合成生物為農業(yè)帶來顛覆變革，生物育種、替代蛋白、農藥獸藥全面開花

在DNA重組技術飛速發(fā)展的20世紀70年代，“合成生物學”這一名詞首次被提出，但直到2000年才被Eric Kool重新定義為基于系統(tǒng)生物學的遺傳工程，標志著這一學科的正式出現(xiàn)。然而，關于合成生物學的具體定義，業(yè)界至今都未達成統(tǒng)一意見。曾有業(yè)內人士表示，合成生物學就是不斷開發(fā)新的軟件技術，而后創(chuàng)造新的硬件。

在中國科學院深圳先進技術研究院副院長、深圳合成生物學創(chuàng)新研究院院長劉陳立看來，“對生命體重新設計、構建和合成，進而構建一個具有全新功能的生物體”就是所謂的合成生物學。

合成生物學，作為前沿的生物技術領域，如何從學術研究階段過渡到實際應用，又如何將實驗室的成果轉化為生產(chǎn)線的生產(chǎn)力，都是當前探討的熱點問題。通過與和晨生物聯(lián)合創(chuàng)始人CTO周偉正和遇見味來創(chuàng)始人劉洋的深度對話，我們提煉出了合成生物學領域的五大預測動向，以期洞察行業(yè)的發(fā)展脈絡及趨勢：

一、強化基礎研究、優(yōu)化工具方法，筑牢合成生物學基石與發(fā)展壁壘；

二、聚焦底盤細胞改造與應用技術，推動合成生物學的自主研發(fā)與商業(yè)化進程；

三、應對產(chǎn)品選品、規(guī)?；a(chǎn)等難點，需解決生物系統(tǒng)復雜性，優(yōu)化成本控制與監(jiān)管等挑戰(zhàn)；

四、行業(yè)將朝可持續(xù)方向發(fā)展，助力環(huán)境治理、醫(yī)療保健與精準農業(yè)等領域；

五、技術、市場、法規(guī)等多因素交織，共同塑造合成生物學未來的競爭格局。

各國加快合成生物布局，搶占新興戰(zhàn)略高地

盡管現(xiàn)有的合成生物學定義較為簡潔，卻不難發(fā)現(xiàn)，它是一個跨多學科、多領域、多應用的高成長性領域，包含細胞工程、基因組工程、代謝工程、線路工程、元件工程等多項技術。

作為生物制造產(chǎn)業(yè)的核心之一，合成生物學被多國認為是21世紀顛覆性的前沿技術，是世界必爭的戰(zhàn)略高地。自2010年以來，從基礎研究、科研支持、技術交易、市場監(jiān)管到生物安全和治理體系建設，各國都逐步加快了戰(zhàn)略布局和政策支持。目前，合成生物學市場主要由北美主導，其次是歐洲和亞太地區(qū)。

然而，合成生物學領域不僅受到了歐美國家的重視，我國也一直在努力推動該領域的發(fā)展，現(xiàn)已進行了全鏈條的應用布局，并持續(xù)出臺了多項政策來支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2022年，發(fā)改委提出的《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》是我國首部生物經(jīng)濟五年規(guī)劃，它明確提出要“發(fā)展合成生物學技術，探索研發(fā)人造蛋白等新型食品，實現(xiàn)食品工業(yè)化迭代升級，降低傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)帶來的環(huán)境資源壓力”。

在政策和市場的雙重推動下，過去五年，合成生物在全球范圍內迎來了爆發(fā)式的增長。據(jù)CB Insights市場數(shù)據(jù)顯示，2021年全球合成生物學市場行業(yè)規(guī)模達736.93億美元，較2020年增長767.5%，且根據(jù)Morder Intelligence預測，至2028年，合成生物學在全球的市場規(guī)模將達1288.9億美元，復合年增長率為12.88%。

綜合來看，合成生物技術能夠廣泛應用于醫(yī)藥、化工、生物材料、生物能源、農業(yè)和食品領域。今次，從更聚焦的農業(yè)、食品行業(yè)角度出發(fā)，35斗認為，合成生物學將是未來農業(yè)食品的強大助推器，在雙碳戰(zhàn)略的加持下，將有效助益于夯實糧食安全。

因此，農食生物合成是一種創(chuàng)新技術，不僅能夠提高糧食生產(chǎn)效率，還可以在開辟“綠色新模式”的同時，更好地服務于農食行業(yè)的生物經(jīng)濟發(fā)展。

