化石能源是一種有限的資源，隨著人類歷史的快速進步和發(fā)展，能源枯竭問題亟待解決；再加上人類活動對化石資源的依賴與日俱增，環(huán)境污染、安全風(fēng)險等問題也逐漸浮出水面。人類開始尋找一種更為清潔、且可持續(xù)發(fā)展的能源去替代傳統(tǒng)化石能源，合成生物技術(shù)的出現(xiàn)為人類提供了一種全新的解決方案。

20世紀(jì)90年代，基因組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)逐漸興起，為合成生物學(xué)的誕生奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。21世紀(jì)初，科學(xué)家們嘗試在現(xiàn)代生物學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)的基礎(chǔ)上引入工程學(xué)思想和策略，誕生了學(xué)科高度交叉的合成生物學(xué)，成為近年來發(fā)展最為迅猛的新興前沿交叉學(xué)科之一。

合成生物技術(shù)是綜合了科學(xué)與工程的一項嶄新的生物技術(shù)，借助生命體高效的代謝系統(tǒng)，通過基因編輯技術(shù)改造生命體以設(shè)計合成，使得在生物體內(nèi)定向、高效組裝物質(zhì)和材料逐步成為可能，該技術(shù)應(yīng)用于生物材料、生物燃料、生物醫(yī)藥等多個領(lǐng)域。

合成生物學(xué)的“高效細胞微工廠”示意圖

具體而言，合成生物學(xué)是將生物體進行定向改造成為“高效細胞微工廠”，然后將原材料物質(zhì)通過細胞工廠進行定向化、高效化、大規(guī)模化加工與轉(zhuǎn)化，以產(chǎn)出目標(biāo)新材料產(chǎn)品。這是一種革命性的生產(chǎn)方式，整個生產(chǎn)過程綠色、條件溫和，能有效解決人類對傳統(tǒng)石化、化工產(chǎn)品的過度依賴，且伴隨而來的環(huán)境污染、安全風(fēng)險等問題。

從理論上看，通過合成生物技術(shù)進行的物質(zhì)生產(chǎn)可以替代絕大多數(shù)以化石能源生產(chǎn)的石油化學(xué)品，甚至還可以合成傳統(tǒng)化工法不能合成的新材料，未來發(fā)展空間不可限量。動脈網(wǎng)對海內(nèi)外深耕合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)進行了梳理，看看最前沿的合成生物學(xué)技術(shù)都正在為哪些場景賦能？又將徹底替代哪些化工產(chǎn)品、產(chǎn)出了哪些新材料？

從醫(yī)療到農(nóng)業(yè)，盤點合成生物學(xué)的4大應(yīng)用場景

誰也不曾想到，人類幾千年來一直用于啤酒生產(chǎn)的發(fā)酵技術(shù)，在21世紀(jì)迎來了新的應(yīng)用場景——利用微生物定向合成目標(biāo)產(chǎn)物，這項技術(shù)已經(jīng)在基因組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)的加持下變?yōu)榱爽F(xiàn)實。

早在2002年，美國科學(xué)家文特爾小組首次合成了一套完整的phi X 174病毒基因組，引起了人們對合成生物學(xué)的關(guān)注；2008年，該科學(xué)小組人工合成了生殖道支原體（Mycoplasma genitalium）的細菌基因組，并將其成功移植到受體細胞，成為了人類歷史上首個真正意義的合成細菌。

克雷格·文特爾與“辛西婭”

2010年，文特爾小組人工合成了相近的絲狀支原體（Mycoplasma mycoides）基因組，并移植到受體細胞中，合成基因完全控制了該受體細胞，創(chuàng)造了人類歷史上第一個真正意義的人工生命——辛西婭。

