2022年中国合成生物学产业发展报告-创业邦

成生物研究说明STUDYDESCRIPTION01012022年9月12日，美国启动《国家生物技术和生物制造计划》，这一计划所针对的技术核心直指合成生物学，引发了市场的广泛关注。作为生物制造产业的核心技术，合成生物学被认为是颠覆性前沿技术，MIT出版的《TechnologyReview》在2004年将其选为将改变世界的十大技术之一，《Science》2010年将其位列为十大科学突破第2名，也被称为继“DNA双螺旋结之后的第三次生物技术革命。合成生物学被认为是提供历史性机遇的先进制造技术，主要体现在：与石化相比，基于合成生物学的生物制造具有极大的物质分子创新潜力；以合成生物学为基础的生物制造是实现碳中和的重要途径，也是中国突破石化原料瓶颈的重大机遇。生物合成技术越来越多地应用于医疗保健、农业、化学品、能源、消费品、食品和饮料等领域，复杂生物的制造能力拓展了生物应用成为各国重点进行战略布局的新兴领域。本报告中的合成生物学以广义概念为主。合成生物学企业判断标准，产品型公司其产品生产过程采用合成生物技术，平台型公司其研发技术路径基于合成生物学技术，技术赋能型公司其技术为合成生物底层技术中的一环。由于合成生物学概念还处于开放探索阶段，随着行业和技术考。本报告在全球合成生物学产业背景下，旨在全面展示中国合成生物学产业发展现状及趋势，阐释行业发展热点，挖掘潜在市场机会，为相关行业从业者、投资机构、政策监管及服务机构提本报告所使用的数据及信息，来源于创业邦睿兽分析、行业内企业和相关投资机构的调研信相关机构的数据、图表、模型等均已在文中标注。01012022年中国合成生物学产业发展报告目录2022年中国合成生物学产业发展报告0202第第二二章章与发展概况1)核心内容：生物元件、基因线路、代谢工程以及基因组工程2)产业化和选品能力是合成生物学的主要壁垒2.发展阶段：目前进入快速发展阶段1)基础科学研究逐步发展成熟，2015年进入产业投资阶段2)底层技术的成熟引领行业从实验室进入商业化阶段3.全球视角：全球主要地区发展动态及特点1)全球各国加快战略布局及政策支持，驱动合成生物研究及应用深入2)美国：基础研究和前沿研发领先全球，完善的技术交易市场3)中国：生物制造业拥有强大的产业基础和配套的工业体系全景与创新机会分析与代表公司1)技术赋能型公司2)平台型公司3)产品应用型公司2.市场空间1)市场规模2)市场潜力：未来5年有望达到千亿美元3.应用趋势1)医疗健康2)化工能源3)食品饮料4)农业技术5)信息技术6)其他方向7)技术趋势4.中国市场格局5.市场机会1)选品建议2)创新机会0405060820222222232424262728303030323434352022年中国合成生物学产业发展报告目录2022年中国合成生物学产业发展报告0303第第第三三四四五五章章章分析2.中国投融资一级市场概况3.中国IPO及并购状况分析4.中国投资机构的布局与投资案例1)红杉中国、中金资本、君联资本等机构频频入局合成生物赛道2)艾博科技、英矽智能、和誉生物等公司深受活跃机构追捧5.创投市场趋势1.LanzaTech：合成生物学“碳智能”第一股1)基本信息2)创始团队3)发展历程4)LanzaTech关键成功因素分析(KSF)2.Moderna：生物科技行业历史最高IPO的创纪录者1)基本信息2)核心团队3)成长历程4)Moderna关键成功因素分析(KSF)3.态创生物：合成生物学技术研发商1)基本信息2)核心团队3)成长历程4)态创生物关键成功因素分析(KSF)5)未来3-5年战略布局4.蓝晶微生物：新型生物基材料研发商1)基本信息2)核心团队3)成长历程4)蓝晶微生物关键成功因素分析(KSF)5)未来3-5年战略布局议36374045494950253532545466667606060606262626363566672022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况PART012022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况PART01January.2023SYNTHETICBIOLOGY2022年中国合成生物学产业发展报告004革命革命DNA心法则组计划革命革命DNA心法则组计划2022年中国合成生物学产业发展报告合成生物学是继“DNA双螺旋结构的发现”和“人类基因组计划”之后，以工程化的手段设计合成基因组为标志的第三次生物技术革命。合成生物学领域正处于多种生物学研究领域的交叉口，概念还处于开放探索阶段，是从理解到设计到创造生命的宏观科学的微命革命的工程化即合成生物学创业邦研究中心自绘合成生物学的本质是让细胞为人类工作生产想要的物特工统计疗0505数据建模，计算设计造合装置数据建模，计算设计造合装置元件、线路、生物网络设计2022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况合成生物学微观工程化流程产品体外改造，高产、成、功能拓展产、筛选、发酵、分离纯化来源：创业邦研究中心自绘：生物元件、基因线路、代谢工程以及基因组工程合成生物学研究内容公开资料0606别细胞级以上级别别生物学类器官生物打印技术RNA合成蛋白质工程DNA别细胞级以上级别别生物学类器官生物打印技术RNA合成蛋白质工程DNA2022年中国合成生物学产业发展报告合成生物学的研究内容主要包括生物元件、基因线路、代谢工程以及基因组工程。合成生物学的基本思想与计算机科学类似，在DNA层面有目的地改造、设计基因，合成标准化的基因元件(有特定功能的氨基酸或核苷酸序列，如启动子、终止子、阻遏子、增强子等)构建特定的代谢回路，再组装成系统，并获得具有特定功能的人工生命系统(菌种、细胞等)。根据合成的不同级别，合成生物学可以分为分子级别、亚细胞级别、细胞级别、组织乃至以上级别。分子级别的合成是改造一切生物体的基础，应用最为广泛的方法是通过生化手段合成寡核苷酸、肽段，甚至全基因。在亚细胞层面上，主要开展的是关于人造细胞器的研究，比如人工合成叶绿体、线粒体、染色体，以实现特定功能。目前最受关注的是细胞级别的合成，通过改造细胞，既可以生产长链二元酸、角鲨烯、法尼烯等特定物质，也可以在细胞或病毒的现有基础上构建特殊功能，为发酵 (底盘细胞改造)、医学(各类免疫细胞疗法、溶瘤病毒)等各个领域的应用直接提供材料。最具代表性的技术是改造免疫细胞，在免疫细胞上增加嵌合抗原结构，以形成对肿瘤识别能力更强的Car-T技术。就组织及以上级别而言，合成技术目前尚处于研究阶段，研究方向包括生物打印技术、依托支架形成人工组织等等。