2023年合成生物學(xué)行業(yè)研究報(bào)告 研發(fā)、選品、放大生產(chǎn)是合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)核心邏輯

2023年合成生物學(xué)行業(yè)研究報(bào)告研發(fā)、選品、放大生產(chǎn)是合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)核心邏輯核心觀點(diǎn)：合成生物學(xué)造通過對(duì)生物體進(jìn)行有目標(biāo)地設(shè)計(jì)、改造乃至重新合成，可以實(shí)現(xiàn)以合成生物為工具進(jìn)行物質(zhì)加工與合成的新型生產(chǎn)制造方式。合成生物學(xué)受益于基因合成、編輯等領(lǐng)域內(nèi)的長(zhǎng)足進(jìn)步，逐漸發(fā)展成了以“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”（DBTL循環(huán)）為核心的研發(fā)模式和發(fā)酵為主導(dǎo)的放大生產(chǎn)模式。合成生物學(xué)由于存在多學(xué)科交叉、對(duì)技術(shù)、成本控制、研發(fā)人員要求高，具有強(qiáng)壁壘屬性。根據(jù)麥肯錫研究，生物制造的產(chǎn)品可以覆蓋60%化學(xué)制造的產(chǎn)品，未來生物制造的方式有望對(duì)未來醫(yī)藥、化工、食品、能源、材料、農(nóng)業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)帶來巨大影響。溫室氣體減排、技術(shù)進(jìn)步、成本下降、政策支持、資金流入等多重因素下推動(dòng)行業(yè)高速發(fā)展。在全球氣溫上升，對(duì)于新的生產(chǎn)方式迫切需求的情況下，合成生物制造有望成為最優(yōu)解。合成生物學(xué)在底層技術(shù)的進(jìn)步和成本下降下，已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，同時(shí)政府政策對(duì)于產(chǎn)業(yè)的鼓勵(lì)不言而喻，在資本推動(dòng)下合成生物學(xué)行業(yè)迎來了高速發(fā)展的時(shí)機(jī)。根據(jù)麥肯錫的分析，預(yù)計(jì)在2030-2040年，合成生物學(xué)每年帶來的經(jīng)濟(jì)影響將達(dá)到1.8至3.6萬億美元，到2025年，合成生物學(xué)與生物制造的經(jīng)濟(jì)影響將達(dá)到1000億美元。據(jù)CBInsights的預(yù)測(cè)，2019年全球合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模約為53億美元，到2024年將擴(kuò)容至約189億美元，2019-2024CAGR為28.8%。從研發(fā)、選品、放大生產(chǎn)三個(gè)維度看合成生物學(xué)公司，擁有集成性的研發(fā)平臺(tái)，所選品種下游市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景豐富、產(chǎn)品間具有協(xié)同作用的選品策略，放大生產(chǎn)能力技術(shù)完善的公司是行業(yè)的標(biāo)桿。從全球平臺(tái)型合成生物學(xué)龍頭公司GinkgoBioworks來看，平臺(tái)型合成生物學(xué)企業(yè)在外延并購(gòu)上積極，以期完善平臺(tái)能力，形成業(yè)務(wù)能力閉環(huán)。1、合成生物學(xué)：造物致知，造物致用1.1、合成生物學(xué)——造物致知，造物致用合成生物學(xué)是指采用工程科學(xué)研究理念，對(duì)生物體進(jìn)行有目標(biāo)地設(shè)計(jì)、改造乃至重新合成，創(chuàng)建賦予非自然功能的“人造生命”，合成生物制造是以合成生物為工具進(jìn)行物質(zhì)加工與合成的生產(chǎn)方式，有望徹底變革未來醫(yī)藥、化工、食品、能源、材料、農(nóng)業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)。