《MIT科技評論：2023合成生物全鏈路平臺能力建設研究報告（39頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《MIT科技評論：2023合成生物全鏈路平臺能力建設研究報告（39頁）.pdf（39頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、20232023合成生物全鏈路合成生物全鏈路平臺能力建設研究報告平臺能力建設研究報告0303前言前言0404Chapter 1 Chapter 1 合成生物從單一品類走向全鏈路產業生態合成生物從單一品類走向全鏈路產業生態技術創新技術創新橫跨橫跨2020年，合成生物已在各領域嶄露頭角年，合成生物已在各領域嶄露頭角政策加碼政策加碼生物經濟成為制造業轉型升級新引擎生物經濟成為制造業轉型升級新引擎融資火熱融資火熱規模生產在即，增量持續釋放，呼吁產業協同規模生產在即，增量持續釋放，呼吁產業協同產業借鑒產業借鑒化工領域也曾由單一品類走向全鏈路產業生態化工領域也曾由單一品類走向全鏈路產業生態行業趨勢行業趨勢

2、合成生物也終將進入全產業鏈布局的形態合成生物也終將進入全產業鏈布局的形態未來發展未來發展解決痛點亟需合成生物全鏈路平臺能力建設解決痛點亟需合成生物全鏈路平臺能力建設1111Chapter 2 Chapter 2 合成生物全鏈路平臺建設的核心能力合成生物全鏈路平臺建設的核心能力技術平臺核心能力技術平臺核心能力多樣化底盤、模塊化細胞構建、高通量自動化多樣化底盤、模塊化細胞構建、高通量自動化工具、人工智能（工具、人工智能（AIAI）賦能）賦能規?；a核心能力規?；a核心能力高效發酵優化放大、大規模發酵高效發酵優化放大、大規模發酵多品種產業化能力多品種產業化能力快速商業化落地快速商業化落地&多樣化

3、產品覆蓋多樣化產品覆蓋多元化合作能力多元化合作能力構建多元發展的產業生態構建多元發展的產業生態2121Chapter 3 Chapter 3 合成生物全鏈路平臺的產業化合成生物全鏈路平臺的產業化全鏈路平臺能力建設串聯合成生物學產業各發展類型全鏈路平臺能力建設串聯合成生物學產業各發展類型以市場需求為驅動開展選品和商業化以市場需求為驅動開展選品和商業化面向“存量替代”與“增量拓展”面向“存量替代”與“增量拓展”，宜采用不同商業化策略，宜采用不同商業化策略開展應用研究，打通合成生物“一站式”解決方案開展應用研究，打通合成生物“一站式”解決方案GinkgoGinkgo橫向整合，推升核心技術壁壘橫向整合

4、，推升核心技術壁壘態創生物態創生物多物質量產的平臺型發展企業多物質量產的平臺型發展企業3737結語結語3737關于關于聯合發布方聯合發布方3838版權聲明版權聲明20232023合成生物全鏈路合成生物全鏈路平臺能力建設研究報告平臺能力建設研究報告2合成生物學是一門跨學科的領域，亦是一攬子技術和方法論，將生物學、工程學和計算機科學等多個學科的知識相結合，越來越多的公司、研究機構和創業者投入到合成生物學的研發和應用中。在技術層面上，合成生物學的發展得益于一系列頂尖水平的研發工具，高通量篩選、基因編輯等工具的應用使得研究人員能夠更快速、高效地設計和優化生物系統。此外，工業化制造的工程能力也是合成生物

5、全鏈路平臺能力建設的關鍵所在，如智能發酵優化和分離純化等技術的發展，為實現產業化提供了重要保障?？v觀化工行業的發展史，許多化工巨頭通過由單一品類向多品類發展的道路，獲得過巨大的成功，平臺能力建設使得這些公司從傳統的單一產品制造商轉變為擁有多樣化產品組合和廣泛應用領域的綜合性公司。平臺型化工公司通過關鍵核心化學品、關鍵平臺技術、關鍵研發能力鑄就壁壘。在合成生物向縱深發展的當下，產品品類逐漸豐富，各個垂直領域快速布局。在各公司紛紛發展縱深技術時，在眾多公司被“選品”所困惑時，我們開始探討合成生物是否存在類似于化工行業發展歷程的“贏家通吃”路徑。在此過程中，我們發現合成生物學在中國的落地過程中平臺能

6、力建設至關重要。合成生物全鏈路平臺能力建設合成生物全鏈路平臺能力建設，我們希望看到合成生物企業利用工程化的研發能力開我們希望看到合成生物企業利用工程化的研發能力開發多管線產品發多管線產品，有效銜接工廠的放大生產有效銜接工廠的放大生產，為市場供應穩定產能為市場供應穩定產能，并利用開放多元化的并利用開放多元化的合作模式合作模式，實現研產銷一體化實現研產銷一體化、全產業鏈布局全產業鏈布局，形成打通上下游的完整形成打通上下游的完整“大平臺大平臺”。從單一產品或應用領域擴展到多個產品和廣泛的應用領域，憑借良性的產業生態和全面的能力實現合成生物可持續發展。本報告聚焦合成生物全鏈路平臺能力建設本報告聚焦合成

7、生物全鏈路平臺能力建設，重點關注平臺化發展的推動力量重點關注平臺化發展的推動力量、核心能核心能力力，以及平臺化發展在中國落地的特色產業變革以及平臺化發展在中國落地的特色產業變革。3前言前言 技術創新技術創新橫跨橫跨2020年，合成生物已在各領域嶄露頭角年，合成生物已在各領域嶄露頭角 政策加碼政策加碼生物經濟成為制造業轉型升級新引擎生物經濟成為制造業轉型升級新引擎 融資火熱融資火熱規模生產在即，增量持續釋放，呼吁產業協同規模生產在即，增量持續釋放，呼吁產業協同 產業借鑒產業借鑒化工領域也曾由單一品類走向全鏈路產業生態化工領域也曾由單一品類走向全鏈路產業生態 行業趨勢行業趨勢合成生物也終將進入全產

8、業鏈布局的形態合成生物也終將進入全產業鏈布局的形態 未來發展未來發展解決痛點亟需合成生物全鏈路平臺能力建設解決痛點亟需合成生物全鏈路平臺能力建設4ChapterChapter 1 1 合成生物從單一品類走向全鏈路產業生態合成生物從單一品類走向全鏈路產業生態2023年3月，美國發布美國生物技術和生物制造的明確目標，涵蓋了21個主題、49個具體目標。2022年，中國印發“十四五”生物經濟發展規劃，將生物經濟作為今后一段時期中國科技經濟戰略的重要內容。2010年，Science將合成生物列為十大科學突破。2004年，合成生物學技術入選麻省理工科技評論“全球十大突破性技術”（TR10），上榜理由為“合

9、成生物學將為現有領域提供許多好處，它還將在未來實現一系列我們今天甚至無法想象的應用”。生命科學的漫長進展，催生了合成生物這樣集生物理論和工程應用為一體的一攬子技術和方法論，為人類生產制造范式提供了歷史性的機遇：面對嚴峻環境形勢，人類亟需改變現有工業文明的發展模式，轉變傳統工業生產方式，減少對化石燃料的依賴；以合成生物為基礎的生物制造是實現碳中和的重要途徑，也是中國突破石化原料瓶頸的重大機遇；基于合成生物的生物制造具有極大的物質分子創新潛力，拓展了人類制造能力的邊界，也撬動著巨大的經濟價值。技術創新技術創新橫跨橫跨2020年，合成生物已在各領域嶄露頭角年，合成生物已在各領域嶄露頭角2001200

10、32004200520062008微流控芯片糖組學合成生物學代謝組學表觀遺傳學維素纖酶200920102011磁共振力顯微鏡細胞核重組2012一百美元基因組測序干細胞工程分離染色體細菌工廠2015納米孔測序雙效抗體合成細胞2014超高效光合作用2016201720192021基因組編輯DNA的互聯網免疫工程基因療法2.0定制癌癥疫苗mRNA疫苗20222023精確編輯植物基因人造肉漢堡AI蛋白質折疊用于高膽固醇的CRISPR表1丨“全球十大突破性技術”中合成生物相關技術（來源：麻省理工科技評論、DeepTech）5以工業革命的視角來看生命科學的漫長進展生物制藥生物制藥日化消費品日化消費品生物療

11、法生物療法醫療器械醫療器械食品原料食品原料化工原料化工原料農業農業燃料燃料電力電力建筑建筑機械機械圖1丨合成生物有望對不同行業產生影響（來源：BCG、DeepTech）政策加碼政策加碼生物經濟成為制造業轉型升級新引擎生物經濟成為制造業轉型升級新引擎6生物技術和生物制造已經成為美國國家戰略生物技術和生物制造已經成為美國國家戰略2022年9月，美國啟動國家生物技術和生物制造計劃加速生物技術創新，并在多個領域發展美國的生物經濟，包括健康、農業和能源等一系列行業。具體行動包括：利用生物技術加強供應鏈；擴大美國國內生物制造；促進美國各地的創新；將生物產品推向市場；培養下一代生物技術專家；推動監管創新以增

