生物制造被認(rèn)為具有引領(lǐng)“第四次工業(yè)革命”的潛力，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到萬億級(jí)別，是世界各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。近年來，世界主要經(jīng)濟(jì)體將發(fā)展生物制造視為未來生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵力量，從頂層設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)布局、多邊合作等方面加強(qiáng)部署，加快鍛造生物技術(shù)和生物制造的變革力量。本文將對(duì)近兩年來全球生物制造發(fā)展的新進(jìn)展、新趨勢(shì)進(jìn)行梳理，旨在為加快培育生物制造新質(zhì)生產(chǎn)力提供決策參考。
一、世界主要經(jīng)濟(jì)體加碼發(fā)力，搶占生物制造賽道制高點(diǎn)
（一）以戰(zhàn)略布局為統(tǒng)領(lǐng)，謀求塑造生物制造競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)
世界各主要經(jīng)濟(jì)體將生物制造置于國(guó)家戰(zhàn)略地位，加強(qiáng)布局與投入力度，紛紛強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，指引產(chǎn)業(yè)發(fā)展。美國(guó)繼2022年總統(tǒng)拜登簽署“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)、安全和有保障的美國(guó)生物經(jīng)濟(jì)”行政令，2023年發(fā)布“美國(guó)生物技術(shù)和生物制造的遠(yuǎn)大目標(biāo)和優(yōu)先事項(xiàng)”后，白宮于2024年2月更新《關(guān)鍵和新興技術(shù)清單》，明確列出生物制造和生物加工技術(shù)，以及多項(xiàng)生物制造的底層技術(shù)，如新型合成生物學(xué)等；9月戰(zhàn)略風(fēng)險(xiǎn)委員會(huì)（Council on Strategic Risks）發(fā)布《應(yīng)對(duì)未來生物威脅的生物制造計(jì)劃》，提出要響應(yīng)和滿足由威脅驅(qū)動(dòng)的緊急政府需求，就必須建立靈活、適應(yīng)性強(qiáng)并能以分布式方式快速大量生產(chǎn)的制造系統(tǒng)。英國(guó)科學(xué)、創(chuàng)新和研究部（DSIT）2023年12月宣布《工程生物學(xué)的國(guó)家愿景》，制定了10年戰(zhàn)略計(jì)劃，投入20億英鎊支持工程生物學(xué)，旨在利用生物學(xué)提供新的醫(yī)學(xué)療法、作物品種、環(huán)保燃料和化學(xué)品，鞏固其科技大國(guó)地位。韓國(guó)產(chǎn)業(yè)通商資源部2023年7月發(fā)布“生物經(jīng)濟(jì)2.0”推進(jìn)方向，強(qiáng)調(diào)將生物制造、生物材料、生物能源、數(shù)字技術(shù)作為推動(dòng)生物制藥行業(yè)的四個(gè)“輪子”。
（二）以資金支持為手段，夯實(shí)生物制造設(shè)施基礎(chǔ)能力保障
2024年2月29日，英國(guó)研究與創(chuàng)新署(UK Research and Innovation，UKRI)宣布提供1150萬英鎊支持21項(xiàng)生物材料與生物制造項(xiàng)目,旨在激發(fā)英國(guó)可持續(xù)生物制造的創(chuàng)新發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、商業(yè)化應(yīng)用。2024年7月2日，美國(guó)拜登政府宣布將為全國(guó)12個(gè)科技中心提供總計(jì)5.04億美元的補(bǔ)貼資金,旨在促進(jìn)生物制造、量子運(yùn)算、人工智能、鋰電池和電腦芯片等領(lǐng)域的研究和發(fā)展。同期美國(guó)國(guó)防部計(jì)劃未來5年內(nèi)投入10億美元建設(shè)國(guó)家生物工業(yè)制造基礎(chǔ)設(shè)施，首個(gè)資助獎(jiǎng)項(xiàng)“分布式生物工業(yè)制造計(jì)劃”旨在支持?jǐn)U大生物制造供應(yīng)鏈中原料等前體供應(yīng)。加拿大政府也積極投資建設(shè)生物制造設(shè)施，2024年7月9日宣布通過向生物科技公司STEMCELL Technologies投資2250萬加元，建設(shè)先進(jìn)的良好生產(chǎn)規(guī)范(GMP)生物制造設(shè)施，新設(shè)施將主要用于生產(chǎn)細(xì)胞治療、組織工程、免疫治療、基因治療和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的產(chǎn)品。
（三）以領(lǐng)域應(yīng)用為牽引，打造先進(jìn)的生物制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)
生物制造的各細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，生物醫(yī)藥是目前最成熟、市場(chǎng)規(guī)模最大的細(xì)分領(lǐng)域；生物化工規(guī)模較小，但發(fā)展速度快，具有較大的增長(zhǎng)空間；生物能源則是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型、應(yīng)對(duì)氣候變化的重要選擇。美國(guó)推動(dòng)生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)、生物工業(yè)制造、生物能源等重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域齊頭并進(jìn)，2023年工業(yè)生物經(jīng)濟(jì)（生物制造）為美國(guó)GDP貢獻(xiàn)了2104億美元（約合人民幣1.53萬億元）、創(chuàng)造64.39萬個(gè)就業(yè)崗位，已成為其經(jīng)濟(jì)發(fā)展和就業(yè)增長(zhǎng)的重要推動(dòng)力。歐盟著力圍繞生物基產(chǎn)品發(fā)力，通過規(guī)范公共采購(gòu)中生物基含量要求、明確生物基產(chǎn)品標(biāo)識(shí)等多種途徑，引導(dǎo)消費(fèi)者強(qiáng)化對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的信任，探索從需求端刺激生物技術(shù)和生物制造產(chǎn)品的市場(chǎng)發(fā)展。韓國(guó)依托龍頭企業(yè)帶動(dòng)，加速提升生物化工制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化能力，如，韓國(guó)曉星TNC（世界上最大的氨綸制造商）于2024年4月宣布將在越南投資10億美元建設(shè)基于合成生物技術(shù)的生物基BDO(1,4-丁二醇)工廠，規(guī)劃產(chǎn)能20萬噸/年。