类器官是目前研究进度较快的方向，在患者体外构建一个类似体内的器官环境，形成患处器官的“替身”，在“替身”上针对性给药，从而更加精准地筛选药剂并确定剂量，最后转移至患者身上完成实际治疗。合成生物学合成级别分类工程菌法IVD下游大规模生产新疗法、环境监测合成生命体有高度复杂性，目前缺乏可预测性设计 (或理性设计)的指导，这决定了其需要海量的工程化试错性实验，即需要快速、低成本、多循环地完成“设计－构建－测试－学习”(DBTL)这一闭环，及时反馈指导下游以提升菌种性能，解决生产瓶颈。DBTL循环涉及以下内容，①设计，首先利用系统生创业邦研究中心自绘物学工具建立微生物的代谢模型，确定改进目标，确定参与的基因及其调控元件；②构建，调用标准元件库，利用基因工程手段进行组装与菌株构建；③测试，进行实验测试，结合高通量分析或组学分析等手段对目标参数进行评估；④学习，学习高通量分析等进行改进。007促合成法BelBricks、In-fusion、Gateway、Golden促合成法BelBricks、In-fusion、Gateway、Golden-gateGibson)和体内组装(CasHRA)基因编辑：CRISPR-Cas技术微孔板高通量筛选、全自动高通量微液滴培养活液滴分选系统术胞辑胞DNA合成2022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况“设计-构建-测试-学习”(DBTL)循环是合成生物学的核心研发模式生物元件：RSBP(标准生物元件注册库)、DOOR(操纵子预测分析)、COOL(密码子优化)、Alphafold(蛋白质结构预测)等Web可交互式数据可视化，如BioCvc网站模:如生殖支原体细胞的全细胞模型：《合成生物学时代基于非模式细菌的工业底盘细胞研究现状与展望》，创业邦研究中心整理选品能力是合成生物学的主要壁垒过阶段。细胞构建阶段解决的是目标产品“从0到1”的问运用合成生物学的手段实现生产产品产业化，主要包含菌种改造、代谢调控、分离纯化、聚合工艺、应用开发五个重要环节，利用糖、淀粉、纤维素，甚至二氧化碳等可再生碳资源为原料，进行化学品、药品、食品、生物能源、生物材料等物质加工与合成。而合成生物学之所以能够实现对产物的定量可控，其核心在于运用基因工程手段实现对菌种的改造工艺以及合成途径的精确调控。涉及的主要技术：1)关键元件 (DNA序列)的挖掘/合成；2)底盘细胞的优化(菌株的选择及改造)；3)代谢途径/基因表达途径的构建和产物鉴定；4)如何分离纯化以及放大生产。且全过程中与机器学习等算法/以及生物数据库的完备程度息息相关，结合计算机技术建立整体流程的学习反馈机制是未来重点方向。合成生物制造环节蛋白骨架技术基因动态调控技术多基因调控技术术化艺发化艺发淀粉、秸秆、CH4等含碳资源建阶段大阶段创业邦研究中心自绘08082022年中国合成生物学产业发展报告成生物学公司在选品方向一般有几个发展的思路：1)路线进行替代；2)瞄准成本较高的小众精细化学品，利用生物合成法降低成本，激发品种潜在市场空间；3)剑指高附加值的产品，如一些药物中间体、护肤品细微构工场做的聚羟基脂肪酸酯(PHA)在降解性及应用层面性能优越，高昂的制造成本为PHA发展痛点，通过合成生物技术降低成本，有望在包装领域完全替代PP、PE，达到1.2万亿的市场规模。L-丙氨酸61,3-丙二醇1,4-丁二醇部分生物制造产品与传统化学法相比较的优势传统化学合成的优势原材料可再生，成本降低约50%，发酵过程无二氧化碳排放，与传统工艺相比每生产1吨L-丙氨酸可减少0.5原材料可再生，与石化路线的尼龙66相比温室气体排放减少50%碳排放减少22%原材料可再生，二氧化碳排放减少90%，成本降低20%原材料可再生，能耗降低40%，二氧化碳排放减少40%原材料可再生，温室气体排放减少56%磷酸污染降低90%，成本降低50%总废料降低19%，手性纯度更高资料来源：凯赛生物、华恒生物公司官网，《合成生物制造进展》(张媛媛等，2021年)，中金公司研究部生产规模放大阶段是合成生物学产品是否能够实现产业化的关键环节。涉及验证阶段—实验室小试—中试—量产放大阶段，整体过程壁垒较高，需要长时间的Know-How积累，通过对发酵罐和发酵工艺进行合理计算和设计，并在放大过程中根据经验不断改善发酵工艺，提高发酵水平。利用合成生物学的技术对菌种进行优化，主要关心的三个指标是转化率、生产速率、产物分离难度，直接决定了生物制造全流程的生产成本及产品竞争力。目前仅有少数产品实现工业化，如PHA、聚乳酸(PLA)、L-丙氨酸、法尼烯等。以凯赛生物为例，覆盖从基因工程到聚酰胺全产业链生物制造技术，已实现了生物法长链二元酸和生物基戊二胺、生物基聚酰胺等产品的产业化生产和商0909段定菌株整通路规模：500-5000L确定放大规律和菌种佳操作条件规模段定菌株整通路规模：500-5000L确定放大规律和菌种佳操作条件规模：5-10万L2022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况生产放大过程及所需时间规模：5-100L进行菌种筛选和培养菌株稳定性一般需要15-30天，表达量验证1-2月从实验室阶段5L的发酵罐放大到后续的5吨甚至百吨，至少则需要2-3年时间创业邦研究中心自绘少数产品做到工业化、商业化公司者 (2021)地间状态聚羟基脂肪酸酯(PHA)ADM2006年上市本高 (PLA)NatureWorksCargilDow;tabo权生产PLA吨—起步乳与增加近期求龙诺和诺德万吨-21.972020年上市$56亿L-丙氨酸4.75万吨9.54亿/亿市值$24亿1,4-丁二醇(BDO)1,3-丁二醇生物基PA6GenomaticaCargill,BASF,ovamontCovestro,l费品BD07.5万吨意大利年从0-1的1,3-丙二醇 (PDO)PTT聚酯、化妆品添加6.3万吨购PDO和PTT肉BeyondMeat (别样肉客)TysonFoods0.93万m$4.65亿，肉壁市值$89亿比20低了10倍RebM)AmyrisTotal,DSM在建$3.42亿危机市值S$9.5年低了8倍数据来自凯赛生物、峰瑞资本，创业邦研究中心整理1102022年中国合成生物学产业发展报告基础科学研究逐步发展成熟，2015年进入产业投资阶段目前合成生物学正处于创新成长期：2000年以来，合快合成生物学发展阶段资期“资期“DBTL”、“工程生物学”等理念或学人工蛋白；●2021年CRISPR首次成功治愈遗传“工程生物学”的早期发展特点，使能技术平台得到重视、工程方法和工具不断积●2007年改造噬菌体水解细菌的生物膜；●2008年利用大肠杆菌中氨基酸的代谢首个“人造细胞”；2005年以前2005-2011年2011-2015年2015年-至今芽期分子生物学芽期分子生物学、基因组学研究积淀，基因用。