12、加獲得生物技術產品的機會；生物經濟的高級測量技術和標準；通過投資生物安全創新來降低風險；促進數據共享以推進生物經濟。2023年3月，美國發布美國生物技術和生物制造的明確目標涵蓋了21個主題、49個具體目標，同時每個版塊中都突出生物技術和生物制造帶來的可能性。重點包括：加強生物系統的預測建模和工程設計，創新生物制造方法；通過擴大可再生的航空和其他戰略燃料、化學品和材料；設計更好的農作物成為生物經濟原料。氣候變化解決方案氣候變化解決方案增強糧食和農業創新增強糧食和農業創新提高供應鏈彈性提高供應鏈彈性促進人類健康促進人類健康推進交叉領域進展推進交叉領域進展中國有望借助合成生物實現換道超車中國有望借助

13、合成生物實現換道超車自2018年起，科技部每年發布國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項年度項目申報指南，明確圍繞基因組人工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、使能技術體系與生物安全評估等4個任務部署。2022年，發改委印發“十四五”生物經濟發展規劃，將生物經濟作為今后一段時期中國科技經濟戰略的重要內容，加快發展高通量基因測序技術，加強微流控、高靈敏等生物檢測技術研發，推動合成生物學技術創新。2023年1月，工信部等六部門印發加快非糧生物基材料創新發展三年行動方案，提出到2025年非糧生物基材料產業基本形成自主創新能力強、產品體系不斷豐富、綠色循環低碳的

14、創新發展生態。新藥開發新藥開發疾病治療疾病治療農業生產農業生產物質合成物質合成環境保護環境保護能源供應能源供應新材料開發新材料開發7圖2丨2013-2022年全球合成生物融資輪次分布（來源：CB Insights）企業名稱企業名稱*融資時間融資時間輪次輪次融資金額融資金額簡介簡介昌進生物2023A+輪1.5億元新型微生物蛋白、生物合成蛋白創健醫療2023B輪超2億元生物材料、創新蛋白/核酸藥品擎科生物2022B輪4億元基因科技服務態創生物2022A+輪過億美元多物質量產的生物制造平臺微構工場2023A+輪3.59億元嗜鹽微生物的改造和工程化應用微元合成2023pre-A輪億元甘露醇、阿洛酮糖生

15、物合成智峪生科2023A輪超億元AI+合成生物中科欣揚2022B輪2億元合成生物學創新智造企業周子未來2023A+輪數千萬元細胞培養肉表2丨2022-2023中國部分合成生物企業融資情況（按企業首字母排序，來源：公開信息、DeepTech）*限于版面，僅展示各垂直領域維度的部分企業，如果您需要完整版信息，歡迎與我們聯系從全球合成生物領域投融資來看，根據CB Insights數據，近10年來，融資活動均以B輪及之前為主，仍在早期融資階段，各企業處于技術發掘和產業經驗積累時期，這一階段企業的主要精力集中在如何將研發成果進行大規模生產，以及如何把生產出來的物質變成有價值的產品。利用合成生物技術產出的

16、原材料數量仍然較少，且尚未大規模應用到終端產品中，其帶來的回報還有一定周期。短期來看短期來看，合合成生物從業者仍需要共同成生物從業者仍需要共同做大市場做大市場，從技術到產品從技術到產品、從產品到銷售的轉化是聚從產品到銷售的轉化是聚焦合成生物領域的企業面焦合成生物領域的企業面臨的痛點臨的痛點。融資火熱融資火熱規模生產在即，增量持續釋放，呼吁產業協同規模生產在即，增量持續釋放，呼吁產業協同8帝斯曼帝斯曼平臺化發展的典范之一，從最初的煤炭化學產品公司發展成為一家專注于材料科學、營養與健康領域的綜合性化工企業。通過整合不同領域的技術和產品，帝斯曼取得了業務的多元化和持續的創新。巴斯夫巴斯夫巴斯夫從印染

17、原料出發，不斷開創新的產品，包括有機合成染料、用作化肥原料的氨、各種聚合物、合成維生素、用于顯示器的液晶、基礎殺菌劑和作物生物科技等領域新產品。以染料為例，從開發品紅、苯胺到天然染料茜素、靛藍等，歷經30年成為了全球最大的化學品制造商。通過建立廣泛的產品組合和技術平臺，涵蓋諸多領域，如化學品和塑料、保健和營養、涂料和染料、農業解決方案等。平臺化發展使得巴斯夫能夠靈活應對市場需求的變化，為客戶提供全面的解決方案。早在19世紀末，DSM就首次大規模生產酵母和酶，并于20世紀30年代首次用化學方法合成維生素。從早期的單一基礎化學品研發，到聚合物產品、化工產品、農業化工最后聚焦生命科學和材料科學。不斷

18、技術革新是帝斯曼不斷前進的核心策略，在不同的商業驅動力階段，利用技術延伸能力。正如化學工業在過去的幾個世紀中經歷了從實驗室研究到工業化生產的轉變，合成生物也正經歷著從基礎科學研究到應用和商業化的發展過程。從本質上說，不論化工還是合成生物，均屬于技術驅動型領域，必須通過持續的研發、工藝改進以及新產品的推出來實現降低生產成本、滿足不斷變化的需求、探索新的市場領域的目標，從而不斷擴展產品范圍、開辟增長機會、提高綜合競爭力。優選賽道優選賽道生產環節生產環節 產品開發 工藝優化市場評估市場評估 全球網絡 配套服務圖3丨巴斯夫染料產業發展模式（來源：公開信息）采礦采礦大宗化學品領域大宗化學品領域石油化工石

19、油化工生命和材料科學生命和材料科學 食品與飲料 健康、營養與護理 動物營養與健康圖4丨帝斯曼發展歷程（來源：公開信息）產業借鑒產業借鑒化工領域也曾由單一品類走向全鏈路產業生態化工領域也曾由單一品類走向全鏈路產業生態縱觀化工行業的發展史，許多化工巨頭通過平臺化發展的道路，獲得過巨大的成功，平臺能力建設使得這些公司從傳統的單一產品制造商轉變為擁有多樣化產品組合和廣泛應用領域的綜合性企業。9圖5丨化工產業的平臺能力建設組成模塊（來源：DeepTech）平臺能力建設平臺能力建設產品創新產品創新強大的研發能力多產品和技術創新規?；瘎撔乱幠；瘎撔绿岣弋a品開發效率降低研發成本擴大產品生產合作和生態建設合作和

20、生態建設聯合研發定制化產品開發優化供應鏈和物流管理多產品市場化多產品市場化加速新產品的市場轉化滿足多行業的多樣化應用需求表3丨合成生物學未來競爭的商業化技術機遇和潛力產品方向（來源：DeepTech）相同的邏輯也同樣適用于生物經濟相同的邏輯也同樣適用于生物經濟，合成生物仍處于探索階段合成生物仍處于探索階段，發展模式仍存在未知發展模式仍存在未知的可能性的可能性。隨著技術落地隨著技術落地、建廠投產建廠投產、產品上市產品上市、產業融合等全鏈條布局產業融合等全鏈條布局，傳統技術平傳統技術平臺型企業與產品型企業的界限將趨于模糊臺型企業與產品型企業的界限將趨于模糊，整體趨勢在往整體趨勢在往“大平臺大平臺”

21、的方向發展的方向發展，行業行業未來競爭核心將進入平臺能力建設未來競爭核心將進入平臺能力建設/研產銷一體化研產銷一體化/全產業鏈布局的階段全產業鏈布局的階段。行業趨勢行業趨勢合成生物也終將進入全產業鏈布局的形態合成生物也終將進入全產業鏈布局的形態技術機遇先進的基因編輯合成基因回路高通量篩選和自動化工具綠色可持續的生物制造微生物組工程代謝工程和合成生物學工具包無細胞生物合成IT+BT潛力應用新型生物藥物精準醫療產品診斷和檢測工具生物農業產品生物酶功能性化妝品原料高值化工產品生物能源生物材料環境治理產品生物傳感器生物信息學與數據科學產品合成生物技術已經由過去聚焦于生物醫藥得到了很好的驗證，發展到近期

22、發力于高附加值產品和天然產物，未來長期價值在于生物基化學品和生物基能源。面對新的技術和產業應用，中國的合成生物落地發展仍然存在堵點和痛點亟待解決：10工工程程化化研研發發引入工程化思維：引入工程化思維：持續挖掘生物元件，通過系統化的設計、數學建模和計算模擬、高通量測試和數據驅動的學習過程，加速底盤生物設計和改造的DBTL循環，實現對生物制造系統的持續改造和多物質生產。規規模?；a產優化放大：優化放大：利用先進的生物傳感器、高能量平行反應器、自動化智能設備和合成生物大數據等技術，實現物質從小試-中試-大規模工業試產等一系列工藝的快速放大和完善，縮短小試到規模量產周期。大規模精準發酵：大規模