合成生物學(xué)內(nèi)涵主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1）自上而下：目標(biāo)導(dǎo)向的構(gòu)建”人造生命”，使用代謝和基因工程技術(shù)為活細(xì)胞賦予新功能，“人工基因組”是其核心內(nèi)容，大片段基因組操作、改造以及大規(guī)模、高精度、低成本DNA合成是關(guān)鍵技術(shù)；2）自下而上：通過將“非生命”生物分子成分聚集在一起在體外創(chuàng)建新的生物系統(tǒng)，元件標(biāo)準(zhǔn)化→模塊構(gòu)建→底盤適配的線路以及對(duì)生命過程的途徑、網(wǎng)絡(luò)組成及其調(diào)控、設(shè)計(jì)與構(gòu)建是核心內(nèi)容，人工線路構(gòu)建平臺(tái)是其關(guān)鍵技術(shù)。底盤細(xì)胞：底盤細(xì)胞是合成生物學(xué)的“硬件”基礎(chǔ)，其中常用的模式微生物有釀酒酵母、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、谷氨酸棒桿菌等。不同的模式微生物具有特定的優(yōu)缺點(diǎn)，因此被應(yīng)用于不同產(chǎn)物的生產(chǎn)。相關(guān)技術(shù)：菌株改造、菌株選擇。發(fā)酵工程：根據(jù)生產(chǎn)流程可分為上游、中游和下游三部分，上游工程主要為菌種的選育和改造，以獲得生產(chǎn)性能良好的菌株；中游則為發(fā)酵過程控制，通過對(duì)發(fā)酵過程中各種參數(shù)的采集、分析和反饋，以達(dá)到生產(chǎn)最佳發(fā)酵條件；下游則是對(duì)產(chǎn)品的分離和純化，采用多種技術(shù)將發(fā)酵產(chǎn)品從發(fā)酵液或者細(xì)胞中分離、純化出來，在達(dá)到特定標(biāo)準(zhǔn)后制成產(chǎn)品。生產(chǎn)規(guī)模上發(fā)酵體積每增加10倍，生產(chǎn)成本下降37%-60%。大規(guī)模發(fā)酵罐需要機(jī)械攪拌以保證基質(zhì)、氧氣和熱量的均勻分布，同時(shí)需要防范發(fā)酵過程中的染菌風(fēng)險(xiǎn)。合成生物學(xué)借助菌株構(gòu)建實(shí)現(xiàn)生物法合成高價(jià)值產(chǎn)物，替代傳統(tǒng)化學(xué)合成法，從技術(shù)源頭實(shí)現(xiàn)降本增效。以維生素B12（VB12）為例：化學(xué)合成法：經(jīng)典VB12化學(xué)合成方法將VB12結(jié)構(gòu)拆分為含有氰基（CN）和溴原子（Br）的片段（片段1）和含有環(huán)狀硫代酰胺的片段（片段2）通過會(huì)聚反應(yīng)合成片段1需要通過以(?)-樟腦和2,3-二甲基-6-甲氧基吲哚為起始物完成全合成，片段2以丁二烯和3-甲基-4-羰基-戊-2-烯酸為起始物完成全合成，最后再完成片段1和2的全合成。該方法缺點(diǎn)在于有機(jī)反應(yīng)步驟多，合成路線太長(zhǎng)，無法進(jìn)行大量制備。生物合成法：2018年中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)了VB12的從頭合成，首先解析VB12好氧合成路徑中鈷螯合與腺苷鈷啉醇酰胺磷酸的合成機(jī)理，將來源于5種細(xì)菌中的28個(gè)基因在大腸桿菌細(xì)胞中成功異源表達(dá)，并按其人工合成途徑劃分為5個(gè)模塊進(jìn)行人工途徑組裝，最終實(shí)現(xiàn)VB12的從頭合成，通過途徑優(yōu)化和發(fā)酵過程調(diào)控，產(chǎn)量達(dá)到307.00μg/g干細(xì)胞菌體，合成菌種發(fā)酵周期僅為工業(yè)生產(chǎn)菌株的1/10，極具工業(yè)應(yīng)用前景。1.2、合成生物學(xué)強(qiáng)科技屬性構(gòu)筑高壁壘合成生物學(xué)具有強(qiáng)科技屬性，從微觀的基因合成到宏觀的放大生產(chǎn)的發(fā)酵工程存在大量know-how，技術(shù)壁壘高。1.產(chǎn)業(yè)鏈前端以基因編輯相關(guān)技術(shù)公司為主，為元件構(gòu)建提供技術(shù)支撐，技術(shù)要求包括基因合成、編輯、組裝、測(cè)序等，國(guó)內(nèi)主要代表公司有金斯瑞生物科技、諾禾致源。2.中端以合成生物學(xué)平臺(tái)公司為主，通過搭建技術(shù)平臺(tái)，形成項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)積累，為下游客戶提供研發(fā)支撐，國(guó)內(nèi)主要代表公司有弈柯萊、藍(lán)晶微生物。3.后端則以產(chǎn)品型公司為主，主導(dǎo)產(chǎn)品的放大生產(chǎn)與下游市場(chǎng)應(yīng)用，市場(chǎng)可延伸至醫(yī)療、化工、食品、農(nóng)業(yè)等多種領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)主要代表公司有凱賽生物、華恒生物、川寧生物、博雅輯因等。