理特咨詢-合成生物學(xué)的勇敢新世界（英譯中）

報告報告勇敢的新世界合成生物學(xué)重大影響、重大挑戰(zhàn)“我不能創(chuàng)造的東西，我不明白?！聿榈隆べM曼，理論物理學(xué)家藍移報告合成生物學(xué)的勇敢新世界重大影響、重大挑戰(zhàn)AuthorsAlbertMeige博士，藍移主任，ArthurD.LittleRickEagar，名譽合伙人，ArthurD.Little博士UlricaSehlstedt，執(zhí)行合伙人，ArthurD.Little博士FranziskaThomas，合伙人，ArthurD.LittleSimonNorman,經(jīng)理,ArthurDLittleMinJiKim,經(jīng)理,ArthurDLittleClaudiaNichterlein，經(jīng)理，ArthurD.LittleNickBloser，業(yè)務(wù)分析師，ArthurD.Little藝術(shù)家在駐地哲學(xué)家-residenceDarianMeacham，馬斯特里赫特大學(xué)3-CONTENT-1.什么是合成生物學(xué)2.科學(xué)與技術(shù)景觀24插曲#1:進化美學(xué)-交叉藝術(shù)與科學(xué)的語言細胞36圍繞SynBio66的道德問題工具和技術(shù)玩家80附錄2：示例SynBio應(yīng)用程序玩家865藍移藍移/報告005執(zhí)行摘要雖然20世紀在許多方面都是化學(xué)工業(yè)化的世紀，但21世紀有望在生物學(xué)領(lǐng)域進行類似的革命。革命的基礎(chǔ)始于20世紀50年代DNA的發(fā)現(xiàn)，并擴展到有助于理解、分析和操縱我們的遺傳密碼以及蛋白質(zhì)，最終是人類生物學(xué)基礎(chǔ)并延伸到我們周圍宇宙的細胞和器官的核心技術(shù)。這些發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了許多突破性的發(fā)現(xiàn)，以及理解、檢測和治療疾病的潛力。我們也越來越多地看到在生命科學(xué)之外的廣泛領(lǐng)域中使用的生物系統(tǒng)。近年來，討論越來越多地集中在合成生物學(xué)或SynBio上，該術(shù)語是在1980年代創(chuàng)造的，當(dāng)時科學(xué)家BarbaraHobom用它來描述使用重組DNA技術(shù)進行基因工程改造的細菌。此后，該術(shù)語發(fā)生了顯著變化，被更廣泛地使用，有時甚至引起爭議。雖然SynBio已經(jīng)增加了我們對生物系統(tǒng)的理解，并導(dǎo)致了新的工具用于它們的操作和診斷的可用性，但計算能力和人工智能（AI）等工具的開發(fā)的最新進展和機器學(xué)習(xí)（ML）正在導(dǎo)致進一步的快速加速6藍移藍移/報告005SynBio在其潛在應(yīng)用的廣度上是獨一無這些影響有可能在許多行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響——不僅僅是醫(yī)療保健和生命科學(xué)、食品和農(nóng)業(yè)，還有工業(yè)、化工、制造業(yè)、消費品、能源和IT。隨著跨多個學(xué)科和生態(tài)系統(tǒng)的影響越來越大，人們越來越需要圍繞SyBio對社會的影響進行交流和批判性論述。雖然SyBio提供了生產(chǎn)牛奶或肉類等不含動物及其相關(guān)環(huán)境影響的食品的潛力，但我們需要更好的監(jiān)管來控制質(zhì)量和安全，并需要了解該領(lǐng)域的全球和經(jīng)濟影響。最近的例子，例如HeLa細胞案以及圍繞黃金大米或我們所謂的“牛奶”的辯論，表明我們需要更好地解決一些基本問題：誰擁有基因或細胞？作為一個社會，我們愿意接受什么樣的變化水平和速度？這些新技術(shù)的風(fēng)險是什么？盡管基因和細胞療法為治愈嚴重的衰弱疾病提供了機會，例如肌營養(yǎng)不良或血友病，.例如，創(chuàng)新已經(jīng)能夠合成人類胚胎。這些對我們未來的發(fā)展有什么影響？基于廣泛的ArthrD.在SyBio技術(shù)和應(yīng)用的28位全球?qū)＜业恼{(diào)查和訪談支持下,本報告旨在全面概述SyBio的現(xiàn)狀和前景。包括它的組成、技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、現(xiàn)有的發(fā)展市場和關(guān)鍵參與者的格局、當(dāng)前和未來的應(yīng)用，以及企業(yè)應(yīng)該如何為未來做好準備?？偟膩碚f，我們得出的結(jié)論是：。-SynBio是一個非常多樣化的領(lǐng)域。SynBio在其潛在應(yīng)用的廣度-從醫(yī)療保健到食品、制造、工業(yè)加工，甚至數(shù)字產(chǎn)業(yè)。其技術(shù)的成熟度范圍從胚胎到完全商業(yè)化。在考慮其前景，重要的是采取足夠精細的方法。-SynBio技術(shù)可能會在20年的時間框架內(nèi)產(chǎn)生巨大的轉(zhuǎn)型影響。預(yù)測性等技術(shù)基因工程，復(fù)雜生物的DNA合成，基于DNA的存儲和AI驅(qū)動的應(yīng)用可以改變我們的行業(yè)，我們對生命系統(tǒng)的工程能力，以及我們?nèi)绾螒?yīng)對氣候變化。藍移藍移/報告005-許多SynBio應(yīng)用程序都準備增長。SynBio的預(yù)測增長率為到2030年復(fù)合年增長率>20%總的來說,尤其是在醫(yī)療保健和生命科學(xué)以及食品和農(nóng)業(yè)方面。無論是在技術(shù)推動(增加投資、降低技術(shù)成本、不斷增長的生態(tài)系統(tǒng))還是市場拉動(尤其是可持續(xù)性、醫(yī)療保健需求和制造效率)方面，增長動力都很強勁。預(yù)計當(dāng)前市場將從周圍增長2023年為150億美元，到2030年為700億美元。也許更重要的是，如果目前開發(fā)的SynBio技術(shù)成功成熟，SynBio可能會產(chǎn)生巨大的影響，破壞包括15%-20%未來幾十年全球幾個領(lǐng)域的產(chǎn)出，包括：在許多SynBio應(yīng)用程序中，開發(fā)已經(jīng)進-醫(yī)療保健和生命科學(xué)。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域可以實現(xiàn)個性化和潛在的治愈性治療以及在診斷和藥物設(shè)計和開發(fā)方面的改進。在未來，我們期望更復(fù)雜的治療方法，更好地保護免受更多疾病的侵害，以及在退行性疾病和遺傳疾病方面的新應(yīng)用。-糧食和農(nóng)業(yè)。應(yīng)用廣泛，從作物馴化到合成食品和生物修復(fù)，預(yù)計未來幾年將在所有這些領(lǐng)域取得進一步發(fā)展。-工業(yè)和消費品。應(yīng)用包括新型/特種產(chǎn)品，原材料替代，可持續(xù)性,和過程性能改進。-能源。應(yīng)用包括生物燃料，生物電，生物電池，修復(fù)和工藝改進傳統(tǒng)燃料。-IT和技術(shù)部門?；贒NA的數(shù)據(jù)存儲是最有前途的研究領(lǐng)域,但仍然只是在證明-概念（PoC）階段。-挑戰(zhàn)和障礙仍然很高，有幾個關(guān)鍵的不確定性。在許多SynBio應(yīng)用程序中，開發(fā)幾十年來一直在持續(xù)，通常更多的是由技術(shù)推動而不是市場拉動驅(qū)動。關(guān)鍵的不確定性包括技能/能力差距，實現(xiàn)工具集的標準化和知識庫的系統(tǒng)化，不利的公眾看法，道德/生物安全問題，資金和投資的可得性，難以擴大生產(chǎn)水平以及與傳統(tǒng)技術(shù)相比的經(jīng)濟性差，這可能會阻礙市場增長。8藍移藍移/報告005-公司應(yīng)確保適當(dāng)?shù)腟ynBio戰(zhàn)略到位。鑒于強大的驅(qū)動力，加速技術(shù)發(fā)展，以及潛在的巨大影響，公司應(yīng)該為突破帶來的指數(shù)增長做好準備。鑒于其多樣性，公司需要仔細考慮哪些領(lǐng)域與其業(yè)務(wù)相關(guān)，并進行現(xiàn)實的基于市場的評估。關(guān)鍵步驟包括：公司應(yīng)該做好準備突破可能導(dǎo)致的指數(shù)增1.確定潛在的機會。指出當(dāng)前或設(shè)想的未來SynBio技術(shù)可能中斷或創(chuàng)造新機會的業(yè)務(wù)領(lǐng)域?？紤]SynBio如何增強當(dāng)前性能，啟用新產(chǎn)品或流程，增強可持續(xù)性和/或提高效率或定制。2.評估吸引力并制定策略。采取市場主導(dǎo)的方法來評估潛在的業(yè)務(wù)案例,并制定基于情景的戰(zhàn)略，同時考慮到需要克服的障礙和仍然存在的關(guān)鍵不確定性。3.發(fā)展能力。了解在哪里以及如何在生態(tài)系統(tǒng)中匯集所需的功能?？紤]到SynBio的多學(xué)科性質(zhì)和專業(yè)技能的短缺，這一點尤其重要。4.保持生態(tài)系統(tǒng)的存在。至關(guān)重要的是，參與監(jiān)管和道德話語,并在應(yīng)用程序成為指數(shù)時迅速做出反應(yīng)。藍移藍移/報告005序言我是技術(shù)的粉絲。但與此同時，我非常擔(dān)心它的負外部性。對我們的孩子,社會，機構(gòu)或企業(yè)的負外部性。藍移藍移/報告005這種擔(dān)心并不新鮮。事實上，我特別記得在青少年時期讀高中時的AldousHuxley的《勇敢的新世界》。