合成生(born)物學旨在(exist)通過工程化的(of)設計理念和(and)技術方法，設計構建新型生(born)物系統、生(born)物部件或者改造現有生(born)物系統，造福人(people)類日常。近年來(Come)，底層賦能技術和(and)應用(use)科學平台加速發展，合成生(born)物學産業也獲得了(Got it)政策、資金等各方面的(of)高度支持，推動學科應用(use)迅速從實驗室走向産業化。目前，合成生(born)物學已廣泛應用(use)于(At)衆多細分領域。業内推測：在(exist)不(No)遠的(of)未來(Come)，60%的(of)産品都可通過合成生(born)物技術生(born)産制造，這(this)門前沿學科正在(exist)孕育出(out)諸多方興未艾的(of)朝陽産業。
上(superior)篇文章我(I)們(them)爲(for)您講解了(Got it)合成生(born)物學行業及重點介紹合成生(born)物學技術與平台，本篇文章我(I)們(them)将重點爲(for)您詳細介紹合成生(born)物學在(exist)醫療、食品、消費、化工和(and)農業五大(big)重點領域的(of)應用(use)。
圖1. 合成生(born)物學研報框架（資料來(Come)源：華醫研究院）。
根據合成生(born)物學理論構建的(of)“人(people)造微生(born)物工廠”，可開發的(of)工業化學品包括乙醇、丁醇、乳酸、丙烯酸、甘油、氨基酸、有機酸、維生(born)素、微生(born)物多糖等化工原料産品。如Lygos設計酵母從糖和(and)二氧化碳中生(born)産化學丙二酸；Green Biologics設計細菌來(Come)生(born)産用(use)于(At)油漆、粘合劑、清潔劑和(and)香料的(of)丁醇等化學物質。國(country)内代表企業，凱賽生(born)物（長鏈二元酸、生(born)物基戊二酸）、華恒生(born)物（丙氨酸系列産品、D-泛酸鈣）、新日恒力（月桂二酸）等均有代表性明星産品。
從産業鏈角度來(Come)看，生(born)物基材料是(yes)以(by)谷物、豆科、稭稈等可再生(born)物質爲(for)原料，通過生(born)物合成的(of)過程獲得高分子化合物或者生(born)物醇、有機酸、烷烴、烯烴等基礎生(born)物基化學品，進一(one)步加工得到(arrive)生(born)物基聚合物（塑料）、生(born)物基纖維、生(born)物基橡膠等産品，如用(use)微生(born)物生(born)産的(of)可降解材料PHA、蛛絲蛋白纖維、用(use)于(At)電子産品的(of)無色聚酰亞胺和(and)基于(At)真菌菌絲體的(of)剛性材料等。目前藍晶微生(born)物和(and)微構工場已使微生(born)物發酵生(born)産PHA可降解塑料等産品。
生(born)物能源方面，包括改變原料的(of)生(born)産方式、提高生(born)物質能源的(of)使用(use)效率、創制新型的(of)生(born)物能源産品，應用(use)主要(want)包含生(born)物乙醇、生(born)物柴油和(and)丁醇等方向。例如Lanza Tech使微生(born)物能夠将鋼廠或垃圾填埋場等排放的(of)二氧化碳或甲烷等廢氣轉化爲(for)燃料和(and)化學品；深圳中科翎碳首創将電化學+生(born)物混合動力驅動CO2轉化，利用(use)新型電化學催化方法捕獲碳源轉化爲(for)高附加值産物。
生(born)物合成方法可以(by)改進化學品、材料、能源的(of)制造和(and)加工過程，進而改變人(people)們(them)的(of)日常生(born)活。發酵過程的(of)改善可以(by)提高生(born)産速度和(and)質量（例如食品和(and)飼料成分）。此外，創新生(born)物線路可能産生(born)全新的(of)材料，能源獲取的(of)改善和(and)儲能技術的(of)發展也爲(for)生(born)物燃料的(of)應用(use)帶來(Come)了(Got it)更多前景。麥肯錫分析認爲(for)未來(Come)10-20年該領域年度直接造成的(of)經濟影響可能在(exist)0.2-0.3萬億美元之間，并且這(this)種經濟潛力中約3/4與新生(born)産方式帶來(Come)的(of)資源效率提高有關。這(this)表明在(exist)未來(Come)合成生(born)物學所涉及的(of)産業值得受到(arrive)持續性關注。
圖2. 合成生(born)物學在(exist)化工能源領域的(of)應用(use)（資料來(Come)源：華醫研究院）。
02合成生(born)物學在(exist)消費領域的(of)應用(use)
