當下熱門賽道——合成生物學

隨着科技的發展和人們對生物學的深入瞭解，合成生物學作爲一個新興領域吸引了越來越多的關注。合成生物學旨在通過利用工程學和生物學的方法，設計、構建和優化新的生物系統和功能，從而實現對人類社會的貢獻。在醫藥、化工、農業、生態等領域都具有極其廣闊應用前景。

發展與應用

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近 年來，生物科學的基礎研究和生物技術應用取得了進步。 合成生物學整合了系統生物學、工程學、計算機科學等學科，通過重新設計現有的自然系統或開發新的生物部件 和裝 置，實現 “生命的修改”乃至“生命的創造”。

目前，合成生物學是全球40個國家350多家公司的核心技術和基礎。2016年的全球淨市場價值超過39億美元。預計到2024年，合成生物學的淨市場預計將增加到189億美元。由此可見，合成生物學的潛在應用是非常廣泛的，可覆蓋醫療健康、化工、能源、材料、食品、美妝、農業等各細分領域。據統計，2019~2024年，年複合增長率最快的細分領域是食品飲料和農業。

亞太是全球合成生物學第三大市場，而中國合成生物學市場預計2025 年市場規模有望突破70億美元。據國家發展改革委發佈的《“十四五”生物經濟發展規劃》提出，有序推動合成生物學在生物、醫藥、農業、食品等領域的技術創新與應用，在前沿領域實施國家重大科技項目和重點研發計劃。

合成生物學產業層結構主要分爲三層：

應用層：開發產品或服務（新藥開發、生物材料、工業酶、食品飲料、精細化工品、生物基化工品、微生物藥等）。

軟件/硬件層：數據標準及相應的軟件與硬件（DNA元件設計軟件、雲端生物鑄造廠、高通量自動化實驗室設備等）。

工具層：工具基礎原料（DNA/RNA合成、DNA元件庫、工具酶、基因編輯服務、模式生物庫等）。

目前國內企業基本上都集中在工具層和應用層，合成生物學領域做應用層的企業包括凱賽生物、華恆生物、華熙生物、藍晶微生物等。深圳華大集團旗下的華大智造、華大基因分別做軟件/硬件層和工具層。此外，上海迪贏生物也是國內做工具層的佼佼者。

凱賽生物是全球獨家掌握從實驗室到工業化大生產的完整技術體系、併成功實施多個關鍵產品商業化的高科技企業。目前，凱賽生物擁有“以合成生物學手段，開發微生物代謝途徑和構建高效工程菌”、“微生物代謝調控和微生物高效轉化技術”、“生物轉化/發酵體系的分離純化技術”、“聚合工藝及其下游應用開發技術”四大核心技術。（來源：凱賽生物官網）

華恆生物的主要產品包括氨基酸、維生素和生物基材料單體等，可廣泛應用於中間體、動物營養、日化護理、植物營養和功能食品與營養等領域。值得一提的是，華恆生物已建立了“工業菌種—發酵與提取—產品應用”的技術研發鏈，在工業菌種創制、發酵過程智能控制、高效後提取、產品應用開發環節形成了完備的技術領先優勢。（來源：華恆生物官網）

圖2 合成生物學細胞工廠開發的工作流程。

深圳華大智造科技股份有限公司以儀器設備、試劑耗材等相關產品的研發、生產和銷售爲主要業務，已成爲當前全球唯二能夠自主研發並量產從Gb級至Tb級低中高不同通量的臨牀級基因測序儀企業之一。（來源：華大智造官網）

迪贏生物是一家處於迅速發展期的合成生物學創新型高科技公司，也是國內能商業化完成超高通量新一代DNA合成的企業。迪贏致力於新一代核酸合成，爲合成生物學、分子診斷原料和生物醫藥工具等領域提供有力支持。目前，迪贏生物已經成功開發出了3D噴墨打印超高通量原位DNA合成平臺，實現了國內該領域的零突破。（來源：迪贏生物官網）

機遇與前景

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1.低成本、高質量

利用合 成生物學技術，生產大宗化 工品，用更低的成本替代原來用化工法生產的產品。 從短期來看，選擇用更低成本、和更綠色方式來生產有潛力的化工品，更容易取得成功。 還需要注意的是選品問題，是否有生產成本優勢以及生產效率問題。 例如，巴斯夫公司開發的維生素 B2 的生物轉化過程比化學過程成本降低 50% ； 丁二酸的生物法制備路線生產成本比傳統石化路線降低 20% ； 華恆生物公司的厭氧發酵法生產 L- 丙氨酸工藝，產品生產成本和酶法相比可以大幅降低 50% 。 不僅提高 了生產的效率，同時降低了成本，使合成生物學的盈利成爲可能。

2.綠色環保、安全性高

根據研究數據表明，生物技術的應用可以降低工業過程能耗15-80%， 原料消耗35%-75%；減少空氣污染50%-90%，水污染33%-80%；降低生產成本9%-90%。據OECD預測，到2030年35%的化學品及相關產品將通過生物技術製造，工業生物技術每年將降低二氧化碳排放量10-25億噸。這對於當下追求“碳達峰碳中和”的目標，無疑是一種推動。

近日，陶氏化工廠爆炸的消息又聚焦了一些人的目光。無論是化學品運輸、化學反應、有毒物質的處理等都是伴隨着一定風險的。而合成生物學技術的出現與研究幫助解決了這一難題，通過合成生物學技術進行安全生產，相較於傳統的化工流程就可以規避爆炸、有毒物質泄漏等風險了。

存在的挑戰

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如同任何事物都具有雙面性，合成生物學的研究和應用同時也伴隨着 一定的挑戰與風險 ，如知識技術挑戰、物種多樣性受到威脅、生物武器濫用、實驗室泄漏和人爲突變等。 如果沒有合適的治理體系，這類研究活動可能會對人類、植物和動物以及自然生態系統造成危害。

1.知識技術挑戰

合成生物學技術將爲世界經濟和社會可持續發展提供新的動力，爲解決全球環境和人類健康等領域問題提供了全新的方案。目前，研究者們已取得了重大突破，但由於合成生物學的發展仍處於早期階段，人們在面對經過億萬年自然選擇下進化而成的複雜生命體系，對於新興領域的認知及接受程度還是非常有限。因此，合成生物學正面臨着一系列知識和技術創新的挑戰。技術方面，如何規模化量產也是一個值得考慮的問題。讓合成生物學的技術走出實驗室，進入工廠大規模生產是目前亟待攻克的難關。

2.安全風險

針對合成生物學領域的相關研究打破了傳統的自然進化歷程，挑戰了傳統的生物進化法則。同時也給不同國家的不同羣體帶來了差異化的生物安全挑戰。一些目前被列舉出來的風險包括但不侷限於：超級細菌/新型病毒的產生、實驗室泄露，故意建造生物武器以及生物研究中可能產生的意外後果等。

總結

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總而言之，雖然合成生物學還面臨着一系列的未知挑戰，但是對於目前資源枯竭，以及倡導綠色低碳的大環境來說，合成生物學的應用還是具有巨大潛力和廣闊前景，也是十分必要的。如何在應用創新技術的同時，合理規避規模化生產帶來的風險，還是很值得進一步考慮的。

參考文獻

[1] Paula Jouhten. Metabolic modelling in the development of cell factories by synthetic biology[J].CSBJ.2012

[2] Thomas Lee a, Jestin George. Future worldbuilding with synthetic biology: A case study in interdisciplinary scenario visualization [J]. Futures 147 (2023) 103118

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