從2010年人類完成合成生物的初次嘗試之后，直至今日的十年時間里，人類應(yīng)用合成生物學(xué)已經(jīng)不僅局限于科研的嘗試，而是已經(jīng)實現(xiàn)了多領(lǐng)域的產(chǎn)品生產(chǎn)、多場景的商業(yè)化落地。參考CB Insights對合成生物學(xué)細分領(lǐng)域的分類，我們對合成生物學(xué)的應(yīng)用場景也劃分為了四大方向：農(nóng)業(yè)、食品、工業(yè)、生物醫(yī)療。

合成生物學(xué)的四大應(yīng)用場景

1、生物醫(yī)藥：醫(yī)藥中間體/原料（大麻素、抗生素、氨基酸等）、腸道菌群設(shè)計

生物制藥領(lǐng)域是合成生物學(xué)的應(yīng)用場景之一，在這個場景中，除了一些作為醫(yī)藥中間體的原材料可以由生物合成實現(xiàn)外，還有比較熱門的應(yīng)用場景便是在大麻素上。美國生物制藥公司Teewinot Life Sciences、中國欣貝萊生物等企業(yè)都是以合成生物學(xué)生產(chǎn)醫(yī)用級大麻素為核心業(yè)務(wù)。

大麻素可以作為一種醫(yī)藥中間體，而醫(yī)藥中間體也是合成生物學(xué)在醫(yī)療場景下最主要的應(yīng)用之一。在中國，從事合成生物學(xué)醫(yī)藥中間體/原料開發(fā)的企業(yè)據(jù)不完全統(tǒng)計約有5家，如下圖所示：

中國從事醫(yī)藥中間體/原料的合成生物學(xué)企業(yè)盤點

弈柯萊生物、酶賽生物、百葵銳生物在國內(nèi)都有從事醫(yī)藥中間體的開發(fā)，其中弈柯萊生物開發(fā)的丁酸作為西格列汀開發(fā)的中間體，西格列汀是一種口服降糖藥（抗糖尿病藥）；另外開發(fā)的2,4-二氟芐胺則作為熱門的抗艾滋病藥物度魯特韋的中間體，已經(jīng)列入WTO、蓋茨基金會等慈善機構(gòu)的采購目錄。同時，弈柯萊生物與酶賽生物除了自主開發(fā)醫(yī)藥中間體外，也提供相應(yīng)的生物催化領(lǐng)域的定制研發(fā)服務(wù)。

此外，中國另外一家合成生物學(xué)公司華恒生物則專精于生物合成各種小品種氨基酸產(chǎn)品，其中以丙氨酸為代表的系列產(chǎn)品其生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)位居國際前列。這種以微生物細胞工廠為核心的發(fā)酵法生產(chǎn)工藝替代了傳統(tǒng)化學(xué)合成工藝的重污染生產(chǎn)方式，生產(chǎn)成本更低，生產(chǎn)過程更為安全、綠色、環(huán)保。

由于合成生物技術(shù)更多圍繞微生物、細菌展開，所以在生物醫(yī)藥領(lǐng)域合成生物學(xué)的另一大應(yīng)用場景聚焦于腸道菌群的“合成設(shè)計”。例如，美國生物技術(shù)公司Novome Biotechnologies通過對食品中常見的乳酸乳球菌進行工程設(shè)計，使其具備抗炎特性，作為控制克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎等疾病的有效治療方案。

2、工業(yè)：化工原料、生物燃料、可再生能源

化工領(lǐng)域是合成生物學(xué)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，通過合成生物學(xué)技術(shù)生產(chǎn)開發(fā)傳統(tǒng)需要通過石化工藝才能生產(chǎn)的原材料，既環(huán)保又節(jié)約資源，是石化材料未來的發(fā)展趨勢。例如，美國科技公司Novvi從植物糖中提取目標(biāo)碳氫化合物分子，生產(chǎn)可再生“石油”。

再比如美國合成生物學(xué)公司NovoLoopuses設(shè)計了一種專有的細菌來消耗塑料中的有機成分，使其轉(zhuǎn)化為有價值的生物合成化合物，二次利用起來；同樣在美國，Gevo再生燃料公司利用合成生物學(xué)設(shè)計酵母菌，使其能夠?qū)⒂衩谆蛱鸩酥械奶寝D(zhuǎn)化為化學(xué)物質(zhì)，如異丁醇，然后用于生物燃料。

