各國紛紛出臺政策推動合成生物學(xué)發(fā)展 多應(yīng)用領(lǐng)域下行業(yè)進入高速發(fā)展期

1、合成生物學(xué)進入高速發(fā)展期，醫(yī)藥等多領(lǐng)域均有需求

合成生物學(xué)（syntheticbiology），又稱為工程生物學(xué)，該學(xué)科是結(jié)合了生命科學(xué)觀察分析方法和工程學(xué)設(shè)計思維的學(xué)科。在生物合成基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過工程方法設(shè)計新的生物系統(tǒng)，或者改造舊的生物代謝過程，甚至從頭合成有特定功能的生物系統(tǒng)，從而實現(xiàn)新的功能或者新物質(zhì)合成。

根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國?????合成生物學(xué)??行業(yè)發(fā)展趨勢分析與投資前景預(yù)測報告（2024-2031年）》顯示，合成生物學(xué)發(fā)展迅速，其發(fā)展經(jīng)歷大致可以分為4個階段：第一階段是合成生物學(xué)的創(chuàng)建時期（2000—2003年），這個時期產(chǎn)生了許多具備領(lǐng)域特征的研究手段和理論，特別是基因線路工程的建立及在代謝工程中的成功運用；第二階段是摸索完善時期（2004—2007年），這個時期的重要特征是雖然領(lǐng)域有擴大趨勢，但工程技術(shù)進步比較緩慢；第三階段是快速創(chuàng)新和應(yīng)用轉(zhuǎn)化時期（2008—2013年）這個時期涌現(xiàn)出了大量新技術(shù)和新工程手段，特別是人工合成基因組能力的提升，以及基因組編輯技術(shù)的突破等，從而使合成生物學(xué)的研究與應(yīng)用領(lǐng)域大為拓展；第四階段是飛速發(fā)展新時期（2014年至今），該時期研究成果全面提升，特別是酵母染色體的人工合成等領(lǐng)域取得突破性成果，為人類實現(xiàn)“能力提升”的宏偉目標(biāo)奠定了重要基礎(chǔ)。

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合成生物學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋醫(yī)藥、化工、能源、食品和農(nóng)業(yè)等重點領(lǐng)域。

合成生物學(xué)在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用主要涉及疾病診斷、疫苗、抗生素、藥物、基因治療、細胞工程等產(chǎn)品。美國合成生物學(xué)家JayKeasling設(shè)計構(gòu)建了能夠生產(chǎn)抗瘧藥物青蒿素的人工酵母細胞，堪稱合成生物技術(shù)的重大應(yīng)用典范。諾華公司開發(fā)的癌癥細胞療法Kymriah將工程活細胞用于醫(yī)學(xué)治療是第一個經(jīng)FDA獲批的細胞療法，全球首個脊髓性肌萎縮癥基因療法Zolgensma也獲美國FDA批準(zhǔn)上市。

在能源環(huán)境領(lǐng)域，利用微生物合成高能生物燃料或遺傳改造微生物使其能將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇、蛋白質(zhì)等。印度理工學(xué)院SanjayKumar團隊發(fā)現(xiàn)了生物燃料增長最快菌株拉長聚球藻UTEX2973，已知的聚囊藻屬PCC6803和長聚藻PCC7942等已成功用于生物燃料生產(chǎn)。以色列魏茨曼科學(xué)研究所RonMilo團隊創(chuàng)制出可固定二氧化碳的大腸桿菌，使其從異養(yǎng)生物變成自養(yǎng)生物。

在化工領(lǐng)域，系統(tǒng)設(shè)計和改造實現(xiàn)生物路線對化學(xué)路線的逐步替代包括化學(xué)品、材料、工業(yè)酶、工業(yè)流體和個人護理等產(chǎn)品的市場開發(fā)。Genomatica公司將生物基丁二醇的工藝商業(yè)化，開發(fā)聚酰胺中間體和長鏈化學(xué)品。麻省理工學(xué)院ChristopherVoigt團隊利用細菌孢子構(gòu)建的3D彈性生物材料能應(yīng)對極端應(yīng)力包括干燥、溶劑、滲透壓、pH值、紫外線。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和團隊在淀粉人工合成方面取得突破性進展，在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。