DNA合成成本下降速率快過摩爾定律，合成片段長(zhǎng)度、精度大幅提升推動(dòng)基因合成下游應(yīng)用：1）20世紀(jì)80年代開發(fā)的基于亞磷酰胺的DNA合成法為DNA合成儀的創(chuàng)制奠定了基礎(chǔ)，之后三種芯片式原位合成技術(shù)（光刻合成、電化學(xué)脫保護(hù)合成、噴墨打?。┖统咄亢铣杉夹g(shù)相繼被開發(fā)出來，推動(dòng)了合成DNA效率的提升和成本的下降，2021年每Mb堿基合成的平均費(fèi)用已由2001年的超過5000美元下降至0.006美元，未來隨著第四代酶促合成技術(shù)的發(fā)展和成熟，DNA合成有望進(jìn)一步降低成本，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?；a(chǎn)；2）目前工業(yè)化DNA合成工藝通常從化學(xué)合成寡核苷酸起始，更長(zhǎng)的DNA分子是以寡核苷酸為原料通過酶促反應(yīng)逐步拼接和組裝得到，寡核苷酸單步合成效率雖然已高達(dá)99.5%，但合成長(zhǎng)度達(dá)到200bp時(shí)產(chǎn)率即降至約35%，由于該產(chǎn)率雜質(zhì)過多難以純化得到目的片段，而要合成kb級(jí)長(zhǎng)度的寡核苷酸單步合成效率必須達(dá)到99.9%以上才能獲得同樣的產(chǎn)率，隨著微陣列式DNA合成技術(shù)的出現(xiàn)，合成所需的反應(yīng)濃度更低（飛摩爾級(jí)），同時(shí)保證了成本和合成的準(zhǔn)確度，當(dāng)該技術(shù)目前主要缺陷在于合成錯(cuò)誤率較柱式法更高，仍有進(jìn)一步提升的空間。1.2.2、合成生物學(xué)與人工智能相結(jié)合，加速研發(fā)各個(gè)環(huán)節(jié)人工智能逐步應(yīng)用于合成生物學(xué)領(lǐng)域，提升研發(fā)效率，擴(kuò)大研發(fā)可能，降低研發(fā)成本。隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，對(duì)于人工智能相關(guān)技術(shù)的需求將逐漸提升，當(dāng)前，人工智能已在原件工程、基因線路、代謝工程、基因組工程中廣泛應(yīng)用，將合成生物各個(gè)環(huán)節(jié)的工作效率大大提升，成本明顯降低，成功縮短研發(fā)周期并擴(kuò)大研發(fā)可能。目前關(guān)注較多的DeepMind宣布其AlphaFold平臺(tái)已經(jīng)可以預(yù)測(cè)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)超過2億，來自于100萬個(gè)物種，而之前PDB數(shù)據(jù)庫(kù)中可預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)大約為15萬種?；贏lphafold2，科學(xué)家有望設(shè)計(jì)出自然界不存在的具有更高催化效率的或是具有未知催化功能的酶，從而開發(fā)出更加高效的代謝線路或是合成自然界中目前無法生物合成的物質(zhì)。但人工智能在合成生物中的應(yīng)用仍處在初期，應(yīng)用常常局限在大腸桿菌和釀酒酵母，DBTL全循環(huán)實(shí)現(xiàn)智能化也為數(shù)不多，仍在數(shù)據(jù)、算法、評(píng)估指標(biāo)等方面存在局限與挑戰(zhàn)。元件工程：人工智能技術(shù)可改善生物元件的鑒定和功能注釋效率，加快天然生物元件優(yōu)化速度，為人類從頭設(shè)計(jì)基因原件、蛋白質(zhì)元件提供可能。例：利用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)功能蛋白序列、在大腸桿菌中設(shè)計(jì)啟動(dòng)子?；蚓€路：基因線路通常需要進(jìn)行多次、長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試才能正常運(yùn)行，且無法確定其穩(wěn)定性和對(duì)底盤細(xì)胞的其他影響。而計(jì)算機(jī)仿真策略可確定設(shè)計(jì)出來的線路可以執(zhí)行哪些任務(wù)，并通過修改參數(shù)以實(shí)現(xiàn)所需的功能。例：利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基因線路。