伴隨生物學、生物信息學、計算機、化學等學科的快速發(fā)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(huán)境污染等問題提供了新的解決方案。根據不同類型企業(yè)在合成生物相關產業(yè)中的不同作用，可以大致將產業(yè)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(yè)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(fā)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(fā)企業(yè)、高校院所等，負責開發(fā)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(yè)在短期內較難創(chuàng)造大規(guī)模營收，但對產業(yè)帶動作用強，一旦技術突破對行業(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(huán)迭代，實現生物產品從設計到開發(fā)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(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技術服務平臺，為學術界和產業(yè)界提供改造菌種、設計和優(yōu)化底盤細胞、開發(fā)生物催化劑、優(yōu)化發(fā)酵生產等多種類型的服務。代表企業(yè)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(yī)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(yè)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(yè)，擁有規(guī)模化生產能力和市場化能力。相比傳統(tǒng)制造方法，采用合成生物技術方法可以提高生產效率和經濟效益，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)越的化學品或材料等新產品的潛力。目前產品型企業(yè)正處于快速發(fā)展階段，各領域都有潛力十足的發(fā)展方向，本系列文章后續(xù)將對各領域的應用進展和發(fā)展態(tài)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(yè)界對合成生物學相關產業(yè)并無統(tǒng)一界定，但利用合成生物學促進生物制造等產業(yè)發(fā)展已成為廣泛共識。結合對相關產業(yè)鏈條的初步梳理，提出以下四方面發(fā)展建議：
一是促進技術層企業(yè)實現自主可控，持續(xù)迭代核心能力。精耕于頂層技術的企業(yè)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(fā)展實力的同時帶動國內下游產業(yè)快速發(fā)展。
二是補齊關鍵服務平臺能力短板，夯實產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展支撐力。完善的行業(yè)共性技術服務平臺體系建設離不開政府的統(tǒng)籌規(guī)劃，建議各級政府加強對企業(yè)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(yōu)化，重點針對人工智能輔助工業(yè)軟件工具包、生物信息數據庫、合成生物規(guī)?；圃煜到y(tǒng)等關鍵環(huán)節(jié)補齊短板，為合成生物最終規(guī)?；?、商業(yè)化進程提供支撐。
三是強化應用場景牽引，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)管應加快完善和優(yōu)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(yè)轉向包容審慎監(jiān)管，促進更多領域應用的探索開發(fā)。同步基于行業(yè)協(xié)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(huán)的商業(yè)生態(tài)，促進合成生物制造產業(yè)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(huán)布局創(chuàng)新商業(yè)模式。建議資本端、企業(yè)端加速合成生物學產業(yè)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(yè)鏈閉環(huán)，以市場需求為導向，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(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(yī)藥領域擁有10余年政策研究及項目申報經驗。
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