1、合成生物学行业概况：

（1）行业发展背景：21世纪以来，传统工业的迅速发展显著提高了人类的生活水平。然而，过快的发展速度在造福人类的同时也给地球生态带来了严重的副作用，环境污染已经成为当今社会面临的最严重的挑战之一。鉴于此，以化石资源为基础的传统工业制造产业亟需一场技术变革。

1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构。DNA双螺旋结构的发现为人类社会带来了第一次生物科技革命，人类进入了分子生物学时代；2005年，人类基因组计划的完成标志着第二次生物科技革命的到来，人类掌握了全新的工具和方法探秘基因组学。进入21世纪后，科学家尝试将生物学与工程学、物理科学、计算机科学、人工智能等理论相结合，合成生物学应运而生。合成生物学是一门以工程学思想为指导、多学科领域交叉的新兴科学，通过对酶、合成途径或细胞等生物体系进行重新设计与技术改造，获得具备全新生物学功能的生物系统，并利用该生物系统实现各类生物产品或化学品的规模化制造。合成生物学被视为继DNA双螺旋结构发现和人类基因组测序计划之后的第三次生物技术革命，而这次生物技术革命恰好可以赋能传统工业制造产业，解决人类所面临的一系列环境问题。合成生物学行业的快速发展主要得益于以下原因：

①绿色、低碳、可持续发展的全球发展趋势:合成生物学是当今生物学领域的前沿研究方向，合成生物学技术正在逐步取代传统化学合成成为全球医药、食品、材料等领域“绿色合成”的重要途径。合成生物学技术生产高端精细化学品是指通过工程化的思路对生物系统（酶、合成途径及底盘细胞的代谢调控网络等）进行重新编辑以设计出带有特定功能的生物体（酶或微生物），并运用此生物体规模化生产最终产品。与传统的化学合成相比，合成生物学技术具有以下几点优势：

Ⅰ.原材料可再生、低碳排放。传统化学合成的原料主要来自石油、煤炭等石油基物质，而合成生物学技术所使用的原料以生物基物质为主，生物基物质数量巨大、价格低廉。体外合成生物学法工艺路径利用酶促反应缩减了传统化学法的工艺步骤数，缩短了工艺流程、减少了生产流程中碳的排放。体内合成生物学法工艺路径所使用原材料中的碳元素部分来源于玉米、甘蔗等农作物光合作用从大气中吸收的二氧化碳，并在最终产品被消耗后以二氧化碳的形式回归大气，再次通过农作物的光合作用重新参与到生物质资源的再生和循环中。与使用石油基原材料的化学合成相比，合成生物学技术实现了大气中部分碳元素的闭环循环，减少了大气循环外部的碳元素释放，有利于“碳中和”目标在工业生产中的实现。

Ⅱ.效率较高。传统的化学合成在制造复杂分子方面较为受限（如手性结构、复杂官能团等），需要通过大量的中间体步骤才能生产出最后的目标分子。合成生物学技术在生产上述复杂分子方面具有显著优势，可通过构建高性能酶或者设计底盘细胞内的代谢通路直接获得目标产物，简化了工艺步骤、提高了生产效率。

Ⅲ.环境友好。传统化学合成过程中的“三废”污染较重、能耗较高。合成生物学技术缩短了生产工艺步骤、减少了化学品的使用、避免了金属催化剂带来的重金属污染，从而显著降低了“三废”排放与生产能耗，是一种绿色环保的制造方式。

Ⅳ.安全性高。合成生物学技术的安全性主要体现在两个方面：一是合成生物学技术工艺的生产过程通常在常温、常压下进行，环境安全，条件简单；二是合成生物学产品具有食品安全性，化学合成过程中常有重金属和有机溶剂残留，而合成生物学技术可以克服这一问题。

②生物学底层技术均获得突破：

Ⅰ.基因测序技术:基因测序也称作DNA测序，是获得目标DNA片段碱基排列顺序的技术。获得目标DNA片段的序列是进一步进行合成生物学研究和基因改造的基础。1977年，A.M.Maxam和W.Gilbert建立了化学降解测定基因序列的方法。英国剑桥分子生物学实验室的生物化学家FredSanger及其同事在1975年发明了双脱氧链终止法。上述两种方法以及在其基础上发明的其他DNA测序技术统称为第一代DNA测序技术。然而，第一代测序技术成本极高、通量极低，无法满足更高的重测序和深度测序要求。在其他相关学科与技术的支持和推动下，基因测序的第二代、第三代技术应运而生。基因测序方法持续的技术突破，在提高测序效率的同时，也大幅度降低了基因测序成本。在早期只有第一代测序技术时，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，预计在未来十年内其成本可能低于100美元。基因测序成本的大幅降低显著改善了合成生物学公司所面临的窘境，使得大量合成生物学公司能够负担基因测序成本从而推进各项研发进程，极大拓宽了基因测序技术的应用范围。

