深圳“20+8”之合成生物产业-前景机遇与技术趋势探析-前瞻产业研究院-2024

FGGRWARD前决策·投资一定要有前瞻的眼光深圳“20+8”之合成生物产业——前景机遇与技术趋势探析前瞻产业研究院2024年1月报告主创：徐文强院长报告制作：廖子璇CONTENTS目录01

深圳市合成生物产业现状与机遇03

合成生物产业技术发展趋势合成生物产业发展挑战深圳市合成生物产业发展总结与建议F

R

WARD前1.1合成生物发展历程及界定1.2全国与深圳市合成生物产业发展现状1.3深圳市合成生物产业政策机遇1.4深圳市合成生物产业优势总结优势机遇真核细胞基因编辑原核细胞底盘细胞通用植物底盘反馈生物设计微生物组生物基制品基因组

元

件线

路

生物网格合成生物学是一门以工程学思想为指导、多学科结合的新兴领域，通过一系列重新设计与技术改造生物体或细胞以使其具有新的能力，在此过程中设计与构建一系列新的标准化的生物元件、组件与系统，

以实现理想的生物制造能力。合成生物学的本质是让细胞为人类工作生产想要的物质。该技术突破自

然进化的限制，以“人工设计与编写基因组”为核心，可针对特定需求从工程学角度设计构建元器件或模块。合成生物学示意图1.1.1合成生物定义界定：让细胞为人类工作生产想要的物质前中国产瞻业咨

领

研(股票

院599)发酵过程

纯化分离从研发到应用资料来源：前瞻产业研究院整理细胞筛选细胞培养2011年，国家植物基因研究中心(北京)第一届理事会第二次会议在遗传发育所召开2015年，华大面向全球发布自主研发的首款桌面型高通量测序系统BGISEQ-5002018年，华大在国际顶级学术期刊《细胞》上发表了迄今为止最大规模的中国人基因组学大数据研究成果

2019年，深圳合成生物学创新研究院成立2021年12月，国家合成生物技术创新中心核心研发基地项目主体完工1.1.2合成生物发展历程：中国当前处于发展新阶段1990年10月，“人类基因组计划”在美国首先启动，进而英、日、法、德相继参与，组成了国际“人类基因组计划”协作组。1994年，中国“人类基因组计划”(CHGP)启

动1997年中国专家商议要申请加入国际“人类基因组计划”,推动中国基因组科学的发展。2008年初，深圳华大基因研究院、英国桑格研究所以及美国国立人类基因组研究所等多家机构共同启动了“千人基因组计划”。成果于2010年10月28日以封面文章形式发表在《自然》杂志上。2008年，中国科学院合成生物学重点实验室成立，是国内第一个合成生物

学重点实验室2022年至今，由合成生物学带动的技术平台已经在很多领域落地应用。合成生物学的研究范式从大数据开始，经历数据挖掘、建模和演

算，最后发展到由人工智能(AI)

引领的数字合成生物学。它把生命科学推向预测科学，使其有了强大的预测能力，成为融合实验科学、

工程科学和预测科学的新兴交叉学科，AI赋能的数字合成生物学将会是未来行业发展的重要方向之一。1999年，国际“人类基因组计划”协作组公布了中国加入“人类基因组计划”的申请，并于同年9月1日正式向全世界宣布。1999年，北京华大基因研究中心成立，与遗传所人类基因组中心等共同承担基因序列工作。扩张和

发展期2001-2013年2014-2021年合成生物发展历程发展初期1990-2000年20152018201920212005年，华大基因牵头中华协作组，承担的10%国际人类基因组单体型图计划(HapMap)

在

《Nature》

发表20082022发展新阶段199019941997199920052022年至今前中国产瞻业咨

领

(研股票

5院99)2011资料来源：前瞻产业研究院整理1.1.2合成生物政策发展历程：中国合成生物产业起步相对较晚翦瞪产业研究院对比中国与欧美等发达国家的政策历程，中国合成生物产业起步相对较晚，但是发展速度惊人，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，国家出台了一系列政策支持合成生物学的发展。政策历程

20142015

2016

201720182019202020212022

2023《合成生物学时代的生物防御》

《2021美国创新与竞争法案》

《国家生物技术和生物制造计划》《关于推进生物技术和生物制造创新以实现可持续、安全和可靠《2019年工程生物学研究与开发法案》

的美国生物经济的第14081号行政命令》《至2030年国家生物经济战略》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《英国生命科学战略：构建生命

科学生态系统》《生物战略2019》《世界领先IT国

家创造宣言》《工程生物学国家愿景》《工程生物学：英国经济和国家目标的机遇《产业结构调整指导目录

(2023年本》《关于加快传统制造业转《工业领域碳达峰实施方案》

型升级的指导意见》《“十四五”原材料工业发展规划》《欧盟生物经济战略进展报告》《国家生物质能战略的

基石》《地平线2020(欧盟科研框架计划)》《关于合成生物学定义

的意见》启动敏捷生物铸造厂联盟计划《技术评估：合成生物学》《向国会报告：合成生物学》《国防部科技优先事项》《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》《国务院关于全面加强基础

科学研究的若干意见》《加强“从0到1”基础研究工作方案》《面向生物经济的欧洲化学工业路线图》《“十四五”生物经济

发展规划》英

国

中

国《英国合成生物学战略计划》资料来源：前瞻产业研究院整理美

国欧

盟基因组编辑金斯瑞、SynthegoIIlumina、PacBio、Thermo、Fisher、PacBio、连川生物Twist、金斯瑞、script、Codex、泓迅生物、IDT、蓝晶微生物Twist、伯科生、

NykodeGingko、惠和生物、Amyris

、ZymergenOriCiro

、康码

生Novozyme、蔚蓝生物、Absci、诺唯赞、Codexis、

弈柯菜、Arzeda、百图生科金丹科技、海正生物、凯赛生物、国生科技、Braskem

、DanimerScientificLygos、凯赛生物、梅花生物、华恒生物、LumenBioscience、欣贝菜、瑞德林、森瑞斯态创生物、巨子生物、未名拾光、华熙生物、中科财扬Beyond