若干創(chuàng)新企業(yè)百花齊放，涉及功能食品原料、細胞培養(yǎng)多個領域

現(xiàn)階段，我國合成生物學的發(fā)展還處于早期階段。據(jù)睿獸平臺統(tǒng)計，我國現(xiàn)有合成生物學關聯(lián)企業(yè)僅為925家，其中工具層企業(yè)441家，平臺層企業(yè)54家，產(chǎn)品應用層企業(yè)430家，占比分別為47.68%、5.84%和46.48%。

盡管我國現(xiàn)有合成生物企業(yè)存量并不算太多，但從整體發(fā)展路徑來看，2021年之后，我國合成生物學企業(yè)數(shù)量正快速增長，創(chuàng)新企業(yè)不斷涌出。在本文中，35斗盤點了部分產(chǎn)品層企業(yè)，并與兩家代表性企業(yè)進行了對話，共同探討了合成生物現(xiàn)有行業(yè)痛點、未來的發(fā)展趨勢和應用場景走向。

和晨生物聯(lián)合創(chuàng)始人CTO周偉正：合成生物還處于做大蛋糕的階段，商業(yè)邏輯是發(fā)展核心

和晨生物正式成立于2022年，兼具合成生物底盤細胞研發(fā)能力和活性原料遞送技術研發(fā)能力，是由謝希賢教授領銜的合成生物底盤細胞設計研究平臺和周偉正博士領銜的前沿遞送技術研究平臺，完整構建了和晨生物獨有的“雙引擎”核心技術創(chuàng)新體系。

目前，和晨生物的主要產(chǎn)品可分為兩大類，一是高附加值的活性原料，聚焦大健康產(chǎn)業(yè)，化妝品、健康食品和醫(yī)療美容等行業(yè)；二是生物基材料，可替代或部分替代化石來源的大宗原料。在周偉正看來，從合成生物學理論上來講，它可以構建具有生命活性的生物體；從物質生產(chǎn)方式的角度來看，合成生物學是利用相關基因編輯技術改造細胞底盤，從而讓微生物表達生產(chǎn)出人們期望的一些物質或原料。

合成生物技術在過去幾年備受關注，已成為科技領域的熱門話題?，F(xiàn)在，通過高通量篩選、計算模擬、AI人工智能等技術加持，從業(yè)者可以更高效地、精準地編輯基因，這也意味著合成生物學的發(fā)展已經(jīng)進入了一個新階段。

“從整體來看，我國在合成生物學基礎研究及工具層方面與美國還具有一定的差距，在底盤細胞設計開發(fā)方面稍微好一些，在產(chǎn)品應用層發(fā)展還是比較快的?！?/strong>周偉正表示。其次，生物合成原料的產(chǎn)率低、成本高也是現(xiàn)有的行業(yè)痛點之一，從底盤細胞的設計方面提升效率、降低副產(chǎn)物的表達依然是研究重點。最后，生物合成天然活性成分是目前合成生物學的一個熱點，但天然活性物的結構通常較為復雜，挑戰(zhàn)非常大。因此，如果能通過合成生物技術替代或部分替代植物提取，不僅具有巨大的經(jīng)濟價值，而且極具社會意義。

“針對大宗化工原料、高附加值活性原料和生物醫(yī)藥原料等領域，合成生物學將在未來5-10年內發(fā)揮非常重要的作用?？傮w而言，合成生物學的發(fā)展前景非常廣闊，未來它將幫助我們解決生產(chǎn)生活方方面面的問題，為社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻?！?/strong>

周偉正告訴35斗，合成生物學的發(fā)展離不開前端的基礎研究和工具方法的進步，這些合成生物學的基礎設施，主要由高校院所等研究機構來解決。

同時，中間的底盤細胞設計研究是合成生物技術創(chuàng)造價值的關鍵，如何通過精準、高效、經(jīng)濟、可控的方式進行底盤細胞改造是合成生物學公司必備的核心競爭力之一。

此外，后端，也就是生物合成產(chǎn)品的應用端，配套應用技術的創(chuàng)新也非常重要。無論是在生物醫(yī)藥、化妝品、健康食品，還是化工、能源等行業(yè)，只有幫助解決了這些行業(yè)的痛點問題或者帶來了差異化的價值，合成生物學才能真正落地并實現(xiàn)商業(yè)價值。