Ⅱ.基因编辑技术：基因编辑是指能精确对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。

20世纪90年代末，锌指核酸酶技术（ZFN）问世，这是第一代基因编辑技术，该技术被美国SangamoTherapeutics公司垄断。2011年，第二代基因编辑技术—转录激活样效应因子核酸酶技术（TALEN）问世。2012年，第三代基因编辑技术—CRISPR/Cas作为基因编辑工具开始被应用，该技术发明人EmmanuelleCharpentier和JenniferA.Doudna也因此获得2020年诺贝尔化学奖。CRISPR/Cas技术是一种成本低、操作简便、效率高、功能多样的基因编辑技术，近年来被广泛应用于合成生物学、代谢工程和医学研究等领域。

Ⅲ.基因合成技术：基因合成技术是指在体外人工合成双链DNA分子的技术。亚磷酰胺三酯合成法是第一代基因合成技术，即将基因固定在固相载体上完成DNA链的合成，该方法成本高、通量小。第二代基因合成技术包括喷墨法、光化学法及电化学法。第三代基因合成技术为超高通量合成技术，该技术成本低、通量高。最新一代基因合成技术为酶促合成技术，能够实现基因的体内合成。

综上，世界各国政府对于社会可持续发展的重视以及对环保事项的高标准、严要求态度为合成生物学技术创造了良好的发展环境，使合成生物学产品的市场规模持续快速增长。同时，上述三项生物学底层技术的逐一被攻克则为合成生物学技术全面赋能传统行业提供了必要条件。基于上述两点原因，近年来合成生物学技术已经成为具有巨大产业化潜力的技术革新方向。自1945年首次利用发酵生产青霉素起，人类利用合成生物学技术进行产品生产的频率不断加快。目前，合成生物学技术已广泛运用于生物医药、绿色农业、营养健康、新型材料以及节能减排等多个领域。

合成生物学技术应用历史分析

（2）国际市场概况：近年来，欧美等发达经济体纷纷聚焦生物经济，在促进可持续发展的同时，进一步巩固其领先地位。美国政府在《国家生物经济蓝图》中，明确将“支持研究以奠定21世纪生物经济基础”作为科技预算的优先重点。2021年6月8日，美国参议院通过了《2021美国创新与竞争法案》,其中“生物技术、医疗技术、基因组学和合成生物学”被列为十大关键技术重点领域之一。欧盟在《持续增长的创新：欧洲生物经济》中，将生物经济作为实施欧洲2020战略，实现智慧发展和绿色发展的关键要素。德国在《国家生物经济政策战略》中提出，通过大力发展生物经济，实现经济社会转型，增加就业机会，提高德国在经济和科研领域的全球竞争力。

“未来60%的工业产品都可以通过生物技术进行制造，在未来10-20年内4万亿美元的经济价值将由合成生物主导”。根据中金企信国际咨询统计数据显示，2018年全球合成生物学市场规模49.6亿美元，预计2019年至2027年的年复合增长率约为26.3%。根据中金企信国际咨询统计数据显示，2019年全球合成生物学市场规模达53亿美元；预计到2024年，合成生物学市场规模达到189亿美元，年复合增长率约为28.8%。根据中金企信国际咨询统计数据显示，合成生物学市场规模预计将在2020年至2027年的预测期内持续增长，2027年合成生物学市场规模将达到302.8亿美元，在上述预测期内年复合增长率约为23.63%。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国合成生物学市场专项调研及投资前景可行性预测报告》

（3）我国市场概况：生物产业是21世纪创新最为活跃、影响最为深远的新兴产业，是我国战略性新兴产业的主攻方向，对于我国抢占新一轮科技革命和产业革命制高点，加快壮大新产业、发展新经济、培育新动能，建设“健康中国”具有重要意义。