●2000年重新定义合成生物学；●2003年大肠杆菌中实现青蒿素前体●2005年大肠杆菌中的光传感电路设应用领域从生物基化学品、生物能源扩展至疾病诊断、药物和疫苗开发、作物育种、环境监测等诸多代谢流控制生物柴油的生产；●2013年Amyris公司利用酵母菌株商业化生产青●2015年设计合成酵母菌使其能合成吗啡、合成人创业邦研究中心自绘成熟引领行业从实验室进入商业化阶段合成生物学关键底层技术指的是细胞构建阶段技术，主要运用的是“中心法则”，即遗传信息从DNA－RNA－蛋白质的传递。基因测序、基因合成和基因编辑等核心技术的成本下降是推动合成生物行业发展的2022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况基因组测序成本降低，DNA测序和合成速度提升高效低成本的DNA测序是实现DNA合成的基础。基因成本以超摩尔速度直线下降了超一万倍。2003年第一个人类基因组测序花费近30亿美元，而2019年人类全基因组测序的成本已降至1000美元以下，未来十年甚至更短时间内成本可能会降到100美元以下。目前主流买aSolexa的代测序技术不仅提高了读长，还可以直接检测RNA序列DNA测序技术比较别业1.一个反应只能得到一条序列，测序通Sanger2.测序长度可以达到700-1000bp，泓迅科技测序的成本量高。Roche454成本很低。1.序列读长较短，IIIumina平台读取长度为250-300bp，454平台为500bp;2.建库中使用了PCR富集序列，可能取上准确率不高。ABI、华大智造、1、单读长的错误率偏高，需要重复测序PacificBiosciencesPacBioRTechnologies、SMRT3.用于RNA测序和甲基化DNA测序。DNA。fordNanopore诺禾致源数据来源∶贝壳社、RIMEDATA研究院，创业邦研究中心整理12122022年中国合成生物学产业发展报告1313基因合成逐步走向高通量和精准合成。过去20年中，合成长片段基因的成本也下降了近1,000倍。目前以成熟的柱式合成法为主，但依赖于危险的试剂和溶剂，效率低、通量低、成本高。超高通量芯片合成技术以芯片作为DNA合成固相载体，高密度集成于特定位点，一次可合成十万余条寡核苷酸，成本仅为柱合成技术的1/10000~1/100，是未来DNA合成领域的重要发展趋势。芯片DNA合成国内公司较少，金斯瑞通过收购Customaray进入该市场，泓迅科技通过自研目前能够提供芯片DNA合成服务，迪赢生物已成功研发出Micropore高通量DNA合成平台和QuarXeq双链RNA实现长链DNA合成POC，近期有望开始实现商业化突DNA合成技术比较别理点低成本，高通量，较高合成长度较短，准Twist、Agilent技术确度不高，单序合成产量低、工艺复组装拼接物法低成本，高通量，品质引物短fymetrix无低成本，高通量，较高CustomArray超高通量芯片电化学成本低高品质，超高通量技术门槛超高、专限制CustomArrayNAScriptNucleraNucleics、MolecularAssemblies、AnsaBiotech技术通量及成本优势、成本高，通量小，合成中使用有毒试200~300nt微阵列法/酵母体连接介导DNA合自动化设备成熟，方便灵活，应用范围广，错早期商业化阶段、技术成熟度不高、IDT、Affymetrix(赛默飞世尔)亚磷酸胺三酯化学成技术术无数据来源∶贝壳社、RIMEDATA研究院，创业邦研究中心整理CRISPR/Cas9技术引领基因编辑新浪潮。基因编辑技术也分为三代，分别为锌指蛋白核酸酶(ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9系统。第三代CRISPR/Cas9①为RNA-DNA识别模式，切割位点广泛，基因编辑效率超过30%，基本逐步替代前两代技术，除了某些特定场景，如对真核细胞线粒体基因组的编辑，国外相关代表企业有CaribouBiosciences、Editasmedicine、IntelliaTherapeutics等，国内有博雅辑因、邦耀生物、吉锐①①2020年，开发CRISPR/Cas9技术的两位女科学家JenniferDoudna和EmmanuelleCharpentier被授予诺贝尔化学奖。概念界定与发展概况2022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况1414DNA编辑技术比较别易性度效应ZFN96-DNA(3-6)x3x2bp低大大高TALEN2009-DNA(12-20)x2bp一位为T低CRISPR/Cas9RNA-DNA0bp序列为NGC高高小低数据来源∶RIMEDATA研究院，创业邦研究中心整理加快战略布局及政策支持，驱动合成生物研究及应用深入为是21世纪颠覆性前沿技术，为世界必争的新兴战略领全球合成生物学国家布局美国很早就开始明确支持合成生物学发展，美国政府主要通过农业部 (USDA)、美国国家科学基金会(NSF)、国立卫生研究院(NIH)、国防部(DOD)、能源部(DOE)等联邦机构积极支持合成生物学的基础研究、技术研发和研发中心的建立，积极推动合成生物学领域的跨学科布局，并且2008-2014年间，美国在合成生物学领域研发投入总额超8亿美元。凭借众多规划和资金的支持，美国合成生物学领域一直处于全球领先地位，拥额。英国是极早关注合成生物学的国家之一，也是在国家层面制定合成生物学战略路线图的国家之一。在合成生物研究中心等基础设施建设方面成果突本的企业和学术机构在合成生物学领域表现活跃，已经缔造了相当的经济价值，有如辅酶Q10、蛛丝蛋白等，而官方近年来也逐步加大创业邦研究中心自绘2022年中国合成生物学产业发展报告美国部署最早，始于国防科技。美国国防部高级研究计划局(DARPA)将合成生物学列为其生命科学领域的三大战略重点之一，2006年，由美国国家科学基金会(NSF)向新成立的合成生物学研究中心 (SYNBERC)提供为期十年共3900万美元的资助，动了《生命铸造厂》计划，旨在利用生物操纵来获取原创性新材料、新器线图加速化学品的先进制造》，提出了生物学工业化的发展愿景。2019—2021年，美国工程生物学研究联盟(EBRC)相继发布工程生物学路线路线图、工程生物学与材料科学路线图。