同樣，在這個領(lǐng)域，中國的凱賽生物應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)合成的長鏈二元酸系列產(chǎn)品在全球都處于主導(dǎo)地位，長鏈二元酸和二元胺可以合成聚酰胺（PA），也就是我們俗稱的尼龍。凱賽生物在生物法長鏈二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺行業(yè)競爭中的優(yōu)勢地位較為突出。

3、農(nóng)業(yè)：化肥、飼料、殺蟲劑

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過改造微生物使其合成一些天然的防蟲成分，從而替代可能對農(nóng)作物及人體健康產(chǎn)生負面影響的化學(xué)制劑。以美國科技公司Agrimetis為代表，基于合成生物學(xué)生產(chǎn)天然殺蟲劑，阻止害蟲侵蝕農(nóng)作物，提高作物質(zhì)量與產(chǎn)量。

其次，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域通過合成生物學(xué)還可以改善作物土壤中的微生物組，以增加作物的產(chǎn)量。例如美國科技公司Pivot Bio開發(fā)了一種農(nóng)作物固氮解決方案，公司找到了在玉米根系中的固氮微生物（γ變形菌），并將其改造“開啟”固氮基因，讓微生物可以從空氣中轉(zhuǎn)化氮元素滿足作物日常氮需求。

除了農(nóng)作物，合成生物學(xué)賦能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域還可以應(yīng)用于動物飼養(yǎng)上。美國科技公司Agrivida從微生物中獲取某種特定酶的基因，該酶能夠幫助雞更好吸收磷成分。Agrivida將該基因合成到玉米植株中，使轉(zhuǎn)基因后的玉米可以直接合成帶酶的玉米飼料。

4、食品：食品添加劑/防腐劑、肉制品/乳制品、改良型食品

在食品領(lǐng)域，合成生物學(xué)同樣能夠發(fā)揮巨大的作用。通過微生物發(fā)酵技術(shù)合成甜味劑，例如愛爾蘭初創(chuàng)公司Miraculex和Milis Bio。生物合成的甜味劑不會像化學(xué)甜味劑遺留在人類腸道上，更不會像糖分一樣增加人體胰島素水平，而是會被身體直接完全消化。

通過和啤酒相似的發(fā)酵技術(shù)，科學(xué)家們還在肉制品和乳制品上找到了生物合成的應(yīng)用場景。例如美國科技公司Clara Foods通過定向設(shè)計酵母菌，使其合成各類人類食品所需的蛋白質(zhì)，如雞蛋蛋清等，替代以動物生產(chǎn)培育為源頭的傳統(tǒng)食物，用更少的生產(chǎn)成本及資源產(chǎn)出同樣的口感替代食品。

另外在防腐劑上，美國科技公司Apeel Sciences從果皮中找到靈感，通過合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)了能夠延長水果保鮮的植物性涂層，以替代傳統(tǒng)化學(xué)防腐劑，更安全也更環(huán)保。最后還有通過改良特定食品基因，使對其過敏的人群也可以食用的低過敏性食品等等。合成生物學(xué)的應(yīng)用場景無處不在。

全球熱門的合成生物應(yīng)用賽道：大麻素與生物塑料

一、大麻素的革命：定向去除大麻致癮成分THC，為大麻正名重拾其醫(yī)用價值

目前，全球約有40家從事生物合成大麻素的企業(yè)，根據(jù)大麻市場研究公司New Frontier Data 的一項新分析，全球大麻消費市場價值3440億美元。大麻素市場增長的一個關(guān)鍵原因在于大麻素的其他價值（例如醫(yī)用價值）正在越來越多被應(yīng)用，而以發(fā)酵合成生物學(xué)方式進行低成本和高純度生產(chǎn)大麻素的公司將擁有更多機會。

