合成生物为农业带来颠覆变革，生物育种、替代蛋白、农药兽药全面开花
在DNA重组技术飞速发展的20世纪70年代，“合成生物学”这一名词首次被提出，但直到2000年才被Eric Kool重新定义为基于系统生物学的遗传工程，标志着这一学科的正式出现。然而，关于合成生物学的具体定义，业界至今都未达成统一意见。曾有业内人士表示，合成生物学就是不断开发新的软件技术，而后创造新的硬件。
在中国科学院深圳先进技术研究院副院长、深圳合成生物学创新研究院院长刘陈立看来，“对生命体重新设计、构建和合成，进而构建一个具有全新功能的生物体”就是所谓的合成生物学。
合成生物学，作为前沿的生物技术领域，如何从学术研究阶段过渡到实际应用，又如何将实验室的成果转化为生产线的生产力，都是当前探讨的热点问题。通过与和晨生物联合创始人CTO周伟正和遇见味来创始人刘洋的深度对话，我们提炼出了合成生物学领域的五大预测动向，以期洞察行业的发展脉络及趋势：
一、强化基础研究、优化工具方法，筑牢合成生物学基石与发展壁垒；
二、聚焦底盘细胞改造与应用技术，推动合成生物学的自主研发与商业化进程；
三、应对产品选品、规模化生产等难点，需解决生物系统复杂性，优化成本控制与监管等挑战；
四、行业将朝可持续方向发展，助力环境治理、医疗保健与精准农业等领域；
五、技术、市场、法规等多因素交织，共同塑造合成生物学未来的竞争格局。
各国加快合成生物布局，抢占新兴战略高地
尽管现有的合成生物学定义较为简洁，却不难发现，它是一个跨多学科、多领域、多应用的高成长性领域，包含细胞工程、基因组工程、代谢工程、线路工程、元件工程等多项技术。
作为生物制造产业的核心之一，合成生物学被多国认为是21世纪颠覆性的前沿技术，是世界必争的战略高地。自2010年以来，从基础研究、科研支持、技术交易、市场监管到生物安全和治理体系建设，各国都逐步加快了战略布局和政策支持。目前，合成生物学市场主要由北美主导，其次是欧洲和亚太地区。
然而，合成生物学领域不仅受到了欧美国家的重视，我国也一直在努力推动该领域的发展，现已进行了全链条的应用布局，并持续出台了多项政策来支持产业发展。
2022年，发改委提出的《“十四五”生物经济发展规划》是我国首部生物经济五年规划，它明确提出要“发展合成生物学技术，探索研发人造蛋白等新型食品，实现食品工业化迭代升级，降低传统养殖业带来的环境资源压力”。
在政策和市场的双重推动下，过去五年，合成生物在全球范围内迎来了爆发式的增长。据CB Insights市场数据显示，2021年全球合成生物学市场行业规模达736.93亿美元，较2020年增长767.5%，且根据Morder Intelligence预测，至2028年，合成生物学在全球的市场规模将达1288.9亿美元，复合年增长率为12.88%。
综合来看，合成生物技术能够广泛应用于医药、化工、生物材料、生物能源、农业和食品领域。今次，从更聚焦的农业、食品行业角度出发，35斗认为，合成生物学将是未来农业食品的强大助推器，在双碳战略的加持下，将有效助益于夯实粮食安全。
因此，农食生物合成是一种创新技术，不仅能够提高粮食生产效率，还可以在开辟“绿色新模式”的同时，更好地服务于农食行业的生物经济发展。
若干创新企业百花齐放，涉及功能食品原料、细胞培养多个领域
现阶段，我国合成生物学的发展还处于早期阶段。据睿兽平台统计，我国现有合成生物学关联企业仅为925家，其中工具层企业441家，平台层企业54家，产品应用层企业430家，占比分别为47.68%、5.84%和46.48%。
尽管我国现有合成生物企业存量并不算太多，但从整体发展路径来看，2021年之后，我国合成生物学企业数量正快速增长，创新企业不断涌出。在本文中，35斗盘点了部分产品层企业，并与两家代表性企业进行了对话，共同探讨了合成生物现有行业痛点、未来的发展趋势和应用场景走向。