代謝工程：傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)從海量信息中找到合適的改造靶點(diǎn)非常困難。人工智能的集成建模方法有助于在代謝網(wǎng)絡(luò)建模時(shí)兼顧動(dòng)力學(xué)、調(diào)節(jié)作用、替代模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)集合等因素。同時(shí)人工智能可以參與到自動(dòng)化DBLT平臺(tái)的構(gòu)建。1.3、合成生物應(yīng)用場(chǎng)景豐富——下游空間廣闊合成生物學(xué)具有豐富的應(yīng)用領(lǐng)域:1.生命健康：合成生物學(xué)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，包括創(chuàng)新治療療法（細(xì)胞免疫療法、RNA藥物、微生態(tài)療法、基因編輯相關(guān)應(yīng)用）、體外檢測(cè)、醫(yī)療耗材、藥物成分生產(chǎn)和制藥用酶等諸多方向。2.化學(xué)品、材料和能源：合成生物學(xué)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用主要包含材料和化學(xué)品、化工用酶、生物燃料等方向，例如，生物可降解塑料、生物燃料（生物柴油、燃料乙醇）等；3.農(nóng)業(yè)：合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及作物增產(chǎn)、蟲害防治、動(dòng)物飼料及作物改良等方向，例如，利用微生物固氮來幫助作物增產(chǎn)，通過生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)為牲畜提供蛋白飼料，利用基因編輯技術(shù)改良作物等。4.食品：合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用包含肉類和乳制品、飲品、食品安全、調(diào)味劑和添加劑等多個(gè)方向。5.消費(fèi)品：涉及寵物食品、皮革、護(hù)膚品等方向。合成生物學(xué)在醫(yī)療健康多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。不僅可以通過設(shè)計(jì)全新的細(xì)胞內(nèi)代謝途徑，使醫(yī)藥產(chǎn)品能夠通過微生物細(xì)胞利用廉價(jià)糖類等原料進(jìn)行合成，還可以根據(jù)不同的疾病和致病機(jī)制，進(jìn)行人工設(shè)計(jì)、構(gòu)建適宜的治療性基因回路，在載體的協(xié)助下植入人體，通過糾正機(jī)體有功能缺陷的回路，實(shí)現(xiàn)治療疾病的目的。2、技術(shù)革新，制造升級(jí)，合成生物正當(dāng)時(shí)合成生物將對(duì)廣泛的領(lǐng)域產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)影響。根據(jù)麥肯錫的分析，預(yù)計(jì)在2030-2040年，合成生物學(xué)每年帶來的經(jīng)濟(jì)影響將達(dá)到1.8至3.6萬億美元，到2025年，合成生物學(xué)與生物制造的經(jīng)濟(jì)影響將達(dá)到1000億美元，同時(shí)生物制造的產(chǎn)品可以覆蓋60%化學(xué)制造的產(chǎn)品，并在繼續(xù)拓展邊界。而應(yīng)用最清晰的醫(yī)療健康領(lǐng)域每年受到的直接經(jīng)濟(jì)影響在未來20年內(nèi)達(dá)到0.5至1.2萬億美元。而在這堆經(jīng)濟(jì)數(shù)字的背后，是碳中和背景下節(jié)能減排的實(shí)際需求、生物技術(shù)的發(fā)展帶來的制造升級(jí)、政策與資金引導(dǎo)誘發(fā)的產(chǎn)業(yè)革命。2.1、碳中和背景下合成生物制造大有可為合成生物制造是一種具有潛力的綠色生產(chǎn)方式，隨著全球變暖及各國(guó)碳中和的提出，合成生物制造無疑成為潛在的最優(yōu)解之一。合成生物制造可以降低工業(yè)過程能耗、物耗，減少?gòu)U物排放與空氣、水及土壤污染，以及大幅度降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展司報(bào)告，和石化路線相比，生物制造產(chǎn)品平均節(jié)能減排30%-50%，未來潛力將達(dá)到50%-70%，以基礎(chǔ)化學(xué)品1，3-丙二醇合成生物制造為例，與石油路線相比，生物法制造的CO2減排63%，原料成本下降37%，能耗減少30%。