伴隨生(sheng)物(wu)(wu)學、生(sheng)物(wu)(wu)信息學、計算機、化學等學科的(de)快速發(fa)展，合成生(sheng)物(wu)(wu)在(zai)經濟社會(hui)中加(jia)速應(ying)用(yong)滲透，逐步用(yong)于(yu)加(jia)工或合成化學品(pin)(pin)、藥(yao)品(pin)(pin)、食(shi)品(pin)(pin)、生(sheng)物(wu)(wu)能(neng)源等產品(pin)(pin)，為解決(jue)資源短缺、環境污染等問題提(ti)供了新(xin)的(de)解決(jue)方案。根據不(bu)同類型企業(ye)在(zai)合成生(sheng)物(wu)(wu)相關產業(ye)中的(de)不(bu)同作用(yong)，可(ke)以大致將產業(ye)鏈條分為技(ji)術(shu)層、平臺層、應(ying)用(yong)層三個層級。
圖1 合(he)成生物(wu)相關產業圖譜
一、技術層
技術(shu)層(ceng)的(de)主要技術(shu)是指(zhi)基(ji)(ji)因合(he)成(cheng)(cheng)、基(ji)(ji)因編(bian)輯、蛋白質設(she)計(ji)、細胞(bao)設(she)計(ji)、高通(tong)量篩選等顛覆(fu)性(xing)使(shi)能技術(shu)，是支撐和(he)推(tui)動(dong)合(he)成(cheng)(cheng)生物學發展的(de)關鍵。其中，基(ji)(ji)因組(zu)編(bian)輯技術(shu)、DNA合(he)成(cheng)(cheng)以及(ji)基(ji)(ji)因測序(xu)是核心(xin)使(shi)能技術(shu)，此(ci)外，計(ji)算(suan)機輔助技術(shu)對合(he)成(cheng)(cheng)生物學的(de)推(tui)動(dong)作(zuo)用也日(ri)益顯現。
主要參與(yu)者是研發(fa)企業、高校(xiao)院所等，負責(ze)開發(fa)合(he)成(cheng)生(sheng)物學的底(di)層(ceng)技術并提(ti)供(gong)應(ying)用(yong)(yong)支持，一(yi)(yi)般不僅僅是服(fu)務(wu)于合(he)成(cheng)生(sheng)物學領域。這類企業在短(duan)期內較難創造大規模(mo)營收，但對產業帶動作用(yong)(yong)強(qiang)，一(yi)(yi)旦技術突破(po)對行業可能帶來(lai)顛覆性影響(xiang)。
二、平臺層
平(ping)(ping)臺層主要(yao)是(shi)指通過打造將軟件工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)、生化工(gong)(gong)具、基(ji)因工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)、自動化平(ping)(ping)臺、機器學(xue)習與(yu)數據科學(xue)、代碼庫等(deng)理論與(yu)技術在(zai)內的(de)集成化平(ping)(ping)臺，依賴于(yu)DBTL循環迭代，實現生物產品從設(she)計(ji)到開(kai)發以及最終產品落地的(de)過程(cheng)(cheng)。
主(zhu)(zhu)要(yao)參與者是提供(gong)平(ping)臺能力及服(fu)(fu)務的(de)相(xiang)關企(qi)業(ye)(ye)、高校院所等(deng)。一般來(lai)說，平(ping)臺型(xing)企(qi)業(ye)(ye)會自(zi)主(zhu)(zhu)搭建多(duo)(duo)維度的(de)合成生物學技術服(fu)(fu)務平(ping)臺，為(wei)學術界和產(chan)業(ye)(ye)界提供(gong)改造菌種(zhong)、設計和優(you)化底盤細胞、開發(fa)生物催化劑、優(you)化發(fa)酵生產(chan)等(deng)多(duo)(duo)種(zhong)類型(xing)的(de)服(fu)(fu)務。代表企(qi)業(ye)(ye)有Ginkgo Bioworks（美國）、Zymergen（美國）、恩和生物（杭州）、藍晶微生物（北京）等(deng)。根(gen)據生物產(chan)品的(de)制造周期，主(zhu)(zhu)要(yao)有以下幾個平(ping)臺類型(xing)：