Meat、星期零、安琪酵母、

Biomilq、帝斯曼、一兮生物、嘉必优EditasMedicine、Caribou

Bio

、

瑞风生物、Intellia明巨诺、复星凯特、恒润达生、觊基因、南京传奇达安基因、华大基因、科华生物、艾德生物Greenlight、AgBiome、Corteva聚维元创合成生物学本身的发展和增长受益于多种技术的融合，从产业链来看，上游生物体设计企业主要提供底层技术和应用支持，比如DNA

测序/合成/存储、基因编辑、蛋白设计和催化，代表性企业有Twist、

金斯瑞、script、Codex

等；中下游企业负责合成生物产品制造，例如材料与化学品等领域，代表性

企业有金丹科技、海正生物、BioNTech等。1.2.1全国合成生物产业现状：合成生物产业链覆盖面庞大Therapeutics下游上游中游工业化学品医疗健康前中国产瞻业咨产询领

研(股票

院599)农业能源食品资料来源：前瞻产业研究院整理根据Research

and

Markets披露的信息，2023年，中国合成生物市场规模达到11.5亿美元，随着应用场景的增多和技术的改善，市场逐渐扩容，合成生物在未来10年内将对各个行业产生重要影响。2023年中国合成生物学对不同行业的影响0-5年

5-10年10+年燃料农业

矿业电力手机

建筑

机械合成生物学信息参考》

前瞻产业研究院整理化学品纺织品食品(不包

含肉类)时尚水1.2.2全国合成生物产业现状：合成生物产业应用领域广泛美容医疗设备电子产品生物制药非处方药产品替代工

艺

改

进

原

材

料

变

化肉类和水产养殖前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)天津已经明确将生物制造作为带动未来经济高质量发展的关键力量，加快推动天津生物经济前瞻布局、创新发展。依托天津大学、中科院天津生物科

技工程研究所、国家合成生物技术创新中心、教育部合成生物学前沿科学中心、合成生物学海河实验室等创新平台，天津将加快打造合成生物产业发

展新高地。其中，国家合成生物技术创新中心是国家级科技创新平台，是我国抢占全球生物产业技术创新制高点的“国之重器”,是集核心技术研发、技术转移转化、企业培育、资本运营四位一体的新型研发平台。同时，天津还将建立特色产业基地，推动“生物制造谷”建设。进一步发挥天津港口、自贸试

验区、自主创新示范区综合优势，与大型中央企业合作，在津设立健康糖产业园区。合成生物上市公司华熙生物，也在天津投资6.3亿，建成了全球

最大的合成生物中试转化平台。山东汇聚了很多老牌的发酵企业。早在2017年，由青岛能源所、山东大学、齐鲁工业大学.

、青岛蔚蓝生物集团等7家发起单位共同建立了山东省合成

生物技术创新中心。华熙生物、金城药业、三元生物、山东赫达、山东福瑞达、青岛蔚蓝生物等合成生物技术相关企业，总部都在山东。2023年1月，山东省”两会”政府工作报告中明确提出把“合成生物”产业作为大力培育支持的创新产突出”合成生物”等关键领域核心技术攻关，扎实推进先进制造业强省行动，着力深化新旧动能转换，加快推动山东医药健康产业高质量发展。上海是我国第一个合成生物学重点实验室、第一个合成生物学科学联盟，第一个合成生物学专业委员会诞生地。从2020年开始，上海就密集发布了合成生物产业相关政策。2022年11月21日发布《上海市加快打造全球生物医药研发经济和产业化高地的若干政策措施》瞄准合成生物学、基因编辑、干

细胞与再生医学、细胞治疗与基因治疗、人工智能辅助药物设计等重点领域，布局若千市级科技重大专项和战略性新兴产业重大项目。2023年10月，上海市印发《上海市加快合成生物创新策源打造高端生物制造产业集群行动方案(2023-2025年)》,目标到2025年培育1至2家年销售收

入超过10亿元的优势企业，建设3个左右具有特色和国内领先优势的产业基地；到2030年，基本建成具有全球影响力的高端生物制造产业集群。2023年2月20日，浙江省发布了《浙江省人民政府办公厅关于培育发展未来产业的指导意见》,提出要优先发展”合成生物”等9个快速成长的未来产业。具体包括加快发展定量合成、基因编辑、蛋白质设计、细胞设计、高通量筛选等前沿技术，推动合成生物技术在生物智造、生物育种等领域的颠

覆性创新与工程化应用。浙江省的合成生物产业布局主要集中在杭州市。人才方面，杭州在合成生物领域已拥有郑裕国院士、杨立荣教授、李永泉教授等一批行业领域顶级专

家，引进了曾安平院士、王宝俊教授等一批“鳃鹏计划”人才，逐渐形成了以浙江大学、西湖大学等为代表的优势科研团队。重点平台方面，杭州获批建设了国家化学原料药合成工程技术研究中心，布局微生物生化与代谢工程、生物有机合成、药物合成生物学等省级重点实验室。2023年7月，浙江省合成生物产业技术联盟，由浙江大学杭州国际科创中心牵头，传化集团等多家企事业单位共同发起成立。2023年8月，传化科技城核心产业载体-钱湾生物港正式开园，将逐步构建起以合成生物为核心的生物技术产业集群，打造国内首个”合成生物成果转化基地”,横向兼顾CGT、医疗器械，纵向聚焦化工、农业等领域对合成生物的应用，发挥传化集团“链主”优势，构建合成生物“科研-转化-产品”一体的产业链、供应链和价值链。1

.2.3全国合成生物产业现状：各地区均积极布局合成生物领域天津山

东上海浙江

产瞻业咨

领资料来源：前瞻产业研究院整理一直以来，深圳始终瞄准国家和“双区”建设的重大战略需求，着力融合信息技术(IT)

