伴隨生物學(xué)、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)、化學(xué)等學(xué)科的快速發(fā)展，合成生物在經(jīng)濟(jì)社會中加速應(yīng)用滲透，逐步用于加工或合成化學(xué)品、藥品、食品、生物能源等產(chǎn)品，為解決資源短缺、環(huán)境污染等問題提供了新的解決方案。根據(jù)不同類型企業(yè)在合成生物相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的不同作用，可以大致將產(chǎn)業(yè)鏈條分為技術(shù)層、平臺層、應(yīng)用層三個(gè)層級。
圖1 合成生物相關(guān)產(chǎn)業(yè)圖譜
一、技術(shù)層
技術(shù)層的主要技術(shù)是指基因合成、基因編輯、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)、細(xì)胞設(shè)計(jì)、高通量篩選等顛覆性使能技術(shù)，是支撐和推動(dòng)合成生物學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵。其中，基因組編輯技術(shù)、DNA合成以及基因測序是核心使能技術(shù)，此外，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)對合成生物學(xué)的推動(dòng)作用也日益顯現(xiàn)。
主要參與者是研發(fā)企業(yè)、高校院所等，負(fù)責(zé)開發(fā)合成生物學(xué)的底層技術(shù)并提供應(yīng)用支持，一般不僅僅是服務(wù)于合成生物學(xué)領(lǐng)域。這類企業(yè)在短期內(nèi)較難創(chuàng)造大規(guī)模營收，但對產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)作用強(qiáng)，一旦技術(shù)突破對行業(yè)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(dòng)化平臺、機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)科學(xué)、代碼庫等理論與技術(shù)在內(nèi)的集成化平臺，依賴于DBTL循環(huán)迭代，實(shí)現(xiàn)生物產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到開發(fā)以及最終產(chǎn)品落地的過程。
主要參與者是提供平臺能力及服務(wù)的相關(guān)企業(yè)、高校院所等。一般來說，平臺型企業(yè)會自主搭建多維度的合成生物學(xué)技術(shù)服務(wù)平臺，為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界提供改造菌種、設(shè)計(jì)和優(yōu)化底盤細(xì)胞、開發(fā)生物催化劑、優(yōu)化發(fā)酵生產(chǎn)等多種類型的服務(wù)。代表企業(yè)有Ginkgo Bioworks（美國）、Zymergen（美國）、恩和生物（杭州）、藍(lán)晶微生物（北京）等。根據(jù)生物產(chǎn)品的制造周期，主要有以下幾個(gè)平臺類型：
結(jié)合國際合成生物設(shè)施聯(lián)盟（Global Biofoundry Alliance,GBA）成員單位及設(shè)施平臺布局情況，本文重點(diǎn)梳理了全球8個(gè)代表性合成生物自動(dòng)化設(shè)施的建設(shè)及運(yùn)行情況（詳見文后）。
三、應(yīng)用層
合成生物學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，在醫(yī)藥健康上可以用于細(xì)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(nóng)業(yè)食品上可用于飼料、保健品等。應(yīng)用層的主要參與者是產(chǎn)品型企業(yè)，擁有規(guī)模化生產(chǎn)能力和市場化能力。相比傳統(tǒng)制造方法，采用合成生物技術(shù)方法可以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，降低對環(huán)境的污染，且擁有創(chuàng)造療效更好的藥品、性能優(yōu)越的化學(xué)品或材料等新產(chǎn)品的潛力。目前產(chǎn)品型企業(yè)正處于快速發(fā)展階段，各領(lǐng)域都有潛力十足的發(fā)展方向，本系列文章后續(xù)將對各領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展和發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行更深度的解析。
圖2 合成生物各應(yīng)用領(lǐng)域
四、總結(jié)
目前，業(yè)界對合成生物學(xué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)并無統(tǒng)一界定，但利用合成生物學(xué)促進(jìn)生物制造等產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為廣泛共識。結(jié)合對相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈條的初步梳理，提出以下四方面發(fā)展建議：
一是促進(jìn)技術(shù)層企業(yè)實(shí)現(xiàn)自主可控，持續(xù)迭代核心能力。精耕于頂層技術(shù)的企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)圍繞基因編輯與檢測、基因組合成、生物元器件設(shè)計(jì)與組裝、底盤細(xì)胞構(gòu)建等基礎(chǔ)能力構(gòu)建“護(hù)城河”，突破關(guān)鍵工具等的國外專利壁壘，通過自主掌控的核心技術(shù)夯實(shí)自身發(fā)展實(shí)力的同時(shí)帶動(dòng)國內(nèi)下游產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
二是補(bǔ)齊關(guān)鍵服務(wù)平臺能力短板，夯實(shí)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展支撐力。完善的行業(yè)共性技術(shù)服務(wù)平臺體系建設(shè)離不開政府的統(tǒng)籌規(guī)劃，建議各級政府加強(qiáng)對企業(yè)的引導(dǎo)和支持，著眼合成生物從原料到菌種再到產(chǎn)品的全鏈路平臺設(shè)計(jì)和優(yōu)化，重點(diǎn)針對人工智能輔助工業(yè)軟件工具包、生物信息數(shù)據(jù)庫、合成生物規(guī)模化制造系統(tǒng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)補(bǔ)齊短板，為合成生物最終規(guī)模化、商業(yè)化進(jìn)程提供支撐。
三是強(qiáng)化應(yīng)用場景牽引，優(yōu)化審慎監(jiān)管制度與路徑。合成生物在食品、醫(yī)藥方面的行業(yè)監(jiān)管應(yīng)加快完善和優(yōu)化。認(rèn)真總結(jié)和復(fù)制母乳寡糖等代表性產(chǎn)品獲批經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)向包容審慎監(jiān)管，促進(jìn)更多領(lǐng)域應(yīng)用的探索開發(fā)。同步基于行業(yè)協(xié)會、聯(lián)盟、地方政府等，合力推動(dòng)建設(shè)新產(chǎn)品示范應(yīng)用場景，助力打造形成閉環(huán)的商業(yè)生態(tài)，促進(jìn)合成生物制造產(chǎn)業(yè)真正落地形成生物經(jīng)濟(jì)新增量。
四是促進(jìn)各層級資源整合，閉環(huán)布局創(chuàng)新商業(yè)模式。建議資本端、企業(yè)端加速合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源整合，打破層級邊界，推動(dòng)平臺型公司自設(shè)管線實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，以市場需求為導(dǎo)向，合理選品開發(fā)落地，才能在市場持續(xù)站穩(wěn)一席之地。
附表：部分全球化合成生物自動(dòng)化設(shè)施介紹
注：資料來自國際合成生物設(shè)施聯(lián)盟（Global Biofoundry Alliance,GBA）公開信息。該聯(lián)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(shí)驗(yàn)室、英國帝國理工學(xué)院、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等來自全球8個(gè)國家的16所頂尖合成生物設(shè)施機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)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(yán)一凡，咨詢師，長期關(guān)注研究生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。
鄧潔， 咨詢工程師/中級經(jīng)濟(jì)師，在生物與醫(yī)藥領(lǐng)域擁有10余年政策研究及項(xiàng)目申報(bào)經(jīng)驗(yàn)。
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