在食品領(lǐng)域，涉及人造肉、油、酒、蛋白質(zhì)、食品添加劑和天然功能成分等。PerfectDay和ClaraFoods公司通過合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)合成蛋白類產(chǎn)品，如牛奶、蛋清奶酪等。Calyxt公司的高油酸大豆油是第一款進入美國食品供應(yīng)市場的基因編輯大豆油。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域涉及農(nóng)作物及畜牧生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括成本控制、化肥農(nóng)藥減施、生物傳感器等。Agrivida公司開發(fā)的酵素植酸酶Grain可以提高飼料的消化率，減少動物體內(nèi)的營養(yǎng)抑制劑。GreenlightBiosciences公司致力于開發(fā)創(chuàng)造高性能的RNA農(nóng)作物，使其精確靶向免疫于特定害蟲，不會傷害有益昆蟲或在土壤、水中殘留。

資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

全球來看，當(dāng)前醫(yī)藥領(lǐng)域是合成生物最大的細分市場，市場規(guī)模接近56億美元，隨著合成生物學(xué)在各領(lǐng)域應(yīng)用更加廣闊以及技術(shù)改善，合成生物學(xué)行業(yè)市場規(guī)模有望快速擴容，預(yù)計到2027年全球范圍內(nèi)合成生物市場規(guī)模將達到387億美元，其中醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模將達到103億美元。

資料來源：CBinsights觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

2、合成生物學(xué)受到多方因素共同驅(qū)動，各國均對其高度重視

合成生物學(xué)發(fā)展環(huán)境如下：

1、技術(shù)環(huán)境

與傳統(tǒng)的化學(xué)合成相比，合成生物學(xué)技術(shù)優(yōu)勢顯著。合成生物學(xué)是當(dāng)今生物學(xué)領(lǐng)域的前沿研究方向，合成生物學(xué)技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)化學(xué)合成成為全球醫(yī)藥、食品、材料等領(lǐng)域“綠色合成”的重要途徑。

合成生物學(xué)技術(shù)工藝路徑與傳統(tǒng)化學(xué)合成工藝路徑的特點對比

資料來源：公開資料整理

近年來合成生物學(xué)公司所使用的研究工具和技術(shù)出現(xiàn)了很多突破，使得微生物細胞工廠構(gòu)建和測試的能力得到顯著提升，為提高菌種構(gòu)建效率以滿足市場快速變化和多樣的需求提供了重要的機遇。此外，自動化合成生物技術(shù)的出現(xiàn)，不但可以快速積累大批優(yōu)質(zhì)基因功能模塊，建立標(biāo)準(zhǔn)化的合成生命工藝流程，還可以獲得高質(zhì)量的海量實驗數(shù)據(jù)，從而采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式開發(fā)并優(yōu)化對合成生命進行系統(tǒng)設(shè)計和功能預(yù)測的計算模型。二代測序和基因組編輯的技術(shù)飛躍，特別是融合AI技術(shù)和自動化工具組使得成本大幅度下降，基因測序成本以超摩爾速度下降，使得從全基因組層次設(shè)計和構(gòu)建微生物細胞工廠成為可能。與此同時，更多針對合成生物行業(yè)的設(shè)備和工具被開發(fā)出來，促進了行業(yè)加速發(fā)展。

2、政策環(huán)境

生物制造是我國建設(shè)科技強國的重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)之一，從2010年國務(wù)院把生物制造列為生物產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容，我國《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《“十三五”生物技術(shù)創(chuàng)新專項規(guī)劃》都將合成生物技術(shù)列為“構(gòu)建具有國際競爭力的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系”所需的“發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)”之一，明確生物制造是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的主攻方向。

2022年5月，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，提出“緊緊圍繞生命科學(xué)和生物技術(shù)發(fā)展變革趨勢，聚焦面向人民群眾在醫(yī)療健康、食品消費、綠色低碳、生物安全等領(lǐng)域更高層次需求和大力發(fā)展生物經(jīng)濟的目標(biāo)，充分考慮生物技術(shù)賦能經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ)和條件，優(yōu)先發(fā)展四大重點領(lǐng)域?！鄙虾Ｊ小⒈本┦?、深圳市和天津市等多省市規(guī)劃多次提及合成生物學(xué)，希望促進當(dāng)?shù)睾铣缮飳W(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3、社會環(huán)境

2020 年9 月22 日，中國國家領(lǐng)導(dǎo)人在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和。