在這部小說中，Huxley呈現(xiàn)了一個看似美妙的世界，極權(quán)主義和技術(shù)的混合導(dǎo)致了一種極其穩(wěn)定的全球社會，沒有戰(zhàn)爭或沖突。從表面上看，這是所有可能世界中最好的。但是，個人自由和自由意志幾乎完全消失了。那是我對技術(shù)矛盾的介紹。在與藍移團隊一起準備這份關(guān)于合成生物學(xué)的報告時，赫x利的《勇敢的新世界》像轉(zhuǎn)基因的“瑪?shù)铝铡さ隆て蒸斔固亍币粯踊氐搅宋业纳磉?，我不禁想到了所有的反烏托邦情景。為什么？因為SyBio包含了許多潛在的威脅和負面影響，這些威脅和負面影響可能源于其濫用或意外后果：致命的病原體,基因驅(qū)動（可用于在整個人群中傳播特定的基因套件）技術(shù)，環(huán)境和健康風(fēng)險，或DIY生物學(xué)運動（對SyBio實驗感興趣的公民科學(xué)家運動，這引起了人們對濫用易于獲得和低成本技術(shù)的擔(dān)憂。像CRISPR[定義為集群規(guī)則間隔短回文重復(fù)]由個人與該領(lǐng)域的先驗知識很少）。但與此同時，我感到非常驚訝的是，大多數(shù)工業(yè)部門都可以利用SynBio-而不僅僅是生命科學(xué)。在本報告中，我們主要關(guān)注SynBio將給商業(yè)，社會和人類帶來的積極影響。在深入研究之前，我想與您分享另一個非常有趣的字謎：“合成生物學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨簧竭_基擊中”像往常一樣，字謎以神秘的方式移動。—AlbertMeige博士1CHAPTER合成生物學(xué)&為什么重要？藍移藍移/報告0051什么是合成生物學(xué),為什么它很重要?人類長期以來一直質(zhì)疑生命的本質(zhì)，通過宗教，哲學(xué)，藝術(shù)和科學(xué)無休止地探索這個話題。自20世紀中葉和DNA的發(fā)現(xiàn)以來，SynBio領(lǐng)域為一些“大問題”提供了見解藍移/藍移/報告005例如，SynBio已經(jīng)表明，我們可以合成地在生物體中創(chuàng)造新的和不同的功能，并利用活細胞來執(zhí)行非生物任務(wù)。2023年，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員聲稱已經(jīng)生長出一個非常類似于14天人類胚胎的實體，而不使用精子，卵子或子宮。1定義SynBio如今，SynBio的定義各不相同，但大多數(shù)都集中在工程生物系統(tǒng)的基本概念上。-“新生物部件、裝置的設(shè)計和建造，和系統(tǒng)，以及為有用目的重新設(shè)計現(xiàn)有的自然生物系統(tǒng)“(自然)-“涉及通過將生物體設(shè)計為具有新能力來為有用目的重新設(shè)計生物體的科學(xué)領(lǐng)域”(美國國家HumanGenomeResearchInstitute)-“使用現(xiàn)代技術(shù)和計算來設(shè)計生物學(xué)來解決與環(huán)境和人類相關(guān)的問題健康”（美國加州大學(xué)圣地亞哥分校[UCSD]合成生物學(xué)研究所）-“多學(xué)科的科學(xué)領(lǐng)域，專注于生命系統(tǒng)和有機體，它應(yīng)用工程原理來開發(fā)新的生物部件、設(shè)備和系統(tǒng)或重新設(shè)計自然界中的現(xiàn)有系統(tǒng)“(維基百科)生命可以合成嗎？我們應(yīng)該把生物等同于它們的功能嗎？生命超過其組成部分的總和嗎？注意1）仿生是模擬自然系統(tǒng)的形成，結(jié)構(gòu)，功能或過程的人工系統(tǒng)的研究和設(shè)計來源：ArthurD.Little1加拉格爾，詹姆斯。“科學(xué)家在沒有精子或卵子的情況下培養(yǎng)人類胚胎的完整模型。”BBC新聞，2023年9藍移/報告005調(diào)查包括來自世界各地的藍移/報告005調(diào)查包括來自世界各地的38位學(xué)術(shù)和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的回應(yīng)?；旌希河袡C和無機材料結(jié)合的系統(tǒng)。2023年藍移全球?qū)＜艺{(diào)查2作為本報告的一部分，我們探索了SynBio與相關(guān)領(lǐng)域的區(qū)別。它發(fā)現(xiàn)專家通常將融合，工程原理和系統(tǒng)思維確定為關(guān)鍵特征（見圖2）。雖然意見與這三個方面大致一致，但專家們并不完全同意源材料是否必須是活生物體，或者是否可以合成它們。為了這項研究的目的及其對應(yīng)用和影響的最終關(guān)注，我們得出結(jié)論，從以下方面定義該領(lǐng)域更有用它生產(chǎn)什么以及它是如何工作的，而不是它的原材料的性質(zhì)。因此，我們提出了SynBio的實用定義，體現(xiàn)了以下主要特征：“工程，修改或支持此定義，SynBio涉及三個功能：1.多學(xué)科的融合-連接生命和物理科學(xué)-在自然發(fā)生和人造世界之間的邊界-生活或混合系統(tǒng)-仿生工程方法也可以是SynBio工具箱的一部分，盡管模仿生物系統(tǒng)是本身不是SynBio的目標用你的話說，什么是合成生物學(xué)？它與相關(guān)領(lǐng)域有什么區(qū)別？“表征零件和系統(tǒng)增加未來設(shè)計的可預(yù)測性““合成[即]組成&的方法'putingtogether'對于生命系統(tǒng)““[修改或]創(chuàng)建生命系統(tǒng)完全來自材料那個從來沒有活著或生物體的一部分”“The通過設(shè)計創(chuàng)造新的生活系統(tǒng)”“可預(yù)測、可控制、精確的工程中的新功能各種生命系統(tǒng)“The建筑從生物系統(tǒng)較小的零件，在a模塊化方式”來源：ArthurD.Little23“The工程生物學(xué)的設(shè)計、構(gòu)建、測試和學(xué)習(xí)新功能”“尊敬的生物化學(xué)由工具集”“多學(xué)科如何進行調(diào)查新的生命形式”“靈感來自大自然[where]所有問題的答案在自然界中已經(jīng)存在”“源自系統(tǒng)生物學(xué),但現(xiàn)在已經(jīng)夠了數(shù)據(jù)建立模型““的目的理解自然or生產(chǎn)有用的生物機器”藍移/藍移/報告0052.應(yīng)用工程原理-旨在實現(xiàn)特定目標和功能的生命系統(tǒng)的有意工程3.系統(tǒng)思維和模塊化-將生物系統(tǒng)分解為可互換的模塊-了解單個零件在整個系統(tǒng)中的行為和相互作用SynBio應(yīng)用的頻譜SynBio涵蓋了廣泛的潛在應(yīng)用（見圖3其特點是它們的新穎性，從更基本的增強現(xiàn)有功能到完全創(chuàng)建全新的生命系統(tǒng)。在下一個細節(jié)級別，將SynBio的功能分為三個廣泛目標的類別是有用的（參見圖4）。如圖4所示，SynBio可用于制造全新的產(chǎn)品（生物和非生物增強現(xiàn)有產(chǎn)品的性能，以及改進相同產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造過程。在后一類產(chǎn)品中，提高可持續(xù)性是一個重要的好處，盡管更好的效率和精度也是關(guān)鍵。圖3-SynBio應(yīng)用譜增強生物體的現(xiàn)有功能（例如，增加藻類或植物的光合能力以促進生長和生物量生產(chǎn)）增強具有自然界中存在的另一種功能或組合的生物體（例如，用其他生物體的部分修飾細菌以產(chǎn)生可以分解塑料廢物的酶）在自然界中尚未存在的生物體中創(chuàng)造全新的功能（例如，無法傳播瘧疾或登革熱等疾病的轉(zhuǎn)基因蚊子）使用有生命或非生命部分創(chuàng)建全新的生命系統(tǒng)，例如由皮膚細胞和心肌細胞組成的異種機器人，兩者都來自早期青蛙胚胎的干細胞資料來源：ArthurD.Little；英國研究與創(chuàng)新（UKRIDavies，JamieA.合成生物學(xué)：非常簡短的介紹。牛津大學(xué)出版社，2018年；Benner，StevenA.和A.MichaelSismour?！昂铣缮飳W(xué)”?！蹲匀辉u論遺傳學(xué)》，第6卷，2005年7月藍移藍移/報告005BiologicalBiological01.新產(chǎn)品及材料非生物02.增強現(xiàn)有產(chǎn)品的性能更可持續(xù)03.更可持續(xù)和高效的制造流程更高效/更精確來源：ArthurD.Little，UKRI–合成食品–作為藥物形式或用于藥物的生物活性化合物–強化天然肥料–新的生命形式–生物傳感器–生物電池和燃料電池–合成革和橡膠–生物計算機和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)–作物馴化和加速植物育種–基因和細胞療法在癌癥治療中的應(yīng)用–基于生物的制造工藝–生物金屬提取–減少廢物和回收利用–生物修復(fù)–疫苗開發(fā)–使用新型酶的生物合成–使用“全”微生物的精確發(fā)酵–專門定制的食品和配料是什么推動了SynBio的進步？雖然SynBio的起源可以追溯到20世紀50年代，但在過去的20年里，突破已經(jīng)大大加快，如圖5中的時間表所示。在過去的十年中，由于技術(shù)推動和市場需求，SynBio的進展進一步加速:-技術(shù)推動-正在進行的融合生命科學(xué)和物理科學(xué)的發(fā)展（見圖6包括更強大和準確的基因編輯工具-市場需求-滿足以下方面日益增長的需求的需要:-更大的可持續(xù)性（例如，可再生原材料/能源）-改善醫(yī)療保?。