2021年合成生物学列为《2021美国创新与竞争法重点领域之一；同时，美国已开始对启动美金以支持生物制造业①发展，其中拟在医药领域投入于2009年，英国、德国、法国研究学院分别发表在合业在了合成生物学领导理事会(SBLC)，持续加大对合成生全球重点合成生物学国家政策要点目名称容20064成生物学工程研究中心美国国家自然科学基金会为其提供十年3900万美元的资助《生命铸造工厂(LivingFounder-ies)》生物学项目的投资与开发《国防部科技优先事项》领域之一《技术评估：合成生物学》大机会启动敏捷生物铸造厂(AgileBio-Foundry,ABF)联盟计划捷生物铸造厂(AgileBioFoundry,ABF)联盟计划，并于2020年新建生物工业制造和设计生态系统(BioMADE)NSF宣布征集“用于信息处理和存储技术的半导体合成生物学(Semi-SynBio)”创建存储系统《2021美国创新与竞争法案》几大关键技术重点领域之一。该法案对其所有政府部门的指导中，着重强调了配合发展“合成生物学/工程生物学”生物学等控制微生物制造特殊的化学物质和化合物，用于制造塑料、燃料、材料和药品等。15152022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况目名称容9《战略创新与研究议程》《面向生物经济的欧洲化学工业路线图》提出在2030年将生物基产品或可再生原料替代份额增加到25%的发展目标《面向生物经济的欧洲化学工业路生物基产业联盟计划生物制造产品的研发和行业发展《英国合成生物学战略路线图2012》个关键建议。在合成生物学路线图和战物学的投入和支持《英国合成生物学战略计划》物技术产业化、商品化、新兴创意转化以及促进国际共创等年实现英国合成生物学100亿欧元的市场《发展生物经济战略》布局，推动国家工业战略的实施92020内阁府《生物战略2019》提出到2030年建成“世界最先进的生物经济社会”，并围绕生物制造技术发展等重要主题制定了《生物战略2020》的基本措施文部科学省发布JST(日本科学技术振兴机构)战略目标创新植物分创造生物合成途径的合成生物学方法0《生物技术2020+计划》马克思普朗克学会发起推动的合成生物学研究网络“MaxSynBio”、项目“SynBioDesign-合成生物学用于设计复杂天然物质生物系统”20090《国家研究与创新战略》将新兴学科“合成生物学”列为“优先挑战”生物学实验室系统与合成究所本国合成生物学发展生物学工作组指出法国可以在该领域“争取在全球排名第二或第三”合成生物学澳大拉西亚(Synthet-icBiologyAustralasia.SBA)成立与澳大利亚政府研究机构澳大利亚联邦科学与工程研究组织(CSIRO)议《国家合成生物学路线图》总额超过8000万美元创业邦研究中心自绘中国逐步加强顶层战略规划，重视基础研究和技术产业的宏观部署。从“十三五”开始，合成生物学被列为战略前瞻性重大科学问题和前沿共性生物技术，北京、上海、深圳、天津等地方政府也陆续将合成生物学列为发展规划的重点关注领域。国家卫健委在2020年8月发布了《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》，支持包括建设合成生物技术创新中心在内的各项细则，促进生物技术大力发展。2022年5月，国家发展改革委印发了更重磅的《“十四五”生物经济发展规划》，明确指出包括合成生物学在内的生物经济，是未来中国经济转型的新动力。2022年科技部投入1.86亿支持国家重点研发计划“合成生物学”重点专项，围绕“人工基因组合成与高版本底盘细胞”、“人工元器件与基因回路”、“特定功能的合成生物系统”等3个任务进行部署，构建实用性的重大人工生物体系、创新合成生物前沿技术，促进生物产业创新发展与经济绿色增长。62022年中国合成生物学产业发展报告门称中国合成生物学政策要点物学相关条款《关于扩大战略性新兴产业育壮大新增长点增长极的指导意见》系统规划国家生物安全风险防控和治理体系建设，加大生物安全与应急领域投资，加强国家生物制药检验检定创新平台建设、支持遗传细胞与遗传育种技术研发中心、合成生物技术创新中心、生物医药技术创新中心建设，促进生物技术健康发展。发改委《关于进一步加强塑料污染治理的实施意见》用推广需求，围绕低成本聚乳酸、生物基合成材料、新一代生物医用塑解塑料相关技术方向，加快突破技术瓶颈，为后续大规模产业化推广提供改委《中国(北京)自由贸易试创新片区海淀组团实施方案》智能技术以及临床研究优势，重点围绕细胞基因治疗、合成生物学、结构端医疗器械、智能医疗服务布局重大产业平台和重点项目：围绕互联网民《深圳市国民经济和社会发个五年规划和二O三五年远景目标纲要》关键技术攻关。、拼装、重组技术以及人工组织器官构建等合成生物学技术列为重点发展公厅技术工业应用以及相关技术临床应用。民《制造业高质量发展物医药产业，将布局建设合成生物学国家重大科技基础设施和国家合成生物划》加快“生物制造谷”、“细胞谷”建设。《上海市卫生健康发展学科交叉融合发展，推进工程生物学、半导体合成生物学等在医学公厅“十四五”规划》、脑机融合等前沿技术。略性新兴产业规划》学基础研究和生物基高分子新型材料、仿生材料等应用技术开发，加复合材料等产品，推动人源化胶原蛋白产业化。员会《上海市重点领域(科技创中，生命科学领域人才十分紧缺。包括代谢组学研究人才、新类)“十四五”紧缺人才微生物菌群和健康评估研究人才、合成科学和生命创制研究人才、细菌学研究人开发目录》人民苏省“十四五”科技创新规划》署生物表型、农业合成生物、智慧农业等农业前沿技术和关键共性技术，加业绿色发展关键技术，推进农业高新技术产业示范区建设，完善农业科技村全面振兴和农业农村现代化提供坚实的科技支撑。区《光明区关于支持合成生物战略科技力量建设、创新链建设、产业链建设、生态链建设以及合成业链融合发展的若P干措施》业最高给予1000万元支持。《关于推动原料药产业高质量发展实施方案的通知》加快合成生物技术、连续流微反应、连续结晶和晶型控制等先进技术开发与应用。重点发展合成生物技术、酶催化、生物催化剂筛选与制备、连续流微反应、连续结晶和晶型控制、高效分离纯化、药物微量杂质控制、过程分析等先进技术。创业邦研究中心自绘概念界定与发展概况2022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况研究和前沿研发领先全球，完善的技术交易市场自HerbertBoyer和StanleyCohen首次开展基因工程实验的近50年来，美国已经成为世界的生物技术强国，合成生物学的产业主体主要聚焦于生物制药、生物医疗、生物制剂、生物能源与生物平台五大领域，所产生的基于生物的经济(也就是生物经济)仅在2016年便带来了价值近9600亿美元的经济活动，大约占美国GDP的5%，促进了私人企业和繁荣创业生由于在合成生物学领域起步较早且前期投入较大，美国在基础研究和人才培养方面全球领先。