23、精準發酵：目標為實現高產出和高效率的生產，涉及工業級生物反應器的設計和操作，優化培養條件，監測和控制微生物的生長和代謝過程。多多產產品品商商業業化化多樣化產品組合：多樣化產品組合：能夠利用合成生物學的先進技術提供多樣化的產品組合，以滿足不同行業不同市場需求，提高企業競爭力。涉及生物藥物、化工、農業、生物材料、生物燃料等多個領域的產品?？珙I域跨行業覆蓋：跨領域跨行業覆蓋：具備跨領域和跨行業的知識和技能，與其他行業領域進行合作和整合，實現合成生物技術和產品在不同領域的應用。產產業業生生態態建建設設開放與合作：開放與合作：與學術界、研究機構和其他企業建立合作伙伴關系。通過共享知識、技術和資源，可以加

24、速創新，推動整個合成生物領域的發展。持續推動產業創新發展：持續推動產業創新發展：持續推動產業創新發展，研發新的合成路徑，開發新的技術和產品，提高產品性能和生產效率。涉及到持續的研發投入、技術改進和市場導向的創新策略。人才培養：人才培養：建立以創新為導向的人才培養體系，注重培養跨學科的人才，特別是在生物學、化學、物理學、計算機科學和工程等領域的人才培養。學科交叉融合帶來的研發與工程挑戰 核心裝備支撐系統仍與先進國家存在差距 產業規?；a階段高成本高風險 知識產權壁壘保護不夠 提升公眾認知與監管接受的社會挑戰合成生物逐步進入從技術考驗到綜合實力的比拼合成生物逐步進入從技術考驗到綜合實力的比拼，隨

25、著技術平臺的成熟隨著技術平臺的成熟，進一步需要進一步需要打通上下游全產業鏈布局打通上下游全產業鏈布局，逐步形成全鏈路的平臺能力逐步形成全鏈路的平臺能力，并秉持包容開放的態度并秉持包容開放的態度，其其良性的產業生態良性的產業生態、全面的能力更有利于可持續發展全面的能力更有利于可持續發展。未來發展未來發展解決痛點亟需合成生物全鏈路平臺能力建設解決痛點亟需合成生物全鏈路平臺能力建設技術平臺核心能力技術平臺核心能力 多樣化底盤細胞多樣化底盤細胞 模塊化細胞構建模塊化細胞構建 高通量自動化工具高通量自動化工具 人工智能（人工智能（AIAI）賦能）賦能規?；a核心能力規?；a核心能力 高效發酵優化放大

26、高效發酵優化放大 大規模發酵大規模發酵多品種產業化能力多品種產業化能力快速商業化落地快速商業化落地&多樣化產品覆蓋多樣化產品覆蓋多元化合作能力多元化合作能力構建多元發展的產業生態構建多元發展的產業生態ChapterChapter 2 2 合成生物全鏈路平臺建設的核心能力合成生物全鏈路平臺建設的核心能力11底盤細胞是合成生物學中的基礎平臺，設計和合成的功能化生物元件、基因線路、代謝路徑等生物系統需要置入底盤細胞中，從而實現理性設計的目的。在開展設計之初，需要根據目標產品的特性，選擇一個性狀優良的底盤細胞。底盤細胞的優劣將直接影響合成生物系統設計的成敗。目前常見的底盤細胞有大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、

27、谷氨酸棒桿菌、釀酒酵母、巴斯德畢赤酵母等。不同的底盤細胞具有不同的代謝途徑、基因調控網絡和細胞功能，在適應不同環境和培養方面也各具差異。在研發過程中，使用多樣化底盤細胞可以更好地滿足特定項目的需求，并針對特定需求進行優化和調整，實現特定代謝產物的生產或特定功能的實現。多樣化底盤細胞的使用可以降低某個特定底盤細胞研發失敗的風險。12常見底盤細胞優點產品應用大腸桿菌發酵周期短、遺傳背景清晰、基因編輯工具及代謝調控策略成熟小分子肽、彈性蛋白、氨基酸、類胡蘿卜素、青蒿素枯草芽孢桿菌蛋白質分泌系統出色，有典型的芽孢形成能力、細胞分裂以及生物膜系統工業酶、核黃素、乳糖-N-新四糖、透明質酸、硫酸軟骨素谷氨

28、酸棒桿菌擅長合成氨基酸和生物活性物質、營養需求低、底物譜廣谷氨酸、賴氨酸、有機酸、1,3-丁二醇、植物天然產物釀酒酵母遺傳背景及代謝機制清晰、有較好的pH及滲透壓耐受性大麻素、阿片類藥物、乙酰輔酶A、胰島素、角鯊烯畢赤酵母極佳的蛋白分泌能力、優異的翻譯后修飾、胞外內源性蛋白極少人促紅細胞生成素、人血清蛋白、膠原蛋白、乳鐵蛋白表4丨合成生物學中常見的底盤細胞（來源：公開信息、態創生物，DeepTech）技術平臺核心能力技術平臺核心能力多樣化底盤細胞多樣化底盤細胞底盤細胞的改造是為了服務于目標產物生產底盤細胞的改造是為了服務于目標產物生產，同時為了適應于工業級制備同時為了適應于工業級制備，便于生產

29、便于生產端分離純化也是菌種改造階段需要考慮的環節端分離純化也是菌種改造階段需要考慮的環節。舉例來說，基于大腸桿菌展示和內含肽切割的寡肽表達和提純方法，構建用于在宿主菌表面展示的寡肽，寡肽與展示蛋白之間使用內含肽連接，誘導表達“展示蛋白-內含肽-寡肽”融合蛋白，培養收集大腸桿菌后，內含肽自切割釋放寡肽，寡肽經超濾后結晶或者干燥。此過程無需破碎菌體，也無需進行蛋白純化，且大腸桿菌可以重復利用，是一種高效簡便的寡肽生產和提純工藝，非常適用于工業級規模的寡肽制備工藝。模塊化細胞構建從最基礎的生物元件出發，將具有特定功能的生物元件作為一個“零件模塊”，采用搭積木的方式將這些“零件模塊”設計形成新的生物裝

30、置，不同功能的生物裝置以串聯、反饋、前饋等形式連接，協同運作組成更加復雜的生物系統，從而執行特定的設計功能，實現目標產物的生產。13圖6丨模塊化細胞構建的層級化結構：生物元件-生物裝置-生物系統（來源：公開信息、DeepTech）模塊化細胞構建具有以下優點：模塊化細胞構建具有以下優點：系統裝置生物元件一個或多個元件的組合，行使不同功能，包含一系列生化反應裝置包括：蛋白表達、報告基因、信號傳導、轉換器、結構域等具有某些特定功能的核酸或蛋白，行使基本功能元件包括：啟動子、編碼區、終止子、RBS、結構域等最終實現功能的各裝置按不同邏輯連接、組合，協調運作系統包括：遺傳線路、調控網絡、信號網絡、基因開

31、關、邏輯門等標準化將生物系統拆解為最基礎的生物元件，這些生物元件具有標準化、模塊化的特征和功能，方便研究人員更輕松地設計和組裝?？芍貜托酝ㄟ^模塊化方法，可以將已經驗證和優化的模塊重復使用于不同的生物系統中，方便研究人員更快構建新的生物系統，避免從頭設計和優化?？蓴U展性通過添加或替換模塊，可以實現逐步擴展和改進生物系統的功能，實現更復雜的生物合成過程。設計靈活根據需要定制生物系統。通過組合不同的模塊，構建具有特定功能和性能的生物系統，滿足不同的應用需求。技術平臺核心能力技術平臺核心能力模塊化細胞構建模塊化細胞構建圖7丨遺傳操作技術與基因編輯工具的代表性進展（來源：公開信息、DeepTech）19

32、70s-1990s1990s-2011201220162018基于限制性內切酶和連接酶的位點特異性重組DNA技術，改造后序列插入位置固定基于PCR的同源重組技術，同源臂序列可變，高效、靈活得獲得同源臂序列基于CRISPR/Cas系統的同源重組技術，效率高、單輪多靶點改造基于CRISPR/Cas系統的堿基編輯，效率高、操作簡單、單輪多靶點改造基于Bio Foundry的菌株構建，全流程、自動化、高通量細胞構建后如何快速高效地獲取到目標菌株成為合成生物學研發過程中關注的問題和壁壘。高通量篩選能力已經構成研發的核心競爭力之一，合成生物公司開始紛紛搭建自動化和高通量硬件設施，解決目標菌株高效篩選的難題

33、。14自動化液體處理工作站自動化液體處理工作站實現對液體樣品的高度自動化處理，包括液體分配、混合、稀釋、反應等。它們通常配備液體處理臂、多通道分注器和液體處理頭等組件，能夠快速、準確地處理大量樣品，提高實驗效率。高通量分析儀器高通量分析儀器常用的高通量分析儀器包括高通量測序儀、高通量質譜儀、高通量流式細胞儀等。這些儀器能夠同時處理多個樣品，獲取大量數據，并支持高通量篩選的實施。高通量成像設備高通量成像設備常用的高通量成像設備包括高通量熒光顯微鏡、高通量細胞成像系統等。這些設備可用于觀察和分析細胞、組織和生物標記物的動態過程，支持高通量篩選及其結果的可視化和定量分析。微流控芯片微流控芯片利用微流