ɡ?，更快，更低成本的藥物開發(fā)；改善診斷；更有針對性的治療）-加強糧食安全(例如，在氣候變化和人口增長時提高產(chǎn)量)-創(chuàng)新（例如，更量身定制的產(chǎn)品，計算機的變革性進步以及其他激進的新應(yīng)用）藍移/藍移/報告0051960年代：合成生物學(xué)的先驅(qū)Jacob&Monod推測細胞調(diào)節(jié)如何能夠從分子組分組裝新系統(tǒng)20世紀80年代：轉(zhuǎn)基因胰島素利用細菌在重組DNA的幫助下制造胰島素(“Humulin”）2000年：第一個合成生物回路由人類設(shè)計—遺傳撥動開關(guān)和抑制因子-證明了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可以從數(shù)學(xué)原理設(shè)計2004年：第一屆國際合成生物學(xué)會議“合成生物學(xué)1.0”(麻省理工學(xué)院)2012：商業(yè)生物制造植物細胞蛋白質(zhì)療法2014年：Illumina推出下一代測序（NGS）技術(shù)，大大提高了吞吐量、可擴展性和速度，聲稱超過了摩爾定律2017年：FDA批準CART，已被證明可以治愈某些血癌疾病2020年：DNA數(shù)據(jù)存儲聯(lián)盟成立創(chuàng)建和促進基于DNA作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的可互操作存儲生態(tài)系統(tǒng)；2002年第50名成員19501950年代雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)1970年代限制酶的發(fā)現(xiàn)和重組DNA技術(shù)的發(fā)明1980年代1986年由Genentech（Activase）批準在哺乳動物細胞中生產(chǎn)的第一個生物制劑1990年代啟動首個基因治療試驗2000年代DNA合成和測序的新進展2005創(chuàng)建的噬菌體的第一個合成基因組2012CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，使單個基因的編輯成為可能2017美國首個批準的轉(zhuǎn)基因T細胞療法2019完全通過計算機創(chuàng)建第一個細菌基因組2020創(chuàng)建第一批異種機器人（旨在執(zhí)行特定功能的合成生命形式推出基于mRNA的抗COVID-19疫苗2021深度學(xué)習(xí)技術(shù)在蛋白質(zhì)折疊預(yù)測和抗體發(fā)現(xiàn)中的突破來源：ArthurD.Little物理科學(xué)物理學(xué)，納米技術(shù)，材料科學(xué)，表面科學(xué)，計算機科學(xué)，AI，材料科學(xué)，表面科學(xué)，數(shù)學(xué),數(shù)據(jù)科學(xué)，機器人/物聯(lián)網(wǎng)，模擬/數(shù)字孿生生命科學(xué)生物學(xué)，化學(xué)，生物化學(xué)，細胞生物學(xué)，蛋白質(zhì)科學(xué)，代謝工程，高級發(fā)酵，生物技術(shù)，基因組編輯，表觀遺傳學(xué)，計算生物學(xué)，神經(jīng)科學(xué)工程原理分析生物學(xué)工程原理諸如“諸如“設(shè)計建造，學(xué)習(xí)“從分析中改變了SynBio追求新型工程學(xué)科大數(shù)據(jù)和AI“大生物”數(shù)據(jù)的可用性和AI/黑盒建模技術(shù)使用的標準化實現(xiàn)了更好的設(shè)計,由數(shù)據(jù)工程原理支持系統(tǒng)生物學(xué)更好的理解、系統(tǒng)化和工程更復(fù)雜的生物系統(tǒng)增加能力和協(xié)作說明：工具集/平臺/應(yīng)用程序開發(fā)人員、服務(wù)提供商過去十年降低成本用于DNA測序，基因合成和編輯私人和公共投資過去十年SynBioSynBio來源：ArthurD.Little藍移藍移/報告005ThiscombinationisdrivingincreasingpublicandprivateinvestmentandpartnershipacrossSynBioecosystems.ExampleswithintheUSinclude:-美國政府SynBio研究經(jīng)費增加至1.61億美元2022年，過去五年公共資金總額為8.2億美元。-美國私營部門在2022年向SynBio投資了80億美元。-包括美國西北大學(xué)和美國麻省理工學(xué)院（MIT）在內(nèi)的機構(gòu)獲得了涉及跨學(xué)科團隊的SynBio研究項目的贈款。-新的政府贊助的合作已經(jīng)啟動，例如涉及銀杏生物工程、Geno和安西婭.-新的聯(lián)盟已經(jīng)成立，以開發(fā)跨平臺解決方案。例如，微軟，聯(lián)想和TwistBioscience正在合作探索跨平臺工作，例如通過DNA數(shù)據(jù)存儲的潛力?；顒拥脑黾油苿恿巳騍ynBio市場的預(yù)期增長24%的復(fù)合年增長率到2030年超過700億美元，從大約2023年150億美元（請參見圖7）。這涵蓋了僅提供服務(wù)，工具，專有技術(shù)和產(chǎn)品，以使最終用戶能夠在醫(yī)療保健，食品和食品等市場中應(yīng)用SynBio行業(yè)。它不包括這些最終用戶可能使用SynBio工具實現(xiàn)的任何潛在增量收入,我們在本節(jié)的最后一部分和第2章中概述了這些工具的影響。▼▼在十億美元$70$57$46$37$30$24$19$15.5$12.5202220232024202520262027202820292030來源：ArthurD.Little藍移/報告005藍移/報告005SynBio增長面臨的挑戰(zhàn)盡管SynBio顯示出令人印象深刻的增長潛力，但其發(fā)展仍面臨著大規(guī)模的障礙。這些障礙范圍廣泛，從生物安全/道德問題到技術(shù)，經(jīng)濟和消費者挑戰(zhàn)。生物安全與倫理問題改變生物有機體-或創(chuàng)造全新的有機體-圍繞潛在的意外環(huán)境后果或不良行為者故意濫用SynBio提出了生物安全挑戰(zhàn)。這也導(dǎo)致了關(guān)于改變或創(chuàng)造生命形式時被認為可以接受的道德辯論，以及“有生命的”生物體和“無生命的”機器之間的邊界模糊，如圖8所示。全球監(jiān)管對于確保生物安全和圍繞道德問題提供保證至關(guān)重要，例如通過與研究人員、公司和國家一起采用和執(zhí)行關(guān)鍵原則和行為準則。但是，法規(guī)和準則仍在不斷發(fā)展。已經(jīng)定義了一些總體原則，例如長期建立和國際公認的生物多樣性公約（CBD）。這包括與SynBio有關(guān)的規(guī)定，例如，圍繞確保使用SynBio技術(shù)生產(chǎn)的改性活生物體（LMO）的安全處理，轉(zhuǎn)移和使用。However,theseprincipleshaveyettobeconsistentlyappliedataglobalregulatorylevel.Currently,fragmentednationalandregionalregulatoryframeworkequalstolimitedguidanceoveraconsistentapproachtotheresponsibleuseofSynBio.“玩神”來源：ArthurD.Little藍移/報告005向上擴展成本競爭力技術(shù)能力轉(zhuǎn)型障礙藍移/報告005向上擴展成本競爭力技術(shù)能力轉(zhuǎn)型障礙還圍繞道德問題制定了準則。例如，國際系統(tǒng)生物學(xué)學(xué)會（ISSB）和合成生物學(xué)領(lǐng)導(dǎo)委員會（SBLC）等組織已經(jīng)制定了行為守則，例如為科學(xué)研究制定的行為守則。世界衛(wèi)生組織（WHO）等機構(gòu)正在形成類似的準則。但是，隨著新興技術(shù)的發(fā)展，法規(guī)也在迅速變化。這意味著了解和導(dǎo)航不同的生物安全和道德問題仍然是SynBio參與者的挑戰(zhàn)。技術(shù)、經(jīng)濟和消費者挑戰(zhàn)同時，在加速SyBio在許多領(lǐng)域的使用方面，仍然存在巨大的技術(shù)，經(jīng)濟和消費者接受障礙。這些包括從實驗室擴大到全面生產(chǎn)的過程的困難，與現(xiàn)有替代品的成本競爭力差，缺乏足夠強大的技術(shù)，需要大規(guī)模投資，以及潛在的消費者對SyBio衍生產(chǎn)品的推擠，這些產(chǎn)品被視為危險或威脅（參見圖9）。圖9-SynBio增長面臨的技術(shù)、經(jīng)濟和消費者挑戰(zhàn)ExampleExample大規(guī)模生產(chǎn)和制造細胞療法用生物基原料代替化石燃料制造化學(xué)產(chǎn)品轉(zhuǎn)基因食品藥物發(fā)現(xiàn)的電子技術(shù)進步塑料聚合物和衍生物的生物路線來源：ArthurD.Little藍移/報告005$1,849$569美國GDP總量$25.4萬億化學(xué)品、塑料，藍移/報告005$1,849$569美國GDP總量$25.4萬億化學(xué)品、塑料，包括藥品468美元制造，術(shù)$440公用事業(yè)$440石油、天然氣、采礦包括醫(yī)療技$374數(shù)據(jù)處理$72$327244農(nóng)產(chǎn)品$93紡織品、服裝、造紙廢棄物管理來源：ArthurD.Little，美國經(jīng)濟分析局SynBio的變革潛力盡管SynBio目前面臨著重大挑戰(zhàn)，但它對最終用戶行業(yè)的潛在影響是巨大的。