結合國際合成(cheng)生(sheng)物設(she)施(shi)聯盟（Global Biofoundry Alliance,GBA）成(cheng)員單位(wei)及設(she)施(shi)平臺布局情況，本文重(zhong)點梳理了全球8個代表性(xing)合成(cheng)生(sheng)物自動化設(she)施(shi)的建設(she)及運(yun)行情況（詳見文后）。
三、應用層
合(he)成生(sheng)物學(xue)應(ying)用(yong)領域(yu)廣闊，在(zai)(zai)醫藥健(jian)康上可(ke)以用(yong)于(yu)細(xi)胞免疫療法、RNA藥物等(deng)，在(zai)(zai)生(sheng)物能源上可(ke)用(yong)于(yu)制造(zao)燃料(liao)乙醇等(deng)，在(zai)(zai)化(hua)工(gong)材料(liao)上可(ke)用(yong)生(sheng)物法合(he)成PHA等(deng)各(ge)類材料(liao)，在(zai)(zai)農業食(shi)品(pin)(pin)(pin)上可(ke)用(yong)于(yu)飼(si)料(liao)、保健(jian)品(pin)(pin)(pin)等(deng)。應(ying)用(yong)層的(de)(de)主要參與者是產品(pin)(pin)(pin)型企(qi)業，擁(yong)有(you)規模化(hua)生(sheng)產能力(li)和市場化(hua)能力(li)。相比傳統制造(zao)方(fang)法，采用(yong)合(he)成生(sheng)物技(ji)術(shu)方(fang)法可(ke)以提高(gao)生(sheng)產效率和經(jing)濟效益，降低對(dui)(dui)環(huan)境的(de)(de)污(wu)染，且擁(yong)有(you)創造(zao)療效更好的(de)(de)藥品(pin)(pin)(pin)、性(xing)能優越的(de)(de)化(hua)學(xue)品(pin)(pin)(pin)或材料(liao)等(deng)新產品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)潛力(li)。目前產品(pin)(pin)(pin)型企(qi)業正處(chu)于(yu)快速發展(zhan)階段，各(ge)領域(yu)都(dou)有(you)潛力(li)十足的(de)(de)發展(zhan)方(fang)向，本系列文章后(hou)續將對(dui)(dui)各(ge)領域(yu)的(de)(de)應(ying)用(yong)進(jin)展(zhan)和發展(zhan)態勢進(jin)行更深度的(de)(de)解析。
圖2 合成(cheng)生(sheng)物各應用(yong)領域(yu)
四、總結
目前(qian)，業界對合成(cheng)生(sheng)物(wu)(wu)學相(xiang)(xiang)關(guan)產業并(bing)無統一界定(ding)，但(dan)利(li)用合成(cheng)生(sheng)物(wu)(wu)學促進生(sheng)物(wu)(wu)制造等產業發(fa)(fa)展(zhan)已成(cheng)為廣泛共識。結合對相(xiang)(xiang)關(guan)產業鏈條的初步梳(shu)理，提出以下四方面發(fa)(fa)展(zhan)建(jian)議：
一是促進技術(shu)層企業實現自主可控，持續(xu)迭代核心(xin)能力。精耕于(yu)頂層技術(shu)的(de)企業應重點圍繞(rao)基因編輯與檢測、基因組合成、生物元器件設(she)計與組裝、底盤細胞構(gou)建等(deng)基礎(chu)能力構(gou)建“護城河”，突破關鍵工具(ju)等(deng)的(de)國外(wai)專利壁(bi)壘，通(tong)過自主掌控的(de)核心(xin)技術(shu)夯(hang)實自身發(fa)展實力的(de)同時(shi)帶(dai)動國內下游(you)產業快速發(fa)展。