和晨生物联合创始人CTO周伟正：合成生物还处于做大蛋糕的阶段，商业逻辑是发展核心
和晨生物正式成立于2022年，兼具合成生物底盘细胞研发能力和活性原料递送技术研发能力，是由谢希贤教授领衔的合成生物底盘细胞设计研究平台和周伟正博士领衔的前沿递送技术研究平台，完整构建了和晨生物独有的“双引擎”核心技术创新体系。
目前，和晨生物的主要产品可分为两大类，一是高附加值的活性原料，聚焦大健康产业，化妆品、健康食品和医疗美容等行业；二是生物基材料，可替代或部分替代化石来源的大宗原料。在周伟正看来，从合成生物学理论上来讲，它可以构建具有生命活性的生物体；从物质生产方式的角度来看，合成生物学是利用相关基因编辑技术改造细胞底盘，从而让微生物表达生产出人们期望的一些物质或原料。
合成生物技术在过去几年备受关注，已成为科技领域的热门话题。现在，通过高通量筛选、计算模拟、AI人工智能等技术加持，从业者可以更高效地、精准地编辑基因，这也意味着合成生物学的发展已经进入了一个新阶段。
“从整体来看，我国在合成生物学基础研究及工具层方面与美国还具有一定的差距，在底盘细胞设计开发方面稍微好一些，在产品应用层发展还是比较快的。”周伟正表示。其次，生物合成原料的产率低、成本高也是现有的行业痛点之一，从底盘细胞的设计方面提升效率、降低副产物的表达依然是研究重点。最后，生物合成天然活性成分是目前合成生物学的一个热点，但天然活性物的结构通常较为复杂，挑战非常大。因此，如果能通过合成生物技术替代或部分替代植物提取，不仅具有巨大的经济价值，而且极具社会意义。
“针对大宗化工原料、高附加值活性原料和生物医药原料等领域，合成生物学将在未来5-10年内发挥非常重要的作用。总体而言，合成生物学的发展前景非常广阔，未来它将帮助我们解决生产生活方方面面的问题，为社会的可持续发展做出贡献。”
周伟正告诉35斗，合成生物学的发展离不开前端的基础研究和工具方法的进步，这些合成生物学的基础设施，主要由高校院所等研究机构来解决。
同时，中间的底盘细胞设计研究是合成生物技术创造价值的关键，如何通过精准、高效、经济、可控的方式进行底盘细胞改造是合成生物学公司必备的核心竞争力之一。
此外，后端，也就是生物合成产品的应用端，配套应用技术的创新也非常重要。无论是在生物医药、化妆品、健康食品，还是化工、能源等行业，只有帮助解决了这些行业的痛点问题或者带来了差异化的价值，合成生物学才能真正落地并实现商业价值。
最终，商业逻辑是合成生物学发展的核心，只有更好地赋能下游行业创新升级，为下游客户创造差异化价值，合成生物学才能真正实现可持续的良性发展。
“现阶段，我国合成生物学还处于大家一起把蛋糕做大的阶段，我们还有很长的路要走。但是，只要我们保持创新和探索的精神，我们就有机会在这个领域取得更多的突破和成果。”和晨生物CTO周伟正如是说。
合成生物学作为一种“新的生产方式”，能够通过替代或部分替代农业种植、畜牧养殖等传统生产方式，以及化石来源等不可持续的生产方式，有效解决资源短缺、环境破坏等可持续发展问题。“未来，也许有一天，一个城市有一个超大型细胞工厂就够了，它能满足该城市的所有需求，从化学品、生活品到食物饮料等都可以通过合成生物学来生产，这是我的一个美好愿望。”周伟正说道。
遇见味来创始人刘洋：选品、规模化、低成本是合成生物企业面临的关键挑战
遇见味来成立于2022年，是一家以人和动物干细胞大规模扩散和分化为基础的技术平台型公司，致力于利用领先的干细胞大规模培养、生物组织工程技术生产多种农畜产品，解决传统畜牧业不可持续发展的问题。
目前，遇见味来的核心管线是重组人源全长三螺旋胶原蛋白，其中应用到了干细胞程序化扩增和分化技术、细胞悬浮放大培养技术、蛋白质分离纯化技术、低成本培养基制备技术等。