SynBio應(yīng)用程序有能力從根本上改變?nèi)蛞恍┳畲蟮男袠I(yè)部門，幫助解決威脅人類未來的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，例如可持續(xù)發(fā)展、健康、和食物供應(yīng)。這些行業(yè)，包括農(nóng)業(yè)，醫(yī)療保健，制造業(yè)和數(shù)據(jù)處理，約占當(dāng)前全球產(chǎn)出的15％-20證明了SynBio的潛在意義，如果它能夠克服挑戰(zhàn)和不確定性以美國為例，這些被破壞的部門約占當(dāng)前GDP的20涵蓋約5萬億美元，如圖10所示。鑒于這種深遠而多樣的潛力，相關(guān)行業(yè)的參與者不能忽視SynBio開發(fā)的持續(xù)進展-特別是考慮到技術(shù)和市場方面的驅(qū)動力越來越強。在十億美元可能受可能受SynBio影響的行業(yè)2CHAPTER科學(xué)&技術(shù)景觀藍移藍移/報告0052科學(xué)與技術(shù)景觀盡管邊界可能會模糊，但SynBio的開發(fā)環(huán)境可以大致分為三組（參見圖111.產(chǎn)品開發(fā)人員-創(chuàng)建利用SynBio專有技術(shù)和工具集的客戶產(chǎn)品和應(yīng)用程序2.工具和技術(shù)開發(fā)人員-開發(fā)工具和技術(shù)，使SynBio產(chǎn)品和應(yīng)用程序，包括技術(shù)，硬件，軟件和系統(tǒng)3.基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究-創(chuàng)建對SynBio基礎(chǔ)科學(xué)的基本和應(yīng)用理解藍移/報告005醫(yī)療保健與生命科學(xué)hemicals&藍移/報告005醫(yī)療保健與生命科學(xué)hemicals&材料產(chǎn)品開發(fā)人員消費品能源IT&技術(shù)工業(yè),Nufacturin啟用設(shè)計構(gòu)建分析食品與農(nóng)業(yè)c創(chuàng)建利用SynBio專有技術(shù)和工具集的客戶產(chǎn)品和應(yīng)用程序重疊-一些工具集玩家參與產(chǎn)品,反之亦然開發(fā)SynBio工具集（支持產(chǎn)品和應(yīng)用程序的工具和技術(shù)，包括技術(shù)，硬件,軟件，系統(tǒng)）創(chuàng)建對SynBio基礎(chǔ)科學(xué)的基本和應(yīng)用理解基本研究社會/倫理應(yīng)用R&Dh與所有模型一樣，區(qū)別并不總是很明顯。例如，一些工具和技術(shù)參與者,例如Asimov和Arzeda，也廣泛參與產(chǎn)品開發(fā)，通常與基于產(chǎn)品的業(yè)務(wù)合作。報告的這一部分重點介紹了堆棧的學(xué)術(shù)研究和工具/技術(shù)開發(fā)部分。我們將在第3章中更深入地介紹產(chǎn)品開發(fā)人員和應(yīng)用程序。基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究主要學(xué)術(shù)參與者及其主要研究領(lǐng)域的精選實例包括以下內(nèi)容(僅說明性,非詳盡)。美國玩家MIT生物工程系專注于廣泛的醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)應(yīng)用相關(guān)研究，麻省理工學(xué)院的中心包括：-多細胞工程生命系統(tǒng)中心—一個多學(xué)科小組，研究具有多個相互作用的生命組件的目的驅(qū)動的生命系統(tǒng)-生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新中心-開發(fā)新的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)方法，如結(jié)構(gòu)和生物膜蛋白質(zhì)在傳感器中的應(yīng)用功能-神經(jīng)生物學(xué)工程中心-專注于神經(jīng)系統(tǒng)實驗研究的新工具和工程神經(jīng)元、神經(jīng)組織及其與細胞、裝置和假體的相互作用藍移藍移/報告005SynBio的學(xué)術(shù)研究廣泛，涵蓋廣泛的領(lǐng)域 。西北大學(xué)：合成生物學(xué)中心該中心的研究圍繞四個主題：1.無細胞系統(tǒng)-具有無細胞生物學(xué)激活基本細胞過程（例如，翻譯)的生化工程，而沒有活的完整細胞2.哺乳動物系統(tǒng)-開發(fā)基于自定義編程的新型細胞功能的新型平臺和治療策略3.啟用技術(shù)-高通量實驗工具，可以優(yōu)化和理解多組分生物合成轉(zhuǎn)化，包括工程平臺上的工作，蛋白質(zhì)的平行表達和計算分析，以識別數(shù)據(jù)中的設(shè)計規(guī)則4.倫理和社會影響-低收入和中等收入國家的技術(shù)差距，探索SynBio開發(fā)產(chǎn)生的新生物倫理問題，并為科學(xué)家開發(fā)倫理培訓(xùn)斯坦福大學(xué)：合成生物學(xué)和生物工程這兩個計劃探索廣泛的SynBio研究，包括蛋白質(zhì)工程，微生物組研究，系統(tǒng)生物學(xué)，生物信息學(xué)，代謝工程，神經(jīng)工程，生物力學(xué)，醫(yī)療設(shè)備，醫(yī)學(xué)成像，分子工程，顯微鏡，生物材料，組織工程，組學(xué)/基因組學(xué)，基因治療，微流體，農(nóng)業(yè)生物學(xué)和植物健康，節(jié)儉科學(xué)和生物政策。歐洲球員瑞士：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院SynBio小組專注于在哺乳動物環(huán)境中開發(fā)和應(yīng)用生物計算和合成生物學(xué)的工具和方法，基于三個支柱：1.用于精確操作和重新編程哺乳動物細胞的基礎(chǔ)技術(shù)2.將這些工具應(yīng)用于生物技術(shù)和轉(zhuǎn)化研究中未滿足的需求3.由生物計算驅(qū)動的基因和細胞療法的發(fā)展藍移藍移/報告005研究重點是加快設(shè)計-構(gòu)建-測試-學(xué)習(xí)周英國：帝國理工學(xué)院合成生物學(xué)中心研究重點是加快設(shè)計-構(gòu)建-測試-學(xué)習(xí)周期以及多學(xué)科/跨學(xué)科研究的新方法，包括：-計算建模和ML方法-自動化平臺開發(fā)與基因電路工程-多細胞和多生物體相互作用（包括基因驅(qū)動和基因組工程，代謝工程無細胞SynBio，工程噬菌體和定向進化）-仿生學(xué)、生物材料和生物工程該學(xué)院還主辦了英國的創(chuàng)新和知識中心SynbiCITE，旨在加速和促進SynBio研究和工程生物學(xué)應(yīng)用的商業(yè)開發(fā)。這包括倫敦生物鑄造廠，旨在設(shè)計，工程和功能表征合成DNA。德國：馬克斯·普朗克合成生物學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)Thenetworkcomprises20researchgroupsfromnineMaxPlanckInstitutes.Researchclusterincludeenablingtechnologies,life-mimickingprocesses,andsystemsperspectives.Topicscoveredinclude:-自下而上的SynBio遺傳系統(tǒng)工程-自下而上SynBio微流控工具的設(shè)計與實現(xiàn)-動態(tài)原細胞系統(tǒng)-通過無細胞表達產(chǎn)生重組蛋白亞洲球員中國:深圳合成生物學(xué)研究所該研究所成立于2019年，是中國第一家SynBio研究所，聲稱擁有世界上最大的SynBio專業(yè)多學(xué)科團隊。新加坡：臨床和技術(shù)創(chuàng)新合成生物學(xué)（SynCTI）SynCTI成立于2014年，是新加坡國立大學(xué)（NUS）SynBio的重點研究計劃，作為跨學(xué)科研究核心，與NUS內(nèi)的其他研究計劃互動，并利用現(xiàn)有的研究能力在SynBio中，該項目是通過當(dāng)?shù)睾蛧H組織的資助開發(fā)的。韓國：韓國高級科學(xué)技術(shù)研究院生物科學(xué)系該部門宣布專注于基因組學(xué)和納米技術(shù)，重點研究人類疾病及其分子機制，功能基因組學(xué)及其應(yīng)用以及納米生物技術(shù)及其應(yīng)用。藍移藍移報告/使用無細胞系統(tǒng)進行生物制造有可能成為一些關(guān)鍵的研究主題縱觀整個科學(xué)領(lǐng)域，目前的幾個SynBio研究主題預(yù)計將在5~20年，可能對商業(yè)和社會產(chǎn)生重大影響。例子包括：-大規(guī)模采用無細胞生物制造(高impact,lowuncertainty,maturewithin5-10years).Theuseofcell-freesystemsforbiomanufacturinghasthepotentialtobecomethenewstandardinSynBio.Furtherevolutionrequires克服實驗室規(guī)模以外的產(chǎn)品創(chuàng)造的挑戰(zhàn)?？