在(exist)美容與個(indivual)護領域，合成生(born)物學技術可以(by)用(use)于(At)生(born)産更純淨、環保的(of)化妝品和(and)護膚品成分，以(by)滿足消費者對高品質稀缺天然産品的(of)需求，實現對原有市場空間的(of)教育擴大(big)與替代。合成生(born)物學不(No)僅實現了(Got it)對傳統方法的(of)替代，還可以(by)合成新的(of)産物。對傳統方法的(of)替代可以(by)減少傳統天然産物種植的(of)高成本和(and)長種植周期，新産物合成能夠實現對天然産物的(of)進一(one)步改進。近些年來(Come)重組膠原蛋白技術的(of)成熟極大(big)促進了(Got it)膠原蛋白在(exist)醫美、護膚等商業場景的(of)落地(land)，合成角鲨烷的(of)量産大(big)幅降低了(Got it)制作(do)角鲨烷的(of)金錢成本與環境成本。從産業發展來(Come)看，合成生(born)物學能夠生(born)産60%以(by)上(superior)的(of)用(use)于(At)美容護膚、保健食品的(of)功能性原料，這(this)些原料在(exist)功能性護膚品開發的(of)功能性測試中，展現了(Got it)抗衰、修護、祛痘、舒緩、祛皺等功效。
在(exist)保健品行業，合成生(born)物學可以(by)用(use)來(Come)合成人(people)參皂苷等高價值原料。此外，合成生(born)物學技術有望幫助生(born)産更個(indivual)性化的(of)保健品。通過基因測序和(and)生(born)物合成技術，可以(by)根據個(indivual)體的(of)基因組信息，定制針對特定健康需求的(of)營養補充劑和(and)保健品，使産品具有更高附加值。
在(exist)生(born)物基材料方面，合成生(born)物學技術的(of)應用(use)場景不(No)斷增多。傳統的(of)皮革制造過程涉及使用(use)大(big)量的(of)化學品和(and)能源，并産生(born)大(big)量的(of)廢水和(and)廢棄物，對環境造成負面影響。而合成生(born)物學技術可能爲(for)生(born)物皮革行業帶來(Come)可持續和(and)環保的(of)解決方案，并用(use)于(At)生(born)産生(born)物基原料，例如改造微生(born)物來(Come)生(born)産特定的(of)蛋白質或多肽，這(this)些蛋白質或多肽可以(by)用(use)于(At)制造仿皮革材料。
圖3. 合成生(born)物學在(exist)消費應用(use)領域舉例（資料來(Come)源：華醫研究院）。
03合成生(born)物學在(exist)食品領域的(of)應用(use)
在(exist)食品領域，合成生(born)物學爲(for)研發賦能，爲(for)大(big)規模食品生(born)産建立新方法。新食品領域是(yes)合成生(born)物學增長最快速的(of)領域之一(one)，其中最受産業界關注的(of)名詞是(yes)“新型”和(and)“功能”。通過細胞培養和(and)精密發酵等技術，利用(use)動植物、微生(born)物細胞，生(born)産多種替代蛋白、合成天然稀有産物、提供微生(born)物油脂、生(born)産食品添加劑和(and)功能性食品原料，研發風味、質構、形态可控的(of)食品産品，實現更安全、更營養和(and)更可持續的(of)食品獲得方式。
值得注意的(of)是(yes)，用(use)作(do)食品領域的(of)底盤細胞需要(want)較爲(for)謹慎的(of)選擇，盡管歐美等其他(he)國(country)家對大(big)腸杆菌等非食品級的(of)細胞所表達的(of)産物接受程度較高，但選擇食品安全級底盤細胞仍然非常有必要(want)，如酵母菌、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌等都是(yes)比較好的(of)選擇，對此類底盤細胞的(of)合成生(born)物學開發尚需加速成熟。
由于(At)合成生(born)物學的(of)在(exist)食品領域的(of)應用(use)起步較晚，各家公司競争激烈，目前尚未有“行業級”的(of)巨頭出(out)現，僅在(exist)部分特定産品上(superior)存在(exist)某些優勢企業。從國(country)内外企業的(of)特點來(Come)看，國(country)外近年融資主要(want)爲(for)替代蛋白與油脂，如微生(born)物油脂、細胞培養肉、細胞培養脂肪等；我(I)國(country)則側重于(At)功能食品原料産品和(and)新型食品添加劑等。