和生物技术(BT),

不断抢占科技发展的制高点。除了出台多个扶持行业发展的政策外，深圳首创的“楼上楼下”创新创业综合体模式，诞生了众多合成生物的明星企业。“楼上楼下”创新创业综合体模式指的是“楼上创新、楼下创业”,该综合体

聚焦合成生物领域，表面是科研人员与企业人员在同一栋大楼工作，实质是产研双向融合。楼上注重产业应用研究，楼下企业孵化聚集，打通从原始创新到

推动创业发展的创新路径。2022年6月，深圳发布《关于发展壮大战略性新兴产业集群和培育发展未来产业的

意见》,计划打造20个战略性新兴产业和

8个未来产业的产业集群，合成生物位列

八大未来产业之首1.2.4深圳合成生物产业现状：深圳较早布局合成生物学赛道楼下-一企业孵化聚集目2018年，合成生物重大科技基础设施获市发改委批复选

址光明科学城开始建设Q0企2022年

2019年2018年2019年，在深圳市科创委的支持下，深圳合成

生物学创新研究院应运2017年，深圳先进院成立合成生物学研究所

较早布局合成生物学赛道资料来源：前瞻产业研究院整理楼上--产业应用研究2017年激发创意而生梅丽科技MEIL.ITECHHaploX

海普洛斯华因康基因HYK

GENE儒翰基因RH

GENETECHGeneMind安序源BiocrestechSiYOMiCRO中科欣扬近邻生物

PROXYBIOSYNCERESBIOSCIENCESThe

Bioware

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生

物佰B1O奥FO长R上游1.2.5深圳合成生物产业现状：产业链布局较为完善下游中游Acen

Med爱生

医

学Biocreltech高通量筛选技术基因测序技术∈xoRNA基因编辑技术合成生物平台搭建及产品制造医疗健康、工业化学品等领域平安医疗

GCNCUS今是科技SININGENE思凝一云佰奥长生B

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E基因合成技术HAVY

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疗资料来源：前瞻产业研究院整理基础技术深圳精准医疗科技有限公司新宙

邦

CAPCHEM生

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驰GUANCH1作为大湾区综合性国家科学中心先行启动区，光明科学城承载建设了全球首个合成生物研究重大科技基础设施，同时深圳市工程生物产业创新中心、中国科学院深圳理工大学(筹)合成生物学院、合成

生物产业园等相继落地。截至2022年，深圳光明区内合成生物企业总量已突破80家，总估值超270亿创新中心和产业园是光明科学城合成生物企业的主要聚集形式，关注科研和产业转化的创新中心是企

业“孵化器”,从“孵化器”“成长毕业”的企业

可以进入场地更大的产业园，进入更大规模的实验

或生产。创新中心、政府等会对企业全程关注，为

不同发展阶段的企业提供所需支持。未来2023年光明区政府工作报告表示，未来将大力培育5大未来产业集群。优先发展合成生物产业集群，高标准建成光明合成生物产业园，组建产业创新联盟，巩固先发优势，打

造具有全球影响力的合成生物产业高地。1.2.6深圳合成生物产业现状：光明区发展形势较好首创创新创业综合体模式·

首创“楼上楼下”创新创业综合体模式，打通从原始创新到推动创业发展的创新路径，被国家发

改委列入推广深圳经验47条企业倾向于落户光明区·2020年以来，国内新成立的合成生物企业中，有40%落户

深圳，其中近80%企业集中在光明区出台全国首个政策·

出台全国首个合成生物

专项扶持政策《深圳市

光明区关于支持合成生

物创新链产业链融合发

展的若干措施》重点发展方向之首·在深圳市重点培育的“20+8”产业集群中合成生物居8个未来产业重

点发展方向之首光明区合成生物

产业的发展特点先有创新，再有产业产业总估值超270亿元·

2018年光明区成立以来，已聚集合成生物企业突破

80家，总估值超270亿元首支合成生物基金·

国内首支合成生物产业

基金2022年落户光明区，

目标基金规模15亿元光明区合成生物产业创下多项“首位”

产瞻业咨

研(股票资料来源：前瞻产业研究院整理元

。深圳八大未来产业序号

产业产业新一代信息

技术12345网络与通信半导体与集成电路超高清视频显示智能终端智能传感器绿色低碳新材料新能

源安全节能环保智能网联汽车电子信息材料、新能源材

料、结构和功能材料、生

物材料、前沿新材料、材

料基因组等高端医疗器械5-10年内有望成长为战略新兴产业数字与时尚678软件与信息服务数字创意现代时尚生物医药18

生物医药1

9

大

健

康19高端装备制造101112工业母机智能机器人激光与增材制造精密仪器设备海洋经济海洋工程装备和辅助设备海洋通信技术与设备、海20

洋交通设备、海洋能源、

海洋生物医药、海洋养殖

和深加工、海洋环保等、10-15年内有望成为战略新兴产业2022

年6月，深圳发布《关于发展壮大战略性新兴产业集群和培育发展未来产业的意见》,前瞻布局8大未来产业，其中合成生物位列8大未来产业之首，《意见》提出要重点发展合成生物底层技术、定量合成生物技术、生物创制等领域，加快突破人工噬菌体、人工肿瘤治疗等创制关键技术，推进合成生物重大科技基础设施建设，建设合

成生物学研发基地与产业创新中心。1.3.1深圳合成生物政策机遇：合成生物为八大未来产业之首

前瞻产业研究院1

合成生物2区块链3

细胞与基因4

空天技术5脑科学与类脑智能7可见光通信与光计算发展未来产业的意见》

前瞻产业研究院整理6

深地深海8

量子信息1

314151617动未来产业交叉融合发展支持搭建“类脑智能+机器人”、“可见光通信+深地深海”、“光计算算”、“量子计算+合成生物”等未来产业跨界融合示范场景，拓展合技术在细胞与基因治疗、细胞与基因技术在生物育种中的应用示范。资料来源：前瞻产业研究院整理提升科研平台保障能力支持建设与未来产业关联的合成生物研究、脑解析与脑