赡艿膽?yīng)用包括生物燃料，化妝品和藥品中綠色化學(xué)品和新型產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)。-AI、SynBio和自動化的融合（高影響力，低不確定性，在5-10年內(nèi)成熟）。在SynBio中，AI提供在數(shù)據(jù)挖掘，生物信息學(xué)和計算生物學(xué)方面的潛力，例如基因表達數(shù)據(jù)中的模式和結(jié)構(gòu)識別，生物系統(tǒng)工程，代謝工程，實驗自動化，自動駕駛實驗室，結(jié)果預(yù)測和逆向工程。它提供了在工作流程速度，準確性和有效性方面逐步變化的潛力。-真核生物基因組規(guī)模的DNA合成（高影響、低不確定性、5-10年內(nèi)成熟）。具有合成和產(chǎn)生大規(guī)模復(fù)雜DNA序列的能力的新技術(shù)正在開發(fā)中,包括分子組裝和克隆方法、不依賴模板的酶促合成、微陣列和滾環(huán)擴增技術(shù)。能夠大規(guī)模和低成本地產(chǎn)生大的DNA序列將對諸如可持續(xù)材料、數(shù)據(jù)存儲、藥物遞送和基因組工程等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響,以產(chǎn)生具有有用特性的生物體,例如耐熱植物。-真菌SynBio（高影響力，-真菌SynBio（高影響力，中等不確定性，在520物技術(shù)應(yīng)用于真菌學(xué)和真菌遺傳學(xué)，隨著長讀取測序的進步，使得產(chǎn)生高質(zhì)量的真菌基因組組裝成為可能。真菌在廣泛的應(yīng)用中具有潛力，例如在環(huán)境修復(fù)，真菌衍生的食品，酶和其他化學(xué)生產(chǎn)，可持續(xù)生物材料，真菌電池等等。-復(fù)雜動物和人體組織和器官的3D生物打印(高影響，低不確定性,10-20年內(nèi)成熟year).3D-printingtechnologiescanbedeplosedtoassembymultiplecelltypes,growthfactors,andbiomaterials.Whiletissuerebuildingisalreadyfeasible,rebuilding復(fù)雜器官仍然存在許多挑戰(zhàn)。例如，必須復(fù)制心臟功能，如血管化,機械負荷和電信號傳播。如果成功，該技術(shù)將為生物人工器官移植以及其他醫(yī)學(xué)干預(yù)和治療提供潛力。藍移/報告005藍移/報告005-多細胞生物的預(yù)測性基因工程（高影響，高不確定性，在10-20年內(nèi)成熟）。盡管在細菌和哺乳動物細胞水平上取得了進展，但編程高等生物是非常復(fù)雜的，例如，需要基因編輯級聯(lián)的傳遞或整個胚胎的工程。盡管存在潛在的倫理問題，但改變?nèi)湎x等動物生理學(xué)的能力將在農(nóng)業(yè)，生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境領(lǐng)域打開可能性和應(yīng)用。-基于DNA的數(shù)據(jù)存儲（高影響，中等不確定性，在10-20年內(nèi)成熟）。低寫入/讀取速度和每個字節(jié)存儲的高成本是基于DNA的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。當(dāng)前的研究包括使用DNA納米結(jié)構(gòu)（與DNA序列相反）以及納米材料和生物分子的組合。研究有可能提供高容量，長壽命和較低的能量存儲，以滿足快速增長的數(shù)據(jù)存儲需求。工具和技術(shù)開發(fā)人員工具和技術(shù)開發(fā)可以根據(jù)設(shè)計-構(gòu)建-分析-啟用工作流進行有效分類，本質(zhì)上是一個通用的開發(fā)引擎，對所有SynBio都至關(guān)重要圖12提供了目前正在使用或正在開發(fā)中的主要工具和技術(shù)的總結(jié)，分為四個類別：1.Design-幫助建模和模擬生物系統(tǒng)2.Build-協(xié)助構(gòu)建生物系統(tǒng)3.分析-幫助測試和評估生物系統(tǒng)4.啟用-加快工程過程，重要的是，實現(xiàn)從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)水平的擴展建模、模擬和設(shè)計生物系統(tǒng)的工具：–生物計算機輔助設(shè)計建模、模擬和設(shè)計生物系統(tǒng)的工具：–生物計算機輔助設(shè)計（BioCAD）軟件，用于可視化復(fù)雜系統(tǒng)–基因和蛋白質(zhì)設(shè)計能夠合理設(shè)計具有所需功能的生物分子的工具–仿真工具通過數(shù)學(xué)模型和算法預(yù)測生物系統(tǒng)行為–AI和ML平臺實現(xiàn)新穎和優(yōu)化的合成生物學(xué)設(shè)計–定制DNA序列的制造，實施合成生物學(xué)設(shè)計的第一步–DNA和基因遞送系統(tǒng)啟用創(chuàng)建新的自定義函數(shù)&–基因組工程工具通過修改現(xiàn)有基因組來實現(xiàn)設(shè)計–發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)生物藥物、化學(xué)品、燃料和其他產(chǎn)品(而不是大規(guī)模推動者)加速合成生物學(xué)創(chuàng)新和工業(yè)擴展的工具：–加速合成生物學(xué)創(chuàng)新和工業(yè)擴展的工具：–自動化工程實現(xiàn)可擴展、可重復(fù)、快速和精確的合成生物學(xué)工作流程–基于云的工具啟用遠程實驗、設(shè)計和執(zhí)行–微流體實現(xiàn)對小規(guī)模生化反應(yīng)和實驗小型化的精確控制–大規(guī)模發(fā)酵實現(xiàn)高效生產(chǎn)的技術(shù)（例如，無細胞，建模和監(jiān)控工具）–NGS確保正確的DNA和基因組組裝–質(zhì)譜識別和定量特定的蛋白質(zhì)或代謝物–高含量表型成像實時監(jiān)測工程細胞的生長和形態(tài)–流式細胞術(shù)評估合成CART細胞設(shè)計的功效（例如，用于治療癌癥)來源：ArthurD.Little藍移藍移/報告005盡管存在差異，但工作流程類似于常規(guī)的非生物技術(shù)開發(fā)（設(shè)計，構(gòu)建,測試，制造）中使用的工作流程。例如，某些SynBio流程的相對不可預(yù)測性以及擴展的挑戰(zhàn)意味著用于分析和啟用的工具可能更加關(guān)鍵。工具和技術(shù)成熟度工具具有不同的成熟度級別：-設(shè)計-通常是最不成熟的（見圖13）。而核心基因和蛋白質(zhì)的設(shè)計和模擬工具已經(jīng)達到了很高的水平隨著成熟的關(guān)鍵參與者的成熟，人工智能和數(shù)字技術(shù)的全部力量仍未開發(fā)，將難以滿足對成熟解決方案的需求。-構(gòu)建-通常更成熟(見圖14)。從頭DNA合成和DNA/基因等核心技術(shù)遞送系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上商業(yè)化,而基因組工程工具(例如CRISPR)仍在成熟,但具有很高的破壞潛力,正處于更廣泛采用的風(fēng)口浪尖.-分析-通常是最成熟的（見圖15）。在一些大型公司（例如Illumina和ThermoFisher）的主導(dǎo)下，對下一代測序（NGS）的需求不斷增長，有助于推動采用，市場繼續(xù)快速增長。Design備注相對成熟的市場與幾家公司提供基因和蛋白質(zhì)設(shè)計工具各種應(yīng)用(例如，個人/家庭護理，材料，食品成分開發(fā)研究正在進行中，以更好地闡明（例如，基于其序列的蛋白質(zhì)功能）相對成熟，有幾個成熟的球員,但有仍在進行中創(chuàng)新與整合與其他技術(shù)，如AI/ML，特別是在了解細胞水平市場是相對較新雖然像TeselaGen和Asimov這樣的公司使用人工智能平臺，技術(shù)仍在發(fā)展;Google/DeepMind正在研究醫(yī)療保健和生命科學(xué)中的AI用例（例如，蛋白質(zhì)折疊)AI/ML平臺預(yù)測生物系統(tǒng)行為（例如，新引入的基因/蛋白質(zhì)對細胞的影響）通過數(shù)學(xué)模型和算法;啟用在硅設(shè)計迭代,減少對昂貴的依賴&耗時的濕實驗室實驗；模擬基因表達、蛋白質(zhì)相互作用和代謝途徑，指導(dǎo)實驗設(shè)計利用大量的生物數(shù)據(jù)建立新的和改進的模型，加快新型合成生物學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計；自動化和數(shù)據(jù)驅(qū)動的迭代設(shè)計和學(xué)習(xí)方法實現(xiàn)更快、更精確的設(shè)計流程復(fù)雜的合成系統(tǒng)&可能更廣泛地跨越合成生物學(xué)（例如，通過AI/ML代替實驗可以處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)隱藏的模式并生成新的假設(shè)技術(shù)基因和蛋白質(zhì)設(shè)計工具生物系統(tǒng)仿真工具Limited理解序列-功能關(guān)系和蛋白質(zhì)折疊動力學(xué)使功能設(shè)計復(fù)雜化；缺乏用于集成的標準化工具實驗數(shù)據(jù)和計算模型，以提高設(shè)計的準確性開發(fā)標準化仿真平臺或格式數(shù)據(jù)交換和協(xié)作在研究人員中；納入生物數(shù)據(jù)的標準化工具也缺乏模擬模型技術(shù)能力仍在不斷涌現(xiàn)，有助于有限的可訪問性和標準化；獲得高質(zhì)量和多樣化生物數(shù)據(jù)和理解是有限的，使得訓(xùn)練AI/ML模型變得困難；基于AI/ML的設(shè)計方法的可靠性和魯棒性無法確?？