2.2、底層技術(shù)飛速發(fā)展給合成生物學(xué)帶來新機(jī)遇以基因合成、編輯為代表的合成生物學(xué)在過去20年間有了快速的發(fā)展，支撐產(chǎn)業(yè)迭代、升級(jí)。合成生物學(xué)從概念向產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變，最主要在于底層技術(shù)的創(chuàng)新，基因合成從傳統(tǒng)的小片段化學(xué)合成發(fā)展到第四代酶促合成技術(shù)，合成片段的長(zhǎng)度和效率逐步提升；基因編輯經(jīng)歷了從ZFN→TALEN→CRISPR/Cas9技術(shù)的升級(jí)，基因編輯效率和準(zhǔn)確度都有了極大的提升。從WebofScience每年發(fā)表的合成生物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)論文數(shù)量來看，2000年，領(lǐng)域內(nèi)發(fā)表的論文數(shù)量為809篇，2022年達(dá)到了17456篇，增長(zhǎng)超過20倍；從專利情況看，每年申請(qǐng)的合成生物學(xué)相關(guān)專利也由2004年的59項(xiàng)增長(zhǎng)到2022年2899項(xiàng)，增長(zhǎng)了48倍。同時(shí)，隨著多組學(xué)的出現(xiàn)，從遺傳物質(zhì)DNA到最終轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物蛋白質(zhì)，功能解析越來越清楚，分子間相互作用網(wǎng)絡(luò)也更加明晰，促進(jìn)了合成生物學(xué)DBTL研發(fā)模式的發(fā)展，合成生物學(xué)處于冉冉上升期。生物鑄造廠模式的出現(xiàn)，給合成生物學(xué)產(chǎn)品開發(fā)和數(shù)據(jù)積累提供了優(yōu)質(zhì)的研發(fā)平臺(tái)。生物鑄造廠是以自然界已有的自然物質(zhì)或合成物質(zhì)為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于生物體的新型制造平臺(tái)，將生物設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造過程變成工程設(shè)計(jì)問題，通過對(duì)自然生物的操縱來獲取原創(chuàng)性新材料、新器件、新系統(tǒng)和新平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高價(jià)值材料和設(shè)備的“按需設(shè)計(jì)與生產(chǎn)”，實(shí)現(xiàn)生物元器件和生物制造平臺(tái)的模塊化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，推動(dòng)生物制造平臺(tái)質(zhì)的突破。以Ginkgobioworks為代表的合成生物學(xué)平臺(tái)型公司建立了相對(duì)成熟的生物鑄造廠商業(yè)模式，通過將DNA編輯、合成、插入，細(xì)胞水平測(cè)試，強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析能力，并將數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用到下一次測(cè)試中去，形成了研發(fā)閉環(huán)。生物鑄造廠規(guī)模效應(yīng)突出，以Ginkgobioworks為例，在生物鑄造廠投入使用后，每年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出提升了3倍，而每個(gè)工作單元的平均支出卻能夠下降約50%。2.3、成本降低推動(dòng)行業(yè)產(chǎn)業(yè)化變革底層技術(shù)成本指數(shù)級(jí)下降，帶來下游合成生物學(xué)應(yīng)用爆發(fā)。隨著生命科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的拓寬，底層的基因合成與基因測(cè)序服務(wù)能力得到了極大的提升，價(jià)格上，基因測(cè)序與基因合成的成本下降速率明顯快于摩爾定律，2021年每Mb的基因合成成本約為0.006美元，而每個(gè)基因組的測(cè)序成本約為562美元，更低的成本使得這些技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用成為了可能。