材料基因组等重大科技基础设施、质量基础设施、实验

施、自然科技资源库以及野外科学观测研究站(网)等

件平台，对于新建项目按相关政策予以一定资金资助。支持建设概念验证中心、中试验证和成支持科研医疗机构建设合成生物、脑科学与类脑智能、

与基因治疗等领域的临床验证与应用平台。2022年6月，深圳出台了《深圳市培育发展未来产业行动计划(2022—

2025年)》,本措施重点支持八大未

来产业，其中合成生物、区块链、细胞与基因、空天技术等未来产业

在5至10年内有望成长为战略性新兴产业。支持探索未来产业相关科学问题争取国家财政资金支持，组织实施部市联动国家重点研发计划“合成

点专项。支持与香港、澳门的高校和科研机构开展科技合作，推动粤

产学研融合，实施深港澳科技计划项目，按相关政策予以最高300万1.3.2深圳合成生物政策机遇：未来合成生物有望成长为战略性新兴产业前中国产瞻业咨

领

(研股票

5院99)01203合成生物产业平台建设资助项目·

加快培育引进行业龙头CRO、CMO、CDMO

等合成生物领域产业公共服务平台，按项目所获市级资助的25%给予最高1000

万元资助；各级财政资金支持总额不超过项目总投资。·对

建

设合成生物领域中试、合成生物专用CNAS认

证测试实验室等共享平台，按实际建设投资(仅限固定资产类投资)的50%,给予最高500

万元资助；共享平台建设经费来源为非财政预算单位，若申报单位为财政预算单位，仅对自筹部分给予资助。·对

上述平台，按照上一自然年度服务收入的10%,给予最高300万元资助。02合成生物专业资质认证资助项目·

对

新

取

得FDA、EMA、PMDA

等机构批准获得境

外上市资质的药品和医疗器械，按实际投入研发费用给予每个产品最高100万元资助；·

对

新

取

得新药临床试验批文的机构每个产品，

按实际投入研发费用给予最高100万元资助；·

对通

过DMF、CEP、MF注册的生物原料药，按实际投入研发费用给予每个产品最高50

万元

资助；·

对取得国家食品药品监督管理局核准的化妆

品原料目录认证的材料，按实际投入研发费用给予每个产品最高20万资助。2021年10月，光明区发布了全国首个合成生物领域专项扶持政策——《光明区关于支持合成生物创新链产业链融合发展的若干措施》,“真金白银”支持合成生物战略科技力量建设、创新链建设、产业

链建设等，其中，合成生物科技专项配套资助项目，单个单位年度资助金额最高为1000万元。04合成生物企业专精特新认定资助项目对初次认定为工信部专精特新“小巨

人

”的合成生物企业给予一次性

200万元奖励，对初次认定为省级“专精特新”中小企业的合成生物

企业给予一次性100

万元奖励，对初次认定为市级“专精特新”中

小

企业的合成生物企业给予一次性50

万元奖励。同一企业获更高层级认

定的，按高层级奖励金额进行差额

奖励。单个企业各级奖励不超过200万元。01合成生物科技专项配套资助项目·

对获得“合成生物学”“绿色生物制造”等国家、省、市级重点专项或课题的承担单位，对国家级项目按所获资金的20%给予资助，单个项目最高1000万元；·

对省级项目按所获资金的30%给予资助，单个项目最高500

万元；·对市级项目按所获资金的30%给予资助，单个项目最高300

万元。单个单位年度资助金额最高为1000

万元。1.3.3深圳合成生物政策机遇：全国首个产业专项扶持政策前中国产瞻业咨

领

研(股票

院599)独合发展的若干措施》前瞻产业研究院整理当前，深圳已经成为我国合成生物产业发展最为迅猛的城市之一，深圳建设了国内首个合成生物产业园、推出国内首只合成生物天使基金、发布国内首个支持合成生物产业政策，召开了国内最大合成生

物产业大会，助力合成生物从科学研究到产业转化再到产业集群的两次跨越。政

策

优

势产

业

优

势全国首个产业专项扶持政策“真金白银”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

建设等，其中，合成生物科技专项配套资

助项目，单个单位年度资助金额最高为1000万元。合成生物为八大未来产业之首2022年6月，深圳发布《关于发展壮大

战略性新兴产业集群和培育发展未来

产业的意见》,前瞻布局8大未来产业，

其中合成生物位列8大未来产业之首。产业链布局较为完善深圳合成生物产业链布局较为完善，

在基因测序、基因编辑等环节发展较

好，涌现一众优质企业。人才优势明显，创新氛围浓厚人才供给：打造了一支以青年海归为

主，形成了全球最大规模的合成生物

学领域研究团队；成果转化：打造了源头创新至成果转

移转化一体化创新平台——深圳市工

程生物产业创新中心。1.4深圳市合成生物产业优势总结前瞻产业研究院中国产业咨询领导者(股票：839599)资料来源：前瞻产业研究院整理2.1合成生物行业中长期发展规划滞后2.2合成生物行业面临选品难题和工艺放大难题2.3合成生物行业产业化能力不足2.4合成生物行业应用研发主体错位挑战我国从顶层设计上明确了合成生物的重要战略地位，并逐步加强了该领域的国家宏观战略谋划，但合成生物领域的长期、短期技术发展路线整体规划，技术发展实施路径、生物伦理监管体系构建等仍处

于空白地带。目前，合成生物学领域的专项政策规划并未出台，如何实现从基础研究到技术创新，从

工程平台建设到产品开发、产业转化等多层次、分阶段的发展方式和发展路径仍不明确。基础研究发展方式和发展路径仍不明确产品开发技术创新产品转化技术发展路

线整体规划生物伦理监管体系2.1

合成生物中长期发展规划滞后：许多监管领域处于空白地带技术发展

实施路径

仍处于空白地带资料来源：前瞻产业研究院整理工程平台建设首先，选品要评估市场空间及需求刚性。选品是合成生物学产品生产过程的第一个门槛，需要理性评估目标产品利用生物合成途径生成的难度，并与其他生成路径进行比较。错误的选品在进入后期商业

