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中投網2025-01-08 08:16 來源：中投網
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合成生物學是一門融合了工程學思想與生命科學觀察分析方法的交叉學科，它通過重新設計與技術改造生物體或細胞，賦予其新的功能，并在此過程中構建一系列標準化的生物元件、組件與系統，以實現理想的生物制造能力。近年來，隨著技術的不斷迭代、應用場景的不斷增多以及政策的持續(xù)支持，合成生物學正迎來快速發(fā)展的黃金時期，展現出廣闊的市場前景。本文將詳細探討合成生物學的發(fā)展機遇、技術路徑、產業(yè)鏈布局以及規(guī)模前景預測。
一、合成生物學的發(fā)展機遇
（一）技術迭代與融合
合成生物學的底層技術，包括基因測序、基因合成和基因編輯，近年來取得了顯著的進步。例如，基因測序技術從第一代Sanger測序發(fā)展到第四代納米孔測序，不僅提高了測序速度和準確性，還顯著降低了成本�；蚓庉嫾夹g也經歷了從ZFNs、TALENs到CRISPR/Cas9的迭代，使得基因編輯變得更加高效和便捷。這些技術的快速發(fā)展為合成生物學的廣泛應用奠定了堅實的基礎。
大數據和AI技術的融合應用也為合成生物學帶來了新的發(fā)展機遇。通過大數據分析和機器學習，科學家可以更加精準地預測和優(yōu)化生物系統的行為，提高設計和構建生物元件的效率。例如，利用AI技術進行基因序列的優(yōu)化，可以顯著提高基因編輯的成功率和產物的產量。
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隨著全球對綠色低碳發(fā)展的要求日益提高，化石原料的瓶頸問題日益凸顯，合成生物學為解決這些問題提供了新的途徑。通過合成生物學技術，可以生產出更加環(huán)保和可持續(xù)的生物基材料、生物能源和生物化學品，替代傳統的化石燃料和化學產品。此外，合成生物學在糧食安全、醫(yī)療健康等領域也展現出巨大的應用潛力。
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各國政府高度重視合成生物學的發(fā)展，紛紛出臺相關政策支持其研究和產業(yè)化。例如，中國政府將合成生物學列為戰(zhàn)略性新興產業(yè)，密集出臺了一系列產業(yè)政策，推動其快速發(fā)展。政策的支持為合成生物學提供了良好的發(fā)展環(huán)境和市場機遇。
二、合成生物學的技術路徑與產業(yè)鏈布局
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合成生物學采取的核心策略是“設計-構建-測試-學習”（DBTL）循環(huán)。這一循環(huán)通過長期、反復的人工實驗試錯，有效地篩選和優(yōu)化所需的生物合成裝置和系統功能。具體來說，技術路徑可以分為以下幾個步驟：
1、設計：根據已知的生物學知識，規(guī)劃設計基因和代謝通路。這一過程中通常需要用到信息學技術來預測生物系統的行為。
2、構建：包括基因合成、基因編輯、基因組裝和遺傳轉化等過程，將設計好的基因導入到細胞中，構建出新的“細胞工廠”。
3、測試：確認構建出的“細胞工廠”能夠正常工作，測試“細胞工廠”生產的產品是否符合要求。這一步驟涉及發(fā)酵工程、分析測試技術、高通量篩選技術等平臺。
4、學習：利用信息學技術對測試數據進行分析學習，根據分析結果修正和優(yōu)化原有的設計，開始新的DBTL循環(huán)。
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合成生物學產業(yè)生態(tài)從上游的基礎技術開發(fā)到中游的技術平臺搭建，再到下游的應用開發(fā)和產品落地，形成了完整的產業(yè)鏈條。具體來說，可以分為以下三個部分：
1、上游：聚焦使能技術開發(fā)，涵蓋基因編輯、基因合成、基因測序、菌株改造、工具酶、模式動物庫、轉錄/蛋白/代謝多組學分析、生物元件設計與優(yōu)化、計算機輔助設計等。這些技術關注底層技術的創(chuàng)新，以實現顛覆和提效降本。代表企業(yè)包括華大智造、華大基因、貝瑞基因等。