在基础研究领域，美国在合成生物学论文发文的总量常年占据首位，约占全球总量的33%。截至2021年，美国在合成生物学领域的专利家族数量占全球总量59%，是合成生物学领域最主要的技术来源国家。合成生物学的特点之一是知识密集型，需要产学研紧密结合。在美国，以GinkgoBioworks、Zymergen和Amyris为代表的众多合成生物学企业与麻省理工学院、加州大学等合成生物学研究中心关系密切，公司的创始人和核同时，美国拥有更完善的阶段性技术的交易市场。基于合成生物产业化涉及要素多、周期长和投入高发、分享回报的机会，直至生产企业接手实现产业化。这种机制给合成生物学领域平台服务型企业提供了良好的发展土壤，GinkgoBioworks正是在此背景下发展壮大的，整合基因工程、自动化、人工智能等前沿科技，加快生物技术产业化。另外，美国在生物医药的产业配套更为完善，辅以更为先进的医药监管体系，使得面向医药应用的合成生物产业拥有更宽广的发展空间，代表有如Amyris、Precigen等公司。基础和配套的工业体系与美国形成鲜明对比的是，我国在生物制造上拥有强大的产业基础和配套的工业体系，合成生物学产业技术基本都被运用到了化学和化工相关的行业。在生物发酵方面，我国是发酵大国，也正在迈向发酵强国，具备产业和成本的优势。据统计，我国发酵品年总产量超过3,000万吨，稳居全球第一，占据了全球约70%的发酵产能，在氨基酸、有机酸和维生素等大宗生物发酵制品的产量上全球领先。在产物分离纯化方面，国内深厚的化工基础可以更好地帮助企业高效低成本地进行产物的提纯工艺开发。以上均为合成生物学技术从实验室到产业化的快速落地提供了坚实的基础，同时也是国内合成生物学龙头企业得以拥有成熟技术壁垒主要在基础技术、核心设备上。在生物催化剂创制等基础技术领域的创新能力有待加快提升，在核心菌种和关键酶的知识产权上受制于人，存在着前期投入大、资源分散、缺乏人才、成果转化率低等问题，使得国内微生物制造产业在国际市场缺乏竞争力。现阶段，我国微生物制造的核心装备支撑系统仍与先进国家有着巨大的差距，缺乏基于大数据、人工智能等技术的微生物反应器、过程传感检测、生物技系统。虽然中国起步较晚，但有望凭借国内强大的制造业基础、较低人力成本以及科研上后发迅猛之势，快速追。18182022年中国合成生物学产业发展报告SYNTHETICBIOLOGY2022年中国合成生物学产业发展报2022年中国合成生物学产业发展报告SYNTHETICBIOLOGY2022年中国合成生物学产业发展报告January.20239产业发展全景与创新机会2022年中国合成生物学产业发展报告产业发展全景与创新机会2020合成生物学产业关键环节包括菌株设计改造、工艺开发、工业化量产和终端产品的交付，分为大致的上、中、下游。上游是工具层，负责为该行业提供关键的底层技术和原料等，如DNA测序、DNA合成、基因编辑、细胞培养基以及菌株等，这类公司也被称为技术赋能公司。中游是平台层，提供技术赋能、构建平台型生物，涉及对生物系统和生物体进行设计、开发和改造等。下游则是各类产品应用型公司，覆盖范围广泛，涉及医药、农业食品、化工能源和信息技术等领根据商业模式，合成生物学相关公司主要分为两类：一类是专注垂直化产品及专项技术突破，覆盖所有关键环节的全产业链产品型公司，企业需要建立从研发到生产的全链条能力，直接向客户交付终端的产品，因此选品是关键；另一类是底层技术驱动、专注于菌株设计和改造的平台型服务公司，根据性能特点选择应用场景，交付的产品是菌株，由代工厂完成产品的生产。需要注意的是，平台型公司和产品型公司的划分并不是二分法，企业在不同的发展阶段可以选择不同的商业模式。比如，产品型公司在产品研发过程中往往会同步建立研发平台，让多个产品管线的快速落地，而平台型公司也可以在发展后期逐渐建立下游的研发创新能力，生产出自己的产品。开发垂直产品或服务体设计与自动化平台术和基础原料开发垂直产品或服务体设计与自动化平台术和基础原料2022年中国合成生物学产业发展报告合成生物学产业图谱饮料技术术源 微生物疗法基因治疗 RNA药物 饮料技术术源 微生物疗法基因治疗 RNA药物 调味/添加剂饮料 工品生物基材料 种饲料生产 软件造厂软件造厂器学习自动化实验设备 盘生物库 (CRISPR-Cas9)创业邦研究中心自绘型公司开发使能技术的公司为行业提供关键的产品，如DNA测序、DNA合成、基因编辑、生物信息学或细胞培养基产品。如Agilent、Twist、Illumina、华大合成生物学的中游(平台层)和下游(产品层)界限并不清晰，往往是一体的。“平台型”企业通过软件工程、生化工具、基因工程、自动化平台、机器学习与数据科学、代码库等技术，打通“设计－构建－测试－学习(DBTL)”的循环迭代，建立一个生物体设计与软件开发的集成化平台，获得满足需求性状的微生物细胞工厂，实现从产品设计到微生物开发、最这类公司容易获得VC青睐。美国的Amyris、Ginkgo基因(高通量测序)、博雅辑因(基因编辑疗法)、泓讯生物(DNA合成)等企业。Bioworks和Zymergen，都通过建立生物铸造厂来帮助将遗传电路自动化装到细胞中，实现工程化的海量试错从而加速设计周期。如Ginkgo，通过自身的代码库(Codebase)完成菌株设计、编码和修正，再通过铸造厂自动化生产出满足需求的微生物细胞，目前服务的客户横跨了食品、农业、工业化学、医药等行业。Synthego公司提供“全栈式”基因工程服务，利用机器学习、自动化和基因编辑构建了全栈基因组工程平台。美国Benchling和英国Synthace以软件产品221736.9365432184.96 49%3%65.9122%736.9365432184.96 49%3%65.9122%29%2022年中国合成生物学产业发展报告产业发展全景与创新机会为主体，更有效地设计和构建自定义DNA序列。国内的惠利生物依托酶计算设计平台开发创新生物催化技程和筛选的同时，往下游延伸，或是与其他人合作共同开发，或是干脆自己下场来做终端产品，这类公司包括Amyris、Zymergen等，以及国内Bota(恩和生型公司的求疗应用领域。目前是国内合成生物领域的主流商业模式，物)、合曜生物等。Amyris在过去十年内逐渐完成从提供化工、医药制品原材料向生产高毛利消费品的转型，预计到2025年，公司72%的收入都将来自下游消费品。恩和生物依托自动化技术平台BotaFreeway，搭技的生物尼龙(生物基聚酰胺Polyamide)、华恒生物的丙氨酸(Alanine)、华熙生物的透明质酸(HyaluronicAcid)，到金丹科技生产的聚乳酸(PLA)、再到蓝晶微生物和微构工场生产的聚羟基脂肪酸酯(PHA)，都是合合成生物技术发展成为传统技术的充分补充和替代，广泛用于医疗、化工、食品、农业、消费品等终端领域。