最終，商業(yè)邏輯是合成生物學發(fā)展的核心，只有更好地賦能下游行業(yè)創(chuàng)新升級，為下游客戶創(chuàng)造差異化價值，合成生物學才能真正實現(xiàn)可持續(xù)的良性發(fā)展。

“現(xiàn)階段，我國合成生物學還處于大家一起把蛋糕做大的階段，我們還有很長的路要走。但是，只要我們保持創(chuàng)新和探索的精神，我們就有機會在這個領域取得更多的突破和成果?！?/strong>和晨生物CTO周偉正如是說。

合成生物學作為一種“新的生產(chǎn)方式”，能夠通過替代或部分替代農業(yè)種植、畜牧養(yǎng)殖等傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，以及化石來源等不可持續(xù)的生產(chǎn)方式，有效解決資源短缺、環(huán)境破壞等可持續(xù)發(fā)展問題。“未來，也許有一天，一個城市有一個超大型細胞工廠就夠了，它能滿足該城市的所有需求，從化學品、生活品到食物飲料等都可以通過合成生物學來生產(chǎn)，這是我的一個美好愿望?！?/strong>周偉正說道。

遇見味來創(chuàng)始人劉洋：選品、規(guī)模化、低成本是合成生物企業(yè)面臨的關鍵挑戰(zhàn)

遇見味來成立于2022年，是一家以人和動物干細胞大規(guī)模擴散和分化為基礎的技術平臺型公司，致力于利用領先的干細胞大規(guī)模培養(yǎng)、生物組織工程技術生產(chǎn)多種農畜產(chǎn)品，解決傳統(tǒng)畜牧業(yè)不可持續(xù)發(fā)展的問題。

目前，遇見味來的核心管線是重組人源全長三螺旋膠原蛋白，其中應用到了干細胞程序化擴增和分化技術、細胞懸浮放大培養(yǎng)技術、蛋白質分離純化技術、低成本培養(yǎng)基制備技術等。

“我們認為，合成生物學主要是基于現(xiàn)有的生物系統(tǒng)，對其進行深入的加工和改造，使其能夠生產(chǎn)出我們所需的目的產(chǎn)物?！?/strong>劉洋表示，在實踐過程中，公司也面臨著幾個核心問題。比如，生物體的重新創(chuàng)造涉及到倫理風險。“當我們使用哺乳動物細胞作為底盤細胞進行生產(chǎn)時，如果涉及到人類細胞，那么改造這些細胞將面臨更為嚴格的倫理要求?！?/strong>

目前，遇見味來在倫理方面給予了高度重視，并積極與醫(yī)院的倫理審查部門溝通，共同尋找解決方案，希望在追求科技進步的同時，也能充分保障倫理道德的底線。

劉洋告訴35斗，合成生物學在發(fā)展的過程中確實面臨著一些挑戰(zhàn)。

首先，選品是企業(yè)需要解決的首要問題。在選擇產(chǎn)品時，企業(yè)需要考慮市場空間、需求剛性、成本、效率和技術難度等多個因素，以避免選錯方向或遭遇不可預見的風險。

其次，在規(guī)?；a(chǎn)方面也存在一定的難度。實驗室中的制備與工業(yè)化生產(chǎn)之間存在較大差異，例如，需要解決菌株或種子細胞的穩(wěn)定性、培養(yǎng)過程的優(yōu)化以及產(chǎn)品的提純等問題。

第三，生物系統(tǒng)具有高度復雜性，這會導致企業(yè)在利用合成生物學技術預測自然生態(tài)系統(tǒng)時遇見更多的困難，因此無法標準化和模塊化阻礙了行業(yè)上中下游企業(yè)的線性擴展。

第四，成本控制是合成生物學企業(yè)共同面臨的問題。如何將合成生物技術生產(chǎn)的產(chǎn)品成本降低到與傳統(tǒng)渠道相當?shù)乃?，是企業(yè)需要解決的難題。只有解決這個痛點，合成生物學才能真正實現(xiàn)商業(yè)化和廣泛應用。

第五，監(jiān)管也是不容忽視的一個環(huán)節(jié)。特別是在食品領域應用合成生物學技術時，國家層面的監(jiān)管力度較大，需要企業(yè)與政策制定者、監(jiān)管機構進行頻繁的互動與溝通，以確保行業(yè)的健康發(fā)展。

最后，除了需要政府的支持和理解，公眾認知也是關鍵。要讓公眾逐漸接受和理解合成生物學產(chǎn)品，包括可能涉及的倫理等問題。因此，加大公眾教育力度至關重要，這有助于推動合成生物學的長遠發(fā)展。