绮煌瑧?yīng)用程序啟用通過采用計算算法進行合理設(shè)計用于序列優(yōu)化，蛋白質(zhì)建模和結(jié)構(gòu)預(yù)測;使研究人員能夠修改遺傳序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以增強所需功能DescriptionTRL9TRL95成熟度挑戰(zhàn)TRL=技術(shù)準備水平來源：ArthurD.Little藍移/報告005成熟度挑戰(zhàn)備注技術(shù)Description產(chǎn)生足夠數(shù)量的確定的DNA序列進行研究和工程;然后將使用NGS等方法對新DNA進行測序，以確保產(chǎn)生正確的DNA;能力和進步不僅合成和組裝DNA從頭但也要序列結(jié)果至關(guān)重要；DNA藍移/報告005成熟度挑戰(zhàn)備注技術(shù)Description產(chǎn)生足夠數(shù)量的確定的DNA序列進行研究和工程;然后將使用NGS等方法對新DNA進行測序，以確保產(chǎn)生正確的DNA;能力和進步不僅合成和組裝DNA從頭但也要序列結(jié)果至關(guān)重要；DNA將被用來生產(chǎn)蛋白質(zhì)，這將反過來執(zhí)行所需的功能Methodsto將合成DNA轉(zhuǎn)移到靶細胞中，創(chuàng)建具有自定義功能和屬性的新生物系統(tǒng);高效和準確的交付合成DNA對于誘導(dǎo)特定蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，執(zhí)行新功能和創(chuàng)造具有理想性狀的新生物體至關(guān)重要;幾種交貨方式存在，包括病毒載體（例如,使用病毒DNA作為合成DNA的載體）非病毒方法（例如，使用脂質(zhì)體作為載體)和物理方法快速發(fā)展的市場，估值為被用來引入遺傳密碼的改變（例如，添加、刪除、修改基因）以及調(diào)節(jié)基因表達創(chuàng)建自定義功能;例子包括基因編輯工具，如CRISPR-Cas，TALENs,鋅指核酸酶和轉(zhuǎn)座子技術(shù)，用于靶向基因整合微生物發(fā)酵技術(shù)市場預(yù)計會增長&復(fù)雜的蛋白質(zhì)，如胰島素或抗體;隨著ATMP的進步，這也可以包括生產(chǎn)mRNA或細胞作為產(chǎn)品;構(gòu)建工具范圍從細胞和細胞表達系統(tǒng)的操作到培養(yǎng)基開發(fā)和工程TRL9TALENs=轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)核酸酶；ATMPs=高級治療藥物；CHO=中國倉鼠卵巢；CRO=合同資源組織；CDMOs=合同開發(fā)和制造組織來源：ArthurD.LittleDescription精確合成DNA分子隨著長度的快速減少，需要昂貴的&耗時的裝配過程；限制制造能力具有特異性的DNA特征（例如，重復(fù)序列）定制的制造DNA序列雖然從頭合成和組裝已經(jīng)可能幾十年來，技術(shù)是仍在發(fā)展；在過去十年中，成本降低了10倍；產(chǎn)能增加到來自<100bp的>1MbpDNA&NGS等創(chuàng)新解決方案已被廣泛采用;DNA合成市場價值約為30億美元2022年，預(yù)計將以約20%的復(fù)合年增長率強勁增長（2022-2030年）取決于技術(shù)的混合成熟度；一些病毒和非病毒基因遞送系統(tǒng)已經(jīng)使用了幾十年，許多成熟的球員，但其他人正在出現(xiàn)創(chuàng)新的方法;重大創(chuàng)新和研究正在進行中，由服務(wù)提供商和制藥公司推動TRL8-9免疫原性和整體安全問題，特別是病毒載體和LNP;DNA的大小和/或數(shù)量可以交付的內(nèi)容因系統(tǒng)而異，但可能會受到限制；可瞄準性特定的細胞或組織，特別是當(dāng)涉及生理障礙時DNA和基因遞送系統(tǒng)TRL4-9通過解決確保選擇性和安全性脫靶和離組織效應(yīng)關(guān)鍵但困難；復(fù)雜的監(jiān)管和高安全要求在人類醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)中使用工具；技術(shù)與開發(fā)成本高,使應(yīng)用程序變得昂貴且可能無法訪問啟用精確修改遺傳信息在生物系統(tǒng)中；可以基因組工程工具TRL9由CRISPR-Cas9技術(shù)，政府資助和增加基因工程研究；從即將到來的初創(chuàng)企業(yè)，更大的公司也對領(lǐng)域表現(xiàn)出興趣在最古老的生物應(yīng)用中；包括培養(yǎng)細胞以產(chǎn)生（表某些表達系統(tǒng)，如酵母，大腸桿菌或CHO，相對較好地理解;挑戰(zhàn)主要涉及開發(fā)更穩(wěn)定和化學(xué)確定的培養(yǎng)基，以及進一步改造細胞以提高穩(wěn)定性和生產(chǎn)率;較新的領(lǐng)域,如干細胞或無細胞生產(chǎn)仍處于PoC階段從2022年~320億美元至~50美元-2030年為520億美元；市場增長驅(qū)動技術(shù)進步和生物制品外包增長率制造到CRO/CDMO,以及整體藥物產(chǎn)量增加，微生物發(fā)酵市場需求增長發(fā)酵/細胞培養(yǎng)技術(shù)技術(shù)挑戰(zhàn)成熟度BuildBuild分析工具市場涵蓋分析工具市場涵蓋其中質(zhì)譜，成像顯微鏡和流式細胞術(shù)是精選的少數(shù)，也是合成生物學(xué)的關(guān)鍵;這些能力已經(jīng)建立，市場上已經(jīng)存在幾個參與者還增強了分析生物數(shù)據(jù)的能力用于識別和量化特定的蛋白質(zhì)或代謝物，這是指標合成系統(tǒng)在分子水平上的行為先進的成像技術(shù)允許監(jiān)測工程細胞的生長和形態(tài),這有助于確定給定應(yīng)用的最佳條件和設(shè)計使用激光分析細胞的快速分析技術(shù)可用于評估合成（例如，CAR-T細胞）設(shè)計的功效，這是一種有前途的治療癌癥的免疫療法方法TRL9高通量分析工具生成大量的數(shù)據(jù)在生物系統(tǒng)上，但是有限的計算基礎(chǔ)設(shè)施和工具阻礙了高效的存儲、處理和分析整合數(shù)據(jù)從不同的模式（例如，基因組學(xué)，核酸分析技術(shù)高速實時PCR是一種快速，更精確的技術(shù)，可在聚合酶鏈反應(yīng)（例如，用于基因表達）過程中實時定量靶基因高含量表型成像TRL9TRL9TRL9來源：ArthurD.Little藍移/藍移/報告005-啟用-變化的到期日(參見圖16)。自動化和發(fā)酵技術(shù)相當(dāng)成熟和成熟,Whilecloudlabsandmicrofluidicsarelowinmaterium,withmostplayersbeingstart-ups.However,cloudlabcompaniesarecreatingstrongpartnershipwithlargeindustryplayers,indicatingthepossibilityforidealadoperationandgrowthinthewingDescriptionDescription自動化和機器人實現(xiàn)可擴展、可重復(fù)和快速合成生物學(xué)工作流程；自動液體處理特別是領(lǐng)域內(nèi)的一項關(guān)鍵些機器可確保精確分配液體體積并實現(xiàn)全自動工作流度地提高效率通過實現(xiàn)遠程實驗，簡化數(shù)據(jù)管理和全球協(xié)作；科學(xué)家也釋放了從需要物理TRL4者；2022年市場價值為25-290億美元療目的，特別是診斷（例如，快速測試）,藥物開發(fā)和細胞培養(yǎng)雖然先進的基因組工程為其發(fā)展做出了貢獻，但在提高生產(chǎn)力或應(yīng)對擴大規(guī)模挑戰(zhàn)方面仍有創(chuàng)在野外,包括大型CDMO（例如Lonza）和擴展到精密發(fā)酵的新公司（例如PerfectDay）實現(xiàn)具有成本效益的大規(guī)模來源：ArthurD.Little$2.9億挑戰(zhàn)技術(shù)仍然存在昂貴的,特別是與學(xué)術(shù)界相對較低的勞動力成本相比；集成新型自動化技術(shù)進入自動化技術(shù)用的產(chǎn)品包括生物基化學(xué)品，燃料，香料，香料,生物塑料和藥物;現(xiàn)在擴展到發(fā)酵，例如，哺乳動物或微生物細胞產(chǎn)生生物化合物，甚至細胞作為產(chǎn)品（例如，人造肉）;不同于小規(guī)模，PoC在實驗室生產(chǎn)，先進的發(fā)酵技術(shù)利用優(yōu)化生物反應(yīng)器，在發(fā)酵與傳統(tǒng)化學(xué)合成競爭的非制藥部門或食品行業(yè)等利潤率較低的部門，主題圍繞挑戰(zhàn)也在繼續(xù)產(chǎn)生正確的品質(zhì)；對于制藥工藝，主題集中在能夠生產(chǎn)更復(fù)雜的&潛在的非天然蛋白質(zhì)例如，在CHO細胞中;數(shù)字孿生仍然不可行成熟度TRL9啟用小規(guī)模的精確控制(微升至皮升)生化反應(yīng)適用于各種應(yīng)用程序以增加的吞吐量和最小的浪費實現(xiàn)復(fù)雜的反應(yīng)驗證設(shè)備的制造步驟&復(fù)雜制造，因為它們大規(guī)模發(fā)酵技術(shù)TRL89微流體藍移/報告005藍移/報告005Figure17showstherelativematurityofselectedtoolswithintheeachofthefourSynBioworkflowstage,basedonrankingbyourexpertsurveypanel.Technologyreadlylevels(TRL)indicateshowcloseatoolisproved,commercialadoption.