精準(zhǔn)發(fā)酵替代傳統(tǒng)發(fā)酵，成本下降帶來競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著在發(fā)酵工程的發(fā)展，精準(zhǔn)發(fā)酵逐漸成為合成生物學(xué)放大生產(chǎn)的主流，精準(zhǔn)發(fā)酵通過對(duì)于發(fā)酵微生物進(jìn)行基因修飾，已達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)物最高得率。精準(zhǔn)發(fā)酵的優(yōu)勢(shì)在于1）目標(biāo)產(chǎn)物相對(duì)可控；2）成本、能耗降低；3）污染降低。2.4、政策支持下合成生物學(xué)成為未來主流發(fā)展方向，合成生物學(xué)迎來發(fā)展機(jī)遇中國(guó)合成生物產(chǎn)業(yè)處于高速發(fā)展時(shí)期，國(guó)家持續(xù)出臺(tái)政策助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從“十二五”，國(guó)家提出對(duì)生物制造技術(shù)的支持；到“十三五”，國(guó)家將合成生物技術(shù)列為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)之一。此后國(guó)家出臺(tái)一系列政策支持合成生物的發(fā)展，“十四五”更是強(qiáng)調(diào)了對(duì)生物合成的應(yīng)用，在政策的大力支持下，合成生物產(chǎn)業(yè)也迎來了重要的發(fā)展機(jī)遇。歐美國(guó)家高度重視合成生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究，通過一系列科技發(fā)展計(jì)劃和研究項(xiàng)目，從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用全鏈條布局。（1）美國(guó)：2006年，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)向新成立的合成生物學(xué)研究中心（SYNBERC）提供為期十年共3900萬美元的資助，為美國(guó)的合成生物學(xué)研究領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。（2）歐洲：頂層設(shè)計(jì)布局始于2009年，英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)研究學(xué)院分別發(fā)表在合成生物學(xué)行業(yè)研究報(bào)告或設(shè)立研發(fā)中心，旨在提升行業(yè)發(fā)展優(yōu)先級(jí)以及指定本國(guó)未來行業(yè)發(fā)展目標(biāo)。2.5、資金涌入合成生物賽道，合成生物產(chǎn)業(yè)投資正當(dāng)時(shí)合成生物學(xué)成為資本最看好賽道之一，全球合成生物融資快速增長(zhǎng)。據(jù)SynbioBeta數(shù)據(jù)，2009-2021年全球合成生物融資規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，從2011年的4億美元增長(zhǎng)至2021年的180億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)46%。2021年，第四季度的28億美元融資金額相比前三季度略有下滑，但全年初創(chuàng)公司籌資金額來到180億美元，約為2009年-2020年籌資金額總和。2021年第四季度共發(fā)生了44筆融資，平均融資金額6330萬美元。合成生物學(xué)成為資本最看好賽道之一，全球合成生物融資快速增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)投融資在2019年后重新保持增長(zhǎng),2021年，中國(guó)合成生物學(xué)獲得投融資16起，較2020年增長(zhǎng)10起；獲得22.95億元的融資金額，較2020年增長(zhǎng)1.36億元。在2021年16起投融資事件中，各個(gè)初創(chuàng)公司融資輪次均有涉及，資本對(duì)國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)公司進(jìn)展保有持續(xù)關(guān)注。