傳統(tǒng)石化產(chǎn)品通常由石油、天然氣等化石能源提純制造基本化工原料，并在此基礎(chǔ)上進行化學(xué)合成。代表性的產(chǎn)品包括塑料、合成纖維、合成橡膠等，其全生產(chǎn)過程帶來大量的碳排放。而生物基產(chǎn)品來源于玉米、秸稈等可再生的生物質(zhì)原料，通過生物轉(zhuǎn)化得到，可用于紡織材料、工程材料、生物燃料等，實現(xiàn)對石化基產(chǎn)品的替代。

生物制造是通過植物的光合作用和工業(yè)微生物的“細胞工廠”間接地把空氣中的 CO2 轉(zhuǎn)變成了生物基材料，用于人類的衣食住行用。“碳中和”將進一步催化和推動生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展。生物制造以可再生的物質(zhì)為原材料，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，可大幅減少二氧化碳排放。以華恒生物用合成生物學(xué)生產(chǎn)L-丙氨酸為例，該公司每生產(chǎn) 1 噸 L-丙氨酸理論上二氧化碳排放減少到 0.5 噸。以碳稅為代表的碳中和政策逐步落地，會進一步拉開生物制造對傳統(tǒng)工藝的成本優(yōu)勢，生物制造產(chǎn)業(yè)也將迎來更大的發(fā)展。

除了中國，各國政府都對合成生物高度重視，紛紛出臺政策鼓勵合成生物發(fā)展。

1、美國

美國早在 2006 年便成立合成生物學(xué)工程研究中心，自 2019 年開始連續(xù) 3 年發(fā)布 了《工程生物學(xué)：下一代生物經(jīng)濟的研究路線圖》、《微生物組工程：下一代生物經(jīng)濟 研究路線圖》和《工程生物學(xué)與材料科學(xué)：跨學(xué)科創(chuàng)新研究路線圖》等合成生物學(xué)相 關(guān)領(lǐng)域的研究路線圖；2021 年，出臺《2021 美國創(chuàng)新與競爭法案》，將合成生物學(xué)列 為關(guān)鍵技術(shù)重點布局領(lǐng)域之一。2022 年 9 月，啟動“國家生物技術(shù)和生物制造計 劃”，宣布提供 20 多億美元的資金加速生物技術(shù)創(chuàng)新；2023 年 3 月，公布《美國生物 技術(shù)和生物制造的明確目標(biāo)》，提出 5 年內(nèi)，基于生物質(zhì)或二氧化碳生產(chǎn)食品級蛋白 質(zhì)，3 周完成小分子或酶設(shè)計，30 天內(nèi)構(gòu)建和測量單細胞，3 個月將生物工藝擴大至 商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模；20 年內(nèi)，用生物基替代品取代 90%以上的塑料，生物制造滿足至少 30%的化學(xué)品需求，收集和處理 12 億噸生物質(zhì)原料，轉(zhuǎn)化 6000 萬噸二氧化碳為燃料和 產(chǎn)品等。

2、英國

英國政府 2012 年通過“合成生物促進增長計劃”，向 MRC 分子生物學(xué)實驗室等 6 個合成生物研究中心投入 7000 萬英鎊，進一步擴大合成生物的發(fā)展規(guī)模。英國政 府還通過英國科學(xué)院（British Academy）開展進一步投資，包括國防科技實驗室、英 國環(huán)境部未來農(nóng)業(yè)創(chuàng)新計劃、生命科學(xué)辦公室新型疫苗計劃等。此外，“合成生物促進 增長計劃”還在英國建立了一批合成生物基礎(chǔ)設(shè)施。重點合成生物基礎(chǔ)設(shè)施布里斯托 爾以及愛丁堡的生物經(jīng)濟都在蓬勃發(fā)展。2023 年 12 月，英國科學(xué)、創(chuàng)新和技術(shù)部發(fā) 布《國家工程生物學(xué)愿景》，提出將投入 20 億英鎊發(fā)展工程生物學(xué)，推動醫(yī)藥、食品 和環(huán)境保護領(lǐng)域的變革。

