合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-處于發(fā)展的初級階段未來機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

北京智博睿項(xiàng)目管理有限公司北京智博睿項(xiàng)目管理有限公司合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-處于發(fā)展的初級階段，未來機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存1、合成生物產(chǎn)業(yè)鏈簡述從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈的上游企業(yè)主要對應(yīng)的是原料、基礎(chǔ)技術(shù)和生物工藝裝備等企業(yè)。其中原料包括可再生物質(zhì)，如淀粉、葡萄糖、木質(zhì)素、纖維素、多糖和植物油等。無細(xì)胞合成生物學(xué)的原料為去除了細(xì)胞中所有“活著”的成分（包括長鏈DNA、內(nèi)置網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞膜的屏障）后剩下的物質(zhì)，常見的細(xì)胞提取物來源是大腸桿菌、小麥胚芽、酵母細(xì)胞、兔網(wǎng)織紅細(xì)胞和昆蟲細(xì)胞等。合成生物學(xué)的中游公司主要為對生物體進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)的技術(shù)平臺(tái)性企業(yè)，這類企業(yè)通過工程化邏輯以及專業(yè)設(shè)備，將合成生物概念落實(shí)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提供一站式解決方案。合成生物產(chǎn)業(yè)鏈下游為合成生物學(xué)產(chǎn)品企業(yè)，主要結(jié)合產(chǎn)品特性與市場需求，聚焦在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)行產(chǎn)品的選擇和銷售，核心在于產(chǎn)品差異化選擇，產(chǎn)品穩(wěn)定規(guī)模化產(chǎn)出，以及良品率把控。合成生物學(xué)的下游應(yīng)用非常廣泛。2、合成生物產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)（1）與化學(xué)合成方法相比，更具環(huán)保，經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性合成生物學(xué)是以生物技術(shù)路線替代傳統(tǒng)化工技術(shù)路線的科技產(chǎn)業(yè)，具備輕資產(chǎn)屬性，其制造原材料可再生，制造過程中反應(yīng)條件溫和，有利于安全生產(chǎn)。同時(shí)，合成生物學(xué)路徑可有效降低碳排放。另外，生物制造相對化學(xué)工藝可以降低工業(yè)過程能耗、物耗，減少廢物排放與空氣、水及土壤污染，成本下降空間大，且菌種能夠?qū)崿F(xiàn)迭代優(yōu)化，技術(shù)效率高。舉例來看，江南大學(xué)的團(tuán)隊(duì)借助微生物發(fā)酵生產(chǎn)普通分子量的透明質(zhì)酸，將成本從每公斤幾萬元降低到了每公斤幾百元。（2）技術(shù)具備可復(fù)制性合成生物全過程采用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的方法，將生物系統(tǒng)分解為各個(gè)可重復(fù)使用的模塊，這些模塊可以由不同的研究者使用相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)建，從而提高研究效率和結(jié)果的可重復(fù)性。合成生物的制造研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備可以共用，不受地域條件和設(shè)備規(guī)模的限制。（3）具備強(qiáng)進(jìn)入壁壘屬性從合成生物學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)看，主要包括基因合成和基因組編輯等工程DNA技術(shù)；專注于改造單個(gè)生物分子，使其居于擴(kuò)展能力或具備重要的挑戰(zhàn)性目標(biāo)功能的生物分子、途徑和線路工程；涵蓋無細(xì)胞系統(tǒng)、合成細(xì)胞、單細(xì)胞生物、多細(xì)胞組織和整個(gè)生物體，以及微生物群落和生物群落發(fā)展的宿主和群落工程；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)整理，建模和自動(dòng)化相關(guān)的數(shù)據(jù)科學(xué)。具體看，合成途徑的選擇和工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)是合成生物學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。其中，基于細(xì)胞的合成生物學(xué)主要依靠細(xì)胞或者細(xì)菌本身作為底盤細(xì)胞或者底盤細(xì)菌，打造“生物體”工廠，主要技術(shù)包括對生物體工廠的改造，對相應(yīng)組學(xué)和代謝產(chǎn)物的鑒定和認(rèn)識等；基于細(xì)胞外進(jìn)行的應(yīng)用生物酶催化反應(yīng)的合成途徑主要涉及到的技術(shù)包括，細(xì)胞生物學(xué)，組學(xué)分析，生物體大數(shù)據(jù)分析，化工制造，基因編輯等領(lǐng)域。在選定合成目標(biāo)以及合成途徑之后，隨著產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)，要考慮合成效率，降低成本，降低資源消耗，降低環(huán)境等目的。涉及的技術(shù)主要包括：發(fā)酵工藝、機(jī)械工藝、細(xì)胞生物學(xué)、基因編輯、工程制造相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，同時(shí)也會(huì)涉及一些機(jī)械、力學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)。綜上，合成生物學(xué)是一個(gè)存在多學(xué)科交叉的行業(yè)、對技術(shù)、成本控制、研發(fā)人員要求高,具有非常強(qiáng)的進(jìn)入壁壘屬性。合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與挑戰(zhàn)（1）發(fā)展前景生物底層技術(shù)與大數(shù)據(jù)、信息技術(shù)，人工智能合力助推合成生物學(xué)快速發(fā)展。隨著合成生物學(xué)三大底層技術(shù)不斷進(jìn)步，加之大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息技術(shù)的進(jìn)步，以及AI在元件工程、線路工程、代謝工程、基因組工程、生產(chǎn)過程優(yōu)化等領(lǐng)域的輔助作用增強(qiáng)，DBTL循環(huán)加速，合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究成果持續(xù)爆發(fā)。