在政策和技术的双重驱动下，截至2021年底，全球合成生物学相关市场行业整体爆发式增长，市场规模达到736.93亿美元，较2020年增长767.5%。中国合成生物学从基础研究到产业发展进入了快车道，2021年市场规模约为64.16亿美元，同比增长158.92%。2016—2021年全球合成生物行业市场规模与增速800700600500400300200098 767%98754.1435.2952.5354.1435.2908192020市场规模(亿美元)数据来源：CBinsights、创业邦研究中心整理22218.2214.0214.3610.8711.146.2610.578.519.725.726.8818.2214.0214.3610.8711.146.2610.578.519.725.726.882022年中国合成生物学产业发展报告从细分市场来看，医疗、科研服务和化工行业是主要应用领域。其中增长最明显的是医疗领域，超过七成的药物发现来自生物，2021年市场规模达到687.24亿美元；其次是化工领域，合成生物学市场规模18.22亿美元；科研服务领域合成生物学市场规模18.11亿美元；农业领域合成生物学市场规模为4.97亿美元；食品领域合成生物学市场规模为5.08亿美元；其他领域市场规模为3.31亿美元。2016—2021年全球合成生物行业细分市场情况(亿美元)80070060050040030020001.061.581.711.982.553.31 1.412.102.293.033.915.081.522.262.462.973.824.9718.1135.9246.3030.8528.3635.9246.3030.8528.3618.70201620172018201920202021医疗科研服务化工农业食品其他市场潜力：未来5年有望达到千亿美元合成生物学被认为是提供历史性机遇的先进制造技与石化相比，基于合成生物学的生物制造具有极大的物质分子创新潜力。天然生物有300万种分子或新材料尚待发掘，生物制造可能是满足分子材料创新需求的最优解决方案，可为跨行业规模化创新带来新的机遇。据McKinsey统计，生物制造的产品可以覆盖据来源：CBinsights、创业邦研究中心整理70%化学制造的产品，并在继续拓展边界，预计到2025年，合成生物学与生物制造的经济影响将达到1000亿美元，未来10-20年，合成生物学应用可能对全球每年产生2-4万亿美元的直接经济影响。人类健康方面，从研究到应用都有清晰的管线，但是未来超过一半的直接影响可能来自医疗健康以外，主要包括未来合成生物学潜在直接经济影响(万亿美元)00.6-1.511.8-3.63.0-5.13.0-5.1物学响 (2020—30) (2030—40) (2040—50) (2020—30) (2030—40) (2040—50)低估量很高影响未评估资料来源：麦肯锡全球研究院223产业发展全景与创新机会2022年中国合成生物学产业发展报告产业发展全景与创新机会2424以合成生物学为基础的生物制造是实现碳中和的重要途径，也是中国突破石化原料瓶颈的重大机遇。合成生物制造过程兼具绿色环保与降本增效优势，据中科院天工所统计，和石化路线相比，目前合成生物制造产品平均节能减排30％-50％，未来潜力据麦肯锡预测，未来10-20年，在全球范围内医药健康领域每年直接产生的潜在经济影响约0.5-1.3万亿美元，约占合成生物学总影响的35%。合成生物学在医疗健康领域的应用包括细胞免疫疗法、RNA药物、微生态疗法、基因编辑相关应用、体外检测、医疗耗材、药物成分生产和制药用酶等诸多方向。如利用mRNA技术快速人工合成疫苗，利用基因编辑技术治疗遗传疾病，设计细胞行为和表型精确调控免疫细胞治疗肿瘤，开发快速灵敏的诊断试剂，改造微生物和合成人工噬菌体治疗疾病，改造微生物生产医疗耗材mRNA药物/疫苗合成。目前主要有寡合苷酸药物和mRNA药物，其中寡合苷酸药物又可细分为RNA干扰(RNAi)、RNA激活(RNAa)和核酸适配体 (Aptamer)等类型。mRNA疫苗是通过将mRNA序列引入细胞来发挥作用，通过了解病毒的基因组，研究人员便可以直接设计得到疫苗。此外，还可以利用合成生物技术来重编程基因以产生减毒病毒，活体的减毒脊髓灰质炎病毒疫苗的成功构建便是其中的典型案例。美国Ionis和Alnylam是寡合苷酸方向比较有代表性的公司。德国BioNtech和美国Moderna则是mRNA疗法比较有代表性的公司。国内的艾博科技专注mRNA药物研发，ARCoV在印度尼西亚获批紧急使用授权，成为中国第一个自主研发并在海外获得上市批准的mRNA疫苗。上海羽冠生物正在积极开发针对耐药细菌的合成生物学疫苗，有望在两年内能将细将达到50％-70％。世界经合组织(OECD)报告曾预测，至2030年OECD国家将形成基于可再生资源的生物经济形态，生物制造的经济和环境效益将超过生物农业和生物医药，在生物经济中的贡献率达到39%。基因治疗。指将目的基因导入到靶细胞当中，用以纠正或补偿由于基因缺陷或基因异常所引起的疾病。所涉及的多种关键组件，包括了含有目的基因的重组核酸、递送载体、基因编辑工具以及靶细胞，其中最为关键的，无疑便是递送载体。近些年来，虽然非病毒载体的关注度得到大幅提升，相关研究和应用也在不断推进中，但是其中多数仍是处于研发的阶段。目前，病毒载体仍旧是基因治疗最主要、最常用的递送技术，尤以腺相关病毒(AAV)的应用最为广泛。不过，到目前为止，病毒载体所产生的毒性原因仍然未知，常见病毒载体在基因容量、靶向性等方面也十分受限，研究主要集中在衣壳设计、重组核酸片段设计，以及新病毒载体元件的挖掘和工程化。PoseidaTherapeutics使用基因编辑技术来开发多发性骨髓瘤和前列腺癌等疾病的治疗方法。近年来基因疗法获批的频率明显加快，有5款基因疗法获得美国或欧盟监管机构的批准上市(Upstaza、Zynteglo、Roctavian、Skysona和Hemgenix)，分别用于治疗芳香族L－氨基酸脱羧酶缺乏症(AADCD)和β地中海贫血等疾病。国内的合生基因用于治疗晚期实体瘤的SynOV1.1腺病毒注射液在2020年底获得美国FDA临床试验许可，2021年10月获得国家药品监督管理局 (NMPA)临床试验默示许可，这也是国内首个“合成基因线路精准调控”的基因治疗产品获得国家药监局批准开展临床试验。2022年中国合成生物学产业发展报告2525细胞疗法。近些年以来，工程化细胞疗法已经取得了长足的发展，有如T细胞、B细胞、NK细胞，甚至红细胞，都被用作疗法设计的对象。