從技術(shù)發(fā)展、政策、投融資等方面綜合來看，合成生物學(xué)正處于行業(yè)成長(zhǎng)期，憑借其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，未來有望推動(dòng)生產(chǎn)制造升級(jí)，帶來新一輪產(chǎn)業(yè)革命。3、研發(fā)、選品、放大生產(chǎn)是合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)核心邏輯3.1、研發(fā)、選品、放大生產(chǎn)是合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)核心邏輯合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈上游由提供基因合成、編輯等底層技術(shù)公司構(gòu)成，產(chǎn)業(yè)鏈中游為從產(chǎn)品研發(fā)到放大生產(chǎn)的產(chǎn)品型和主攻平臺(tái)搭建的合成生物學(xué)公司構(gòu)成，而下游為合成生物制造產(chǎn)品的終端客戶，由于產(chǎn)品種類涉及多個(gè)行業(yè)，合成生物學(xué)整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也更加豐富。從投資角度看，研發(fā)、選品和放大生產(chǎn)的能力是評(píng)價(jià)公司核心競(jìng)爭(zhēng)力的三個(gè)維度。研發(fā)體現(xiàn)一家合成生物學(xué)企業(yè)的技術(shù)、平臺(tái)、人員等多方面的軟實(shí)力；選品是對(duì)產(chǎn)品下游市場(chǎng)需求的綜合研判，直接決定下游市場(chǎng)空間；放大生產(chǎn)能力體現(xiàn)最終成本控制和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，決定產(chǎn)品最終是否能走向市場(chǎng)。研發(fā)：微生物構(gòu)建、微生物改進(jìn)的能力，底盤細(xì)胞魯棒性（Robust），研發(fā)效率、成本。選品：與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法比較是否具有成本優(yōu)勢(shì)、工藝優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，選品是否符合市場(chǎng)需求，下游市場(chǎng)空間。放大生產(chǎn)：可行性，發(fā)酵工藝，放大規(guī)模，生產(chǎn)成本，能耗，溫室氣體排放，污染控制。3.2、從全球合成生物學(xué)龍頭GinkgoBioworks看商業(yè)模式GinkgoBioworks是一家全球平臺(tái)型合成生物學(xué)龍頭公司。公司成立于2008年成立，處于合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈的中游，公司業(yè)務(wù)以菌株改造及自動(dòng)化平臺(tái)為核心，連接并集成上游技術(shù)層公司提供的硬件與工具，創(chuàng)建平臺(tái)供下游產(chǎn)品層應(yīng)用的客戶編輯細(xì)胞。依托核心資產(chǎn)生物生物鑄造廠(foundry)和代碼庫(kù)(codebase)，主要業(yè)務(wù)分為兩個(gè)部分：1）生物鑄造廠：采用定制軟件、機(jī)器人自動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析技術(shù)，根據(jù)客戶需求進(jìn)行細(xì)胞編程，從DNA設(shè)計(jì)、編寫、插入到測(cè)試。2021年，累計(jì)超過一百個(gè)項(xiàng)目在Ginkgo平臺(tái)運(yùn)行。2）生物安全：提供核酸檢測(cè)產(chǎn)品和服務(wù)，提供基因組測(cè)序和核酸疫苗生產(chǎn)改進(jìn)服務(wù)。截至2021年12月31日，Ginkgo取得58項(xiàng)已發(fā)布的美國(guó)專利和超過202項(xiàng)已發(fā)布的外國(guó)專利，以及約69項(xiàng)未決的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)和約150項(xiàng)未決的外國(guó)專利申請(qǐng)。外延并購(gòu)擴(kuò)大平臺(tái)業(yè)務(wù)廣度，內(nèi)生增長(zhǎng)維持業(yè)務(wù)深度。