圖4. 合成生(born)物學在(exist)食品應用(use)領域舉例（資料來(Come)源：華醫研究院）。
04合成生(born)物學在(exist)農業領域的(of)應用(use)
合成生(born)物學的(of)發展能夠幫助提高農業生(born)産力、改良作(do)物、降低生(born)産成本以(by)及實現可持續發展，同時(hour)能夠改造植物光合作(do)用(use)增加農業産量、利用(use)微生(born)物或代謝工程手段減少農業化肥使用(use)以(by)及重塑代謝通路改良作(do)物等，帶來(Come)農産品産能與營養價值的(of)突破性增長。目前，合成生(born)物學在(exist)農業領域的(of)應用(use)主要(want)涉及作(do)物增産、蟲害防治、動物飼料及育種改良等方向。對于(At)植物作(do)物，利用(use)合成生(born)物學可以(by)提高光合作(do)用(use)效率來(Come)增加産量、促進自主固氮來(Come)減少化肥使用(use)、重塑代謝通路來(Come)改良農産品品質以(by)及高效防治蟲害；對于(At)牲畜，主要(want)是(yes)利用(use)合成生(born)物學高效提供蛋白飼料。這(this)些技術将爲(for)世界性農業生(born)産難題提供革命性解決方案，引領細胞農業、低碳農業和(and)智能農業等新動能和(and)新業态革命。
通過合成生(born)物學技術，學界和(and)業界進行了(Got it)大(big)量的(of)研究和(and)探索，通過各種不(No)同的(of)方式實現作(do)物增産、蟲害防治、育種改良、動物飼料等農業應用(use)目标，如人(people)工構建高效生(born)物固氮體系、合成微生(born)物組、生(born)産生(born)物農藥、改造害蟲基因、進行生(born)物育種、發酵生(born)産微生(born)物蛋白以(by)及開發新一(one)代酶解決方案等途徑都已實現商業化應用(use)。
衆多新老企業看到(arrive)了(Got it)合成生(born)物學作(do)爲(for)一(one)項新興技術在(exist)農業領域的(of)應用(use)前景，拜耳、先正達、巴斯夫等老牌農業國(country)際龍頭通過并購整合或設立合成生(born)物部門的(of)方式擴展産品線或尋找更加高效的(of)生(born)産方式，從而進軍合成生(born)物學農業領域，而Pivot Bio、GreenLight Bio、Calysta等農業新興生(born)物科技公司也通過細分領域的(of)不(No)同産品作(do)爲(for)切入點，入局合成生(born)物農藥賽道。目前，合成生(born)物學農業領域玩家衆多，無論是(yes)整個(indivual)領域，還是(yes)細分賽道，競争都較爲(for)分散，市場集中度較低，尚未出(out)現寡頭壟斷局面。
對比國(country)内外企業可以(by)發現，目前國(country)外的(of)技術水平較爲(for)領先，且法律法規和(and)監管制度都更加完善，已有不(No)少産品上(superior)市，憑借技術和(and)先發優勢逐步構建産品和(and)專利壁壘。盡管國(country)内在(exist)理論研究方面并不(No)落後于(At)國(country)外，但技術轉化爲(for)實際應用(use)的(of)比例較低，大(big)多爲(for)依靠科研背景創立的(of)初創型企業，有競争力的(of)産品推出(out)較少，且産品、技術和(and)商業模式亟待驗證。
05合成生(born)物學在(exist)醫療領域的(of)應用(use)
合成生(born)物學技術應用(use)于(At)醫療領域主要(want)有兩種思路：一(one)種是(yes)對微生(born)物進行設計和(and)改造，使微生(born)物可以(by)生(born)産某種藥物分子，或其本身作(do)爲(for)活性藥物，實現治療疾病的(of)功能，如天然産物的(of)生(born)物合成和(and)微生(born)态藥物；另外一(one)種是(yes)基于(At)合成生(born)物學的(of)工程化思維和(and)設計理念，對細胞進行改造，使其具備相應的(of)功能，如用(use)于(At)器官移植、細胞基因治療、疫苗生(born)産、制藥用(use)酶的(of)設計等。具體而言，合成生(born)物學在(exist)醫療健康領域的(of)應用(use)包括疫苗合成、細胞基因治療、微生(born)态藥物、藥物發現與生(born)産、器官異體移植、基因編輯相關應用(use)、體外檢測、醫療耗材、制藥用(use)酶等諸多方向。