市場格局SyBio的大多數(shù)知名工具和技術(shù)參與者都位于美國（每個公司的基礎(chǔ)上大約有一半）。其余的在歐洲和亞洲之間大致平分，世界其他地區(qū)目前幾乎沒有市場進入者。市場分為500多家SyBio初創(chuàng)公司和數(shù)量較少的成熟公司，SyBio工具和技術(shù)公司在2022年籌集了103億美元。雖然大多數(shù)頂級資金公司目前的總部都在美國，但預(yù)計以中國為首的亞洲將出現(xiàn)最大的增長。許多政府都有針對性地對SynBio進行投資和支持。例如，英國在十多年前啟動了SynBio計劃，而美國，中國和澳大利亞最近也做出了自己的努力。附錄1總結(jié)了四個工具和技術(shù)開發(fā)類別中選定的關(guān)鍵參與者。圖例技術(shù)成熟度的“重心” 技術(shù)期限的范圍設(shè)計、模工程師和建測試和評（分析）實現(xiàn)創(chuàng)新展和擴TRL1-2ResearchTRL3-4實驗室PoCTRL5-7擴展和演示TRL8-9經(jīng)過驗證和商業(yè)化/建立來源：ArthurD.Little藍移藍移報告/INTERUDE#1不斷發(fā)展的美學(xué)-將藝術(shù)與科學(xué)交叉細胞的語言藍移藍移/報告005我們在SynBio中的探索試圖通過操縱基因來揭示生物中隱藏的過程。我們的目標是以人類規(guī)模的方式改變這些表達?？紤]在盤子上生長的大腸桿菌菌落。逐漸地，它傳播了，并且-隨著條件變得更加苛刻-它創(chuàng)造了分支和復(fù)雜的模式。這種現(xiàn)象成為靈感對于我們的工作壓力-o-stat（見本節(jié)的第一張圖片它探索了遺傳機制如何響應(yīng)細胞壓力。在惡劣的條件下，細胞產(chǎn)生過氧化氫酶以中和有害的氧自由基。分析這種反應(yīng)背后的遺傳機制使我們有可能用產(chǎn)生熒光蛋白的過氧化氫酶基因代替。我們的新遺傳成分嵌入遺傳回路并插入細菌中，在饑餓期間引起虹彩光的發(fā)射。使用滴注系統(tǒng)來調(diào)節(jié)食物釋放和螺旋。冷凝器來可視化光線變化，我們觀察到在惡劣條件下的螺旋光，隨著營養(yǎng)的變化，我們看到了緩慢的振蕩光。Stress-o-stat旨在捕捉細菌中“壓力”的詩意語言，發(fā)光講述了一個韌性和機智的故事。為了進一步擴展方法和隱喻，我們探索了如何使用固體媒體和延時攝影來完成此操作。作為壓力和信號語言的另一種游戲，KatEred（見第二張圖片）采用了產(chǎn)生基因的，發(fā)光的紅色熒光蛋白。隨著時間的推移，觀察生長模式,當(dāng)殖民地在盤子上蔓延時，發(fā)紅的邊緣閃閃發(fā)光，有點類似于樹木的年輪,講述了時間和變化的故事。在我們的微環(huán)境中，殖民地創(chuàng)造了一個生動的斗爭視覺故事。藍移藍移/報告005SyBio可以是觀察細胞內(nèi)部過程的門戶，但我們可以通過利用其他感官如嗅覺來擴展這種符號。香蕉細菌（見第三張圖片）通過顛覆我們的期望而增加了額外的扭曲。它涉及使用一種基因程序，該程序可以將酒精轉(zhuǎn)化為香蕉油，從而改變E.的典型令人討厭的氣味。大腸桿菌變成一種甜味的奇跡，讓人聯(lián)想到香蕉。它作為一種頑皮的混淆，促使我們反省我們的先入之見。但是，轉(zhuǎn)基因生物通常僅限于實驗室；在這些環(huán)境之外進行展覽涉及對健康和安全法規(guī)的冗長導(dǎo)航以及道德審查。通過我們的工作，我們?yōu)樵谟捌渚惩庹故巨D(zhuǎn)基因生物的第一個法律展覽鋪平了道路。這些工作使人類可以感知到不可見的過程。然而，缺乏實時互動會在我們?nèi)绾误w驗這些有機體和過程中造成障礙，通常需要我們添加一個像延時這樣的接口來橋接體驗。我們最初的實時實驗使用納米磁性粒子，這允許參與者使用外部磁鐵控制單個細胞。令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)磁性細菌是自然存在的。這些生物沿著地球磁場游動，以優(yōu)化它們在微需氧梯度中的位置。將這些細菌暴露于變化的磁場會使它們的身體重新定向，并在這樣做時散射光。在液體培養(yǎng)中，可以觀察到散射作為阻擋或傳遞光線而產(chǎn)生的可見微光。這種非凡的現(xiàn)象啟發(fā)了我們的作品《生活鏡子》(見第四張圖片)。作為鏡子，它借鑒了水作為我們原始的想法界面早于今天的基于屏幕的技術(shù)，并引用了水仙的神話，他悲慘地淹死了，同時被他的倒影迷住了-提醒我們，當(dāng)我們將自己的身份擴展到虛擬時，我們?nèi)绾卫^續(xù)沉浸在類似的鏡子中。為了創(chuàng)建鏡子，我們使用相機捕獲一個人的圖像,將像素轉(zhuǎn)換為數(shù)值。這些數(shù)據(jù)激活了單個磁性線圈，使細菌產(chǎn)生數(shù)百個光脈沖，實時形成圖像。這項工作深入研究了“自我”的概念，以及我們?nèi)绾沃饕煞侨思毦毎M成。它旨在捕捉技術(shù)和概念上的雙重性，即我們?nèi)绾务{馭數(shù)字和生物對自我的感知的交集。-C-LAB，一個藝術(shù)科學(xué)集體由霍華德·博蘭德和勞拉·辛蒂創(chuàng)立，結(jié)合了生物科學(xué)的科學(xué)進步，批判性思維，以及通過實踐科學(xué)的未來可能性藍移藍移/報告005Stress-o-statstress-o-stat是一種活的藝術(shù)品，可以在視覺上捕獲細菌中的壓力作為光。該裝置結(jié)合了科學(xué)儀器，方法和美學(xué)，以產(chǎn)生真實的實驗裝置。SyBio傾向于將類似機器的語言假定為生物，作為可編程的東西。矛盾的是，它與數(shù)字相反；它不是機器變得像生活一樣，而是暗示生活變得像機器一樣。藍移藍移/報告005KatEred使用發(fā)光的紅色熒光蛋白并通過使用延時來探索氧化應(yīng)激的生動可視化。菌落在其邊緣周圍產(chǎn)生發(fā)白的光芒，并隨著時間的推移產(chǎn)生細胞壓力的印記。紅色傾向于表示警報,并且已經(jīng)在諸如警示燈的許多裝置中被用作“官方”語義。雖然這些因素在生化方面幾乎沒有作用，但它們與我們作為視覺讀者的感知有關(guān)。藍移藍移/報告005香蕉細菌是一項嗅覺工作，探索了細菌的難聞氣味與香蕉的甜味交換的悖論。這些細菌通過去除一種基因，負責(zé)細菌中常見的惡臭氣味，并添加了一種基因設(shè)計，使細菌能夠合成香蕉油。藍移藍移/報告005LivingMirror是一種生物計算成像系統(tǒng)，其中磁性細菌在變化的磁場下散射光。這種現(xiàn)象被用來創(chuàng)建一個包含細菌和單獨控制的磁性線圈的生物計算系統(tǒng)，以重建圖案和潛在的實時人的圖像。43藍移藍移/報告005“如果你不能計算它，你就不理解它！?——約翰·馮·諾依曼，物理學(xué)家/工程師3CHAPTERTHE應(yīng)用與工業(yè)景觀藍移藍移/報告0053應(yīng)用和行業(yè)格局SyBio支持許多行業(yè)的各種應(yīng)用，以醫(yī)療保健和生命科學(xué)以及食品和農(nóng)業(yè)為主導(dǎo)。應(yīng)用程序景觀展示了SyBio的巨大范圍。例如,它可用于創(chuàng)建疫苗，改良作物，產(chǎn)生生物燃料，并實現(xiàn)基于DNA的數(shù)據(jù)存儲。因此,應(yīng)用程序之間的成熟度水平差異很大。從早期階段到完全商業(yè)化。藍移/報告005品藍移/報告005品來源：ArthurD.Little識別SynBio機會我們的2023年全球?qū)＜艺{(diào)查探討了在未來五到十年內(nèi)受SynBio影響最大的行業(yè)（見圖18）。約四分之一的受訪者認為醫(yī)療保健和生命科學(xué)是SynBio適用性最強的行業(yè)，其次是食品和農(nóng)業(yè)（21然后是工業(yè),制造，化學(xué)和材料（18。應(yīng)用程序成熟度將選定的SynBio應(yīng)用程序與Gartner炒作周期進行映射，進一步證明了它們的范圍和成熟度級別的多樣性（參見圖19-醫(yī)療保健和生命科學(xué)。醫(yī)療保健的各個子行業(yè)例如，廣泛使用的單克隆抗體作為治療選擇處于生產(chǎn)率的峰值，而較新的治療方式如基因療法則被認為處于膨脹預(yù)期的峰值。-糧食和農(nóng)業(yè)。這個行業(yè)正在接近膨脹預(yù)期的頂峰，因為它正在成熟,產(chǎn)品是商業(yè)可用，但市場吸收仍然相對有限。使用SynBio技術(shù)的較新技術(shù)正處于商業(yè)化的邊緣，那些解決當(dāng)前食品生產(chǎn)可持續(xù)性挑戰(zhàn)的技術(shù)（例如，培養(yǎng)肉的細胞農(nóng)業(yè)）正處于技術(shù)觸發(fā)階段。藍移/報告005期望植物性肉類替代品植物皮革替代品基因治療和細胞療法DNA數(shù)據(jù)存儲細胞農(nóng)業(yè)生物電池藍移/報告005期望植物性肉類替代品植物皮革替代品基因治療和細胞療法DNA數(shù)據(jù)存儲細胞農(nóng)業(yè)生物電池圖19-映射到Gartner炒作周期的選定SynBio應(yīng)用程序mRNAmRNA疫苗單克隆抗體單克隆抗體新型酶、新型酶、日用化學(xué)品下一代生物燃料下一代生物燃料使用合成生物學(xué)開使用合成生物學(xué)開發(fā)的香料資料來源：亞瑟·D·利特爾，納斯達克，SynBioBeta，卡爾文·施密特合成生物學(xué)指數(shù)-工業(yè)、制造業(yè)、化學(xué)品和材料。