雖然大麻素的生產(chǎn)大多數(shù)都還是從大麻植株中直接提取，但這并不妨礙科學(xué)家們對應(yīng)用微生物工程來生產(chǎn)大麻素的興趣。早在2014年，加拿大科學(xué)家Kevin Chen便嘗試以合成生物學(xué)的方式制造大麻素，并成立了Hyasynth Biologicals生物技術(shù)公司。

2015年，丹麥科學(xué)家Nehtaji Gallage在擔(dān)任哥本哈根大學(xué)研究員時，致力于尋找到大麻植株中能夠產(chǎn)出大麻素化合物的獨特基因，這成為通過合成生物學(xué)方式批量生產(chǎn)大麻素的關(guān)鍵步驟。這段經(jīng)歷也促使Nehtaji Gallage在2018年創(chuàng)建了丹麥生物技術(shù)公司Octarine Bio。

大麻素≠大麻：生物合成清潔大麻二酚

由于大麻素和大麻之間的關(guān)聯(lián)性，讓大麻素研究一直被污名化。大麻素其實是從大麻里提取出來的一組萜酚類化合物，它們天然地存在于動物神經(jīng)和免疫系統(tǒng)里，起到神經(jīng)遞質(zhì)的作用，對神經(jīng)系統(tǒng)具有多種藥理效果。所以對大麻素的研究有望為神經(jīng)及心理疾病的患者找到一些突破性的療法。

大麻中最著名的大麻素成分莫過于能讓人產(chǎn)生成癮性的四氫大麻酚（THC），而大麻素中被證明對精神疾病和癲癇疾病具有治療價值的大麻二酚（CBD）并不具有致癮性。早在2019年，美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員就率先在酵母中分別生產(chǎn)THC和CBD，為大麻素發(fā)酵打開了大門。

這種通過酵母發(fā)酵產(chǎn)生大麻素的生產(chǎn)方式就是合成生物學(xué)。相比于傳統(tǒng)的植物提取方法，生物合成大麻素能夠有效擺脫天氣、地理、蟲害等因素的影響，節(jié)約耕地、減少資源浪費，快速實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)——僅需幾周的發(fā)酵周期，即可替代數(shù)月乃至數(shù)年的種植周期，創(chuàng)造出高純度的CBD原料，藥物結(jié)構(gòu)與自然結(jié)構(gòu)相同、功效同等。

“從大麻植株中提取CBD是非常難以去除THC的，但是如果你采取生物合成的方式生產(chǎn)，在做微生物設(shè)計的時候就可以決定最終產(chǎn)物是什么？”丹麥科學(xué)家Nehtaji Gallage曾強調(diào)。同樣，生物技術(shù)公司Hyasynth Biologicals在其官網(wǎng)也指出，合成生物學(xué)方法可以大規(guī)模產(chǎn)出清潔的大麻二酚（CBD），甚至可以改進產(chǎn)出具有藥理特性的新型大麻素化合物，相信未來人們會越發(fā)意識到大麻素的好處。

中國大麻素生產(chǎn)合成生物學(xué)代表企業(yè)：欣貝萊生物

欣貝萊生物也是將大麻素生物合成作為一項核心項目進行打造。該公司先通過計算分析，找到植株大麻代謝大麻素的代謝途徑，然后通過功能模塊設(shè)計及代謝途徑優(yōu)化手段，定向設(shè)計能夠分泌出大麻素的細胞工廠。這種細胞工廠可以替代傳統(tǒng)大麻養(yǎng)殖獲取大麻素的方式，幫助藥企在短時間內(nèi)（不超過半年）大量獲取高純度大麻素。

欣貝萊生物聯(lián)合創(chuàng)始人王筱女士也告訴動脈網(wǎng)：“公司一百平方米的發(fā)酵車間已經(jīng)可以代替數(shù)萬平方米的大麻種植面積，以低成本的原料合成高附加值的核心藥物，同時生物合成高純度的CBD大麻素也避免了傳統(tǒng)大麻素提取時混入THC的干擾。”

