TdT

酶

合成法1955磷酸二酯法技術(shù)原理驗(yàn)證高效環(huán)保芯片合成法2022年7月

2023年3月

2023年8月◆由中合基因自主研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)

自動(dòng)化“Kb

級(jí)基因拼接儀”完成

測(cè)試，這標(biāo)志著該設(shè)備工作樣機(jī)

研制成功?！舸嗽O(shè)備采用創(chuàng)新的拼接工藝及全

球首創(chuàng)的開(kāi)源拼接服務(wù)模式，不

僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)底層裝

備在基因拼接與糾錯(cuò)階段的空白，

還彌補(bǔ)了國(guó)外自動(dòng)拼接設(shè)備在國(guó)

內(nèi)應(yīng)用模式的缺陷，助力我國(guó)合

成生物學(xué)領(lǐng)域健康發(fā)展。資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理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(lái)，DNA生物合成技術(shù)及裝備開(kāi)發(fā)屢有突破，第三代DNA合成技術(shù)-生物合成的時(shí)代已緩

緩拉開(kāi)序幕。2021年6月◆

DNA

Script推出世界首臺(tái)采用

酶促技術(shù)的臺(tái)式DNA

打印機(jī)SYNYAX平臺(tái)，并于2022年實(shí)

現(xiàn)初步商業(yè)化推廣?！?/p>

SYNTAX

平臺(tái)為各種規(guī)模的實(shí)

驗(yàn)室提供內(nèi)部DNA

打印-

無(wú)需

使用有毒有機(jī)化學(xué)品或第三方

DNA

服務(wù)提供商的延長(zhǎng)交付等

待時(shí)間?！?/p>

SYNTAX

平臺(tái)可提高工作流程

的效率和控制力，從而提高實(shí)

驗(yàn)室的生產(chǎn)力以加速創(chuàng)新?！?/p>

2023年3月，Ansa

基于Keasling團(tuán)隊(duì)在2018年發(fā)布的

酶

促DNA

合成技術(shù)，宣布成功

從頭合成1005個(gè)堿基的DNA序列?！?/p>

2023年3月，MolecularAssemblies也公布了新進(jìn)展，宣稱已將第一批酶法合成的寡

核苷酸運(yùn)送給頂尖的生物技術(shù)、

學(xué)術(shù)和合成生物學(xué)研究人員。3.5.2基因合成技術(shù)：生物合成時(shí)代已緩緩拉開(kāi)序幕◆2022年7月，中合基因完成國(guó)內(nèi)首臺(tái)DNA生物合成儀原理樣

機(jī)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)合成長(zhǎng)度50nt,

單步合成準(zhǔn)確率99%,并完成

數(shù)千萬(wàn)天使輪融資。前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

研(股票

9院599)酶的定向進(jìn)化，旨在試管中模擬自然進(jìn)化過(guò)程，通過(guò)提高基因突變率和設(shè)計(jì)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(guò)對(duì)蛋白編碼序列進(jìn)行隨機(jī)突變、定點(diǎn)突變或重組構(gòu)建基因突變體庫(kù)定向篩選、選擇以獲得具有改進(jìn)表型

的突變體蛋白質(zhì)定向進(jìn)化原理①I(mǎi)①D①I(mǎi)①①WDT①O①M(fèi)DN以該突變體作為下一輪基因多樣化的起點(diǎn)，進(jìn)行定向進(jìn)化的迭代，直到獲得性能最優(yōu)的突變體D①D①用研究進(jìn)展》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.6.1

酶的定向進(jìn)化技術(shù)：快速獲得擁有特定性能的酶前中國(guó)產(chǎn)瞻業(yè)咨產(chǎn)詢領(lǐng)

研(股票

9院599)I①①I(mǎi)①①W①T高效構(gòu)建多樣化的基因突變體庫(kù)是定向進(jìn)化的關(guān)鍵步驟之一。早期通過(guò)化學(xué)試劑(如甲磺酸乙酯、亞硝酸等)或射線對(duì)基因進(jìn)行無(wú)差別隨機(jī)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(duì)可控且有高突變率的體外突變法和體內(nèi)突變法?？梢援a(chǎn)生非隨機(jī)突變的定點(diǎn)飽和突變

(site-saturationmutagenesis,SSM)序列飽和突變

(sequencesaturation

mutagenesis,SeSaM)合成文庫(kù)

(synthetic

library

generation)等可以產(chǎn)生隨機(jī)突變的易錯(cuò)PCR(error-prone

PCR,epPCR)aDNA改組

(DNA

shuffling)近

年

來(lái)

，CRISPR-Cas介導(dǎo)的重組技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在原核與真核細(xì)胞中對(duì)目的基因進(jìn)行高效的片段插入、刪除和替換，大大提高了原核與真核細(xì)胞中重組

的效率注：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(kù)基于CRISPR的體內(nèi)突變方法nCas9Error-proneDNAPXO

立用研究進(jìn)展》

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理轉(zhuǎn)換gRNAlibrary基于CRISPR-Cas9同源重組的突變

基于nCas9和DNA聚合酶1的突變

基于nCas9和堿基編輯器的突變CnCas9Deaminase選擇迭代周期

體外突變法bestvariantCas9b創(chuàng)建序列覆蓋率高、多樣性強(qiáng)的突變體庫(kù)，能最大程度挖掘不同氨基酸序列與其對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)序列全面且深入的挖掘。因此，開(kāi)發(fā)更快速、靈敏、準(zhǔn)確的高通量篩選技術(shù)，是連續(xù)進(jìn)化旨在無(wú)人為干預(yù)的情況下完成基因突變、蛋白表達(dá)、表型選擇與篩選的迭代實(shí)驗(yàn)。連續(xù)定向

進(jìn)化通過(guò)縮短每輪的進(jìn)化時(shí)間來(lái)增加迭代次數(shù)，從而提高獲得目標(biāo)性狀突變體的概率。由D.Liu開(kāi)發(fā)

的噬菌體輔助的連續(xù)進(jìn)化系統(tǒng)(phage-assisted

continuous

evolution,PACE)是較經(jīng)典的案例。隨宿主細(xì)胞連續(xù)流入

噬菌體輔助連續(xù)進(jìn)化過(guò)程

持續(xù)流出平板篩選法展示法熒光篩選法質(zhì)譜法紅外檢測(cè)法特殊光譜檢測(cè)法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

用研究進(jìn)展》

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理需要標(biāo)記

的技術(shù)不需要標(biāo)

記的

技術(shù)MP:突變質(zhì)粒(Mutagensis

Plasmid)AP:

輔助質(zhì)粒(Accessory

Plasmid)

SP:

選擇質(zhì)粒(Selection

Plasmid)攜帶突變靶基因的感染性后代0C0非傳染性的后代提高定向進(jìn)化效率的關(guān)鍵所在。新型高通量篩選技術(shù)選擇噬菌體：編碼抗原基因庫(kù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院中國(guó)產(chǎn)業(yè)咨詢領(lǐng)導(dǎo)者(股票：839599)連續(xù)突變近年來(lái)隨著人工智能的高速發(fā)展，借助同源建模與機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性日益增加，不同的算法及軟件被開(kāi)發(fā)以用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算。包括Modeller、Rosetta、AIphaFold

2等在內(nèi)

的多種方法已被廣泛用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。其中，最廣為人知的計(jì)算方法為AIphaFold

2,這種算

法是通過(guò)生物信息學(xué)和物理方法結(jié)合的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。AIphaFold

2計(jì)算原理示意