化开发阶段后失败带来的代价较大。其次，选品要适合合成生物学方法生产。如果产品处于代谢流关键环节，可能影响细胞正常生命活动摄入

排出选品时需要考虑的因素大规模生产中的分离纯化成本合成生物学方法所得产品性能与传统方式是否有差异产品在微生物能量和生物质intracellularextracellular大规模生产时过量表达的产物可能会带来细胞毒性细胞代谢流中预估整体成本

所处环节降低的范围是否会对细胞产生毒性或生

存压力2.2.1选品难题：错误的选品将带来较大的代价选择生物合成途径中的终产物，可能降低后续步骤的难度评估所选产品利用合成生物学方式进

行生产的难度前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)倍生生物中国科学院前瞻产业研究院整理在利用合成生物学方式生产产品时，产物结构越复杂，对应的代谢通路优化的复杂度以及分离纯化的难度也呈指数级提升，导致项目整体耗时及成本大幅提升。在所有环节均采用生物合成难度较大时，

选择将部分步骤通过化学合成的方式实现，构建生物合成与化学合成的组合，则可能实现整体的成本

和效率的最优，提升规模化生产成功率。Amyris规模化生产青蒿素生物合成与化学合成结合办法ADH1,ALDH1

ADsHAmorphadiene青蒿酸(青蒿素前体)合成生物学方式生产H青蒿素2.2.2工艺放大难题：可能导致项目整体耗时及成本大幅提升H₃C

OPPH₂

C

OPPCH₃CH₃

DMAPPCYP71AV1,

H

ERG20CPR1,CYB5HHO0Artemisinicacid0H₃C

SCoA

Acetyl-CoA生

物

合

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合

成ERG12ERG8ERG19OHOPPFPP前中国

业

询领业导者研(股票究：839院599)ERG10ERG13tHMG1(X3)源：Amy

ris

Science

前瞻产业研究院整理MevalonateH₃CIPPHO₂COH三H2015年以来，我国在合成生物领域研究发文跃居全球第二，但论文篇均影响力低于世界平均水平。我国合成生物领域论文的整体质量还不够高，且研究发文领域多集中在应用领域，论文在前沿和核心技

术领域的创新能力与欧美发达国家仍有较大差距；同时，虽然国内研究机构应用研究成果凸显，但创

新成果的产业化应用实践较少，科企融合度较低，对产业的推动力量较弱，近几年全球合成生物学主

要研究项目和成果都集中在欧美等国家。西班牙瓦伦西亚大学“通过国际合作促进合成生物学标准化”研究项目，约220万欧元Ron

milo等将大肠杆菌碳源从有机碳转化为二氧化碳1、Biotechrabbit

公司研发出无

细胞蛋白合成系统2、Tarryn

Miller等制造出“人

工叶绿体”1、David

Baker团队发布RoseTTAFold,

基于大规模深度学习的结构建模范围从

真核细胞的蛋白质单体扩展到了蛋白质

复合物，并可以预测蛋白质-蛋白质相互

作用的分子细节2、Wendell

Lim

团队设计了两步正反馈电路，使T细胞能够根据抗原密度阈值来

分辨目标1、乔治亚研究院利用新开发的合成生物学和基因工程技术，使用重组的4-hydrophenylacetate3-monooxygenase

和FAD还原酶基因，改造肠道中的益生菌

2、伊利诺伊大学厄巴纳·

香槟分校的团

队于《Cell》发表论文，实现了有史以

来最完整的活细胞计算机模拟1、ShaoYY等利用CRISPR-Cas创建单染

色体啤酒酵母细胞2、Sc2.0

计划完成单酵母染色体组装1、澳大利亚国立大学”提高作物抗逆性

和产量的智能植物和解决方案”项目，2000万澳元2、丹麦技术大学“合成生物学指导下的

恶臭假单胞菌生物氟化工程”项目，800

万欧元3、西班牙高等科学研究理事会“基于合

成微生物联盟的黄酮类化合物合成生物

学生产平台”项目，740万欧元麻省理工设计出第一个完全依赖蛋白质互作的合成生物学电

路美国马里兰大学医学院宣布首

例转基因猪心脏移植手术实现2.3合成生物产业化能力不足：创新成果产业化应用实践较少2023

帝斯曼的开创性研究合成生物法生产维生素A,即将全面上市资料来源：Regenesis

前瞻产业研究院整理1、ACS

Synthetic

Biology指出，

合成生物学有可能颠覆现有腺相

关病毒

(AAVs)

的生产模式2、Imec

计划开发纳米芯片，推进

合成生物行业发展麦考瑞大学建设“合成生物学卓越中心”项目，2.4亿澳元前中瞻国产业产咨询领业导者研(股票究：839院599)20212022201820192020我国合成生物学应用研究主要以科研院所为主体，缺乏大型产业巨头和优质初创研发企业。目前国内生物合成行业的主要代表企业为凯赛生物、衍进科技和迪赢生物等，企业多为初创公司，规模相对较小，

与欧美发达国家形成的大型跨国企业巨头，协同多投融资渠道的初创企业融合发展的产业格局相比仍

有较大差距。虽然近两年不断有新的创新型合成生物公司出现，但主要为平台工具服务和应用产品导

向型公司，涉及使能技术开发的公司较少，产业主体规模和自主创新能力均较弱。中国企业多为初创公司，规模相对较小，拥有的核心技术及知识产权较少，与欧美发

达国家形成的大型跨国企业巨头，协同多

投融资渠道的初创企业融合发展的产业格

局相比仍有较大差距。2.4合成生物应用研发主体错位：缺乏大型产业巨头和优质初创企业Bota华恒生物HUAHENG

BIOTECH迪羸生物Dynasty

Gene海外企业LUMENB

I0S

CIE

N

CE中国企业CATHAYINDUSTRIAL

BIOTECH

ti

lb

MyersbousSqBri:0

o蓝晶微生物

Bluepha前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)ArcadiaAMBRXCargill资料来源：前瞻产业研究院整理kBUFEFOUNDRY3.1合成生物产业技术特点3.2基因测序技术趋势与突破方向3.3基因编辑技术趋势与突破方向3.4基因组装技术趋势与突破方向3.5基因合成技术趋势与突破方向3.6酶的定向进化技术趋势与突破方向技术合成生物是典型的交叉学科。从技术过程来看，经历了上游底盘设计、菌种构建；中游的发酵条件优化；以及下游的分离提取。当中不仅运用到了分子生物学技术、AI