盡管合成生物學賽道面臨著諸多挑戰(zhàn)，但其應用前景卻異常廣闊。通過不斷的技術創(chuàng)新和應用拓展，我們有理由相信合成生物學將在未來為人類社會帶來巨大的變革和進步。

在正式成立遇見味來之前，劉洋深耕于再生醫(yī)學賽道，潛心研究了合成生物學在健康與醫(yī)學領域的應用。“合成生物學技術具有眾多的應用場景，精準醫(yī)學是其中一個經(jīng)典領域，它可以根據(jù)個人的基因構成量身定制醫(yī)療方法，實現(xiàn)個性化治療。”劉洋說道。

此外，基因治療也是一個先進的應用方向，通過定向改造細胞或生物體的遺傳物質，用于治療遺傳性疾病。這些應用都是基于研究者對生物的深入認知而開發(fā)的，是當前非常熱門的概念。

合成生物學在環(huán)境問題解決方面也有廣泛的應用。例如，生物修復技術利用工程微生物清潔環(huán)境污染物，碳中和背景下進行的碳捕獲項目，以及用于制造可持續(xù)和可降解生物材料等。在農業(yè)領域，合成生物則可以應用于作物改良、提高產(chǎn)量、抗性和營養(yǎng)含量，以及精準農業(yè)等。

除了醫(yī)學、環(huán)境和農業(yè)領域，工業(yè)生物技術也是合成生物的重要方向之一，旨在利用生物系統(tǒng)生產(chǎn)化學品、材料、燃料和食品，以解決傳統(tǒng)畜牧業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)過程中導致的環(huán)境問題。

此外，合成生物還有其他一些應用領域，如能源生產(chǎn)中的生物質發(fā)酵、高效生物燃料的制造、用DNA方法進行數(shù)據(jù)存儲等研究，都是合成生物學在不同領域中的經(jīng)典應用。

劉洋表示，在合成生物學領域，技術創(chuàng)新是推動整個領域發(fā)展的核心動力。隨著基因編輯、大數(shù)據(jù)、人工智能輔助算法等技術的不斷涌現(xiàn)，合成生物學系統(tǒng)的設計和優(yōu)化將得到極大的加速。“對于合成生物學公司而言，緊跟并引領技術創(chuàng)新的能力，將在未來的競爭中發(fā)揮關鍵作用。因此，技術創(chuàng)新是影響未來競爭格局的重要因素之一?！?/strong>

第二，市場需求的變化也是影響合成生物學競爭格局的重要因素。隨著社會對可持續(xù)環(huán)保解決方案的需求不斷增加，合成生物學在能源、農業(yè)、醫(yī)藥等領域的應用將不斷擴大。行業(yè)從業(yè)者需要具備敏銳的市場洞察力，以滿足不斷變化的消費者需求。只有能夠快速響應市場變化的公司，才能在未來的競爭中占據(jù)有利地位。

第三，法規(guī)環(huán)境的變化也會對公司的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。合成生物學涉及生物安全和倫理問題，法規(guī)環(huán)境的變化可能對公司的合規(guī)性和運營產(chǎn)生重大影響。因此，公司需要關注法律環(huán)境的變化，并采取相應的合規(guī)措施，合規(guī)性和道德標準的高度重視將成為企業(yè)未來競爭的關鍵因素之一。

第四，構建強大的生態(tài)系統(tǒng)對于合成生物學公司也至關重要。這就需要從業(yè)者與上下游合作伙伴建立廣泛的產(chǎn)業(yè)聯(lián)系，這有助于公司將技術轉化為實際應用，進一步擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。對于初創(chuàng)的合成生物學公司而言，與有經(jīng)驗的合作伙伴進行合作，共同構建強大的生態(tài)系統(tǒng)，將有助于提高公司在市場中的競爭力。

第五，密切關注競爭對手的動向和競爭態(tài)勢也是非常重要的。公司需要了解不同技術路徑的優(yōu)劣和產(chǎn)品的差異化，避免重復性研發(fā)，從而提升產(chǎn)品的稀缺性和不可替代性。只有通過深入了解競爭對手和競爭態(tài)勢，公司才能在市場中占據(jù)有利地位，并保持競爭優(yōu)勢。

