风口已至，合成生物学如何破解行业发展“痛点”和“难点”

近年来，伴随着生物科学基础研究和生物技术应用的迅猛发展，合成生物学作为以“建构”为核心的新型交叉技术学科，被认为是认识生命的钥匙和改变未来的颠覆性技术。目前，合成生物学已应用于医疗健康、化工、能源、材料、食品消费、美妆护肤、农业等众多细分领域，业内推测，未来60%的产品都可通过合成生物生产制造，一门前沿学科正在发展成为一个方兴未艾的朝阳产业。

产业的生机勃发随之带来了市场的无限想象力，根据CB Insights分析数据，2019年全球合成生物学市场规模为53亿美元，预计到2024 年，全球合成生物学市场规模将达到189亿美元，年复合增长率（CAGR）达28.8%。其中，中国作为全球合成生物学的重要市场之一，预计2025年合成生物学市场规模有望突破70亿美元。

为了探讨合成生物学在多个领域应用的更多可能性，从而在一定程度上推动产业的纵向深入发展，9月27日，由张江集团主办，生合万物、翌圣生物、昌进生物、柯泰亚四家张江科学城企业分别承办的“创物.天然产物与合成生物论坛”、“创技•合成生物关键技术与工具应用论坛”、“创食合成生物学与食品、消费品智造论坛”、“创美.个人护理与合成生物学论坛”在张江科学会堂举行，该四场分论坛就合成生物学的产业应用、最新的研究成果、未来发展趋势等多个维度进行了深度分享和交流。

张江集团副总经理、上海国际医学园区集团有限公司董事长王凯荣

张江集团副总经理、上海国际医学园区集团有限公司董事长王凯荣在论坛上表示：“合成生物学是继‘DNA双螺旋发现’和‘人类基因组计划’两次生物科技革命之后，引领世界的‘第三次生物科技革命’，已成为世界各国必争的科技战略高地。张江作为全国生物医药创新高地和上海生命科学产业集聚区域，依托上海、浦东合成生物学产业基础，已具备基本齐全的合成生物产业要素，涉及产品型、平台型、技术型、科研型等不同类型的企业、机构，形成了较完整的生态产业链。”

打破行业发展壁垒 开启“造物”新时代

天然化合物被誉为医药、农药、日化、护肤和保健品等领域的“天然宝库”，有着多种重要的用途，例如广为人知的抗疟药青蒿素、抗肿瘤药紫杉醇、心脑血管疾病药物丹参酮以及镇痛药吗啡等，但这类天然化合物在植物中含量低，提取分离困难，同时，其由于结构复杂，化学合成难度较大，成为了制约产业进一步发展的瓶颈。

中国科学院上海有机化学研究所研究员、副所长刘文表示，生物合成在天然化合物获取中发挥了独到的作用，构建生产出结构多样的天然产物，重建了天然化合物的生产方式，虽然合成生物学并不能解决所有的痛点，但对于扩展药物的天然产物库以满足结构多样性需求和实现药物的高效制备将发挥举足轻重的作用。

复旦大学药学院党委书记王建新也指出，通过合成生物学的手段，可以获得成本相对较低、杂质残留少、纯度高、质量稳定的一些天然化合物，比如人参皂苷，其不仅能用于美妆护肤，还能通过做成脂质体和高端制剂，更好地临床应用于肿瘤患者。

中国科学院院士、上海药物研究所研究员、生合万物首席科学家岳建民则以金粟兰科植物四块瓦和大环脂肽的具体研究合成为例，阐明了合成天然产物对于药物发现的重要意义，该两项研究也为抗疟疾药物的开发和逆转肿瘤药物的耐药性奠定了坚实的研究基础。

同时，中国科学院植物卓越创新中心研究员、课题组长、生合万物公司技术顾问周志华还特别指出，在天然化合物的合成中，合成生物途径的元件和底盘细胞的适配性至关重要，这直接决定了天然化合物的产量。