深度学习、高通量筛选等方法，还用到了发酵工艺放大、流体力学、分离提取制备等技术。菌种构建

底物产物基因1

基因2

基因3废液提取酶

1酶2

酶3分离提取摇瓶

种子罐3.1.1合成生物产业技术特点中间物1

中间物2中间物3

目标产物大发酵罐资料来源：前瞻产业研究院整理前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)平板菌体化学合成天然提取合成生物生产成本生产能力能耗污染碳排放化学合成油气资源--精炼/合成—提取口高效率、技术成熟、较低成本口高温、高压、高排放、高污染、化石依赖天然提取种植/饲养—收割/宰杀—提取口流程短、能耗低、技术简单口得率低、污染重、成本高、原料依赖合成生物再生资源—培养/发酵—提取口较高效率、较低成本、常温常压、低排放口技术不成熟、研发周期长、菌种易泄露以合成生物生产流程的特点，合成生物被认为是绿色、环保、高效、可循环可再生的生产方式。相比化学合成工艺、天然提取工艺，有着明显的优势。因此，合成生物被认为是最有潜力替代化学合成、

天然提取等成熟工艺的新型技术手段。合成生物也被政府、资本界和产业界赋予了厚望。3.1.2合成生物工艺优势前中国产瞻业咨

领

研(股票

9院599)资料来源：前瞻产业研究院整理高中低高中

低基因测序技术落地场景比较个性化消费疾病筛查生殖健康实时荧光定量PCR数字PCR二代测速三代测序FISH基因芯片基因测序不同技术互为补充，NGS

测序应用更为广泛。伴随对基因测序理解的不断深入，不同测序技术与方法亦不断涌现。在下游较为成熟的商业化应用中，二代高通量测序在各个细分场景均有一席之

地，二代与三代测序的应用场景尽管有所重合，但由于技术特点不同，也具备各自独特的应用领域。对少量样本或少量基因组靶点(≤20个)的小DNA区域进行测序时，Sanger

测

序是很好的选择使用场景广泛，例如，生殖健康、疾病筛查、伴随诊断与个性化消费等目前多为实验室场景，例如，即时检测传染源、单细胞RNA测序与De

novo测序等3.2.

1基因测序技术：NGS

测序应用更为广泛准确度高、通量较低通量大、测序速度快、经济性较高读长长、成本较高应用场景一代测序(Sanger测序)

测序

特点二代测序(高通量测序)三代测序(单分子测序)三代测序(单分子测序)前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)rd

Nanopore

前瞻产业研究院整理二代测序(高通量测序)一代测序

(Sanger测序)基因测序技术原理比较得益于测序技术的持续进步和测序成本的快速下降，NGS应用不仅局限于全基因组分析，更深入推动了基础科研上基因组学和临床上疾病精准医疗的进步。考虑到不同细胞测序的差异性，以及测序在体

内不同位置/时间上的更加丰富信息，更多全新领域及概念逐步进入基因测序领域的探索范畴。单细胞测序与传统测序区别▶Standardgenomesequencing时空组学，为测序增加时间/空间维度的影响因素考量：该技术在单细胞转录

组测序的基础上，通过空间解析转录组学的方法，定位细胞及其组学信息在

组织中的空间位置，我们认为有望成为补充医学图像和组织病理学数据的诊

断工具。2022年9月，华大生命科学研究院基于其时空组学Stereo-seq技术绘

制首个蝶螈脑再生时空图谱，为神经系统再生医学研究治疗提供新方向。单细胞测序，单个细胞维度上的测序活动，体现个体差异性因素：通过捕获

和扩增单个细胞里的多组学物质(包括DNA、RNA和蛋白等)来进行测序，从

而以更高的分辨率分析样品中的异质性信息。2022年7月，北京大学课题组利

用三代测序技术首次在单细胞水平上完成了Mb级连续性的人类基因组组装。3.2.2基因测序技术：新兴技术体系及应用概念不断涌现

料来源：GSK

前瞻产业研究院整理前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)第三代基因编辑技术备受人们关注CRISPR-Cas

技术是基于原核生物(细菌和古生菌)一种免疫系统而开发

的，称之为Clusteredregularlyinterspacedshortpalindro-micrepeats-CRISPR-associatedproteins(规律成簇间隔短回文重复及其相关蛋白),简称CRISPR-Cas

系统。由于该技术合成简单、周期

短、操作灵活、效率高等优点，目

前备受人们关注。CRISPR-Cas

技术TALENs

(转录激活因子效应物)是继ZFNs

之后的另一种较为灵活和高效的靶向编辑技术，TALENs

在结构上与ZFNs类似，是由特异性的DNA

结合蛋白-TALE蛋白和Fok

I核酸酶两部分

组成。136aaTALEN:NH₂-

-CO0HNLS

TAL序列识别模块ZFNs

(锌指核酸酶)技术是第一代基因组编辑技术，

其功能的实现是基于具有独

特的DNA序列识别的锌指蛋

白

(ZFP)