總的來說，技術創(chuàng)新、市場需求、法規(guī)環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)建設和競爭對手動態(tài)這些因素，均影響著合成生物學未來的競爭格局。但與此同時，合成生物學未來的發(fā)展趨勢也同樣值得我們關注。對于企業(yè)來說，明晰行業(yè)未來發(fā)展趨勢有助于制定更加有效的戰(zhàn)略規(guī)劃，提前布局市場，抓住市場機遇，提升競爭力。對此，劉洋認為，合成生物學未來的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：

首先，合成生物學將朝著更可持續(xù)的方向發(fā)展。通過重新設計生物體系，合成生物學能夠替代傳統(tǒng)產(chǎn)品來源，為環(huán)境可持續(xù)性、資源枯竭和氣候變化等全球挑戰(zhàn)提供解決方案。例如，細胞培養(yǎng)領域的創(chuàng)新就是為了解決傳統(tǒng)畜牧業(yè)不可持續(xù)的問題，降低排放、減少抗生素使用，并保障食品安全。

其次，合成生物學將推動醫(yī)療保健領域的革命。隨著個性化醫(yī)學的推動和基因療法等創(chuàng)新療法的出現(xiàn)，合成生物學將徹底改變現(xiàn)有的醫(yī)療體系。通過診斷、藥物開發(fā)和針對患者的干預措施，合成生物學將為人們的生活帶來巨大變化，治療傳統(tǒng)藥物領域無法治愈的疾病。

再次，合成生物學在精準農業(yè)、清潔能源生產(chǎn)、生物計算和數(shù)據(jù)存儲等領域也將發(fā)揮重要作用。通過改造細胞和推進細胞療法，合成生物學可以治療一些傳統(tǒng)藥物無法治愈的疾病。

最后，環(huán)境的修復也是合成生物學的重要應用領域之一。

綜上所述，隨著技術的不斷進步和社會對可持續(xù)發(fā)展的需求增加，合成生物學將在各個領域發(fā)揮越來越重要的作用。從醫(yī)療保健到環(huán)境修復，從能源生產(chǎn)到農業(yè)生產(chǎn)，合成生物學都將為解決全球挑戰(zhàn)提供更具有創(chuàng)新性的解決方案。

寫在最后

作為分子生物學、基因組學、信息技術和工程學的交叉學科，合成生物正逐漸在各個領域嶄露頭角。若聚焦于農業(yè)食品行業(yè)，就能發(fā)現(xiàn)，合成生物技術在植物育種、合成飼料、新型肥料、農藥獸藥、環(huán)境修復、新型添加劑和功能性食品等諸多賽道已得到規(guī)模性應用。

據(jù)35斗此前發(fā)布的《2023合成生物農業(yè)食品應用白皮書》顯示，2018-2022年，我國農食合成生物學創(chuàng)新企業(yè)共發(fā)生85起融資事件，涉及近60家企業(yè)，融資總額達80.6億元。

從融資金額來看，創(chuàng)新食品的融資金額占總融資的近七成，其中，功能食品原料行業(yè)的融資金額最多，約為49億元，占創(chuàng)新食品融資的91%；創(chuàng)新蛋白次之，占比為8.5%。微新生物、瑞德林生物、佳嘉樂、周子未來、昌進生物、CellX等代表性企業(yè)受到資本關注和加持。

從政策層面來看，我國針對合成生物領域的政策支持力度正逐步加大，但目前中國依然是法律法規(guī)最為嚴格的國家之一。在農食細分領域，無論是執(zhí)行標準還是法律法規(guī)均存在較大的完善空間。因此，政策法規(guī)的持續(xù)開放仍是農食合成生物產(chǎn)業(yè)化的重要一環(huán)。

從企業(yè)類型來看，平臺型企業(yè)和產(chǎn)品應用型企業(yè)并無優(yōu)劣之分。目前，越來越多的投資機構和企業(yè)都不再為劃定到底是平臺型企業(yè)還是產(chǎn)品型企業(yè)而焦慮。因為我們能清晰地看到，一種新的業(yè)務模式正在快速發(fā)展。“平臺+管線”的新一輪融合突破，或許會是一個不錯的選擇。

參考資料：

1：35斗：《2023合成生物農業(yè)食品應用白皮書》

2：光明日報：《劉陳立等：合成生物學，屬于未來的“天工開物”》

3：新毅洞察：《合成生物學-挑戰(zhàn)造物主，未來的星辰大?！?/p>

特別鳴謝：

35斗高級研究員                        耿海榮

和晨生物聯(lián)合創(chuàng)始人CTO           周偉正

遇見味來創(chuàng)始人                         劉   洋