公司自成立以來，通過外延并購(gòu)與內(nèi)生增長(zhǎng)的模式，逐步成長(zhǎng)為合成生物學(xué)龍頭企業(yè)：2017年1月收購(gòu)DNA合成領(lǐng)先企業(yè)Gen9。2019年2月，推出MotifFoodWorks，2019年5月，收購(gòu)基因組挖掘平臺(tái)公司W(wǎng)arpDriveBio。2020年10月，推出Allonnia，2020年12月，收購(gòu)生物技術(shù)初創(chuàng)公司Novogy。2021年5月，與Biogen合作開發(fā)新型基因治療制造平臺(tái)，宣布收購(gòu)真菌平臺(tái)技術(shù)公司DutchDNABiotechB.V.，9月，被SoaringEagleAcquisitionCorp收購(gòu)，并與SoaringEagleAcquisitionCorp全資子公司合并后上市，2022年3月，宣布收購(gòu)馬薩諸塞州COVID-19檢測(cè)提供商ProjectBeaconCOVID-19LLC，2022年3月，收購(gòu)生物工程公司FGenAG及其超高通量篩選平臺(tái)，2022年6月，收購(gòu)綜合代謝物監(jiān)測(cè)平臺(tái)Bitome，2022年10月，收購(gòu)環(huán)狀RNA和啟動(dòng)子篩選平臺(tái)公司Circularis，收購(gòu)自適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化(ALE)平臺(tái)公司Altar，與Merck合作，收購(gòu)Bayer生物制品研發(fā)基地和內(nèi)部發(fā)現(xiàn)和領(lǐng)先優(yōu)化平臺(tái)，完成對(duì)合成生物學(xué)公司Zymergen收購(gòu)。核心競(jìng)爭(zhēng)力一：公司借助自動(dòng)化機(jī)器人、集成軟件和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，搭建了生物鑄造廠，實(shí)現(xiàn)生物工程的自動(dòng)化和規(guī)?；?。設(shè)計(jì)和合成目標(biāo)DNA序列，插入細(xì)胞進(jìn)行測(cè)試，以篩選出最高效的菌株等操作均可在生物鑄造廠完成。生物鑄造廠采用Sartoriusambr250mL可支配反應(yīng)器系統(tǒng)，并將250mL的最優(yōu)體積條件拓展為300L的試點(diǎn)規(guī)模和50,000L的商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，以達(dá)到規(guī)模效應(yīng)。GinkgoBioworks生物鑄造廠的合成DNA和部分技術(shù)需要第三方支持，主要的合作有兩項(xiàng)：1.2018年3月，與TwistBioscience簽訂供應(yīng)協(xié)議，要求四年內(nèi)從Twist每季度按規(guī)定數(shù)量購(gòu)買合成DNA；2.2019年9月，與BerkeleyLights簽署合作協(xié)議，將BerkeleyLights的平臺(tái)與GinkgoBioworks的生物鑄造廠結(jié)合，以加速微生物治療藥物及其他細(xì)胞產(chǎn)品的開發(fā)。核心競(jìng)爭(zhēng)力二：通過整合生物鑄造廠實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)和公開數(shù)據(jù)庫(kù)，形成代碼庫(kù)，為合成生物學(xué)上游設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。代碼庫(kù)為生物學(xué)優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供模塊化基因片段和可被重復(fù)使用的底盤菌株。GinkgoBioworks利用代碼庫(kù)部件，開發(fā)新的生物學(xué)項(xiàng)目，測(cè)試和重新設(shè)計(jì)新的合成生物，利用生物鑄造廠和代碼庫(kù)，GinkgoBioworks負(fù)責(zé)的項(xiàng)目主要有以下五類：1.消費(fèi)：與Robertet合作，設(shè)計(jì)的酵母發(fā)酵產(chǎn)生的培養(yǎng)成分為香精和香料等行業(yè)提供穩(wěn)定的產(chǎn)品供應(yīng)。與CronosGroup合作，修改單一底盤菌株生產(chǎn)出多種大麻素。2.環(huán)境：投資成立Allonnia，開發(fā)能斷開化學(xué)鍵的微