“我们认为，合成生物学主要是基于现有的生物系统，对其进行深入的加工和改造，使其能够生产出我们所需的目的产物。”刘洋表示，在实践过程中，公司也面临着几个核心问题。比如，生物体的重新创造涉及到伦理风险。“当我们使用哺乳动物细胞作为底盘细胞进行生产时，如果涉及到人类细胞，那么改造这些细胞将面临更为严格的伦理要求。”
目前，遇见味来在伦理方面给予了高度重视，并积极与医院的伦理审查部门沟通，共同寻找解决方案，希望在追求科技进步的同时，也能充分保障伦理道德的底线。
刘洋告诉35斗，合成生物学在发展的过程中确实面临着一些挑战。
首先，选品是企业需要解决的首要问题。在选择产品时，企业需要考虑市场空间、需求刚性、成本、效率和技术难度等多个因素，以避免选错方向或遭遇不可预见的风险。
其次，在规模化生产方面也存在一定的难度。实验室中的制备与工业化生产之间存在较大差异，例如，需要解决菌株或种子细胞的稳定性、培养过程的优化以及产品的提纯等问题。
第三，生物系统具有高度复杂性，这会导致企业在利用合成生物学技术预测自然生态系统时遇见更多的困难，因此无法标准化和模块化阻碍了行业上中下游企业的线性扩展。
第四，成本控制是合成生物学企业共同面临的问题。如何将合成生物技术生产的产品成本降低到与传统渠道相当的水平，是企业需要解决的难题。只有解决这个痛点，合成生物学才能真正实现商业化和广泛应用。
第五，监管也是不容忽视的一个环节。特别是在食品领域应用合成生物学技术时，国家层面的监管力度较大，需要企业与政策制定者、监管机构进行频繁的互动与沟通，以确保行业的健康发展。
最后，除了需要政府的支持和理解，公众认知也是关键。要让公众逐渐接受和理解合成生物学产品，包括可能涉及的伦理等问题。因此，加大公众教育力度至关重要，这有助于推动合成生物学的长远发展。
尽管合成生物学赛道面临着诸多挑战，但其应用前景却异常广阔。通过不断的技术创新和应用拓展，我们有理由相信合成生物学将在未来为人类社会带来巨大的变革和进步。
在正式成立遇见味来之前，刘洋深耕于再生医学赛道，潜心研究了合成生物学在健康与医学领域的应用。“合成生物学技术具有众多的应用场景，精准医学是其中一个经典领域，它可以根据个人的基因构成量身定制医疗方法，实现个性化治疗。”刘洋说道。
此外，基因治疗也是一个先进的应用方向，通过定向改造细胞或生物体的遗传物质，用于治疗遗传性疾病。这些应用都是基于研究者对生物的深入认知而开发的，是当前非常热门的概念。
合成生物学在环境问题解决方面也有广泛的应用。例如，生物修复技术利用工程微生物清洁环境污染物，碳中和背景下进行的碳捕获项目，以及用于制造可持续和可降解生物材料等。在农业领域，合成生物则可以应用于作物改良、提高产量、抗性和营养含量，以及精准农业等。
除了医学、环境和农业领域，工业生物技术也是合成生物的重要方向之一，旨在利用生物系统生产化学品、材料、燃料和食品，以解决传统畜牧业和工业生产过程中导致的环境问题。
此外，合成生物还有其他一些应用领域，如能源生产中的生物质发酵、高效生物燃料的制造、用DNA方法进行数据存储等研究，都是合成生物学在不同领域中的经典应用。
刘洋表示，在合成生物学领域，技术创新是推动整个领域发展的核心动力。随着基因编辑、大数据、人工智能辅助算法等技术的不断涌现，合成生物学系统的设计和优化将得到极大的加速。“对于合成生物学公司而言，紧跟并引领技术创新的能力，将在未来的竞争中发挥关键作用。因此，技术创新是影响未来竞争格局的重要因素之一。”
第二，市场需求的变化也是影响合成生物学竞争格局的重要因素。随着社会对可持续环保解决方案的需求不断增加，合成生物学在能源、农业、医药等领域的应用将不断扩大。行业从业者需要具备敏锐的市场洞察力，以满足不断变化的消费者需求。只有能够快速响应市场变化的公司，才能在未来的竞争中占据有利地位。
第三，法规环境的变化也会对公司的发展产生深远影响。合成生物学涉及生物安全和伦理问题，法规环境的变化可能对公司的合规性和运营产生重大影响。因此，公司需要关注法律环境的变化，并采取相应的合规措施，合规性和道德标准的高度重视将成为企业未来竞争的关键因素之一。