二是(shi)補齊關(guan)鍵服(fu)務(wu)平臺能力(li)短板，夯實(shi)產(chan)業(ye)(ye)創新發展(zhan)支撐力(li)。完善(shan)的(de)行業(ye)(ye)共性技(ji)術服(fu)務(wu)平臺體(ti)系建設離不開政(zheng)府的(de)統(tong)籌規劃，建議各(ge)級政(zheng)府加(jia)強對企業(ye)(ye)的(de)引(yin)導和支持，著眼合成(cheng)生物從原料到(dao)菌(jun)種再(zai)到(dao)產(chan)品的(de)全鏈(lian)路平臺設計(ji)和優化(hua)(hua)(hua)，重點針對人工智能輔助工業(ye)(ye)軟(ruan)件工具包、生物信息數據庫(ku)、合成(cheng)生物規模(mo)化(hua)(hua)(hua)制造系統(tong)等(deng)關(guan)鍵環(huan)節補齊短板，為合成(cheng)生物最終(zhong)規模(mo)化(hua)(hua)(hua)、商(shang)業(ye)(ye)化(hua)(hua)(hua)進程(cheng)提供支撐。
三是強化(hua)應(ying)用場景牽引，優(you)化(hua)審(shen)慎監(jian)(jian)管制(zhi)度與路(lu)徑。合成(cheng)生(sheng)物(wu)在食(shi)品(pin)、醫藥方(fang)面的(de)行業監(jian)(jian)管應(ying)加快完(wan)善和(he)優(you)化(hua)。認真(zhen)總結和(he)復制(zhi)母乳寡糖(tang)等代(dai)表(biao)性產(chan)(chan)品(pin)獲批經(jing)驗，推動行業轉向包容審(shen)慎監(jian)(jian)管，促(cu)進更(geng)多領(ling)域應(ying)用的(de)探索開發。同步基(ji)于(yu)行業協會、聯盟、地(di)方(fang)政府等，合力(li)推動建設新(xin)產(chan)(chan)品(pin)示范(fan)應(ying)用場景，助力(li)打造形(xing)成(cheng)閉環的(de)商業生(sheng)態(tai)，促(cu)進合成(cheng)生(sheng)物(wu)制(zhi)造產(chan)(chan)業真(zhen)正(zheng)落地(di)形(xing)成(cheng)生(sheng)物(wu)經(jing)濟新(xin)增量。
四是(shi)促進各(ge)層(ceng)級資(zi)源整合(he)，閉(bi)環(huan)布(bu)局(ju)創新商業模式。建議資(zi)本端(duan)、企業端(duan)加速(su)合(he)成生物學(xue)產(chan)業鏈上下(xia)游(you)資(zi)源整合(he)，打破層(ceng)級邊界(jie)，推動(dong)平臺型公(gong)司自設(she)管線(xian)實現全產(chan)業鏈閉(bi)環(huan)，以(yi)市(shi)場需求為導向，合(he)理選(xuan)品開(kai)發落(luo)地，才能(neng)在(zai)市(shi)場持續站穩一席之地。
附表：部分全球化(hua)(hua)合(he)成生物自動化(hua)(hua)設施介紹
注：資料(liao)來自國(guo)際(ji)合成(cheng)(cheng)生(sheng)物(wu)設施聯(lian)盟（Global Biofoundry Alliance,GBA）公開信(xin)息。該(gai)聯(lian)盟于2019年5月(yue)9日(ri)在(zai)日(ri)本成(cheng)(cheng)立(li)，由美(mei)國(guo)勞倫斯伯克利國(guo)家實(shi)驗室、英國(guo)帝國(guo)理工學院(yuan)、中國(guo)科學院(yuan)深(shen)圳(zhen)先(xian)進技術(shu)研究院(yuan)等來自全球(qiu)8個國(guo)家的16所頂尖合成(cheng)(cheng)生(sheng)物(wu)設施機構聯(lian)合發起。截止2024年2月(yue)，共有35所成(cheng)(cheng)員(yuan)單位(wei)，其中中國(guo)有5所。
作 者
嚴一凡，咨詢師，長期關注研究(jiu)生物經濟領域(yu)。
鄧潔， 咨詢(xun)工(gong)程師/中級經(jing)(jing)濟師，在生物與醫藥(yao)領域擁有10余年政策研究及項(xiang)目申報經(jing)(jing)驗。
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