對于(At)不(No)同領域，都有短、中、長期都有可能突破的(of)技術值得關注。在(exist)醫療健康領域，目前正在(exist)實現的(of)技術包括病原體篩查、無創産前檢查、DTC基因測試等體外診斷相關技術、藥物生(born)産的(of)新生(born)物路線以(by)及疫苗的(of)研發與優化，短期可以(by)實現的(of)有CAR-T細胞治療液體腫瘤、微生(born)态藥物等，而中期值得關注的(of)是(yes)基因驅動減少病媒傳播疾病與CAR-T細胞治療實體腫瘤以(by)及生(born)物監測傳感器，長期則可關注幹細胞産生(born)的(of)可移植器官和(and)用(use)于(At)醫學目的(of)的(of)胚胎編輯等技術難點。
以(by)國(country)外合成生(born)物學巨頭企業Synlogic爲(for)例，Synlogic将合成生(born)物學與傳統藥物開發原理相結合，開發經過基因工程改造，可在(exist)胃腸道中發揮特定功能，靶向經過驗證的(of)工程菌活體生(born)物藥，爲(for)最早進入工程菌藥物賽道的(of)公司之一(one)，主要(want)開發治療代謝性疾病（如苯丙酮尿症和(and)腸性高草酸尿症）和(and)腫瘤等疾病的(of)工程菌類口服LBP藥物。Synlogic還與羅氏（Roche）和(and)Ginkgo Bioworks建立了(Got it)研究合作(do)和(and)合作(do)夥伴關系，已取得裏程碑進展。
圖5. Synlogic Therapeutics 管線分布（資料來(Come)源：Synlogic Therapeutics）。
Synlogic公司目前針對PKU的(of)管線SYNB1934已于(At)2023年6月5日推進至臨床III期，用(use)以(by)評估SYNB1934的(of)療效和(and)安全性。來(Come)自臨床II期的(of)實驗數據表明，PKU患者在(exist)所有研究終點都有着一(one)緻的(of)積極結果。尤其SYNB1934表現出(out)的(of)有效減少血漿Phe的(of)能力，表明此管線有望成爲(for)PKU患者的(of)一(one)種變革性療法。這(this)一(one)管線不(No)僅是(yes)細菌載體基因治療領域内領先的(of)管線，也是(yes)表明合成生(born)物學對人(people)類健康有強大(big)貢獻的(of)重要(want)佐證。
06結語
合成生(born)物學融合了(Got it)生(born)物學、信息學、計算機科學、化學和(and)材料等衆多學科，爲(for)探索生(born)命起源與進化開辟了(Got it)嶄新的(of)途徑，被譽爲(for)“第三次生(born)物技術革命”，有望成爲(for)新的(of)“黃金賽道”。其以(by)對生(born)物體進行有目标的(of)設計、改造，乃至重新合成爲(for)标志，創建賦予超越自然功能的(of)人(people)造生(born)命體系，在(exist)社會生(born)産的(of)各個(indivual)細分領域均有巨大(big)潛力和(and)應用(use)前景。
産業内，諸多技術型人(people)才與生(born)産型人(people)才通力協作(do)，挖掘合成生(born)物學這(this)一(one)技術賦予各行各業的(of)魅力，并緻力于(At)将技術先進性和(and)實用(use)性應用(use)在(exist)生(born)活的(of)方方面面。我(I)們(them)可以(by)看到(arrive)，由合成生(born)物學技術賦能的(of)未來(Come)一(one)定是(yes)更美好的(of)，但過程中必然少不(No)了(Got it)諸多技術生(born)産型人(people)才的(of)互相配合與試錯。創業者在(exist)創業過程中應該格外留意合成生(born)物學技術的(of)先進性和(and)局限性，合理運用(use)合成生(born)物學技術而不(No)是(yes)不(No)顧資源消耗和(and)成本效益分析的(of)濫用(use)；投資者也應當注意甄别合成生(born)物學賽道内的(of)真正機會，一(one)定程度降低合成生(born)物學的(of)虛假繁榮，使合成生(born)物學技術的(of)應用(use)回到(arrive)正軌。
聲明
節選自華醫研究院行業深度報告：2024年3月《合成生(born)物學專題系列研究報告》，報告中的(of)信息或所表達意見不(No)構成投資、法律、會計或稅務的(of)最終操作(do)建議。我(I)公司不(No)就報告中的(of)内容對最終投資建議作(do)出(out)任何擔保。
本文來(Come)源：華醫研究院
作(do)者：Aaron
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