34、體技術，將液體樣品和反應通道以微小尺度進行控制和操作。微流控芯片通常具備多個微型通道、閥門和泵等組件，用于并行處理多個樣品的反應、分離和分析。圖8丨高通量自動化篩選的組成模塊（來源：公開信息、DeepTech）高通量自動化平臺已從最初的單一設備階段，進化到實驗室自動化與智能化，然而單一設備不具有提升實驗效率的能力，需要將設備融入研發平臺體系中，并根據實際開發管線，積累技術經驗與效率升級。在服務于多管線與不同場景中，通過數據及經驗積累，以達到“二次開發”的效果。0246810人工微流控設備態創微流控平臺圖9丨微流控通量（來源：公開信息、態創生物）技術平臺核心能力技術平臺核心能力高通量自動化工具高

35、通量自動化工具單位：10n近年來人工智能技術發展迅速，尤其是在深度學習和大數據處理方面進展顯著，使得人工智能在合成生物學領域的應用更加廣泛和深入，從最初應用于合成生物學的“學習”階段，逐漸拓展到整個DBTL循環，并且在工程放大等領域都有所涉及。人工智能平臺目標實現以下功能：快速準確鑒定活性物質和菌株性能；可控基因表達，實現菌株智能操控；優化代謝通路，實現“減負增產”；可控生物傳感；AI酶設計；干濕實驗結合，數據可迭代優化。15態創生物已開啟AI+life science的探索，結合人工智能、大數據、生物信息技術，前沿設計了iTidetron AI引擎，搭建了活性物質和菌株鑒定、可控基因表達、代

36、謝通路設計、可控生物傳感、酶設計與改造、干濕實驗結合六大模塊，共同攻克研發難題、驅動物質快速量產。圖10丨AI活性肽預測和挖掘模型（來源：態創生物）數據分析和模式識別：數據分析和模式識別：處理大規模的生物數據，如基因組、蛋白質組和代謝組數據等，并應用機器學習和數據挖掘技術進行數據分析和模式識別，發現基因與表型之間的關聯、代謝途徑的調控規律等，為合成生物學的研究提供重要指導?；蚓庉嫼驮O計：基因編輯和設計：預測和優化基因編輯工具（如CRISPR）的效果和特異性，提高基因編輯的準確性和效率。蛋白質設計和優化：蛋白質設計和優化：輔助蛋白質的結構解析（如AlphaFold）、設計和優化，加速蛋白質工程

37、的過程。生物系統建模和優化：生物系統建模和優化：建立數學模型來描述生物系統的動態行為，通過模擬和預測生物系統的響應和行為，優化代謝網絡等系統。工程放大過程優化：工程放大過程優化：利用大量發酵過程數據，結合經驗與理論，通過發酵菌種驗證、發酵工藝優化，提升產量。技術平臺核心能力技術平臺核心能力人工智能（人工智能（AIAI）賦能）賦能高性能菌株從實驗室走向工業化生產還需要經歷小試、中試、量產等關鍵環節，這就需要企業構建高效發酵優化放大能力來滿足高通量菌株性能驗證及發酵工藝開發能力的需求，從而讓實驗室構建好的高性能菌株邁向大規模生產階段。16生產用菌種篩選，提升魯棒性是關鍵生產用菌種篩選，提升魯棒性是

38、關鍵在工業生產中微生物需要暴露在更為復雜更為嚴苛的工業環境條件下完成高產高效的生產任務，包括底物脅迫、代謝產物脅迫、環境壓力等。魯棒性是指生物系統在受到環境變化、隨機事件（或細胞內噪聲）和遺傳變異等不確定干擾時保持其表型穩定性的一種特性。通過人工馴化、誘變篩選、定向進化等方式仍然是必要的手段。在工業化生產過程中,文獻報道產量最高的菌株大多數情況下并不能作為最終生產用菌株。通過導入外源基因或代謝通路的再設計,則微生物細胞的魯棒性往往會被影響。通過定向進化技術,突破理性設計思路的桎梏,將合成生物學與傳統的“誘變”結合到一起，配合生物傳感器的加持,可以有效解決菌株在體系放大過程中出現生長不穩定、工業

39、培養基適應性、產率產量與實驗室數據差異過大等問題。定向進化創新技術定向進化創新技術PASTE（Phage-ASsociated Target Evolution system）是一種創新的基因編輯技術，主要用于在細胞內進行目標DNA序列的定向進化。不同于傳統的CRISPR，它用一種特殊設計的“突變酶”（mutagenic nucleases）來替代標準的Cas蛋白。這種突變酶能夠在目標位點進行多次切割和修復，從而在一個特定的DNA區域內引發多種突變?？稍诙鄠€位點同時進行突變的特點，為基因編輯帶來了全新的可能性，特別是在進行定向進化研究時，其潛力巨大。對于工業應用，尤其是酶設計和優化方面有著重要

40、的價值。酶工程：酶工程：通過在特定氨基酸位點引入突變，PASTE可改進酶的活性或穩定性。藥物開發：藥物開發：PASTE可定向進化抗體或其他蛋白，以提高其與目標分子的親和力。規?；a核心能力規?；a核心能力高效發酵優化放大高效發酵優化放大17高效優化放大打通“小試高效優化放大打通“小試 中試中試 量產”路徑量產”路徑先進傳感器：先進傳感器：可以檢測更多生物反應器中的參數，據此判斷生物反應過程是否正常，而無需通過取樣、離線檢測再進行判斷和調整控制策略，如發酵尾氣分析、在線質譜檢測、在線光譜檢測、胞內代謝物實時熒光檢測、發酵過程裝備及數據處理自動化等。高通量平行反應器：高通量平行反應器：利用高通

41、量平行反應器可以提高發酵實驗的通量，更高效地實現發酵菌種驗證、發酵工藝開發和放大等工作。發酵技術創新：發酵技術創新：如高密度發酵技術、有氧-無氧雙通道發酵、直接罐上實現菌種培養和發酵一體化等。數字孿生有望成為發酵過程智能化的未來潛力數字孿生有望成為發酵過程智能化的未來潛力高效發酵優化放大技術正推動發酵過程向大數據發展，隨著發酵數字化基礎設施的逐漸完善，以及整個制造業向數字化、智能化轉型升級，基于數字孿生系統的過程模擬、預測、優化策略、甚至自動優化調控等一定會進一步加速發酵過程的優化和放大進程。在智能制造的驅動下，數字孿生整合了多屬性、多維度、多應用的仿真技術，通過數字技術對物理實體對象的特征、

42、行為、形成過程和性能進行描述和分析，并結合先進傳感器、工業互聯網、歷史大數據等技術實現監控、預測、數據挖掘等功能。數字孿生的主要特點表現在：通過物理世界和數字世界之間的互聯互通和智能化決策來實現生產過程的自組織、自適應和智能化運行。圖11丨數字孿生發酵生產框架（來源：CNKI）規?；a核心能力規?；a核心能力高效發酵優化放大高效發酵優化放大工程菌株大規模發酵的工藝開發和技術優化是工業化制造必然面臨的重要課題。大規模發酵過程是多相反應體系，從實驗室小規模發酵到中試規模再到工業化生產，發酵體積的增大會直接影響生產效率、生產成本和產品的質量穩定性。利用智能精密設備群、生物反應器的開發、數字化工藝

43、，運用合成生物數據驅動的邏輯，推動傳統發酵從粗放的曲線變化，走向更深入的代謝流分析。發酵工藝參數的優化發酵工藝參數的優化：大規模發酵罐需要機械攪拌以保證培養基、氧氣和熱量的均勻分布。通過調節發酵參數，如溫度、pH、氧氣供應、營養物質濃度等，實現最佳生長和產物合成條件。發酵過程的自動化和監控：發酵過程的自動化和監控：應用自動化技術和傳感器監測系統，實時監控發酵過程中的關鍵參數。污染控制：污染控制：確保發酵過程的無菌條件，采取適當的污染控制措施，包括設備清潔和消毒、操作員培訓和規范操作程序等。規模放大和工藝轉化：規模放大和工藝轉化：綜合考慮設備、能源消耗、傳熱和質量傳遞等因素，對發酵工藝進行規模放

44、大，實現從小規模到大規模的平穩過渡。18圖12丨經典發酵罐及相關控制參數（來源：CNKI）數字化中試模塊發酵過程控制數字化下游工藝 精密傳感組合 普適放大算法模型 自動化發酵控制 發酵參數：pH、OD、溫度、攪拌速度 取樣分析：菌體濃度、代謝產物 實時精密的發酵曲線檢測與比對 填料性能及成本數據分析 多次回收方案損失量與成本數據分析 提升收率、優化下游成本圖13丨智能精密發酵控制（來源：態創生物）大規模發酵生產中，實現綠色制造也非常重要，如采用農作物秸稈、林業廢棄物等非糧生物質原料替代糧食能源、清潔生產（不采用化學試劑、重金屬催化劑）、三低控制（低能耗、低污染、低碳排放）以及生物固碳等。規?；?/p>