如何選擇合適的大麻素底盤細胞？

生產(chǎn)大麻素的“高效細胞微工廠”用什么細胞作為底盤細胞最為合適？每個公司的選擇或許各不相同。但由于底盤細胞需要進行改造開發(fā)和增殖擴大，所以對其適應(yīng)性要求非常高，目前產(chǎn)業(yè)內(nèi)最受歡迎的底盤細胞是酵母菌，因為酵母細胞方便基因操作且方便種植培養(yǎng)。

不過由于采用酵母細胞作為底盤細胞進行生物合成大麻素已經(jīng)成為熱門應(yīng)用場景，初創(chuàng)企業(yè)再次采用同樣策略將會面臨諸多專利侵權(quán)風(fēng)險，所以產(chǎn)業(yè)界也在積極采用創(chuàng)新的地盤細胞嘗試生產(chǎn)大麻素。

例如，美國生物技術(shù)公司Creo采用從合成生物學(xué)鼻祖Amyris授權(quán)獲得的細菌作為底盤細胞生產(chǎn)大麻素；德國Farmako嘗試通過龍?zhí)m細菌從糖中生產(chǎn)大麻素，并且已經(jīng)申請了全球?qū)＠患幽么笊锛夹g(shù)公司Algae-C通過藻類微生物進行大麻素培養(yǎng)，藻類可以利用廢水和二氧化碳作為營養(yǎng)來源，天然富含生產(chǎn)大麻素所需的許多前體。

無論采用哪種細胞作為地盤細胞，將他們改造為“高效細胞微工廠”都需要解決非常多的難題：細胞毒性、細胞抑制、細胞分泌、代謝平衡、發(fā)酵優(yōu)化、下游加工等等，如果協(xié)同不好這些因素，那么就會導(dǎo)致生產(chǎn)失敗。尤其是在生產(chǎn)醫(yī)藥級大麻素方面，還需要考慮到各國立法方面的規(guī)定。例如在中國，工業(yè)大麻素中THC含量超過0.3%則是違法。

二、石化塑料的終結(jié)：生物合成可降解塑料，全面替代還難點重重

除了大麻素，合成生物學(xué)的另一熱門應(yīng)用場景是在生物塑料領(lǐng)域。生物塑料主要是指那些由生物材料制成的可生物降解塑料，它們可以通過合成生物學(xué)的發(fā)酵工程產(chǎn)生。

2020年，全球的塑料產(chǎn)量約3.68億噸，其中生物基塑料產(chǎn)能約1%，僅有211萬噸。雖然這個數(shù)據(jù)不高，但生物塑料的產(chǎn)量也正在逐年穩(wěn)步上升，據(jù)European Bioplastics e.V.生物塑料市場數(shù)據(jù)預(yù)測，到2025年全球生物塑料產(chǎn)量將達到287萬噸。

三種生物基生物可降解塑料

合成生物學(xué)的出現(xiàn)加速了生物塑料的發(fā)展，通過生物合成技術(shù)人們可以定向設(shè)計一個能夠持續(xù)產(chǎn)生塑料化合物的細胞工廠。這種設(shè)想已經(jīng)在PHA（聚羥基脂肪酸酯）上得到了驗證，PHA常被用于食品包裝和一些一次性物品上。

在自然界，PHA是由食糖或脂類經(jīng)過細菌發(fā)酵而成的線性聚酯，它們幫助細菌儲存碳和能量。基于這套原理，目前已經(jīng)有一些公司通過菌株發(fā)酵優(yōu)化，成功實現(xiàn)從細菌中生產(chǎn)PHA。例如意大利生物材料公司Bio-on和法國糖業(yè)合作伙伴Cristal Union在2015年宣布在法國建立PHA工廠。2018年，Bio-on又宣布與西班牙公司Acor達成協(xié)議，開始從甜菜中生產(chǎn)PHA生物塑料。