该方向上，CAR-T无疑是最具代表性的合成生物学设计，嵌合抗原受体(CAR)是模块化融合蛋白，由细胞外抗原识别元件、跨膜结构域和细胞内信号结构域所组成。而通过将CAR分子工程化改造进入T细胞当中，可以使后者具有额外的抗原特异性来重新定向靶细胞。Magenta公司开发MGTA-456细胞疗法治疗遗传性代谢疾病。传奇生物与强生的BCMACAR-T细胞疗法药物在2022年2月获得FDA批准，意味着正式成为中国首个进入美国市场的细胞疗法药物。经药融云数据库查询，目前全世界范围内在研的CAR-T细胞疗法药物超800款，其中，加上此次获批的传奇生物，共有8款获批上市。其他7款分别是诺华的Kymriah，Gilead/Kite的Yescarta，吉利德的Tecartus，BMS的Breyanzi，BMS和蓝鸟生物的abecma，复星凯特的阿基仑赛注射液，药明巨诺的瑞基仑赛注射液。微生物疗法。涉及微生态制药、微生态疫苗、噬菌体疗法等诸多方向。目前，已经有许多种类的微生物被工程化改造开发为活体生物疗法，除了常见的大肠杆菌Nissle1917外，还有李斯特菌、乳酸乳球菌、沙门氏菌和螺旋藻等等。当前在商业化临床试验当中的苯丙酮尿症(PKU)管线，便是该应用方向上的一个典型的研究案例，其通过改造大肠杆菌Nissle1917表达相关酶来帮助机体代谢苯丙氨酸。合成微生物群落在疗法上也在不断地取得进展，其已经被设计用于改善艰难梭菌感染、自身免疫病、炎症性肠病治疗和辅助癌症免疫治疗等，这些群落在动物模型中取得了良好的效果，部分已经进入临床试验阶段。2022年11月底辉凌制药的first-in-class微生物群疗法Rebyota(RBX2660)获FDA批准上市，主要用于预防18岁及以上艰难梭菌感染(CDI)人群在接受抗生素治疗后的复发，这是FDA批准的首款粪便微生物群产品。慕恩生物正在打造包含9个重磅活菌药物的研发管线，旗下的肿瘤免疫管线MNC-168和代谢疾病管线MNO-863，将在中美两国申报IND。未知君是专注于肠道微生物治疗的AI制药公司，研发的粪菌移植药物XBI-302已经获得FDA临床试验的IND批准，目前已有四条药物管线进入临床研发阶段。药物发现与生产。除了用于诊断和治疗外，利用合成生物技术改造的细胞也被应用到了与药物相关的领域，代表性案例“抗疟疾药物青蒿素前体的生物合成”。在药物发现上，已经开发出了合成哺乳动物基因回路的药物筛选方法，这种方法包含响应转录因子和同源合成启动子，如新型抗结核化合物2-苯乙基丁酸酯的筛选。除此之外，合成生物学也为发现新型抗癌药物提供了全新的方法论。细胞毒性抗癌药物被认为通过靶向DNA复制并优先杀死活跃分裂的细胞来区分癌组织和正常组织，一项研究便通过设计改造细胞系，使其模仿肿瘤细胞的特征以用作新型抗癌药物的高通量筛选。美国Antheia正在设计酵母菌，将葡萄糖转化为阿片类药物。美国TeewinotLifeSciences、中国欣贝莱生物等企业都是以合成生物学生产医用级大麻素为核心业务。弈柯莱生物、酶赛生物、百葵锐生物都有从事医药中间体的开发，其中弈柯莱生物开发的丁酸作为西格列汀(口服抗糖尿病药)开发的中间体，开发2,4-二氟苄胺则作为热门的抗艾滋病药物度鲁特韦的中间体，已经列入WTO、盖茨基金会等慈善机构的采购目录。同时，弈柯莱生物与酶赛生物也提供相应的生物催化领域的定制研发器官异种移植。由于合成基因组学和基础基因组学的进步，使得异种移植已经成为可能，虽然它们只是整个移植过程的一小部分，随着技术的完善未来将产生巨大的影响。2022年一位57岁的男性患者在马里兰大学医学中心接受了基因编辑猪心脏的移植手术，该手术是世界首创，标志着一项潜在的医学突破的出现。为了使这种猪到人的异种移植成为可能，研究人员对猪基因组进行了10个基因的改造，包括人类基因的添产业发展全景与创新机会2022年中国合成生物学产业发展报告产业发展全景与创新机会2626化工领域中合成生物学发展迅速，生物路线逐步实现对传统化学路线的替代。据麦肯锡预测，未来10-20年，合成生物学预计将每年对化工能源等领域的1600-2700亿美元市场产生直接经济影响，约占合成生物学总影响的8%。合成生物学在化工领域的应用主要包含材料和化学品、化工用酶、生物燃料等方向。例如，利用改造后的酵母或其他微生物生产化学品、材料和油类，通过定向进化结合高通量筛选寻找在高温高酸等特殊场景拥有高活性的酶等。基于合成生物学的化学品制造、生物能源产品开发，将有助于打破经济发展的资源环境瓶颈制约、构建新型可持续发展2030-2040年合成生物学将在化工领域每年影响的市场规模030002502005015-30160-27015-3060-110 70-11010的发酵食品和饲料成分、生物农药物路食品和饲料成分、织物和染业酶和药物材料物杀虫剂和生物聚合物产和储存原材料的提取、生物太阳能燃料：麦肯锡全球研究院精细化工品。根据合成生物学理论构建的“人造微生物工厂”，可开发的工业化学品包括乙醇、丁醇、乳酸、丙烯酸、甘油和有机酸等，氨基酸、有机酸、维生素、微生物多糖等大宗产品。Lygos设计酵母从糖和二氧化碳中生产化学丙二酸；GreenBiologics设计细菌来生产用于油漆、粘合剂、清洁剂和香料的丁醇等化学物质。国内代表企业，凯赛生物(长链二元酸、生物基戊二酸)、华恒生物(丙氨酸系列产品、D-泛酸钙)、新日恒力(月桂二酸)、东方盛虹(聚酯化纤、苯二甲酸)均有代表性明星产品。生物基材料。从产业链角度来看，生物基材料是以谷彻、豆科、秸秆等可再生生物质为原料，通过生物合成等过程获得的生物醇、有机酸、烷烃、烯烃等基础生物基化学品，进一步加工得到生物基聚合物(塑料)、生物基纤维、生物基橡胶等产品。包括用微生物生产的重组蜘蛛丝蛋白生产纺织品，组织工程支架、可控药物输送体系、生物杂化材料及工程活体材料方面，用于电子产品的无色聚酰亚胺和基于真菌菌丝体的刚性材料等。如新泽西州的ModernMeadow设计了能够产生胶原蛋白的细菌来生产皮革制品。加州的MycoWorks与爱马仕用菌丝体合作开发生物皮革。Zymergen的Hyaline是利用生物来源的单体制成的聚酰亚胺膜，适用于柔性电子产品。蓝佳生物利用生物质发酵和精密发酵开发出菌丝体蛋白发酵肉和皮革两类产品。小藻科技专注于利用微藻提取EPA及其2022年中国合成生物学产业发展报告生物能源。包括改变原料的生产方式、提高生物质能源的使用效率、创制新型的生物能源产品，应用主要包含生物乙醇、柴油和丁醇等方向。例如LanzaTech使微生物能够将钢厂或垃圾填埋场等排放的二氧化碳或甲烷等废气转化为燃料和化学品。中科翎碳致首创将电化学+生物混合动力驱动CO2转化，利用新型电附加值产物。美容护肤。