45、生產核心能力規?；a核心能力大規模發酵技術大規模發酵技術在競爭激烈的市場中，能夠實現快速商業化落地構成了合成生物平臺能力的核心競爭力和商業壁壘之一。而合成生物學平臺商業轉化歷程包含了從基礎研究到最終商業消費的全周期鏈條，大致可分為兩個層面：19基礎研究基礎研究技術轉化技術轉化產品初創產品初創0 0到到1 1產品生產產品生產1 1到到100100規?；逃靡幠；逃肂 B端端/C/C端端消費消費商業洞察力選品能力成本控制技術范疇技術范疇商業范疇商業范疇合成生物企業通過平臺能力建設，可以提供多樣化產品，實現跨行業覆蓋來滿足不同市場需求，從而擴大市場機會，提高企業競爭力，規避單一品種的行業周期風險

46、，實現業務的多元化和收益的多樣化。圖15丨合成生物學相關應用行業與多樣化產品（來源：公開信息、DeepTech）產品質量市場推廣能力產業生態建設能力要實現多樣化產品跨行業覆蓋，需要具備先進的技術優勢、跨學科的團隊組成、敏銳的市場洞察力、完善的供應鏈管理和大規模的生產能力。多品種產業化能力多品種產業化能力快速商業化落地快速商業化落地&多樣化產品覆蓋多樣化產品覆蓋圖14丨技術與商業共同賦能多品種的產業化能力（來源：公開信息、DeepTech）在全球化競爭環境下，合成生物公司需要依托全鏈路平臺能力建設，通過多元化的合作，構建全球產業生態，來應對日漸激烈的挑戰。通過與高?？蒲袡C構、產業同行、下游產品應

47、用公司等合作伙伴打造開放合作模式，實現資源共享與成本優化，加速產品開發和市場推廣，以及拓展商業機會，加快創新和發展步伐，推動產業的進步與發展。20拓展專業知識和技術能力拓展專業知識和技術能力通過與高?？蒲性核暮献?，公司可以跨越自身內部專業知識的限制，拓展技術能力的范圍。利用自身的全產業鏈布局，協助打通科研院所的實驗室小試階段到中試放大、量產的生產鏈路，加速科研成果轉化。實現資源共享與成本優化實現資源共享與成本優化開放的合作模式可以共享實驗室設備、生產設施、人力資源等，降低企業和合作伙伴的研發和生產成本。同時，合作雙方可以互相彌補雙方專業知識和經驗的不足提高資源的整體效益。加速產品開發和市場推

48、廣加速產品開發和市場推廣與行業領先者、合作伙伴或客戶的合作可以提供市場洞察力、驗證合成生物平臺價值和市場渠道，幫助更快地將產品推向市場并獲得認可。合作伙伴的品牌影響力和資源支持有助于加快產品的市場滲透和推廣速度。拓展商業機會拓展商業機會通過與其他企業的合作，可以共同開發新產品、共享知識產權，甚至共同成立合資企業，或者鏈接科研機構和合資方。多元化的合作模式可以整合雙方的優勢資源，共同探索市場需求，拓展產品的應用領域和市場份額。多元化合作能力多元化合作能力構建多元發展的產業生態構建多元發展的產業生態圖16丨從0-1全鏈路解決方案模型（來源：態創生物）全鏈路平臺能力建設串聯合成生物學產業各發展類型全

49、鏈路平臺能力建設串聯合成生物學產業各發展類型 使能技術型使能技術型 技術服務型技術服務型 大單品導向型大單品導向型 多產業鏈應用型多產業鏈應用型以市場需求為驅動開展選品和商業化以市場需求為驅動開展選品和商業化面向“存量替代”與“增量拓展”面向“存量替代”與“增量拓展”，宜采用不同商業化策略，宜采用不同商業化策略開展應用研究，打通合成生物“一站式”解決方案開展應用研究，打通合成生物“一站式”解決方案GinkgoGinkgo橫向整合，推升核心技術壁壘橫向整合，推升核心技術壁壘態創生物態創生物多物質量產的平臺型發展企業多物質量產的平臺型發展企業ChapterChapter 3 3 合成生物全鏈路平臺

50、的產業化合成生物全鏈路平臺的產業化2122使使能能技技術術型型多多產產業業鏈鏈應應用用型型技技術術服服務務型型大大單單品品型型DNA/RNA合成測序元件庫工具酶菌株庫基因編輯工具菌株設計改造酶工程自動化平臺數據庫服務生物醫藥&大健康高附加值產品&天然產物生物基化學品&大宗產品農業&育種生物制造領域的基礎設施，為生物設計和研究提供了基礎支持 儀器設備的研發、設計、制造企業，如貝克曼等生命科學儀器公司 合成、測序、數據庫等服務企業，如金斯瑞、擎科生物等側重打通DBTL的循環迭代，來建立一個生物體設計與軟件開發的集成化平臺，獲得滿足需求性狀的微生物細胞工廠。這種模式強調技術創新和平臺的建設，為合成生

51、物提供了研發和技術支持，如Ginkgo、Codexis等。通過核心大單品占領市場，將重點放在整個生產鏈的每個環節，更聚焦一類或幾類產品品類的研發、生產和商業化。如Perfect Day、凱賽生物等。側重全產業鏈布局、多領域應用、研產銷一體化、開放合作等。技術方面建設合成生物能力平臺，使企業實現技術的快速迭代和創新，并通過開放合作的模式吸引更多的創新者和創意，形成更廣泛的產品線，拓展市場空間。當前各類合成生物創新型公司，大多建立了技術平臺，并布局多條管線，但研產銷一體化與開放合作的能力，僅有少部分企業重點布局，如態創生物等。大多數研究將合成生物按照“技術、平臺、應用”的三分法對企業進行分類，當前

52、來看已不適合當前合成生物創新企業的多管線布局。我們將合成生物公司按產品類別和管線數量的不同進行分類。值得注意的是，合成生物平臺能力建設的浪潮中，技術服務型公司也可能或已經在孵化自有管線，多產業鏈應用型公司在打通產業鏈上下游后形成對外技術服務的能力。全鏈路平臺能力建設串聯合成生物學產業各發展類型全鏈路平臺能力建設串聯合成生物學產業各發展類型23生命科學工具作為生物技術產業的底層支撐，是合成生物技術發展的基石與土壤，許多技術的發展均是建立在使能技術降本增效基礎之上（如DNA合成與測序的成本指數級下降），未來競爭的核心點仍然是核心技術和設備的開發或科研服務的摩爾定律式降本。*僅為部分企業展示，如果您

53、也從事相關領域，歡迎與我們聯系交流（來源：公開信息、DeepTech）高端儀器高端儀器、試劑尚存差距試劑尚存差距中國在原材料、規范化加工、輔助配件、在線檢測等多個細分技術核心裝備支撐系統領域相對落后。高端設備研發技術國外壟斷，使得國產替代研發投入回報風險高。包括核心檢測儀器設備、零部件、高端儀器、生物反應器、過程傳感檢測、科研試劑、科研用酶、標準試劑等。生命科學工具國產替代是彎道超車的重點領域?？蒲蟹丈虡I化競爭充分科研服務商業化競爭充分在中國的科研體量與增長態勢下，生命科學合成、測序等服務商的規模效應展開，服務成本與價格下降，當前中國已有上百家基因測序服務公司，市場化競爭充分，競爭優勢在于緊

54、跟前沿技術與服務成本、時效。合成生物平臺化發展企業側重于自建合成合成生物平臺化發展企業側重于自建合成、測序平臺測序平臺隨著合成生物平臺能力建設，快速研發的飛輪轉動，第三方測序供應商的時效往往成為研發的限速步驟，同時無法接入自有的高通量自動化平臺，故越來越多的企業傾向于自建合成測序檢測模塊，以提高整體效率。使能技術型使能技術型生命科學領域廣泛賦能的研發工具及服務生命科學領域廣泛賦能的研發工具及服務24側重菌種的設計改造、酶工程與高通量自動化系統開發，通過軟件工程、生化工具、基因工程、自動化平臺、機器學習與數據科學、代碼庫等技術，打通DBTL的循環迭代，來建立一個生物體設計與軟件開發的集成化技術服

55、務平臺。*僅為部分企業展示，如果您也從事相關領域，歡迎與我們聯系交流（來源：公開信息、DeepTech）菌株設計與酶改造菌株設計與酶改造，強調節點交付能力強調節點交付能力通過構建一套軟件系統，可模擬細胞中的代謝途徑，從而設計和預測基因修飾將會對細胞代謝途徑產生的互作，實現工程化的海量試錯從而加速設計周期。新酶的發掘、認知及改造是關鍵步驟，尤其是對于非天然的目標產物，關鍵催化酶的構建就成了構建細胞工廠中最為關鍵的一步。相關菌株設計與酶改造的企業，根據客戶需求設計和定制開發微生物和關鍵酶，并以此為交付產品。當研發能力外溢時當研發能力外溢時，技術服務型公司會孵化自有管線技術服務型公司會孵化自有管線在