中國PHA生物塑料合成生物學(xué)代表：藍晶微生物

在中國，也有一家專注于PHA綠色塑料合成的生物技術(shù)公司——北京藍晶微生物科技有限公司（簡稱：藍晶微生物），該公司選取了油田土壤中發(fā)現(xiàn)的一種耐油細菌，再利用合成生物技術(shù)對該細菌進行工程化改造后，可以穩(wěn)定合成產(chǎn)出高性能的PHA材料；由于該細菌本身生存于較為惡劣的野生環(huán)境，因此其對生長環(huán)境和“食物”的要求并不高，這就使得PHA的生產(chǎn)成本大幅度降低。

據(jù)悉，藍晶微生物在降低PHA成本方面，已經(jīng)接近現(xiàn)有石化塑料的成本價格，成為全球第三、中國第一家顯著降低PHA成本達到可規(guī)模化銷售的公司。

生物塑料PLA與PEF：替代難以回收的PET化工塑料

除了PHA，目前其他高度通用的塑料聚合物還沒有已知的天然代謝途徑，不過人類合成的基因組也不是局限于天然存在的合成路徑，也可以是人為設(shè)計的基因路徑。

聚乳酸（PLA）化學(xué)式

例如2016年，法國生物化學(xué)公司Carbios與法國國家農(nóng)業(yè)研究院（INRA）合作，為PLA的生產(chǎn)成功創(chuàng)造了一條新的代謝途徑。PLA（聚乳酸）是從乳酸中獲得的一種可生物降解的熱塑性塑料，常被應(yīng)用于各種食品容器、包裝食品、快餐飯盒、無紡布、工業(yè)及民用布上。

對于Carbios來說，為PLA創(chuàng)造高效代謝途徑，使其成為更具經(jīng)濟效益的材料，以便于直接和化學(xué)塑料競爭。除了Carbios，目前荷蘭生物技術(shù)公司Corbion Purac、荷蘭生物技術(shù)公司Synbra、法國生物技術(shù)工地Futerro都正在積極生產(chǎn)PLA及其他生物基塑料替代品。

聚呋喃二甲酸乙二酯（PEF）化學(xué)式

PLA生物塑料的出現(xiàn)很可能在未來許多應(yīng)用中取代PET塑料。與此同時，荷蘭的Avantium公司也不示弱，該公司從玉米衍生的糖類中開發(fā)PEF塑料以替代PET。與PLA不同，PEF（聚呋喃二甲酸乙二酯）可以在回收分類過程中與PET區(qū)分開來，并且有更好的阻隔和熱性能。Avantium已經(jīng)與生產(chǎn)可口可樂瓶的公司達成了關(guān)于這種生物材料的相關(guān)協(xié)議。加上過去人們對PEF研發(fā)投入的大量精力，預(yù)計2023年P(guān)ET將大規(guī)模進入商業(yè)市場。

除了對微生物進行基因編程，使其合成可降解的生物基塑料，科學(xué)家們還嘗試通過蛋白質(zhì)工程開發(fā)能夠降解塑料的相關(guān)降解酶。

聚對苯二甲酸乙二酯（PET）化學(xué)式

同樣是法國生物技術(shù)公司Carbios，該公司在2018年又成功開發(fā)了一種能夠分解紡織廢料中PET塑料纖維的特殊酶。PET（聚對苯二甲酸乙二酯）是一種難以回收的塑料，這些降解酶可以將PET聚合物分解成更小的成分，這些更小的成分又可以被再次合成生物塑料。與傳統(tǒng)切碎、熔化、再加工塑料的回收方法不同，通過酶促反應(yīng)產(chǎn)生的小分子材料回收后仍然生產(chǎn)的是高質(zhì)量塑料。

“在未來，我們希望為每種類型的聚合物都有對應(yīng)的分解酶。這樣我們可以回收任何類型的塑料，且無需進行分類。”Carbios前戰(zhàn)略與發(fā)展總監(jiān)Emmanuel Maille曾對媒體表示。未來可以將這些酶也可以摻入某些塑料中，幫助這些塑料在特定的時間內(nèi)完成分解，例如可生物降解的塑料袋。目前，Carbios已經(jīng)將這項技術(shù)應(yīng)用在包裝及農(nóng)業(yè)薄膜上。