這一細分市場正接近膨脹預(yù)期的峰值，因為許多最終用途行業(yè)對新型酶的需求持續(xù)增長。商品化學(xué)品也處于膨脹預(yù)期階段的高峰期，而行業(yè)參與者（例如，聯(lián)合利華）和SynBio公司之間的伙伴關(guān)系繼續(xù)形成。-消費品。接近啟蒙的斜坡，這一部分正在成熟，一些商業(yè)上可用產(chǎn)品（例如，香水，植物性皮革替代品）。隨著可持續(xù)發(fā)展處于消費者心中的最前沿，使用SynBio生產(chǎn)消費產(chǎn)品將繼續(xù)增長。-能源。該部門正處于幻滅的低谷，因為生物燃料和生物電池繼續(xù)緩慢克服經(jīng)濟和技術(shù)壁壘。但是，由廢料和其他副產(chǎn)品生產(chǎn)的下一代生物燃料仍將在例如難以或不可能電氣化的重型運輸中應(yīng)用，例如航空和航運。-IT和技術(shù)。在技術(shù)觸發(fā)階段之后，主要參與者開始研究SynBio的采用DNA數(shù)據(jù)存儲等工具和技術(shù)。SynBio公司和技術(shù)參與者（例如Twist和Microsoft；Illumina和Dell）之間的合作伙伴關(guān)系日益增多，這一點很明顯。高藍移/報告005藍移/報告005主要增長領(lǐng)域比較增長和成熟度可以表明當(dāng)今每個關(guān)鍵應(yīng)用部門的重要性（見圖20）。如圖20所示，醫(yī)療保健和生命科學(xué)是最成熟和最大的市場，增長率最高的市場之一。下一步是糧食和農(nóng)業(yè)，盡管在低TRL的情況下，這一領(lǐng)域仍有廣泛的技術(shù)開發(fā)。工業(yè)/制造/化學(xué)/材料、消費品和能源也在增長，盡管商業(yè)化的障礙更高，其中IT和技術(shù)是最萌芽的。然而，如果基于DNA的存儲可以商業(yè)化，這可能會成為一個巨大的市場。本章的其余部分將深入了解這些市場中的每一個，包括潛在的應(yīng)用、機遇和挑戰(zhàn)。醫(yī)療保健與生命科學(xué)SynBio在醫(yī)療保健和生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用動機強勁。關(guān)鍵催化劑包括：-慢性和衰弱性疾病的發(fā)病率上升(例如，癌癥）。人口老齡化和由此導(dǎo)致的慢性病增加了對更專業(yè)治療的需求。-轉(zhuǎn)向個性化/精準醫(yī)療。朝著更有針對性的，個性化的治療/治療的運動將增加SynBio的使用，因為它可以對生物體進行微調(diào)以執(zhí)行特定/動態(tài)功能。-目前治療的局限性。SynBio可以提高當(dāng)前治療的療效和安全性，并滿足需要一種新的治療方法和機制。學(xué)食品與農(nóng)業(yè)?IT&技術(shù)預(yù)測預(yù)測到2030年的增長工業(yè)、人力、化學(xué)、材料Co消費者貨物能源泡沫的大小表明相對市場尺寸表示SynBio的范圍跨部門的TRL來源：ArthurD.Little藍移藍移/報告005然而，成功將需要該部門克服四個關(guān)鍵領(lǐng)域的現(xiàn)有挑戰(zhàn)：1.條例。關(guān)于藥物開發(fā)的嚴格法規(guī)和相對未經(jīng)測試的監(jiān)管環(huán)境使得該過程冗長且昂貴。2.道德限制。公眾的猶豫和關(guān)于修改基因組倫理的辯論阻礙了SynBio的擴展。3.技術(shù)能力有限（例如，數(shù)據(jù)流和計算機容量）。技術(shù)能力的限制阻礙了實現(xiàn)所有可能的SynBio開發(fā)的能力。4.大規(guī)模生產(chǎn)和制造細胞療法的復(fù)雜性。圍繞制造的復(fù)雜性細胞療法和大規(guī)模生產(chǎn)的局限性使從實驗室到商業(yè)規(guī)模的SynBio概念的過程變得復(fù)雜。大多數(shù)SynBio應(yīng)用程序仍處于應(yīng)用領(lǐng)域（非詳盡）組織工程SynBio可以創(chuàng)建多細胞結(jié)構(gòu)用于再生醫(yī)學(xué)，藥物測試等，包括使用細胞和結(jié)構(gòu)組件的組織和器官模擬形態(tài)和功能天然組織。例如，正在研究基因療法，高級生物制劑和小分子來刺激受損的心臟細胞的再生。SynBio可以用于產(chǎn)生可以移植的組織。例如，培養(yǎng)的表皮自體移植物被用作永久性皮膚替代品，用于治療漿液性燒傷患者。組織工程市場已經(jīng)很大，并且在2022年全球150億美元到2030年復(fù)合年增長率超過15%。大多數(shù)SynBio應(yīng)用仍處于基礎(chǔ)階段，IntegaLifeSciences和C.R.Bard（2017年被BD收購）等關(guān)鍵參與者仍主要專注于傳統(tǒng)技術(shù)。Organovo等初創(chuàng)公司專注于新的3D生物材料打印。醫(yī)療器械和植入物將SynBio集成到可穿戴設(shè)備中可以擴大機會用于生理狀態(tài)、疾病狀態(tài)和病原體或毒素暴露的非侵入性監(jiān)測實際上啟用生物傳感器然而，在醫(yī)療設(shè)備中長時間維持活生物體仍然是一個挑戰(zhàn)。潛在的應(yīng)用例子包括用于健康監(jiān)測和控制的新型可穿戴或植入式醫(yī)療設(shè)備。為了證明這一趨勢，已經(jīng)開發(fā)出具有凍干（即凍干）CRISPR傳感器的原型面罩，用于室溫下SARS-CoV-2的可穿戴無創(chuàng)檢測。藍移藍移/報告005興趣和資金的涌入導(dǎo)致了新興和更成熟的參與疫苗疫苗通常由病原體的滅活或弱化形式或其成分制備。SynBio通過替代技術(shù)促進更短的開發(fā)周期，例如核酸疫苗(例如mRNA)、病毒載體疫苗或重組疫苗(例如SHINGRIX)。例如，合成RNA平臺允許快速、可擴展和無細胞制造預(yù)防性和治療性疫苗。輝瑞-BioNTechCOVID-19RNA疫苗是第一個被批準用于人類的疫苗。Moderna和BioNTech是使用合成信使RNA來預(yù)防COVID-19的關(guān)鍵參與者的例子。干細胞療法干細胞作為所有特化細胞的原材料，能夠產(chǎn)生健康的替換受疾病影響的細胞（再生醫(yī)學(xué)）。通過以下方式實現(xiàn)這一變革過程遺傳重編程技術(shù)如CRISPR。例如，莖細胞可以被操縱成心肌細胞，然后將其注射到心臟病患者的心肌中。移植的細胞將有助于修復(fù)受傷的肌肉。全球干細胞治療市場估值為~100億到120億美元在2022年，預(yù)計將以10%-15%復(fù)合年增長率在接下來的10年中。興趣和資金的涌入導(dǎo)致了新興的參與者，例如藍鳥生物和BlueRockTherapeutics，以及更成熟的參與者，例如Mesoblast和OsirisTherapeutics，在不斷擴大的市場中共存。細胞療法SynBioenablesthedevelopmentoftherapiesbasedonbioengineeredcells.Inthesecurrentlyhighlypersonalizedtreatments,cellsarebecomethetreatmentmodal.Amongthefirsttreatmentsin這個領(lǐng)域是KitePharma的CAR-T細胞療法，但還有更多正在開發(fā)中的治療各種疾病和疾病。例如，CAR-T細胞已經(jīng)成功治療了血液腫瘤，如大B細胞淋巴瘤,也有望為實體瘤提供新的治療干預(yù)方案。轉(zhuǎn)基因細胞療法市場預(yù)計將從2022年27億美元至323億美元2029年的復(fù)合年增長率為42%.該領(lǐng)域的主要參與者包括BristolMyersSquibb和Gilead等大型制藥公司，它們分別通過收購Juno/Celgene和KitePharma來擴展其細胞治療能力。但是，有一些較小的生物技術(shù)公司在早期開發(fā)階段就利用這種技術(shù)的資產(chǎn)，包括Allogene和Ixaka（以前的Rexgenero）?；虔煼⊿ynBio使科學(xué)家能夠通過基因組編輯（例如CRISPR）或通過載體（通常是病毒載體）引入來糾正潛在的遺傳缺陷，從而治愈疾病?；蛘?，合成寡核苷酸可用于修飾遺傳響應(yīng)，RNAi是目前最突出的技術(shù)。藍移/報告005藍移/報告005現(xiàn)在例如，基于載體的基因療法已被批準用于血友病A和B。在這兩種情況下,病毒載體均用于遞送正確的基因，并可能通過單一治療治愈患者，盡管長期數(shù)據(jù)尚不可用?；蛑委熓袌鲱A(yù)計將以復(fù)合年增長率快速增長從2022年的75億美元到300億美元~20%在2030年。關(guān)鍵的成熟參與者的例子是大型制藥公司，如諾華，以及更多的利基公司，如Vertex。目前已批準的基因治療主要集中在血液系統(tǒng)遺傳疾病，如血友病和嚴重的鐮狀細胞性貧血,但也包括退行性遺傳性疾病。用于一些較大適應(yīng)癥領(lǐng)域的基因療法，例如1型糖尿病，也正在開發(fā)中。生物機接口SynBio技術(shù)可以為開發(fā)提供解決方案有效的生物人機和神經(jīng)機器接口。例如，已經(jīng)證明閉環(huán)腦機接口（BMI）技術(shù)可以調(diào)節(jié)大鼠的感覺-情感體驗，說明BMI方法如何用于疼痛控制作為藥物的替代品。存在許多醫(yī)療保健應(yīng)用，例如恢復(fù)身體功能和控制癥狀。在教育和娛樂中也有