3、歐盟

歐盟 2019 年在《面向生物經(jīng)濟的歐洲化學(xué)工業(yè)路線圖》中設(shè)立目標(biāo)，2030 年將 生物基產(chǎn)品或可再生原料替代份額增加到 25%。2020 年 3 月 20 日,歐盟生物基產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(BIC)發(fā)布《戰(zhàn)略創(chuàng)新與研究議程(SIRA 2030)》報告草案,提出“2050 年循環(huán)生物社 會”的愿景，即“一個具有競爭力、創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的歐洲，引領(lǐng)向循環(huán)型生物經(jīng) 濟的轉(zhuǎn)變，使經(jīng)濟增長與資源枯竭和環(huán)境影響脫鉤”。為實現(xiàn)“2050 年愿景”中“在 循環(huán)生物經(jīng)濟中創(chuàng)造就業(yè)和增長”的驅(qū)動力，必須加快卓越的和可持續(xù)的生物基解決 方案的商業(yè)化。大規(guī)模實行這些解決方案將激發(fā)生物部門的創(chuàng)業(yè)精神，將發(fā)明者與投 資者聯(lián)系起來，并通過公共資金杠桿化私人資本投資。大規(guī)模的生物基產(chǎn)業(yè)將在農(nóng) 村、沿海和城市地區(qū)創(chuàng)造新的就業(yè)機會。

4、德國

德國 2010 年發(fā)布《國家研究戰(zhàn)略“生物經(jīng)濟 2030”》，提出要在自然材料循環(huán)的 基礎(chǔ)上建立可持續(xù)發(fā)展的生物經(jīng)濟；2013 年發(fā)布《國家生物經(jīng)濟政策戰(zhàn)略》，旨在支 持可持續(xù)的生物經(jīng)濟這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的目標(biāo)和措施；2020 年發(fā)布新《國家生物經(jīng)濟政策 戰(zhàn)略》，為開發(fā)德國生物經(jīng)濟的全部潛力提供條件，加強其作為生物經(jīng)濟領(lǐng)導(dǎo)者的作 用，同時，聯(lián)邦政府通過了至 2024 年投入 36 億歐元的生物經(jīng)濟行動計劃，以幫助可 持續(xù)資源取代日常產(chǎn)品中的化石原料。

5、法國

法國 2009 年發(fā)布《國家研究與創(chuàng)新戰(zhàn)略》，將新興學(xué)科“合成生物學(xué)”列為了 “優(yōu)先挑戰(zhàn)”；2010 年，成立合成生物學(xué)實驗室系統(tǒng)與合成生物學(xué)研究所，用以普及 和推動本國合成生物學(xué)發(fā)展；2011 年成立合成生物學(xué)工作組，指出法國可以在該領(lǐng)域 “爭取在全球排名第二或第三”。2013 年發(fā)布《國家研究戰(zhàn)略：法國-歐洲 2020》，推 進系統(tǒng)生物學(xué)博士教育與繼續(xù)教育，培養(yǎng)研究人員；建設(shè)系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物的多 學(xué)科中信，開展從物理、數(shù)學(xué)建模到生物試驗的全階段研發(fā)；建設(shè)醫(yī)學(xué)測序平臺，手 機生物數(shù)據(jù)，推進生物建模。2018 年發(fā)布《法國國家生物生產(chǎn)戰(zhàn)略》，向公眾推廣生 物經(jīng)濟極其產(chǎn)品；2021 年發(fā)布《法國健康創(chuàng)新 2030 戰(zhàn)略》，目標(biāo)是支持法國作為歐洲 第一的衛(wèi)生健康創(chuàng)新國家，該計劃將利用未來投資計劃等資金，投入 70 億歐元，通過 資助生物醫(yī)學(xué)研究，三大加速戰(zhàn)略等 7 個重點舉措來實現(xiàn)目標(biāo)。

6、加拿大

加拿大 2020 年發(fā)布《加拿大工程生物學(xué)白皮書》，在該白皮書中，加拿大本國的 專家們論述強調(diào)了合成生物學(xué)對于加拿大的重要性。

7、韓國

韓國 2022 年發(fā)布《第五次科技總體規(guī)劃/國家戰(zhàn)略技術(shù)培育計劃》，提出擴大合成 生物學(xué)、數(shù)字生物技術(shù)等先進生物技術(shù)的研究開發(fā)，在 12 項關(guān)鍵技術(shù)之外，將合成生 物學(xué)等列為未來有希望的技術(shù)領(lǐng)域，推出“國家生物合成生物學(xué)計劃”，預(yù)期未來 10 年內(nèi)促進 30%的制造業(yè)向生物產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