生物塑料可能全面替代石化塑料嗎？

雖然生物塑料更加環(huán)保與可持續(xù)，但是未來塑料市場要使生物基塑料成為替代石化資源制造的塑料，則存在更多挑戰(zhàn)。

首先，驅(qū)動生物塑料制造的源動力主要來自于外界的法規(guī)和環(huán)境保護，而不是真正的市場“內(nèi)需”。政策法規(guī)對可生物降解和生物基塑料的要求越來越嚴(yán)格，這會推動生物塑料的增長，也會推動其背后技術(shù)的發(fā)展。

其次是生物塑料面對石化塑料的價格競爭。復(fù)雜的生物合成工藝是否能降低其生產(chǎn)成本匹敵石化塑料是一大難點。不過如果將生物塑料的應(yīng)用場景擴大到醫(yī)療場景，則有助于緩解價格競爭。例如德國化學(xué)品公司贏創(chuàng)（EVONIK）集團開發(fā)了一系列可生物降解的聚合物，用于醫(yī)療器械和持續(xù)藥物釋放植入物，開拓了生物塑料新的應(yīng)用場景。

中國的合成生物學(xué)：產(chǎn)業(yè)起步初期，化工場景應(yīng)用最先跑向世界

化學(xué)產(chǎn)品的生物制造技術(shù)已成為傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)升級變革的主要方向，世界各國紛紛將其納入了重點戰(zhàn)略發(fā)展領(lǐng)域。我國《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出實現(xiàn)現(xiàn)代生物制造產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值超過1萬億元，生物基產(chǎn)品在全部化學(xué)品產(chǎn)量中的比重達到25%的目標(biāo)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。

根據(jù)中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所統(tǒng)計，生物制造產(chǎn)品和石化路線相比平均節(jié)能減排30%~50%，未來潛力將達到50%~70%，這對化石原料替代、高能耗高物耗高排放工藝路線替代以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級，都產(chǎn)生重要的推動作用。

生物制造利用生物資源或化石資源在生物微工廠內(nèi)進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，過程條件溫和，作為一種綠色生產(chǎn)方式能夠促進形成資源消耗低、環(huán)境污染少的產(chǎn)業(yè)新結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)新方式并可能對傳統(tǒng)化工生產(chǎn)方式進行有效替代。通過生物制造，我國已經(jīng)實現(xiàn)了一批基礎(chǔ)化學(xué)品、精細化學(xué)品（化學(xué)原料藥）、生物基聚合材料的綠色生產(chǎn)，為工業(yè)產(chǎn)品原料路線轉(zhuǎn)變、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品實現(xiàn)工業(yè)化合成提供了范例。

通過整理公開資料，動脈網(wǎng)對中國從事合成生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用的15家生物技術(shù)公司進行了簡單梳理，將其聚焦的應(yīng)用場景進行了分類和介紹。

從事合成生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用的企業(yè)盤點

當(dāng)然，在合成生物產(chǎn)業(yè)上游下游，除了直接從事生物合成業(yè)務(wù)的下游企業(yè)，還有一部分提供合成生物技術(shù)支持為主導(dǎo)業(yè)務(wù)的上游技術(shù)公司，例如提供DNA合成服務(wù)的英國公司Oxford Genetics、中國企業(yè)泓迅科技、迪贏生物等，不過它們并不作為我們本文研究的對象，我們僅對下游的合成生物企業(yè)基于技術(shù)的應(yīng)用場景進行分類。

提供合成生物學(xué)相關(guān)技術(shù)服務(wù)的企業(yè)