2、中游：側重平臺搭建和路線跑通。作為對生物系統及生物體進行設計、改造的技術平臺，核心在于路徑開發(fā)，包括底盤細胞選擇及改造、培養(yǎng)條件優(yōu)化、純化方法開發(fā)等。其注重通用性，具有潛在CRO屬性。構建平臺包括細胞鑄造廠、酶工程平臺、無細胞平臺、生產工藝優(yōu)化等。代表企業(yè)有Ginkgo基因、博雅輯因、泓訊生物等。
3、下游：強調規(guī)模生產和商業(yè)化。涉及人類衣食住行等多方面的應用開發(fā)和產品落地，重點是大規(guī)模生產的成本、批間差及良品率把控，具有潛在CDMO屬性。中下游企業(yè)界限不清晰，很多生物技術公司進行中下游一體化布局。應用領域包括生物醫(yī)藥、化工能源、農業(yè)食品等。代表企業(yè)有上海醫(yī)藥、凱賽生物、華恒生物、信達生物制藥、藥明康德、華熙生物等。
三、合成生物學的市場規(guī)模前景預測
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近年來，全球合成生物產業(yè)市場規(guī)�？焖僭鲩L。據數據顯示，2022年全球合成生物產業(yè)市場規(guī)模為139.8億美元，2017-2023年復合增長率為27.1%。預計到2024年，全球市場規(guī)模將達到189億美元，2023-2027年年復合增長率為23.4%。其中，醫(yī)療健康將成為最大的細分市場，占比達26.6%，預計2028年市場規(guī)模將達到133億美元。
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中國合成生物學的發(fā)展勢頭強勁。在政策和技術的雙重驅動下，中國合成生物學從基礎研究到產業(yè)發(fā)展進入了快車道。2018-2022年年復合增長率為43.3%，遠超全球增速。預計到2024年，中國合成生物市場規(guī)模將達到105.16億元，展現出強勁發(fā)展勢頭和商業(yè)價值。
四、合成生物學的未來發(fā)展趨勢
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隨著基因測序、基因合成、基因編輯等底層技術的日趨成熟，以及AI、計算機、工程學等技術工具及跨學科的使用融合，合成生物學基礎研究成果將持續(xù)爆發(fā)。越來越多的優(yōu)秀研發(fā)成果有望相繼涌現，為合成生物產業(yè)發(fā)展奠定基礎。
（二）全鏈路發(fā)展模式興起
部分合成生物企業(yè)給出“全鏈路”的解決方案，覆蓋“基礎研究、產業(yè)轉化、市場轉化”的全鏈路發(fā)展模式。這種模式可能更適合合成生物產業(yè)的發(fā)展要求及特點，有望成為新的產業(yè)發(fā)展趨勢。在合成生物全鏈路發(fā)展的過程中，“中試”環(huán)節(jié)的重要性愈發(fā)凸顯，是合成生物跨越“死亡之谷”的關鍵環(huán)節(jié)。
（三）產業(yè)集聚與政策支持
隨著各區(qū)域政策的持續(xù)落地和有效支持，加上中國在生物制造、微生物發(fā)酵、供應鏈等方面的產業(yè)優(yōu)勢，全球性的合成生物產業(yè)集群有望在中國崛起。打造合成生物產業(yè)集群、產業(yè)集聚地、產業(yè)創(chuàng)新高地等成為各地政策和布局焦點。
（四）應用場景不斷拓展
合成生物學在生物醫(yī)藥、化工能源、農業(yè)食品等領域的應用場景不斷拓展。例如，在生物醫(yī)藥領域，合成生物學技術被廣泛應用于細胞與基因治療、微生態(tài)療法、體外檢測等方面；在化工能源領域，則涉及精細化工、生物基材料、工業(yè)酶以及生物能源等；在農業(yè)食品領域，則涵蓋食品飲料、食品添加劑、飼料添加劑等。未來，隨著技術的不斷進步和成本的進一步降低，合成生物學的應用場景將更加廣泛。
五、結論
中投顧問產業(yè)研究院認為，合成生物學作為一門以工程學思想為指導、多學科結合的新興領域，正以其獨特的技術優(yōu)勢和廣泛的應用前景，引領著新一輪的生物技術革命。從全球到中國，合成生物產業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，展現出巨大的市場潛力和廣闊的發(fā)展空間。未來，隨著技術的不斷進步和政策的持續(xù)支持，合成生物學將迎來更加廣闊的發(fā)展前景和更多的發(fā)展機遇。
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