第四，构建强大的生态系统对于合成生物学公司也至关重要。这就需要从业者与上下游合作伙伴建立广泛的产业联系，这有助于公司将技术转化为实际应用，进一步扩大产业规模。对于初创的合成生物学公司而言，与有经验的合作伙伴进行合作，共同构建强大的生态系统，将有助于提高公司在市场中的竞争力。
第五，密切关注竞争对手的动向和竞争态势也是非常重要的。公司需要了解不同技术路径的优劣和产品的差异化，避免重复性研发，从而提升产品的稀缺性和不可替代性。只有通过深入了解竞争对手和竞争态势，公司才能在市场中占据有利地位，并保持竞争优势。
总的来说，技术创新、市场需求、法规环境、生态系统建设和竞争对手动态这些因素，均影响着合成生物学未来的竞争格局。但与此同时，合成生物学未来的发展趋势也同样值得我们关注。对于企业来说，明晰行业未来发展趋势有助于制定更加有效的战略规划，提前布局市场，抓住市场机遇，提升竞争力。对此，刘洋认为，合成生物学未来的发展趋势主要有以下几个方面：
首先，合成生物学将朝着更可持续的方向发展。通过重新设计生物体系，合成生物学能够替代传统产品来源，为环境可持续性、资源枯竭和气候变化等全球挑战提供解决方案。例如，细胞培养领域的创新就是为了解决传统畜牧业不可持续的问题，降低排放、减少抗生素使用，并保障食品安全。
其次，合成生物学将推动医疗保健领域的革命。随着个性化医学的推动和基因疗法等创新疗法的出现，合成生物学将彻底改变现有的医疗体系。通过诊断、药物开发和针对患者的干预措施，合成生物学将为人们的生活带来巨大变化，治疗传统药物领域无法治愈的疾病。
再次，合成生物学在精准农业、清洁能源生产、生物计算和数据存储等领域也将发挥重要作用。通过改造细胞和推进细胞疗法，合成生物学可以治疗一些传统药物无法治愈的疾病。
最后，环境的修复也是合成生物学的重要应用领域之一。
综上所述，随着技术的不断进步和社会对可持续发展的需求增加，合成生物学将在各个领域发挥越来越重要的作用。从医疗保健到环境修复，从能源生产到农业生产，合成生物学都将为解决全球挑战提供更具有创新性的解决方案。
写在最后
作为分子生物学、基因组学、信息技术和工程学的交叉学科，合成生物正逐渐在各个领域崭露头角。若聚焦于农业食品行业，就能发现，合成生物技术在植物育种、合成饲料、新型肥料、农药兽药、环境修复、新型添加剂和功能性食品等诸多赛道已得到规模性应用。
据35斗此前发布的《2023合成生物农业食品应用白皮书》显示，2018-2022年，我国农食合成生物学创新企业共发生85起融资事件，涉及近60家企业，融资总额达80.6亿元。
从融资金额来看，创新食品的融资金额占总融资的近七成，其中，功能食品原料行业的融资金额最多，约为49亿元，占创新食品融资的91%；创新蛋白次之，占比为8.5%。微新生物、瑞德林生物、佳嘉乐、周子未来、昌进生物、CellX等代表性企业受到资本关注和加持。
从政策层面来看，我国针对合成生物领域的政策支持力度正逐步加大，但目前中国依然是法律法规最为严格的国家之一。在农食细分领域，无论是执行标准还是法律法规均存在较大的完善空间。因此，政策法规的持续开放仍是农食合成生物产业化的重要一环。
从企业类型来看，平台型企业和产品应用型企业并无优劣之分。目前，越来越多的投资机构和企业都不再为划定到底是平台型企业还是产品型企业而焦虑。因为我们能清晰地看到，一种新的业务模式正在快速发展。“平台+管线”的新一轮融合突破，或许会是一个不错的选择。
参考资料：
1：35斗：《2023合成生物农业食品应用白皮书》
2：光明日报：《刘陈立等：合成生物学，属于未来的“天工开物”》
3：新毅洞察：《合成生物学-挑战造物主，未来的星辰大海》
特别鸣谢：
35斗高级研究员 耿海荣
和晨生物联合创始人CTO 周伟正
遇见味来创始人 刘 洋