合成生物学技术是提升我国化工、医药、材料和环保等产品技术水平和国际竞争力，促进我国建设资源节约型、环境友好型社会、促进传统产业转型升级的重要推动力。《“十三五”生物产业发展规划》指出，自“十二五”以来我国生物产业复合增长率达到15%以上，2015年产业规模超过3.5万亿元，在部分领域与发达国家水平相当，甚至具备一定优势，未来要提高我国生物制造产业创新发展能力，推动生物基材料、生物基化学品、新型发酵产品等的规模化生产与应用，推动绿色生物工艺在化工、医药、轻纺、食品等行业的应用示范，构建大宗化工产品、化工聚合材料、大宗发酵产品等生物制造核心技术体系，持续提升生物基产品的经济性和市场竞争力，推动生物制造规模化应用，争取2020年现代生物制造产业产值超1万亿元，生物基产品在全部化学品产量中的比重达到25%，与传统路线相比，能量消耗和污染物排放降低30%。

我国“十四五”规划纲要提出，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，这是我国向国际社会做出的一项庄严承诺。2021年12月30日，国务院国有资产监督管理委员会印发《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》，特别指出要大力发展绿色低碳产业，加快发展生物技术。

大气碳排放主要来源于化石原料，而化石原料除了直接作为能源消耗，还有很大一部分被用于生产化工产品。不同于传统化学制造，合成生物学技术凭借其原材料选择、生产路径优化等多方面因素实现了大气中碳元素的自身循环。到2040至2050年，直接应用合成生物学可以将年平均人为温室气体排放量在2018年排放水平基础上减少7%至9%。合成生物学技术对于我国碳达峰、碳中和目标的实现以及未来社会经济发展具有革命性的意义。

2022年5月，发改委发布的《“十四五”生物经济发展规划》明确指出要推动合成生物学技术创新，突破生物制造菌种计算设计、高通量筛选、高效表达、精准调控等关键技术，有序推动在新药开发、疾病治疗、农业生产、物质合成、环境保护、能源供应和新材料开发等领域应用。发展合成生物学技术，探索研发“人造蛋白”等新型食品，实现食品工业迭代升级，降低传统养殖业带来的环境资源压力。自“十二五”以来，国家对于合成生物学领域技术的重视程度不断提升。

（4）行业未来发展趋势：

①合成生物学已进入新的发展阶段：自21世纪初起步至今，合成生物学已经历约二十年的发展历程。目前，合成生物学进入了快速发展的新阶段。近年来，合成生物学领域研究成果不断涌现，科学家对于基因组的工程改造能力、对蛋白质和基因线路的理性设计能力不断增强，合成生物学的应用前景因此在不断扩展、丰富。2019年，由美国劳伦斯伯克利国家实验室、英国帝国理工学院、中国科学院深圳先进技术研究院等来自全球8个国家的16所顶尖合成生物设施机构联合发起的国际合成生物设施联盟（Global Bio foundry  Alliance）在日本神户正式成立。该联盟致力于促进全球合成生物学产业发展，加速合成生物学技术工艺的商业化，推动设施共建、标准共享与数据互通，以共同应对人口、环境、粮食等全球性问题。

②合成生物学为传统制造业升级提供了新思路：随着化石原料的日益消耗以及人类对发展可持续性和气候变化的关注，生物原料逐渐登上历史舞台，合成生物学产业正在成为快速发展的战略性新兴产业。合成生物学技术可实现使用玉米、甘蔗等常见生物基原材料高效合成复杂、高级产品的目标，为传统制造业摆脱资源环境制约提供了新思路、指明了新方向。在可预期的未来，合成生物学技术将引领新的产业模式，人类生活与生产方式将发生重大变化。同时，医药、农业、食品、能源、材料等数个产业的变革需求将反推合成生物学产业的持续升级，合成生物学产业正面临着历史性的机遇与全新的挑战。

③合成生物学技术将成为高端精细化学品行业的主流选择：如今我国已经成为全球最大的精细化学品供应国之一，预计未来全球高端精细化学品产业也将会进一步向中国转移和集中。随着合成生物学的深入发展以及合成生物学技术工艺的不断成熟与完善，通过对酶、合成途径、微生物底盘细胞的定向设计，可以实现使用价廉易得的原料在细胞工厂中合成精细化学品，从而降低生产成本、减少资本支出，并实现绿色生产。凭借低成本、低污染两大优势，合成生物学技术未来将逐步成为高端精细化学品生产的主流选择。