從WebofScience每年發(fā)表的合成生物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)論文數(shù)量來看，2000年，領(lǐng)域內(nèi)發(fā)表的論文數(shù)量為809篇，2022年達(dá)到了17456篇，增長超過20倍；從專利情況看，每年申請的合成生物學(xué)相關(guān)專利也由2004年的59項(xiàng)增長到2022年2899項(xiàng)，增長了48倍。隨著政策利好和行業(yè)發(fā)展逐步成熟，合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究有望成果倍出，為行業(yè)快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。面臨的挑戰(zhàn)在以細(xì)胞為基礎(chǔ)的合成生物學(xué)路徑中，不僅需要最小化有毒中間產(chǎn)物的積累，同時(shí)還需要在最大化目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的同時(shí)，盡量不影響宿主表型；標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)仍然是科學(xué)家追求的目標(biāo)，過程中存在不可預(yù)見性、不相容性以及合成，測試、生產(chǎn)過程中高復(fù)雜度的挑戰(zhàn)；無細(xì)胞合成生物體系雖然解決了合成效率，難表達(dá)蛋白質(zhì)合成，高通量蛋白質(zhì)篩選，蛋白質(zhì)后修飾等問題，但仍然存在缺乏低成本且高效的真核生物無細(xì)胞蛋白合成系統(tǒng)等挑戰(zhàn)。生物安全是指在新興生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用過程中，由于忽視、意外、故意導(dǎo)致對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成風(fēng)險(xiǎn)和傷害；在合成生物學(xué)領(lǐng)域，因?yàn)檠芯空叩氖韬?，?dǎo)致實(shí)驗(yàn)室細(xì)菌、病毒逃逸，或?qū)獯a和重組這些微生物而開展的技術(shù)和知識保存網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)安全，論文發(fā)表泄露等問題而帶來嚴(yán)重生物安全事故，都屬于生物安全問題。無論這些人工合成的微生物是否對環(huán)境和人體健康有害，都有可能跟其他生物發(fā)生相互作用而帶來不可預(yù)知的后果，從而可能對人類和環(huán)境帶來健康威脅。生物安保指的是由于技術(shù)知識存在被故意濫用的可能，而迫使人們對其進(jìn)行一系列有效的預(yù)防和控制措施，側(cè)重應(yīng)對生物威脅。比如網(wǎng)絡(luò)攻擊，不需要攻擊者與合成材料直接接觸，只需要通過篡改遺傳密碼等行為就可以在科學(xué)家不知情的情況下，制出有害的危險(xiǎn)物質(zhì)，或者具備攻擊性的生化武器。目前針對合成生物學(xué)的法律法規(guī)以及監(jiān)管還存在一定的空白。合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)《中國合成生物產(chǎn)業(yè)白皮書2024》，2018年-2023年全球合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模從53億美金增長到171億美金，年復(fù)合增長率為26.40%；預(yù)計(jì)2028年，全球合成生物市場規(guī)模將達(dá)到498億美金。2023-2028年，年復(fù)合增長率為24.84%。根據(jù)novaoneadvisor最新數(shù)據(jù)，2023年全球合成生物學(xué)市場規(guī)模為140.9億美元,預(yù)計(jì)到2033年將達(dá)到約801.7億美元,2023年至2033年的年復(fù)合增長率(CAGR)約為18.99%。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國合成生物行業(yè)前景預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》顯示，2021年全球合成生物市場規(guī)模達(dá)到95億美元，2023年約151億美元，中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師預(yù)測，2024年將達(dá)190億美元，2026年將達(dá)到307億元。23-26年的年復(fù)合增長率為26.68%。綜上，2023年全球合成生物市場規(guī)模約在140億-180億美金之間，未來10年的年復(fù)合增長率預(yù)計(jì)在18%-27%之間，全球產(chǎn)業(yè)有望保持中高速增長態(tài)勢。我國合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)起步于國際晚了約7-10年。2007年中國科學(xué)院面向2050年的“生命起源、生物進(jìn)化和人造生命”路線圖啟動(dòng)；2008年中國科學(xué)院批準(zhǔn)上海生命科學(xué)研究院成立合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2010年以來，中國在合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂層戰(zhàn)略規(guī)劃逐步加強(qiáng)，包括大量的學(xué)術(shù)活動(dòng)及科技界與政府管理機(jī)構(gòu)的互動(dòng)。2010年開始，“973計(jì)劃”在生物催化與生物轉(zhuǎn)化研究方向的基礎(chǔ)上,啟動(dòng)部署“合成生物學(xué)”專題研究，5連續(xù)安排了10個(gè)項(xiàng)目，為中國合成生物學(xué)發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。2018-2019年，國家啟動(dòng)合成生物學(xué)重點(diǎn)專項(xiàng)，專項(xiàng)的主要研究方向和重點(diǎn)研究任務(wù)概括為4個(gè)方面:基因組人工合成與高版本底盤細(xì)胞，人工元器件與基因回路，人工細(xì)胞合成代謝與復(fù)雜生物系統(tǒng)，使能技術(shù)體系、平臺(tái)和生物倫理與生物安全評估等。專項(xiàng)為中國合成生物學(xué)研究提供了穩(wěn)定、持續(xù)的經(jīng)費(fèi)支持，從“973”到重大專項(xiàng)，共立項(xiàng)支持了60多個(gè)重大項(xiàng)目及一批青年項(xiàng)目，促進(jìn)中國合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化。2009年-2019年間，先后建成了成建制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和研究中心，主要集中在上海、天津、深圳。2010年之后我國逐步加強(qiáng)合成生物領(lǐng)域的頂層戰(zhàn)略規(guī)劃，密集出臺(tái)加快合成生物創(chuàng)新發(fā)展的政策文件，打造合成生物產(chǎn)業(yè)集群、產(chǎn)業(yè)集聚地、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地等成為各地政策和布局的焦