发展起来的。ZFNs

由特异性识别序列的锌指蛋白(ZFP)和Fokl核酸

内切酶组成。3.3.1

基因编辑技术：第三代基因编辑技术备受人们关注ZFNs技术TGTIGGCTTGATGCTGTT

ACTGGAGAATTCACTGTAAGTTAACCTAGTTCGGGCCACAACCGAAACTACGACAATGACCAGTGACATTCAATTGGATCAAGCCCGGIYOJ—TALENs技

术前瞻产业研究院中国产业咨询领导者(股票：839599)第二代基因编辑技术第一代基因编辑技术来源：中关村前瞻产业研究院整理ZFP结合结构域开始应用时间DNA

结

合结构域DNA修

饰

结构域靶序列大小技术难度开发周期成本靶向精确度靶向修饰

效率用于药物的成熟度是否可对任

何基因位点

进行编辑多靶点

编辑ZFNs1996年锌指蛋白

(ZFP)Fokl(9-12

bp)*2是难TALENs2010年转录激活因子效应

物

(TALEs)Fok

l(8-31

bp)*2是难基因编辑是一种新兴的能够较为精确的对生物体基因组特定目标基因进行修饰的基因工程技术。作为革命性的基因编辑技术，CRISPR/Cas

的优势非常明显，相较于ZFNs

和TALENs,CR

ISPR/Cas

的设计难

度和构建难度都要小的多，成本更低，开发周期更短，靶向修饰效率更高，此外CRISPR/Cas

还具有

可以多靶点编辑和可以编辑RNA

的优势，这是前两种技术所不具备的。Cas9蛋白

20bp+NGG高

中

低3.3.2基因编辑技术：

CRISPR/Cas

技术优势明显前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)2012年来源：中关村前瞻产业研究院整理否，受限于

PAM容易sgRNACRISPR/Cas9被认为是CRISPR1.0,其开创了基因编辑新时代，但局限性也非常明显。目前已有一批CRISPR

2.0新技术问世，能以比CRISPR

1.0更精确、更通用的方式编辑DNA。CRISPR

1.0基因编辑

疗法获批，为下一代基因编辑技术走上舞台中央奠定了基础。表观基因组编辑先导编辑3'nPrimer-bindingsiteRTCas9pegRNA5'uGuidesequence◆单碱基编辑可以应用到治疗囊性纤维化突变，这些突变会损害肺部和消化系统，这是传统的CRISPR/Cas9没有办法解决的问题。CRISPR/Cas9技

术之所以无法解决做到是因为“CRISPR更善于摧毁而不是修复”。◆现在，单碱基编辑的疗法已经进入了早期临床试验

中应用，包括治疗高胆固醇以及某些类型的白血病。◆不过，尽管这项技术非常精确，但却有一些缺陷：它只能改变特定的DNA序列，无法将新的DNA片段插◆先导编辑能够能够实现任意碱基替换、DNA

片段插

入和缺失。相较于单碱基编辑，它更为灵活，几乎

可以靶向并修正基因组中的任何位点。◆自2019年以来，科学家通过改良酶的设计，让先导

编辑变得更有效率。同时采取其他改进措施，防止

细胞自然的DNA修复机制引发错误。◆与此同时，科研人员正在尝试在技术方面开拓新的

领域，他们试图在基因组的特定位置插入越来越大

的DNA片段。◆除了改变基因自身的序列，CRISPR

系统还可以通过

修改“表观基因组”来调控基因活性，这包括对DNA的化学修饰。◆深入地理解表观基因组能够帮助开发更有效的治疗

方法，甚至解决其他形式的CRISPR编辑无法处理的

疾病。3

.3

.3基因编辑技术：CRISPR

2.0新技术问世

源：深究科学前瞻产业研究院整理碱基编辑前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)RTtemplate

with

edit入到基因组中。0E-PCR1989年

，Pease

等提出重叠延伸PCR技术(Overlap

extensionpolymerasechainreaction

,0E-PCR),这种方法可以用于组装更长片段的DNA。0E-PCR示意图如左图所

示，将末端具有重叠序列的DNA片段

通过变性、退火，然后互为引物，经聚合酶延伸得到融合的DNA,

一般可以将2-6个DNA片段按比例混合作

为模板，以最外侧两端的寡核苷酸作为引物，进行重叠延伸，同时要保证相邻的两个DNA片段之间有20-40bp的同源重叠区。由于0E-PCR方法操作简单，省时省力，已经得到了广泛的应用。基因组装技术相对成熟，低成本、自动化、

一体化是未来发展方向。受到技术的限制，DNA

片段从头合成的长度有限，更长基因或基因组有赖于通过核苷酸片段的酶促组装或体内组装获得，通常使用的

寡核苷酸组装方法有两种：连接酶组装法

(ligase

chain

reaction,LCR)和聚合酶组装法3.4基因组装技术：低成本、自动化、一体化是发展方向

NA组装技术》

前瞻产业研究院整理(polymerasecycling

assemb

ly,PCA)。前中国产瞻业咨产询领

研(股票

院599)Massiveamplificationofthe

target

fragment1960-2003年

2004-2007

2008年至今19832004固相亚磷酰胺三酯合成法TdT酶

介

导(DNAScript/Nuclera/MolecularAssemblies)TdT-dNTP

交联体(Ansa

Biotechnologies)混合酶介导(Camena

Bioscience/KemSystems)Synthomics(≤1536)基因合成技术大体可以分为化学法和生物法。第一代技术是固相合成法；第二代则是芯片合成法，主要有光化学法、喷墨法、电化学法，可以并行进行多条不同序列基因合成；第三代则是酶促合成法，

其合成副产物少、条件温和。一代合成(固相柱式)

二代合成(固相芯片)

三代合成(生物酶)3.5.1

基因合成技术：生物合成时代已缓缓拉开序幕

斗来源：中合基因前瞻产业研究院整理光化学

(LC

Sciences)电化学(CustomArray)喷墨打印(Twist

Bioscience)集成电路控制(Evonetix)基于分选的高通量并行合成(BGI)化学法合成◆主流成熟◆单步效率限制合成长度约200nt◆合式过积中十旦估田右圭化学试刘DrOligo(≤768)Mermade(≤192)擎科/领坤/仪铂(≤1536)生物法合成◆作用条件温和◆避免使用有毒化学试剂技术成熟效率稳定通量低成本高技术成型通量高