除了天然化合物领域，合成生物学在其他领域的应用也备受关注，比如食品，据BCC Research预测，食品会成为合成生物学应用中增长最快的领域，在该领域，从原料的开发到细胞培养肉再到替代蛋白，合成生物学正在不断拓展传统食物的边界。

中科院上海高等研究院研究员孙俊松认为，在食品领域，相较于传统工业提取技术，合成生物学能够凭借系统化的工程改造，提升更多菌类和糖类的转化和提取，从而有助于降低行业原料的价格。

上海交通大学副教授马晓强同样也表示，利用合成生物学技术有助于摆脱一些原本只依赖于植物提取的不稳定性供应链，能够以更加高效的方式开发酶制剂或合成细胞工程，这对于食品领域的原料可持续性、供应链安全性等都具有重要的作用。

上海市食品研究院副主任吴轶指出，合成生物学技术在食品领域的应用不仅突破了容易受到气候环境和季节影响的原料供给瓶颈，并有助于减少资源消耗实现可持续发展，也为开发新型的健康食品奠定了雄厚的技术基础。

此外，昌进生物市场总监王茜还对合成生物的食品行业进行了未来展望，其介绍，后疫情时代，消费者意愿和诉求的改变均指向合成蛋白已是大势所趋，其不仅足以对标传统畜牧业产品的最佳蛋白解决方案，多样化的蛋白来源也可以提供更加全新的蛋白质，从而满足消费者的个性化需求。

在美妆护肤领域，合成生物学也正在成为新一轮的行业驱动力，美妆原料的生物提取长期存在周期长、易被污染、难以规模化生产的问题。赢创工业集团亚太区护理化学品战略负责人石帅认为，那些来源于石油等不可再生资源提取且用量大的原料，以及来自于传统的植物提取但效率低、时间成本高昂的原料，尤适合以合成生物学的方法进行开发，以绿色清洁的生物制造工艺来督代高能耗高污染的石化、煤化工艺，生产过程更为安全、绿色、环保，可以满足美妆企业对于可持续发展的需求。

江南大学生物工程学院教授、副院长陈献忠表示，合成生物学技术可以赋能生物催化剂的构建，一方面可以实现对已知化学原料的高效生物制造，另一方面又可以挖掘具有新功能的原料合成。

同时，和晨生物科技有限公司CTO周伟正指出，以合成生物学为底层技术的绿色生物制造可制备多种生物活性原料，但目前在活性原料板块，国内企业起步晚，且普遍集中于中低端原料领域，附加值较低，国内企业应该重点考虑布局如何以合成生物学技术进行活性原料源头的创新，以此来提升国内美妆护肤企业的竞争力。

合成生物学正在赋能多个产业，反之，其的快速发展也离不开底层关键技术和工具的应用，比如基因编辑技术、酶的分子设计等，也正是这些技术和工具的一次次更新迭代，助推了合成生物学的更好更快发展。

华东理工大学教授许建和针对工业生产制造中的痛点，他认为需要创制出高效的生物催化剂来满足绿色生物制造的产业化需求，目前工业上仍有许多传统的化学合成工艺亟待开发新的酶催化剂进行替代，实现工艺优化和产业转型升级。

中国医药工业研究总院研究员奕栋指出，多技术融合促进了合成生物学关键技术的飞速发展，生物制造的未来趋势为技术融合化、制造智能化和生物全合成。

镁孚泰生物CEO刘想分享了合成生物与酶改造的关系，介绍了镁孚泰的ZymeEditor™智能化酶改造平台的五大核心酶改造技术，以及这些技术在T7 RNA聚合酶、MMLV 逆转录酶及Bst DNA聚合酶上的成功案例。据了解，镁孚泰生物是翌圣生物旗下全资子公司，专注于提供酶改造智能化解决方案，通过五大技术交互筛选，大幅度提高了酶改造的成功率。