56、打造高通量自動化的快速研發能力的同時，當研發能力建設超出市場需求，向生產制造延伸是其最佳的選擇，也是驗證其研發能力和選品能力的重要手段。技術服務企業經歷早期的技術平臺建設后，通過孵化自有管線、對外合作共同開發等方式，紛紛走進垂直產業化階段。合成生物平臺化發展企業合成生物平臺化發展企業，傾向于建設自有高通量自動化平臺傾向于建設自有高通量自動化平臺建設高效鏈接的高通量自動化模塊，包括高通量代謝系統、高效率發酵系統、超潔凈純化系統、超精準檢測系統等，通過互相協作、高效運轉，極大地提升研發效率。技術服務型技術服務型向市場提供平臺型研發服務或研發外包向市場提供平臺型研發服務或研發外包25大單品一般具有較

57、高的市場規模和市場總需求量或依托于某一優勢技術開展的產品開發。一般情況下，聚焦從某一品類的生物構造、發酵純化到產品改性的全鏈路。這種類型的企業成功實現規?；a和商業化后具有較強的盈利能力，但也面臨尋求第二增長曲線的挑戰。核心產品核心產品代表企業代表企業PHAPLA二元酸1,3-丙二醇L-丙氨酸透明質酸膠原蛋白Car-TmRNA微生態療法器官異種移植替代蛋白基因編輯育種*僅為部分企業展示，如果您也從事相關領域，歡迎與我們聯系交流（來源：公開信息、DeepTech）大單品導向型大單品導向型聚焦一類或幾類產品的商業化聚焦一類或幾類產品的商業化26更多聚焦于高附加值產品，如化妝品原料、天然提取物、食

58、品添加劑等，此類產品應用覆蓋廣、單價高，但市場需求量往往較小，這就需要多產業鏈多管線產品布局，并與產業鏈上下游充分打通。對生產效率和規模要求較低，容易形成規模和成本優勢優勢，成熟產品市場替代，創新產品提升增量。*僅為部分企業展示，如果您也從事相關領域，歡迎與我們聯系交流（來源：公開信息、DeepTech）大多聚焦原料端的研發與生產大多聚焦原料端的研發與生產，應用研究尚缺乏應用研究尚缺乏上游原料的供給不能完全解決產業應用的問題，一個產品若想走通商業化的全流程，需要打通走向市場的關鍵一步，需要進一步進行基礎研究、配方研究與應用及合規質控，為客戶伙伴提供優質綠色原料及全鏈路解決方案。根據市場需求把握

59、選品邏輯根據市場需求把握選品邏輯在選品邏輯上，需要保持市場敏銳度把握切實需求，從消費品、高價值產物入手，逐步拓展到大宗原料。在選品上需要考慮與傳統生產方法比較是否具有成本優勢、工藝優勢、產品質量優勢，是否符合市場需求，下游市場空間等。多產業鏈應用型多產業鏈應用型全鏈路多品類產品布局全鏈路多品類產品布局27當前階段，合成生物無法解決所有問題，產業化的過程中，“選品”被認為是面臨的重要挑戰之一，從選品到研發的成功，往往需要經歷較長的時間周期，需要綜合考慮到生產規模、準入門檻、開發難度、市場需求等因素，前期產品如果選擇沒有成熟產業化的產品，就意味著要同時承擔研發、制造、銷售、渠道和產品風險。評判一家

60、合成生物學公司的能力，目前雖然仍以研發周期、生產性能等出發，但產業化經驗、成本控制、產品和市場的鏈接度等諸多方面也很重要。為了規避選品決定成敗的問題，“全鏈路平臺能力建設”是重要的方向，建立全產業鏈布局的能力，涵蓋研發能力、規模量產能力、產品應用能力、商業化能力。我們也往往可以看到商業化的失敗案例，如Amyris于2023年申請破產重組，其曾在合成法尼烯原料上取得較大成功，通過加氫生成法尼烷用作生物燃料，但遭遇油價大幅下降，法尼烯作為生物燃料失敗，后通過法尼烯合成角鯊烷用作化妝品領域獲得成功，但其并沒有繼續提升原料方面的優勢，轉而開展C端業務，并拖垮公司。相似的，Zymergen開發了具備突破

61、性的聚酰亞胺薄膜系列產品，卻忽略了推進后續產品落地和量產的難度，把尚未進行市場教育、市場前景也不明朗的產品，放到第一管線來做，并在推廣落地過程中面臨較大阻力。最終于2022年被Ginkgo收購。相較于海外合成生物企業偏向相較于海外合成生物企業偏向技術創新為出發點的商業化策技術創新為出發點的商業化策略略，中國合成生物企業更加以中國合成生物企業更加以市場需求為驅動市場需求為驅動，傾向選擇技傾向選擇技術已跑通術已跑通、轉化程度高轉化程度高、門檻略門檻略低的方向優先進行商業轉化低的方向優先進行商業轉化。這兩個出發點的邏輯都是正確的，但有技術不代表能把技術變成市場，很多時候原料的市場天花板也決定了企業的

62、天花板。如果能更全面地考慮選品和商業化，將獲得更廣闊的發展空間。故研發產品的“儲備”非常重要，當已有足夠多的產品“在庫”時，可以根據市場動向、客戶需求等，掌握主動，將儲備的產品迅速推向市場。以市場需求為驅動開展選品和商業化以市場需求為驅動開展選品和商業化28合成生物在不同應用領域的市場情況可以大致分為兩類，一類是存量替代，另一類是創新的增量拓展，兩類市場對產品的要求不同：存量替代：存量替代：市場的要求是融入現有供應鏈體系，尤其是化工類產品，以生物基產品達到“強鏈”和“補鏈”的作用，由于生物基產品與傳統石油基產品的生產過程差異，涉及生物基雜質痕量檢測及除雜純化，使生物基化學品有效進入現有化工體系

63、。增量拓展：增量拓展：市場對原料的接受程度不同，需要一定程度的市場教育，以高附加值產品類為例，需要在上游原料的基礎上進行改進和復配，以解決活性成分在終端產品應用過程中可能出現的一系列問題和痛點，確?；钚猿煞衷诮K端產品中表現出色。應用應用領域領域生物醫藥生物醫藥&大健康大健康高附加值產品高附加值產品&天然產物天然產物生物基化學品生物基化學品&大宗產品大宗產品農業農業&育種育種市場類別增量拓展存量替代+增量拓展存量替代增量拓展市場需求單品價高生產規模較小單品價高生產規模較小單品價低生產規模較大單品價低生產規模較大商業化門檻以科學與技術突破為導向對生產效率和規模要求較低，易形成規模和成本優勢優勢。成

64、熟產品市場替代，創新產品提升增量生物基產品接入產業鏈能力，對成本和效率敏感技術升級和品種換代為核心動力表5丨合成生物選品方向比較（來源：公開信息，DeepTech）面對不同市場的選品邏輯不同，市場的準入門檻也不同。在選品邏輯上，需要保持市場敏銳度，把握切實需求，兼顧“產得出來”、“賣得出去”。早期規模較小時，應先發力于高價值產物，規模擴大、生產線完善后開發大宗原料、工業制劑等，以多管線布局廣泛地服務于產業。醫藥和農業育種領域應用相對垂直，同樣需要把握選品從易到難的節奏。存量替代市場應考慮如何融入產業鏈上下游，或以生物制造的低價格直接替換；增量拓展市場應更多考慮市場空間，選擇天花板較高的垂直領域

65、，并做好市場推廣。在合作上，開放整合產學研各界的資源，將助力凝聚各方力量攻關突破，例如尖端科研成果的轉化、產業內需的關鍵突破等。針對不同合作伙伴的需求，在上游研發端、下游放大端、商業化落地端，開展各類合作和服務，共創共贏，共同探索更多可能性。面向“存量替代”與“增量拓展”面向“存量替代”與“增量拓展”，宜采用不同商業化策略，宜采用不同商業化策略29無論存量替代還是增量拓展市場，都需要對合成生物產品開展應用研究，包括基礎研究、配方研究與應用、合規質控等方面，以“高標準、系統化”把控從產品開發、產品應用到產品上市的每一步。同時需要建立全面系統的檢測技術體系，用以支撐產品上市前的“千錘百煉”，從研發

66、端即嚴格把控產品質量。圖17丨配方研究與應用基本流程（來源：態創生物）基礎研究以化妝品為例，通過功效性研究、安全性研究、透皮性研究、穩定性研究等，突破功效靶點、微膠囊包裹及透皮吸收效果，保障安全性與穩定性，打磨優質產品的同時為客戶提供全面系統的產品背書。配方研究與應用進一步拓展原料應用研究、原料液態工藝研究與轉化、配方研究與轉化，根據原料的定制需求、產品的落地場景、終端消費趨勢，不斷優化產品應用體驗。隨著政策監管力度加大，源頭原料供應端需要對原料的合規性有準確把控。需要重視新原料/產品備案/注冊、原料的質控及合規性研究、產品的質控及合規性研究、國內外法律法規研究等，積極防范各類風險，提供安全安