成本低效率不稳定前中国产瞻业咨产询领

研(股票

院599)1981亚磷酸酰胺法2008TdT

酶

合成法1955磷酸二酯法技术原理验证高效环保芯片合成法2022年7月

2023年3月

2023年8月◆由中合基因自主研发的国内首台

自动化“Kb

级基因拼接仪”完成

测试，这标志着该设备工作样机

研制成功。◆此设备采用创新的拼接工艺及全

球首创的开源拼接服务模式，不

仅填补了国内合成生物学底层装

备在基因拼接与纠错阶段的空白，

还弥补了国外自动拼接设备在国

内应用模式的缺陷，助力我国合

成生物学领域健康发展。资料来源：前瞻产业研究院整理以生物制造及生物医药产业为代表的生命科学产业的飞速发展倒推DNA合成技术向第三代-生物合成技术迈进。近年来，DNA生物合成技术及装备开发屡有突破，第三代DNA合成技术-生物合成的时代已缓

缓拉开序幕。2021年6月◆

DNA

Script推出世界首台采用

酶促技术的台式DNA

打印机SYNYAX平台，并于2022年实

现初步商业化推广。◆

SYNTAX

平台为各种规模的实

验室提供内部DNA

打印-

无需

使用有毒有机化学品或第三方

DNA

服务提供商的延长交付等

待时间。◆

SYNTAX

平台可提高工作流程

的效率和控制力，从而提高实

验室的生产力以加速创新。◆

2023年3月，Ansa

基于Keasling团队在2018年发布的

酶

促DNA

合成技术，宣布成功

从头合成1005个碱基的DNA序列。◆

2023年3月，MolecularAssemblies也公布了新进展，宣称已将第一批酶法合成的寡

核苷酸运送给顶尖的生物技术、

学术和合成生物学研究人员。3.5.2基因合成技术：生物合成时代已缓缓拉开序幕◆2022年7月，中合基因完成国内首台DNA生物合成仪原理样

机开发，实现合成长度50nt,

单步合成准确率99%,并完成

数千万天使轮融资。前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)酶的定向进化，旨在试管中模拟自然进化过程，通过提高基因突变率和设计特殊的筛选、选择方法，快速获得拥有特定性能的酶。因此，定向进化又被称为“代替自然选择的上帝之手”,为试管中的达

尔文主义。酶的定向进化步骤通过对蛋白编码序列进行随机突变、定点突变或重组构建基因突变体库定向筛选、选择以获得具有改进表型

的突变体蛋白质定向进化原理①I①D①I①①WDT①O①MDN以该突变体作为下一轮基因多样化的起点，进行定向进化的迭代，直到获得性能最优的突变体D①D①用研究进展》前瞻产业研究院整理3.6.1

酶的定向进化技术：快速获得拥有特定性能的酶前中国产瞻业咨产询领

研(股票

9院599)I①①I①①W①T高效构建多样化的基因突变体库是定向进化的关键步骤之一。早期通过化学试剂(如甲磺酸乙酯、亚硝酸等)或射线对基因进行无差别随机突变的传统方法，由于突变率低并且极易造成基因组不稳定而

逐渐被淘汰。取而代之的是一系列相对可控且有高突变率的体外突变法和体内突变法。可以产生非随机突变的定点饱和突变

(site-saturationmutagenesis,SSM)序列饱和突变

(sequencesaturation

mutagenesis,SeSaM)合成文库

(synthetic

library

generation)等可以产生随机突变的易错PCR(error-prone

PCR,epPCR)aDNA改组

(DNA

shuffling)近

年

来

，CRISPR-Cas介导的重组技术实现了在原核与真核细胞中对目的基因进行高效的片段插入、删除和替换，大大提高了原核与真核细胞中重组

的效率注：a—

基于CRISPR-CAS9同源重组的突变；b—

基于NCAS9和DNA聚合酶I

的

突

变

；c—

基

于NCAS9

和碱基编辑器的突变3.6.2酶的定向进化技术：高效构建多样化的基因突变体库基于CRISPR的体内突变方法nCas9Error-proneDNAPXO

立用研究进展》

前瞻产业研究院整理转换gRNAlibrary基于CRISPR-Cas9同源重组的突变

基于nCas9和DNA聚合酶1的突变

基于nCas9和碱基编辑器的突变CnCas9Deaminase选择迭代周期

体外突变法bestvariantCas9b创建序列覆盖率高、多样性强的突变体库，能最大程度挖掘不同氨基酸序列与其对应表型之间的关系，理论上能够提高获得理想突变体的概率。然而，绝大部分筛选和选择技术通量低、准确性差，导致难

以实现对目标蛋白质序列全面且深入的挖掘。因此，开发更快速、灵敏、准确的高通量筛选技术，是连续进化旨在无人为干预的情况下完成基因突变、蛋白表达、表型选择与筛选的迭代实验。连续定向

进化通过缩短每轮的进化时间来增加迭代次数，从而提高获得目标性状突变体的概率。由D.Liu开发

的噬菌体辅助的连续进化系统(phage-assisted

continuous

evolution,PACE)是较经典的案例。随宿主细胞连续流入

噬菌体辅助连续进化过程

持续流出平板筛选法展示法荧光筛选法质谱法红外检测法特殊光谱检测法3.6.3酶的定向进化技术：高通量定向进化的新方法

用研究进展》

前瞻产业研究院整理需要标记

的技术不需要标

记的

技术MP:突变质粒(Mutagensis

Plasmid)AP:

辅助质粒(Accessory

Plasmid)

SP:

选择质粒(Selection

Plasmid)携带突变靶基因的感染性后代0C0非传染性的后代提高定向进化效率的关键所在。新型高通量筛选技术选择噬菌体：编码抗原基因库前瞻产业研究院中国产业咨询领导者(股票：839599)连续突变近年来随着人工智能的高速发展，借助同源建模与机器学习对蛋白质结构进行预测的准确性日益增加，不同的算法及软件被开发以用于蛋白质结构的计算。包括Modeller、Rosetta、AIphaFold

2等在内

的多种方法已被广泛用于蛋白质结构的预测。其中，最广为人知的计算方法为AIphaFold

2,这种算

法是通过生物信息学和物理方法结合的方法进行预测。AIphaFold

2计算原理示意