8、日本

自 1971 年以來，日本政府在制定科技政策與規(guī)劃時均生物技術(shù)將作為重點推進領(lǐng) 域。一系列政策與規(guī)劃的實施，促進了日本生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展；2001 年，日本 經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省啟動產(chǎn)業(yè)集群計劃，促進了一系列生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的快速發(fā)展。2002 年，日本出臺生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)立國的國家戰(zhàn)略，力爭將生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)成國家支柱產(chǎn) 業(yè)。日本《第二期科學(xué)技術(shù)基本計劃（2001-2005）》將生命科學(xué)確定為研發(fā)的重點領(lǐng) 域之一。日本《第三期科學(xué)技術(shù)基本計劃（2006-2010）》提出了“世界頂級研究基地 形成促進計劃”。2007 年，日本發(fā)布《創(chuàng)新 25 戰(zhàn)略》，實施并將建成多個生物技術(shù)世 界頂級國際研究基地。日本《第四期科學(xué)技術(shù)基本計劃（2011-2015）》重點突出將包 含轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)等在內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)域確定為研發(fā)方向。日本《第五期科學(xué)技術(shù)基本計 劃（2016-2020）》圍繞生物技術(shù)等能夠創(chuàng)造新價值的核心優(yōu)勢技術(shù)，設(shè)定了富有挑戰(zhàn) 性的中長期發(fā)展目標(biāo)并投入了巨額的資金，有效促進了生物技術(shù)基礎(chǔ)研究的發(fā)展。

2019 年，日本發(fā)布《集成創(chuàng)新戰(zhàn)略 2019》，并在附件中正式推出《生物戰(zhàn)略 2019》， 再次確認生物技術(shù)的戰(zhàn)略地位，強調(diào)“力爭通過發(fā)揮日本的工業(yè)制造優(yōu)勢并融合 IT 技 術(shù)，為開拓和擴大市場、解決社會問題及實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)等做貢獻”。2020 年， 在《生物戰(zhàn)略 2019》的基礎(chǔ)之上，日本政府還進一步制定了更為詳細的生物戰(zhàn)略基本 實施措施，即《生物戰(zhàn)略 2020》。在國家層面戰(zhàn)略的驅(qū)動下，如經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省、文部科 學(xué)省等日本各政府部門直接提及合成生物學(xué)的頻率大幅增加，投資和布局主要方向集 中在了：植物高附加值產(chǎn)物生產(chǎn)、藥物研發(fā)、基因治療等領(lǐng)域。近日，據(jù)日本《產(chǎn)經(jīng) 新聞》報道，日本政府為實現(xiàn) 2050 年碳中和的目標(biāo)，擬將“合成生物”技術(shù)投入實際 使用。

9、新加坡

2000 年新加坡就開始成為全球生物技術(shù)中心，當(dāng)時提出“國家生物醫(yī)學(xué)科學(xué)戰(zhàn) 略”，并在之后加大了投入。據(jù) MTI 稱，2006 年至 2015 年間，新加坡政府向生物醫(yī)學(xué) 科學(xué)領(lǐng)域投入了約 73 億新元（55 億美元）；2016 年，又根據(jù)一項五年研發(fā)支出計劃投 入了 40 億新元（約合 30 億美元）。新加坡國立研究基金會于 2018 年宣布資助一項國 家合成生物學(xué)研發(fā)計劃。

10、澳大利亞

2021 年，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）發(fā)布《國家合成生物學(xué)路 線圖》，旨在提升公眾對現(xiàn)有國家能力的認識，概述了戰(zhàn)略增長機遇，并提出了相關(guān)建 議。在過去 3 年中，澳大利亞持續(xù)支持合成生物學(xué)研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，共計投入了 4450 萬美元的研究資助，同時還建立了研究轉(zhuǎn)化和商業(yè)化支持計劃。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進架構(gòu)看，許多國家都成立了合成生物學(xué)相關(guān)協(xié)會，與合成生物學(xué) 的專家建立聯(lián)系，并成立利益集團，促進該領(lǐng)域的互動、合作、教育、技術(shù)轉(zhuǎn)讓或決策等。例如，德國合成生物學(xué)協(xié)會（GASB）、美國工程生物學(xué)研究聯(lián)盟（EBRC）、加拿 大合成生物學(xué)（SynBio Canada）、法國合成生物學(xué)協(xié)會（AFBS），新加坡合成生物學(xué)聯(lián) 合會（SINERGY）、歐洲合成生物學(xué)協(xié)會（EuSynBioS）、澳大利亞合成生物學(xué)（SBA）， 以及亞洲合成生物學(xué)協(xié)會（ASBA）、非洲合成生物學(xué)論壇（SynBio Africa）、Omic Engine（希臘合成生物學(xué)設(shè)施）等。（YM）