67、心、可持續的價值。開展應用研究，打通合成生物“一站式”解決方案開展應用研究，打通合成生物“一站式”解決方案復配配方開發流程復配配方開發流程配方可行性研究穩定效用濃度確定比例范圍統計學模型設計 功效高通量篩選確定最佳比例確定最佳添加量人體功效驗證復配原料報送驗收交付功效實驗功效實驗確定效用濃度功效高通量篩選最佳比例確定最佳添加量確定最終功效驗證生化實驗體外實驗在體實驗30定位“生物設計公司”以菌株改造及自動化平臺為核心，集成和標準化合成生物學技術，向下游客戶提供標準化的合成生物學接口和解決方案。Ginkgo的核心資產是細胞細胞鑄造廠鑄造廠（FoundryFoundry）、代碼庫代碼庫（Codeb

68、aseCodebase），主要用于菌株設計、改造和生產技術。細胞細胞鑄造廠鑄造廠：根據客戶需求，利用專有軟件、數據庫和自動化設備，開發目標菌株，通過里程碑付費和銷售分成的方式，開展對外開展合作。開發可模擬細胞中的代謝途徑系統，從而設計和預測細胞代謝途徑（類似于數字孿生）。代謝途徑設計完成后開展濕實驗對細胞進行構建，小試成功后以微生物本身交付產品。代碼庫：代碼庫：收納了大量可重復利用的生物信息（基因、菌株信息）資產，并與細胞鑄造廠協作收集原始實驗數據，2022年進行了大約7000萬個菌株測試。在2021年推出了“細胞開發套件”為蛋白表達提供了所需的工具包，包括宿主細胞、自動化能力、設計、構建、測

69、試指導，為客戶提供服務。Ginkgo選擇通過并購、收購、投資等方式，強化業務能力并拓展新的業務出路，選擇技術層面具有深度協同和互補特性的企業，是達成協同，共同發力的一種發展模式。2017年 收購Gen9Gen9，成為全球最大的DNA設計合成公司 與拜耳拜耳組建合資企業Joyn Bio推進農業生物項目2020年收購NovogyNovogy，將其菌株資產、數據庫等與代碼庫整合2021年 收購Dutch DNA Biotech BVDutch DNA Biotech BV，開發生產蛋白質的絲狀真菌2022年收購FGen AGFGen AG，提高菌株開發能力 收購BitomeBitome，實現細胞平臺

70、升級 收購ZymergenZymergen，將機器學習和數據科學工具整合至生物鑄造廠 收購AltarAltar和和CircularisCircularis，獲得了大量啟動子和其他調控要素2023年 收購StrideBioStrideBio的的 AAVAAV工程平臺，增強在基因治療方面的能力圖18丨Ginkgo的橫向整合（來源：公開信息、DeepTech）GinkgoGinkgo橫向整合，推升核心技術壁壘橫向整合，推升核心技術壁壘制藥公司工業生物技術農業大公司初創公司Ginkgo開展了廣泛的合作，包括制藥與生物技術領域、工業與環境領域、糧食與農業領域、食品領域、消費者與技術領域等多方面。Gink

71、go已經服務了多行業多客戶的項目，累計客戶超過100家，擁有廣泛的終端市場，項目涉及生物化學、新分子發現、酶優化、動物蛋白質、活細胞、生物工藝優化等。圖19丨Ginkgo的合作企業圖譜（來源：Ginkgo、DeepTech）大多的合成生物公司傾向于垂直整合，即在某一個賽道深耕，并開展垂直整合與生產制造，而Ginkgo更注重橫向整合，從而獲得了高于其他企業的研發能力，諸如拜耳、輝瑞等擁有強大研發能力的企業也有需要Ginkgo技術能力的地方，從而體現了Ginkgo的競爭優勢。與此同時，仍然在不斷提升核心競爭力，與谷歌公司合作，開發新型大型語言模型（LLM），應用于藥物發現和生物安全等領域。單純的平

72、臺技術服務的模式也為其埋下了收入不穩定、價值與利潤難以有效轉換的隱患，當平臺愈發完善，Ginkgo也有可能繼續向產品推進，轉向做自研產品生產管線，如Motif Foodworks是其在食品領域的衍生公司。橫向整合，開展廣泛合作與多領域應用橫向整合，開展廣泛合作與多領域應用31態創生物通過打造合成生物平臺，以技術為基礎，以生產為抓手，以產品為突破，以市場為導向，四大板塊互相推動、正向加速，率先實現研產銷一體化、全產業鏈布局、可持續發展。聚焦于“醫食美安”領域，與合作伙伴共建全球合成生物產業生態，同時平臺的開放合作加強產業融合，將來自市場/產業的反饋給到技術創新/研發端。32【技術力技術力】以技術

73、為基礎，突破行業量產瓶頸以技術為基礎，突破行業量產瓶頸態創生物搭建了自動化研發平臺，內載菌株庫與元件庫、AI引擎等，極大提升研發效率，鏈接研發生產每一步。形成上游以元件、菌種庫等平臺助力細胞工程搭建；中端注重目標產物合成路徑、代謝路線、表達載體等高效循環運作，通過微流控等平臺提升發酵效率；下游構建完善的小試中試量產路徑。實現多種跨領域產品量產能力。菌株庫與元件庫菌株庫與元件庫通過自建的菌株庫與元件庫，基于基因大數據平臺，可按需求對底盤細胞進行針對性的組裝和改造，為迅速構建合成目標物質的“細胞工廠”提供基礎資源與數據儲備。AIAI預測模型預測模型結合高通量測序和人工智能，自主研發活性肽預測和挖掘

74、模型，在活性物質預測和挖掘上，具有準確性高、穩定性好和實用性廣等特點，可鑒定自然界中菌株的功能和用途，為構建“細胞工廠”提供強有力的支撐。2023年11月率先開放了AI抗菌肽預測和挖掘系統?？咕模ˋMPs）是一種具有廣譜抗菌作用的小分子活性肽，不僅耐酸堿、抗腫瘤、抗病毒，還不易產生耐藥性。然而由于其序列短、多樣性高、相似性低的特點，抗菌肽的研究在很大程度上仍然需要借助反復的實驗驗證，這就給了AI賦能的機會。態創生物態創生物多產業鏈應用的平臺型發展企業多產業鏈應用的平臺型發展企業33 生物工程技術生物工程技術運用CRISPR-Cas等多種基因編輯工具全方位提升“細胞工廠”的合成效率，結合基因工

75、程、酶工程等多種技術手段，在底盤細胞中實現代謝通路的搭建和優化，最終形成盡可能多的工程菌樣本庫，極大地提高獲取目標菌株的成功率。定向進化與微流控定向進化與微流控/高通量篩選高通量篩選通過微流控與定向進化相結合的方式以突破傳統的“理性設計”，在“細胞工廠”合成通路中引入定向突變過程；當前微流控平臺通量可達109細胞/天，高于傳統篩選方式3-4個數量級，篩選過程也從幾年縮短至幾個月。圖20丨自動化研發平臺與AI輔助設計（來源：態創生物）在代謝調控研發能力外在代謝調控研發能力外，還具有高效率發酵系統還具有高效率發酵系統、超潔凈純化系統超潔凈純化系統、超精準檢測系統超精準檢測系統。如采用高密度發酵技術

76、、有氧-無氧雙通道發酵、直接罐上實現菌種培養和發酵一體化等發酵技術，搭建了高效率、高產量的物質發酵體系。為保證產品的高純品質，不斷提升目標產物的純度，采用模擬移動床色譜、超臨界二氧化碳萃取、雙水相分離等技術，使大部分物質的純度可達99%以上?；谪S富的檢測分析經驗，將檢測工作貫穿菌株構建、發酵、純化等各個階段，從研發端就嚴格把控產品質量，高效的檢測系統24小時自動運行，每月可完成3-4千個樣品檢測?！炯夹g力技術力】以技術為基礎，突破行業量產瓶頸以技術為基礎，突破行業量產瓶頸34智能發酵，精密控制提升效率及品質穩定產能，自主搭建穩健供應系統質控管理，以高水準品質交付客戶綠色生產，生物制造迭代傳統

77、生產態創生物通過建設自有智能工廠，研發物質通過一系列工藝完善，最優菌株在定制的智能發酵系統中快速發酵量產，產物經分離純化后，獲取純度高、活性好、質量穩定的目標物質。目前已覆蓋美妝、食品、大宗原料、工業制劑等生產線，年度產能超萬噸。結合智能精密設備群、生物反應器的開發、數字化工藝，運用數據驅動的邏輯，推動傳統發酵從粗放的曲線變化，走向更深入的代謝流分析。同時，嚴格把控各批次產品的一致性和質量穩定性。目前已建設四大生產線，年度產能超萬噸：美妝數百噸、食品6000噸、大宗原料2000噸、工業制劑5000噸。通過自主搭建穩健供應系統，提供優質、綠色、穩定的原料供應及標準化服務。擁有ISO14001認證