产业变革“一触即发” 张江持续领跑国内合成生物学发展

多领域的应用，促使了合成生物学正在国内触发产业变革，从产业集聚度来看，目前，国内合成生物学的技术源头和产业聚集地主要集中在京津冀、长三角和大湾区三大地区。其中，上海是合成生物学和相关产业的“发源地”，曾诞生了该领域多项“首个”或“第一”，具备了良好的合成生物学发展基础，拥有全产业链生态优势。目前，上海还绘制了合成生物学产业图谱，提出合成生物学“1+3+1”发展战略，即搭建“1个网络”，将高峰人才、重大基础设施、重点实验室有机整合为一张合成生物学创新资源网；瞄准“3大领域”，重点推进合成生物学在生物医药、先进材料和能源环保、消费品三大领域的发展与应用；打造“1个目标”，全面推进上海打造成为基础研发领先、创新转化活跃、产业主体蓬勃发展、产业生态健全完善的世界级合成生物学创新产业集群。

上海强劲的合成生物产业势能也辐射到了张江，从顶层应用到中间层产业平台，从底层使能技术到源头技术，张江都具备了集中度强、显示度高的先发优势。上海国际医学园区作为张江科学城的南部创新核、张江生物医药产业的重要承载区，一直紧跟产业发展步伐，聚焦临床应用未被满足的重大需求。一方面，大力推动张江细胞与基因产业园的建设，推动园区打造“突破技术+源头创新+产业基石”的创新发展体系，另一方面，也在加强合成生物学等前沿赛道的布局，加大探索生物医药国际创新策源转化路径，实现与国际生物医药发展的“同频共振”。

近日，由张江集团和国内合成生物学领军人物赵国屏院士团队等共创共建共运的，位于上海国际医学园区张江基因岛的上海张江合成生物创新中心在2023张江生命科学国际创新峰会上正式揭牌，该创新中心集创新孵化、技术平台、产品转化、天使投资、监管科学、展示交流等功能于一体，共同探索“以技术服务为先导、以孵化服务为加持、以天使投资为纽带、以监管科学为支撑”的合成生物培育与赋能新模式。

具体而言，创新中心将以技术服务为先导、建设1个生物铸造厂。在技术性能上，体现更高通量、更低成本、更高效率。围绕天然产物领域，高通量筛选系统大于1万个元件/天，自动化构建系统大于1万个菌株/月，同时利用高通量质谱和声波移液系统显著降低筛选和构建成本，功能元件和细胞工厂的自动化构建能力可达到国际先进水平。在服务方式上，以技术服务为主，以技术合作和项目开发为辅，兼顾高值专业设备共享，体现平台的公共性、中立性价值导向。

以孵化服务为加持，建设1个专业孵化器。对标国内外先进实验室，围绕四类不同属性的孵化需求，打造高标准孵化服务软硬体系：一是高度开放共享的实验室需求，二是初创团队独立孵化空间需求，三是成长加速空间需求，四是打破科学与产业壁垒的大院大所联合实验室需求。

以天使投资为纽带，建设1支天使投资基金。以张江科投发起设立的张科禾苗天使基金为依托，通过更紧密的投资孵化机制、更长久的基金存续期、更灵活的投资决策，为合成生物创新中心的孵化转化项目投资赋能。

以监管科学为支撑，建立1套助力研审联动的机制。行业的发展离不开科学的监管，围绕生物合成新技术、新方法的落地，创新中心将发挥产学研用的协同优势，助力监管科学发展以及研审联动推进。一是重点面向通用底盘细胞，集成共性信息，明晰质量、安全评价模式；二是重点面向共性技术难题，推动建设技术与监管指导原则；三是重点面向生物合成生产，探索合规适用的质量管理策略；四是重点面向法规监管体系，梳理监管要求，形成产业化路径指引。

张江合成生物合作伙伴共建仪式

本次峰会上，还同步举行了张江合成生物合作伙伴共建仪式，以行业的协同力量共促合成生物学产业的向前发展。

用新的范式触发产业变革“新风口”，张江将以合成生物创新中心为新的基点，联动传统与新兴力量、跨越科研与产业鸿沟、融合技术与应用边界，助推国内合成生物学产业实现“弯道超车”。