技術進步、研發計劃啟動及政策支持共促我國合成生物學市場容量加速擴張

2022-03-10 11:42

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合成生物學是對生物體進行有目標的設計、改造乃至重新合成，這一名詞最早出現于DNA重組技術發展的上世紀70年代。合成生物學匯聚并融合了生命科學、工程學和信息科學等諸多學科，在天然產物合成、化學工業、生物能源、生物醫藥等諸多領域有廣泛的應用前景。

合成生物學關鍵技術圖

<strong>合成生物學關鍵技術圖</strong>

資料來源：DeepTech

合成生物學行業驅動因素

一、技術進步

1、基因編輯技術：DNA從頭合成、組裝、測序等相關技術飛躍發展，即科學家們可以自主設計需要的核苷酸序列，并進行重新組合，或對未知序列進行測序，為后續其他人工設計流程奠定了基礎。

2、基因元件的標準化：隨著人們對生物元件、遺傳信息的開發研究不斷深入，生物序列的不可見、已錯配等問題給后續設計基因等操作帶來較大不便。據此，麻省理工大學的奈特教授提出了“生物磚（BioBricks）”克隆技術，促進了標準化生物元件的裝配，簡化了設計與創造生命系統的過程，使生物合成更加簡易快捷。即如同傳統的機械制造那樣，這頂技術使得特定結構和功能的DNA序列可共用一個標準的接口，拼接起來可形成一個新的生命系統。將DNA看作元件進行改造或組裝極大地促進了合成生物學的標準化、統一化。

3、微生物底盤改造技術”及“細胞工廠”：不管是天然產物生產、代謝工程增產還是植物中的藥物、高附加值化學品生產，都依賴細胞或微生物作為底盤應用的“工廠”。近年來細胞或生物體基因（組）底盤改造技術的蓬勃發展，例如CRISPR/Cas系統可用于調控基因表達強度、敲除基因、定點突變等，動態調控技術可隨細胞內重要代謝物或熒光指標變化而隨時自我調整，這些都加快了人工構建理想性狀細胞的進程，進而已有研究將該技術拓展到醫療相關（如遺傳病改造、修復等）。隨之涌現了大批公司嘗試將合成生物學構建出的高產菌株開發落地，2005年Amyris研發出了可以產生青蒿酸的酵母菌株，隨后又開發了天然零卡路里甜味劑、法尼烯、大麻二酚等。類似的國外還有Ginkgo、Zymergen、Novozymes等，國內有凱賽生物、華恒生物等。

4、人工智能和機器學習指導下的新突破：人工智能和機器學習系統可按照“設計-構建-測試-學習（Design-Build-Test-Learn）”的循環流程，通過從大型實驗數據集學習系統的行為模式，以預測復雜的細胞代謝、蛋白質結構，模擬分子間相互作用，優化啟動子等基因元件，大大節省了理性設計時間，加速合成生物學的井噴式發展。

我國合成生物學領域的研發雖然起步較晚，但也在一定領域取得成就，如在核酸與基因組合成共計2項專利，在基因治療和細胞治療有1項專利等。

數據來源：公開資料整理

二、研發計劃啟動

1997年，我國重點基礎研究發展計劃啟動（“973計劃”），主要支持國家重大需求驅動的基礎研究和重大新興交叉科學前沿領域。2010年啟動部署“合成生物學”專題研究，其中安排了10個研發項目，為我國合成生物學發展奠定了重要基礎。2018年，在前期發展計劃（“973計劃”）的基礎上，科技部啟動國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項，專項中重點部署“人工基因組合成與高版本底盤細胞”“人工元器件與基因線路”“人工細胞合成代謝與復雜生物系統”以及“使能技術體系與生物安全評估”等4項主要任務，涵蓋了11個任務模塊、47個研究方向。

“973 計劃”合成生物學項目
項目名稱	首席科學家	立項年份
人工合成細胞工廠	馬延和	2011~2015
光合作用與人工光合葉片	常文瑞	2011~2015
新功能人造生物器件的構建與集成	趙國屏	2012~2016
微生物藥物創新與優產的人工合成體系	馮雁	2012~2016
用合成生物學方法構建生物基材料的合成新途徑	陳國強	2012~2016
抗逆元器件的構建和機理	林章凜	2013~2017
合成微生物體系的適配性	張立新	2013~2017
微生物多細胞體系的設計與合成	元英進	2014~2018
合成生物器件干預膀胱癌的基礎研究	蔡志明	2014~2018
生物固氮及相關抗逆模塊的人工設計與系統優化	林敏	2015~2019

資料來源：《中國合成生物學發展回顧與展望》

國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項任務及資助情況
研究任務	申請數	立項數	資助經費/億元	資助率（資助經費/申請經費）
基因組人工合成與高版本底盤細胞	44	20	4.19	46.9%
人工元器件與基因線路	55	19	4.04	34.2%
人工細胞合成代謝與復雜生物系統	57	24	4.48	40.3%
使能技術體系與生物安全評估	9	4	0.9	53.0%