78、、食品安全FSSC認證、EFfCI認證、天然產物COSMOS認證、FDA認證等多項國際權威認證，并貫徹質量管理體系和標準化流程操作，高水準品質交付。加快非糧生物基原料的開發和應用。清潔生產，不采用有害化學試劑、重金屬催化劑等。綠色低碳管理，達到能耗低、污染低、碳排放低。萬噸級生物固碳技術年固定約3000-4000噸二氧化碳。淀粉淀粉液化、糖化液化、糖化葡萄糖葡萄糖酵母菌種加入發酵液過濾和離心菌群1234重復利用-含終產物溶液含終產物溶液分離、純化分離、純化濃縮、結晶濃縮、結晶分離、干燥分離、干燥赤蘚糖醇赤蘚糖醇圖21丨生產工藝流程以赤蘚糖醇為例（來源：態創生物）【生產力生產力】規?；慨a實現穩

79、定產能供應規?；慨a實現穩定產能供應35 基礎研究：基礎研究：通過功效性研究、安全性研究、透皮性研究、穩定性研究等等，專注突破功效靶點、微膠囊包裹及透皮吸收效果，保障安全性與穩定性，嚴格打磨優質產品的同時為客戶提供全面系統的產品背書。圖22丨以需求為導向，綠色應用覆蓋醫食美安（來源：態創生物）以微流控技術搭建高效納米載體系統，開發脂質體包裹，促進透皮吸收、提高水溶解度及穩定性，支持定制多效包裹物。目前已取得新型九肽-1等多項成果，透皮吸收效果提升約50%。依托底層技術的普適性及后端放大生產經驗，已實現在庫原料產品突破50種，滿足了“醫、食、美、安”多領域需求。在選品邏輯上，保持市場敏銳度把握切

80、實需求，從消費品、高價值產物逐步拓展到大宗原料。打造研究與應用中心全方位賦能產品，進行基礎研究、配方研究與應用及合規質控，為客戶伙伴提供優質綠色原料及全鏈路解決方案。以化妝品為例，研究與應用中心賦能新品以化妝品為例，研究與應用中心賦能新品 配方研究與應用：配方研究與應用：美妝板塊不僅開拓了30多種純凈美膚原料，并針對化妝品行業普遍的功效痛點開發科學復配方案。精準鎖定功效靶點定向設計，通過科學的實驗設計&模型搭建尋找構成配方的最優組分比例，已上新多種配方，涵蓋抗皺、抗氧化、舒緩修護等多種功效，并且可支持定制配方產品開發。合規質控：合規質控：例如COSMOS STANDARD（COSMOS標準）標

81、識是全球備受信賴的有機和天然化妝品消費者的保障。態創生物目前已獲得8個“COSMOS APPROVED（COSMOS原料批準）”認證，包括精氨酸/賴氨酸多肽、寡肽-1、藍銅肽、依克多因、九肽-1、肌肽、麥角硫因、六勝肽?！井a品力產品力】多管線抵達“醫食美安”多領域多管線抵達“醫食美安”多領域36從技術到市場態創生物攜手10+院士、30+專家，與中山大學、江南大學、南京工業大學、生物島實驗室等院校及科研機構開展合成生物技術轉化合作。例如與江南大學的陳堅院士共同成立了合成生物技術聯合研究中心，對母乳寡糖等物質進行研發突破和轉化落地，此外還有中山大學-態創生物工程生物技術聯合研究中心、未來生物材料聯

82、合研究中心、粵港澳大灣區合成生物創新技術轉化中心?！臼袌隽κ袌隽Α抗步ㄈ蚝铣缮锂a業生態共建全球合成生物產業生態圖24丨態創開放平臺合作，加速產業化進程（來源：態創生物）從產品到市場態創生物擁有穩定的供應體系和強大的銷售、新業務拓展團隊，已打通全球100+工廠與品牌，正進入頭部品牌供應體系，國內合作伙伴有伊膚泉、伊麗匯、王老吉、椰泰、春光等。合作模式主要是原料供應、配方開發及產品全鏈路解決方案等服務。圖23丨產業合作案例（來源：態創生物）與知名調味品品牌建立研發合作。協助院校食品管線落地轉化。在短時間大幅提升菌株生產效率、降低生產成本、提升產物品質，并協助院校將改造后菌株連接至意向企業。連接

83、院校團隊與行業頭部企業進行香精香料領域聯合研發。幫助連接國內頭部香水品牌及世界頭部香水原材料供應商，與態創生物共同研發新型香精香料原材料。協助院校疫苗佐劑核心成分管線落地。連接某萜類有機物管線與國際知名藥物貿易企業，進行生產資質認證，完成院校管線的最終落地。37通過本研究報告的討論通過本研究報告的討論，我們可以看到一個初步的趨勢：我們可以看到一個初步的趨勢：當前合成生物產業規模逐漸擴大，各個細分領域也不斷涌現出創新的產品和技術，合成生物行業進入從技術考驗到綜合實力的比拼，隨著技術平臺的成熟，合成生物平臺型企業逐漸具備開發多管線產品的能力，并銜接自有工廠的放大生產，對外供應穩定產能，并開放多元化

84、的合作模式，實現研產銷一體化、全產業鏈布局，通過打通上下游形成一個完整的“大平臺”。其良性的產業生態、全面的能力更有利于可持續發展。合成生物全鏈路平臺能力建設的核心目標：合成生物全鏈路平臺能力建設的核心目標：提高合成生物學的應用效率、擴大應用范圍和加速產業化進程。通過構建全面的產業核心能力，合成生物學能夠更好地滿足多產品多行業多領域的產業需求，推動創新和可持續發展。所需要的合成生物平臺能力包括：所需要的合成生物平臺能力包括：完備高效的技術研發平臺、全產業鏈布局、研產銷一體化，涵蓋研發能力、規模量產能力、產品應用能力、商業化能力等。在合成生物歷經20余年的發展歷程中，合成生物既是一攬子技術和方法

85、論，也是一個科技和產業深度交叉的學科。需要在技術平臺上加大研發投入，以積極推動技術發展；同時更需要積極地拓展開放包容的合作，打造交流土壤，使研究成果能夠高效轉化為具有商業價值、可落地的產品和服務。從單一產品或應用領域擴展到多個產品和廣泛的應用領域，憑借良性的產業生態和全面的能力實現合成生物持續發展。結語結語態創生物，全球首批實現多種物質量產的平臺型合成生物企業。通過打造合成生物平臺，以技術為基礎，以生產為抓手，以產品為突破，以市場為導向，四大板塊互相推動、正向加速，在行業內率先實現研產銷一體化、全產業鏈布局、可持續發展。以高效、安全、綠色環保的生物制造方式，專注滿足民眾“醫食美安”新需求，并攜

86、手各領域合作伙伴，共建全球合成生物產業生態。態創生物態創生物關于聯合發布方版權聲明版權聲明本報告由麻省理工科技評論中國發布，其版權歸屬北京演繹科技有限公司（DeepTech），麻省理工科技評論中國對此報告擁有唯一著作權和解釋權。沒有經過DeepTech及麻省理工科技評論中國的書面許可，任何組織和個人不得以任何形式復制、傳播等。任何未經授權使用本報告的相關商業行為，DeepTech及麻省理工科技評論中國將依據中華人民共和國相關法律、法規追究其法律責任。免責申明免責申明本報告所載數據和觀點僅反映麻省理工科技評論中國于發出此報告日期當日的判斷。麻省理工科技評論中國對報告所載信息的準確性、完整性或可靠

87、性做盡最大努力的追求，但不作任何保證。在任何情況下，本報告中的信息或表述均不構成任何投資等建議，本公司對該報告的數據和觀點不承擔法律責任。不同時期，麻省理工科技評論中國可能會發布其它與本報告所載資料、結論不一致的報告。同時麻省理工科技評論中國對本報告所載信息，可在不發出通知的情形下做出修改，讀者應自行關注。關于關于 麻省理工科技評論麻省理工科技評論 中國中國麻省理工科技評論（MIT Technology Review）于1899年在美國麻省理工學院創刊，是世界上歷史最悠久、影響力最大的技術商業類雜志。內容覆蓋廣泛，涉及互聯網、通訊、計算機技術、能源、新材料和生物醫學領域。2016年，麻省理工科

88、技評論（MIT Technology Review）與DeepTech合作落地在中國，并以麻省理工科技評論中國為主體發掘改變世界的新興科技，以全球新興科技創新服務平臺，影響那些關注科技及其影響的人。關于關于 DEEPTECHDEEPTECHDeepTech成立于2016年，是一家專注新興科技的資源賦能與服務機構，以科學、技術、人才為核心，聚焦全球新興科技要素的自由鏈接，為產業、政府、高校、科研院所、資本等科技生態的關鍵角色提供服務，通過科技數據與咨詢、出版與影響力、科創資本實驗室三大業務板塊，推動科學與技術的創新進程。38 麻省理工科技評論麻省理工科技評論 中國版權所有中國版權所有Find Out Morehttps:/https:/Contact U M：+86 M：+86 18813083977 Office北京市朝陽區亮馬河大廈2棟17層浙江省杭州市余杭區倉前街道夢想小鎮創業大街8幢B座上海市徐匯區淮海中路1325號瑞麗大廈7層廣東省深圳市南山區云科技大廈7層DeepTech態創生物