开发化妆品原料时，常用的底盘细胞包括酵母菌、谷氨酸棒状杆菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌料合成生物学的发展能够帮助发掘动、植物的营养以及功能成分合成的关键遗传基因元件，有可能对跨种属的基因进行组合，采用人工元件对合成通路进行改造，优化和协调合成途径中各蛋白的表达，构建新的和蓝细胞等。这些底盘细胞在自身繁殖和新陈代谢的过程中，也将底物转化成可用于化妆品原料的功效成分，可开发的化妆品原料种类包括虾青素、麦角硫因、白藜芦醇、糖苷、角鲨烯等天然产物。Amyris的Biossance，其产品主要成分为角烯鲨，并且是丝芙兰增长最快的品牌。巨子生物于2022年11月在香港交易所正式挂牌上市，成为“重组胶原蛋白第一股”，已实现重组胶原蛋白产业化及5种稀有人参皂苷百公斤细胞工厂，颠覆现有的食品生产与加工方式。在食品领域的应用包含肉类和乳制品、饮品、食品安全、调合成生物学在食品行业中的应用示意图：公开资料227产业发展全景与创新机会2022年中国合成生物学产业发展报告产业发展全景与创新机会2828人造肉和人造奶。合成生物学具有不断增长的潜力，利用微生物，如酵母、细菌或酶发酵产生特定的食物分子，并生产动物性食品，如肉类、乳制品。美国植物肉品牌ImpossibleFoods，其主营产品人造肉便是基于DNA合成、DNA组装、遗传元件库建设以及基因线路设计来改造优化巴斯德毕赤酵母菌种，将其生产的大豆血红蛋白添加到人造肉饼中改善汉堡风味。如PerfectDay人工改造酵母菌底盘，构建人造奶细胞工厂。CellX开发无血清培养基和采取蛋白重组的方式低热量的食品添加剂。通过微生物来生产香料、甜味蛋白和甜味剂，用细胞工厂生产甜菊糖苷、阿洛酮糖等天然甜味剂及柠檬烯、香兰素等香料产品。如瑞士的Evolva公司与嘉吉公司合作开发的发酵来源甜菊糖昔，还与国际香精香料公司(IFF)合作开发生产香兰素。芝诺科技与一兮生物专注于以合成生物技术生产母乳低聚糖，其作为婴儿配方奶粉的术合成生物学有望推动农业持续增产，可能成为未来农业发展的方向。合成生物学的发展能够帮助提高农业生产力、改良作物、降低生产成本以及实现可持续发展，同时能够改造植物光合作用增加农业产量、利用添加剂已添加在进口奶粉中。饮品饮料或功能性食品。随着越来越多的功能性食品代谢途径被阐明，合成生物学已广泛应用于类胡萝卜素(如番茄红素、β-胡萝卜素和虾青素)、甲萘醌-7(维生素K2)、叶黄素和母乳低聚糖(HMO)等功能性食品的生物合成。德默特研发及生产的产品包括功能脂质(如类胡萝卜素、长链多不饱和脂肪酸)和蛋白质等，主要应用于食品、膳食补充剂和动尽管合成生物学和基因工具的发展为微生物食品的转化和增强提供了应对策略，但微生物的代谢网络是相对复杂的，构建细胞工厂仍面临着各种挑战。未来，做到高质量、低成本的合成食品原料和关键功能性营养因子，是实现合成生物学在未来食品产业中大规模应用的关键。总体来说，重组食品的研究和生产已取微生物或代谢工程手段减少农业化肥使用以及重塑代谢通路改良作物等，带来农产品产能与营养价值的突破性增长。合成生物学在农业领域的应用主要涉及作作物改良等方向。2022年中国合成生物学产业发展报告2929合成生物学在农业中的应用作物驯化和育种。研究人员利用CRISPR/Cas工具，成功在植物中实现在兆碱基范围内以受控方式(如倒位和易位)的可遗传染色体重排，应用到作物育种和改良。ApeelSciences公司开发的植物基涂层可以延长番茄和苹果等易腐食品的保质期。Agrivida公司开发的首款产品酵素植酸酶Grain可以提高饲料的消化率，减少动物体内的营养抑制剂。GreenLightBiosciences公司开发高性能的RNA农作物，使其精确靶向免疫于特定害虫且不会伤害有益昆虫或在土光合作用与固氮作用。作为微生物肥料的固氮微生物，是合成生物学目前在农业中较为关注的应用场景。PivotBio公司开发了第一种基于γ-变形杆菌 (KV137)的玉米生物肥料—该细菌作用于玉米根部，让微生物可以从空气中转化氮元素满足作物日常氮需求。拜耳作物科学与GinkgoBioworks联手成立资料来源：AdvancedAgrochem子公司JoynBio，专注于工程固氮微生物，能够让种植者减少30-40%的肥料投入。国内的绿氮生物也在发力可持续生物氮肥。此外，合成生物学在环境修复中的应用潜力较大。合成微生物群落通过重塑土壤微生物群落结构，为利用微生物修复土壤、提高微生物来的一个应用方向。农药生物制造。目前一些新兴的合成生物学公司，利用细菌、酵母等生物体进行原料的加工和合成，致力于开发天然农药。这种绿色生产技术可以改变农药等农用化学品的生产方式，还可以减少工业过程中对于能源和资源的消耗，并减少空气、水和土壤的污染和生产成本。如Oxitec公司研发基因改造昆虫控制疾病或作物害虫的传播。AgriMetis公司开发天然产物衍生的化合物来保护作物免受杂草、真菌病和害虫的侵害。实现生物制造农药的绿色生产，还有着很大的发产业发展全景与创新机会2022年中国合成生物学产业发展报告产业发展全景与创新机会3030未来，生物技术将颠覆传统计算机的微观架构，全面突破信息技术。DNA存储核心优势是存储密度高，已成为学术界关注的前沿。美国半导体合成生物学路线图中提到，DNA存储的存储密度潜力是硬盘、磁带等传统介质的1千万倍。DNA存储密度可(提高)达3到6个数量级，能耗降低8个数量级，保存时间至少可以延长100倍。保守估计，DNA存储信息的有效期是十万年。DNA数据存储流程图DNA速度提高1000倍，、目前生物医药领域是合成生物学最早应用领域，也是目前应用最广的领域，随其后化工能源领域为热点，比较成熟的应用包括L-丙氨酸等化工产品、护肤品原料角鲨烷，以及部分药物中间体等。目前许多初创公司已经切入食品、农业、化学品、环境防治等应用领域，预计5-10年内这些行业将面临合成生物技术带：公开资料来的替代。未来增长较快的将是食品、农业以及消费品，因为其产业链链条较长，有低客单价和高频的特间均大。生物农药/生物肥料(如RNAi农药)，中期可以实现的技品 (主要)替代药品 (主要)药食品(不包括肉类)品 (主要)替代药品 (主要)药食品(不包括肉类) (主要)变化水汽车机械2022年中国合成生物学产业发展报告合成生物学对不同行业的影响0-5年5-10年时间1、不考虑电子设备与汽车发展2、从电机和汽车制造中摘取资料来源：BCG，中金公司研究部PLA现的有Car-T细胞治合成生物学相关技术发展趋势域源料术术 (正在实现的技术)●DTC基因测试●药物生产的新生物路线 (如肽)●材料、能源生产的新生●食品来源、安全性和真实性的遗传追踪(如过敏原、物种、病原体)实现的技术 (2022-2030年)●液体肿瘤的CAR-T细胞疗法●微生态药物(益生