從數(shù)據(jù)中我們可以看到，中國的合成生物學(xué)企業(yè)數(shù)量并不多，聚焦應(yīng)用的產(chǎn)品也各有差異。在動脈網(wǎng)統(tǒng)計的15家合成生物學(xué)企業(yè)中，有13家公司的應(yīng)用場景都涉獵到生物醫(yī)藥領(lǐng)域，5家涉獵食品農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，4家公司涉獵工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。不過由于是通過有限的公開信息整理，部分涉獵工業(yè)、農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域的企業(yè)未公開其技術(shù)原理，所以難以判斷其背后是否應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)，故未納入表格中。

其次，我們也能看到，在中國應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)賦能化工場景的企業(yè)是發(fā)展最快的。拔得頭籌的是已經(jīng)在上海證券交易所科創(chuàng)板上市的凱賽生物，該公司在生物法長鏈二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺行業(yè)競爭中的優(yōu)勢地位較為突出。也是目前全球具有代表性的能夠同時實現(xiàn)生物法制造系列長鏈二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺并大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的龍頭企業(yè)，客戶包括有Dupont、Evonik、EMS等。

同樣在合成生物學(xué)的化工場景下，藍晶微生物以生物合成PHA塑料為核心業(yè)務(wù)，致力于產(chǎn)出低成本、高產(chǎn)量、性能穩(wěn)定的“綠色塑料”PHA，去替代傳統(tǒng)“白色污染”塑料。藍晶微生物對數(shù)以百計的基因進行調(diào)控層面和功能層面的設(shè)計，整合多方面要素后開發(fā)的PHA管線將其生產(chǎn)成本降低了一半，成為世界范圍內(nèi)第一梯隊的PHA合成生物學(xué)廠商。該公司創(chuàng)始人曾在受訪中表示，如果未來公司進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模，PHA的成本還能夠繼續(xù)降低，逼近聚乙烯等目前常用塑料。

除了最先跑向世界的工業(yè)應(yīng)用，合成生物學(xué)領(lǐng)域上市的第二家企業(yè)花落生物醫(yī)藥賽道——華恒生物，該公司主要從事氨基酸及其衍生物產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品包括丙氨酸系列產(chǎn)品、D-泛酸鈣和α-熊果苷，是全球范圍內(nèi)規(guī)模最大的丙氨酸系列產(chǎn)品生產(chǎn)廠商之一。華恒生物的最大合作伙伴是巴斯夫，這是一家專注于新型綠色螯合劑MGDA全球規(guī)模最大的生產(chǎn)企業(yè)。

此外，被譽為國產(chǎn)玻尿酸三巨頭之一的華熙生物也是采取了生物合成的方式生產(chǎn)透明質(zhì)酸，俗稱玻尿酸。通過解讀該公司招股書我們可以看到，華熙生物利用鏈球菌（Streptococcus zooepidemicus）代謝產(chǎn)生透明質(zhì)酸的天然特性，通過野生菌種誘變和高通量篩選，得到透明質(zhì)酸產(chǎn)率最高的優(yōu)質(zhì)菌株，并實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，公司還運用多尺度過程優(yōu)化技術(shù)對透明質(zhì)酸發(fā)酵進行定向代謝調(diào)控，促進透明質(zhì)酸酶系合成，使其主要向合成透明質(zhì)酸的代謝方向進行，從而顯著提高透明質(zhì)酸發(fā)酵產(chǎn)率，減少發(fā)酵中的雜質(zhì)代謝物產(chǎn)生。

綜上所述，合成生物學(xué)技術(shù)的主要應(yīng)用還是聚焦于化工原材料、醫(yī)藥中間體的合成上，并且在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展最快，以凱賽生物為代表的尼龍原材料最先走向世界。其次，這些生物基原材料合成企業(yè)的最大競對是以傳統(tǒng)合成方式生產(chǎn)的公司，生物基材料生產(chǎn)需要達到與傳統(tǒng)化工生產(chǎn)原材料同等甚至更經(jīng)濟的性價比，方能搶占市場份額。不過相信隨著“高效細胞微工廠”生產(chǎn)的規(guī)模化，未來經(jīng)濟生產(chǎn)、綠色生活指日可待！