（四）以多邊合作為延伸，加快構(gòu)建生物制造產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)盟
2023年6月，美國(guó)和英國(guó)共同宣布“大西洋宣言：21世紀(jì)美英經(jīng)濟(jì)伙伴關(guān)系框架”，表明兩國(guó)在合成生物學(xué)領(lǐng)域深化合作，通過改善生物制造和生物技術(shù)供應(yīng)鏈促進(jìn)兩國(guó)經(jīng)濟(jì)安全。2023年9月和12月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)分別與印度生物技術(shù)部、韓國(guó)科學(xué)技術(shù)信息通信部達(dá)成協(xié)議，促進(jìn)雙邊在生物技術(shù)和生物制造創(chuàng)新領(lǐng)域的啟動(dòng)科技研究合作。2024年6月，美國(guó)、歐盟、印度、日本和韓國(guó)成立生物制藥聯(lián)盟，旨在構(gòu)建可靠、可持續(xù)發(fā)展的生物制藥供應(yīng)鏈。
二、前沿技術(shù)成果不斷涌現(xiàn)，重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)展提速
（一）基因編輯等技術(shù)更加精準(zhǔn)有效，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用取得新成效
隨著2023年底美國(guó)FDA首次批準(zhǔn)基于CRISPR療法用于人類疾病治療，基因編輯技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用步入新時(shí)代。2024年以來，多項(xiàng)新基因編輯技術(shù)、RNA技術(shù)問世。2024年6月26日《Nature》的一篇論文介紹了使用“RNA橋”的新型基因組編輯技術(shù)，通過該“RNA橋”引導(dǎo)可編程重組酶，能夠在指定的基因組位點(diǎn)執(zhí)行插入、倒位或刪除DNA序列的操作，提供了比現(xiàn)有CRISPR-Cas9系統(tǒng)更為精準(zhǔn)有效的基因組重排方法，有望簡(jiǎn)化基因編輯過程。2024年7月4日《Science》報(bào)道，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)自私基因元素在噬菌體競(jìng)爭(zhēng)中起著至關(guān)重要的作用,“移動(dòng)內(nèi)含子”通過切斷競(jìng)爭(zhēng)病毒的基因組來阻止其繁殖，從而為宿主病毒提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2024年7月22日《Nature Biotechnology》報(bào)道，哈佛醫(yī)學(xué)院和麻省總醫(yī)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的基因編輯技術(shù)即點(diǎn)擊編輯技術(shù)(Click editing,CE)，克服了傳統(tǒng)CRISPR技術(shù)的局限性。2024年7月12日《Nature Biotechnology》報(bào)道,美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院George Church團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種RNA酶促合成新方法，為在CRISPR-Cas基因編輯療法中制造高質(zhì)量的向?qū)NA(gRNA)提供了可能性。
（二）新型合成生物學(xué)成為最活躍領(lǐng)域之一，賦能生物制造提質(zhì)增效
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，合成生物學(xué)可用于同時(shí)開發(fā)針對(duì)多種病毒株的通用流感疫苗開發(fā)，在藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和新藥創(chuàng)制過程中更加迅速、高效且更具有成本優(yōu)勢(shì)，為開發(fā)高度特異性的新型診斷測(cè)試和治療方法提供了更多可能性。2023年3月，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院設(shè)計(jì)出不會(huì)感染任何病毒也不會(huì)逃逸到自然環(huán)境中的細(xì)菌，可用于開發(fā)合成藥物和生物燃料。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，合成生物技術(shù)能夠通過工程微生物幫助作物實(shí)現(xiàn)最佳生長(zhǎng)，并且能夠減少甲烷的排放，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。2024年5月15日，Circe Bioscience公司宣布商業(yè)化的新型生物生產(chǎn)技術(shù)，利用合成生物學(xué)原理，將溫室氣體二氧化碳轉(zhuǎn)化為具有高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的脂肪產(chǎn)品，能夠顯著降低食品、航空燃料等多個(gè)行業(yè)的碳排放。在化工領(lǐng)域，合成生物技術(shù)能夠改變傳統(tǒng)的制造模式，減少對(duì)環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。2024年7月17日《Nature》報(bào)道,法國(guó)生物技術(shù)公司Carbios與法國(guó)圖盧茲大學(xué)研究者發(fā)現(xiàn)了通過將工程酶嵌入聚乳酸(PLA)塑料中來實(shí)現(xiàn)其自降解的方法，在工業(yè)生產(chǎn)中具有極高的實(shí)用性和便利性。