資料來源：《我國“合成生物學”項目立項概況與實施管理建議》

三、政策推動

根據觀研報告網發布的《中國合成生物學行業發展趨勢分析與未來前景預測報告（2022-2029年）》顯示，隨著合成生物學重要性日益凸顯，國內對于合成生物學產業的支持力度也在不斷加大。當前國內諸多省份已出臺并頒布重點鼓勵和支持合成生物學行業的政策，加強頂層設計，助推行業更快發展。如2021年10月，深圳市光明區政府頒發的《光明區關于支持合成生物創新鏈產業鏈融合發展的若干措施》中提出，支持合成生物戰略科技力量建設、創新鏈建設、產業鏈建設、生態鏈建設以及合成生物界定等，其中對承接國家省市重點科技專項、新建改造GMP廠房、用房租金、建設產業公共服務臺燈四個方面的合成生物企業最高給予1000萬元支持。

我國生物合成學相關政策匯總
公布時間	頒布部門	政策名稱	合成生物學相關內容
2020.09.18	發改委	《關于擴大戰略性新興產業投資培育壯大新增長點的指導意見》	系統規劃國家生物安全風險防控和智利體系建設，加大生物安全與應急領域投資，加強國家生物制藥檢驗檢定創新平臺建設，促進生物技術健康發展。
2020.09.27	江蘇省發改委	《關于進一步加強塑料污染治理的實施意見》	聚焦產業應用推廣需求，圍繞低成本聚乳酸、生物基合成材料、新一代生物醫用塑料等可降解塑料相關技術方向，加快突破技術瓶頸，為后續大規模產業化推廣提供技術儲備和支撐。
2021.01.19	北京市發改委	《中國（北京）自由貿易試驗區科技創新片區海淀組團實施方案》	結合人工智能技術以及臨床研究優勢，重點圍繞細胞基因治療、合成生物學、結構生物學、高端醫療器械、智能醫療服務布局重大產業平臺和重點項目；圍繞“互聯網+醫療”，為互聯網醫療、智能醫院建設提供科技支撐。
2021.06.09	深圳市人民政府	《深圳市國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035遠景目標綱要》	生物育種方面，重點圍繞組學技術、合成生物學、植物基因學、動物基因學、生態基因學、食品科學等領域開展關鍵技術攻關。
2021.06.23	上海市人民政府辦公廳	《上海市戰略性新興產業和先導產業發展“十四五”規劃》	基因編輯、拼裝、重組技術以及人工組織器官構建等合成生物學技術列為重點發展先導產業，以推動合成生物學工業應用以及相關急速臨床應用。
2021.06.26	天津市人民政府	《制造業高質量發展“十四五”規劃》	為發展生物醫藥產業，將布局建設合成生物學國家重大科技基礎設施和國家合成生物技術創新中心等創新平臺，加快“生物制造谷”、“細胞谷”建設。
2021.07.09	上海市人民政府辦公廳	《上海市衛生健康發展“十四五”規劃》	支持醫學與新興學科交叉融合發展，推進工程生物學、半導體合成生物學等在醫學領域的應用，發展智能細胞、腦機融合等前沿技術。
2021.08.04	山西省人民政府	《山西省“十四五”14個戰略性新興產業規劃》	開展合成生物學基礎研究和生物基高分子新型材料、仿生材料等應用技術開發，加速合成生物產業生態園、生物降解聚酯等重點項目建設，重點發展生物基聚酰胺、生物降解聚酯、生物炭纖維復合材料等產品，推動人源化膠原蛋白產業化。
2021.09.01	上海市科學技術委員會	《上海市重點領域（科技創新類）“十四五”緊缺人才開發目錄》	在發布的緊缺人才目錄中，生命科學領域人才十分緊缺。包括代謝組學研究人才、微生物菌群和健康評估人才、合成科學和生命創制研究人才、細菌學研究人才等。
2021.09.02	江蘇省人民政府	《江蘇省“十四五”科技創新規劃》	超前部署生物表型、農業合成生物、智慧農業等農業前沿技術和關鍵共性技術，加快發展農業綠色發展關鍵技術，推進農業高新技術產業示范區建設，完善農業科技社會化服務體系，為我省鄉村全面振興和農業農村現代化提供堅實的科技支撐。
2021.10.15	深圳市光明區政府	《光明區關于支持合成生物創新鏈產業鏈融合發展的若干措施》	支持合成生物戰略科技力量建設、創新鏈建設、產業鏈建設、生態鏈建設以及合成生物界定等，其中對承接國家省市重點科技專項、新建改造GMP廠房、用房租金、建設產業公共服務臺燈四個方面的合成生物企業最高給予1000萬元支持。
2021.11.12	發改委&工信部	《關于推動原料藥產業高質量發展實施方案的通知》	加快合成生物技術、連續流微反應、連續結晶控制等先進技術開發與應用。重點發展合成生物技術、酶催化、生物催化劑（酶）篩選與制備、連續流微反應、連續結晶和晶型控制、高效分離純化、藥物微量雜質控制、過程分析等先進技術。