伴隨生物學、生物信息學、計算機、化學等學科的快速發展，合成生物在經濟社會中加速應用滲透，逐步用于加工或合成化學品、藥品、食品、生物能源等產品，為解決資源短缺、環境污染等問題提供了新的解決方案。根據不同類型企業在合成生物相關產業中的不同作用，可以大致將產業鏈條分為技術層、平臺層、應用層三個層級。
圖1 合成生物相關產業圖譜
一、技術層
技術層的主要技術是指基因合成、基因編輯、蛋白質設計、細胞設計、高通量篩選等顛覆性使能技術，是支撐和推動合成生物學發展的關鍵。其中，基因組編輯技術、DNA合成以及基因測序是核心使能技術，此外，計算機輔助技術對合成生物學的推動作用也日益顯現。
主要參與者是研發企業、高校院所等，負責開發合成生物學的底層技術并提供應用支持，一般不僅僅是服務于合成生物學領域。這類企業在短期內較難創造大規模營收，但對產業帶動作用強，一旦技術突破對行業可能帶來顛覆性影響。
二、平臺層
平臺層主要是指通過打造將軟件工程、生化工具、基因工程、自動化平臺、機器學習與數據科學、代碼庫等理論與技術在內的集成化平臺，依賴于DBTL循環迭代，實現生物產品從設計到開發以及最終產品落地的過程。
主要參與者是提供平臺能力及服務的相關企業、高校院所等。一般來說，平臺型企業會自主搭建多維度的合成生物學技術服務平臺，為學術界和產業界提供改造菌種、設計和優化底盤細胞、開發生物催化劑、優化發酵生產等多種類型的服務。代表企業有Ginkgo Bioworks（美國）、Zymergen（美國）、恩和生物（杭州）、藍晶微生物（北京）等。根據生物產品的制造周期，主要有以下幾個平臺類型：
結合國際合成生物設施聯盟（Global Biofoundry Alliance,GBA）成員單位及設施平臺布局情況，本文重點梳理了全球8個代表性合成生物自動化設施的建設及運行情況（詳見文后）。
三、應用層
合成生物學應用領域廣闊，在醫藥健康上可以用于細胞免疫療法、RNA藥物等，在生物能源上可用于制造燃料乙醇等，在化工材料上可用生物法合成PHA等各類材料，在農業食品上可用于飼料、保健品等。應用層的主要參與者是產品型企業，擁有規模化生產能力和市場化能力。相比傳統制造方法，采用合成生物技術方法可以提高生產效率和經濟效益，降低對環境的污染，且擁有創造療效更好的藥品、性能優越的化學品或材料等新產品的潛力。目前產品型企業正處于快速發展階段，各領域都有潛力十足的發展方向，本系列文章后續將對各領域的應用進展和發展態勢進行更深度的解析。
圖2 合成生物各應用領域
四、總結
目前，業界對合成生物學相關產業并無統一界定，但利用合成生物學促進生物制造等產業發展已成為廣泛共識。結合對相關產業鏈條的初步梳理，提出以下四方面發展建議：
一是促進技術層企業實現自主可控，持續迭代核心能力。精耕于頂層技術的企業應重點圍繞基因編輯與檢測、基因組合成、生物元器件設計與組裝、底盤細胞構建等基礎能力構建“護城河”，突破關鍵工具等的國外專利壁壘，通過自主掌控的核心技術夯實自身發展實力的同時帶動國內下游產業快速發展。
二是補齊關鍵服務平臺能力短板，夯實產業創新發展支撐力。完善的行業共性技術服務平臺體系建設離不開政府的統籌規劃，建議各級政府加強對企業的引導和支持，著眼合成生物從原料到菌種再到產品的全鏈路平臺設計和優化，重點針對人工智能輔助工業軟件工具包、生物信息數據庫、合成生物規模化制造系統等關鍵環節補齊短板，為合成生物最終規模化、商業化進程提供支撐。
三是強化應用場景牽引，優化審慎監管制度與路徑。合成生物在食品、醫藥方面的行業監管應加快完善和優化。認真總結和復制母乳寡糖等代表性產品獲批經驗，推動行業轉向包容審慎監管，促進更多領域應用的探索開發。同步基于行業協會、聯盟、地方政府等，合力推動建設新產品示范應用場景，助力打造形成閉環的商業生態，促進合成生物制造產業真正落地形成生物經濟新增量。
四是促進各層級資源整合，閉環布局創新商業模式。建議資本端、企業端加速合成生物學產業鏈上下游資源整合，打破層級邊界，推動平臺型公司自設管線實現全產業鏈閉環，以市場需求為導向，合理選品開發落地，才能在市場持續站穩一席之地。
附表：部分全球化合成生物自動化設施介紹
注：資料來自國際合成生物設施聯盟（Global Biofoundry Alliance,GBA）公開信息。該聯盟于2019年5月9日在日本成立，由美國勞倫斯伯克利國家實驗室、英國帝國理工學院、中國科學院深圳先進技術研究院等來自全球8個國家的16所頂尖合成生物設施機構聯合發起。截止2024年2月，共有35所成員單位，其中中國有5所。
作 者
嚴一凡，咨詢師，長期關注研究生物經濟領域。
鄧潔， 咨詢工程師/中級經濟師，在生物與醫藥領域擁有10余年政策研究及項目申報經驗。
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