（三）生物技術(shù)與人工智能技術(shù)縱深融合，體系化賦能生物制造全流程
在產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)，基于AI技術(shù)可對(duì)生物分子進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和改造，加速新產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程，提高產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。2024年3月28日《Nature Nanotechnology》報(bào)道，美國(guó)馬里蘭大學(xué)的研究者開發(fā)了結(jié)合AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、分子模擬和自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新方法，用以加速生物降解塑料替代品的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化。在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，AI技術(shù)支持生物制造產(chǎn)業(yè)向生物系統(tǒng)精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、個(gè)性化定制等方向發(fā)展。2024年7月，合成生物學(xué)領(lǐng)域先驅(qū)公司Asimov宣布推出其第四代CHO Edge系統(tǒng)，集成了人工智能模型來預(yù)測(cè)信號(hào)肽裂解、RNA剪接和上游工藝優(yōu)化，持續(xù)打造用于編程活細(xì)胞的全棧基因線路設(shè)計(jì)平臺(tái)。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、分析生產(chǎn)趨勢(shì)、預(yù)測(cè)生產(chǎn)結(jié)果等手段，可以優(yōu)化生物制造生產(chǎn)流程、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)國(guó)防部2023年資助愛荷華州立大學(xué)牽頭，研發(fā)基于通用機(jī)器學(xué)習(xí)框架的產(chǎn)品質(zhì)量傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)模化生產(chǎn)生物反應(yīng)器的優(yōu)化和控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
三、總結(jié)與展望
生物制造作為提升經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的著力點(diǎn)，也是我國(guó)繼綠色制造、智能制造后，推進(jìn)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的又一重要抓手。為構(gòu)建從原料供應(yīng)、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品制造到市場(chǎng)應(yīng)用的生物制造完整產(chǎn)業(yè)鏈條，加速推動(dòng)我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)，提出建議如下：
加大生物制造工業(yè)設(shè)施的建設(shè)支持力度。支持生物制造細(xì)分行業(yè)龍頭企業(yè)、科研院所、高等學(xué)校、投資機(jī)構(gòu)等加強(qiáng)合作，在小試、中試的基礎(chǔ)上，逐步搭建滿足工業(yè)級(jí)需求的大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化生物制造設(shè)施。鼓勵(lì)加大在工業(yè)菌株設(shè)計(jì)、底盤細(xì)胞改造、生物反應(yīng)器研制等方面的資金及人才投入力度，夯實(shí)生物制造工業(yè)設(shè)施關(guān)鍵配套的支撐。
重視前沿新興技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用。加快發(fā)展自主可控的基因編輯技術(shù)、合成生物技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體遺傳信息的精確調(diào)控，為生物制造提供豐富的基因資源和定制化的生物元件。探索推進(jìn)生成式人工智能在生物技術(shù)和生物制造中的應(yīng)用，生成具有創(chuàng)新性和實(shí)用性的生物設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步提升新藥及生物材料的研發(fā)效率。
完善生物制造細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用落地的配套支持。建議率先圍繞生物基產(chǎn)品、生物能源等重點(diǎn)領(lǐng)域，加快完善相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和準(zhǔn)入體系，研究制定需求端的引導(dǎo)和激勵(lì)政策。支持有條件的地區(qū)率先開展“先行先試”，簡(jiǎn)化生物制造產(chǎn)品的監(jiān)管框架，加快市場(chǎng)準(zhǔn)入。
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作 者
蘭國(guó)威，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，長(zhǎng)期關(guān)注研究生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域
李彤彤，長(zhǎng)期關(guān)注研究生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域
