合成生物學(xué)是生物科學(xué)在二十一世紀(jì)剛剛興起的一個(gè)分支學(xué)科，隨著生物學(xué)不斷發(fā)展，“合成生物學(xué)”一詞在學(xué)術(shù)刊物及互聯(lián)網(wǎng)上頻繁出現(xiàn)。從人造蛋、人造牛肉到玻尿酸、生物基材料等，合成生物學(xué)給人類帶來了諸多驚喜。
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近年來，不少上市公司也押注合成生物賽道，梅花生物、華熙生物等均有布局。萬億央企招商局，近日也擬通過相關(guān)舉措，間接持有合成生物龍頭凱賽生物超5%股份。
事實(shí)上，合成生物學(xué)近年來在一級市場備受追捧，2018-2022年，中國合成生物學(xué)一級市場共完成了1039個(gè)投融資事件。如今熱度蔓延至二級市場，是否意味著這一賽道機(jī)遇將至？想知道這一點(diǎn)，需要從合成生物學(xué)的定義、應(yīng)用方向、產(chǎn)業(yè)化前景多個(gè)角度分析。
合成生物學(xué)是什么？
從定義上講，合成生物學(xué)(Synthetic Biology)是指在工程學(xué)思想指導(dǎo)下，對生物體進(jìn)行有目標(biāo)的設(shè)計(jì)、 改造、甚至創(chuàng)建賦予非自然功能的“人造生命”，即生物學(xué)的工程化。
這一學(xué)科是分子和細(xì)胞生物學(xué)、進(jìn)化系統(tǒng)學(xué)、生物化學(xué)、信息學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)和工程學(xué)等多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，其目的在于建立人工生物系統(tǒng)(Artificial Biosystem)，讓它們像電路一樣運(yùn)行。
通俗來講，就是利用生物學(xué)的方法來生產(chǎn)。一些從前用化工合成方法制造出來的東西，現(xiàn)在可以用微生物發(fā)酵的方法來進(jìn)行生產(chǎn)。
合成生物主要包括兩種途徑：
其一，自上而下(Top-Down)。自上而下的合成生物學(xué)包括利用代謝和基因工程技術(shù)賦予活細(xì)胞新的功能。
其二，自下而上(Bottom-Up)。直接創(chuàng)建新的生物元器件，并通過搭建元器件形成更為復(fù)雜的生物系統(tǒng)，直至創(chuàng)造人工細(xì)胞和人工多細(xì)胞生命體。合成過程則類似排列組合搭積木，將設(shè)計(jì)好的具有特定功能的生物元件，用工程學(xué)的的思路，輔以DNA合成、DNA組裝、基因編輯、體內(nèi)定向進(jìn)化等技術(shù)手段，共同完成一套生物體系的定制合成。
有何應(yīng)用領(lǐng)域？
隨著合成生物學(xué)在理論和技術(shù)上不斷取得突破，疊加其綠色環(huán)保、能耗少成本低的優(yōu)勢，合成生物學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。目前已經(jīng)涉及醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、新材料、化學(xué)及能源等領(lǐng)域。
在生物制藥方向：合成生物學(xué)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于提高藥物產(chǎn)量、無細(xì)胞蛋白合成、發(fā)現(xiàn)新藥物以及開發(fā)新型基因療法等領(lǐng)域。例如Amyris公司通過設(shè)計(jì)構(gòu)建生產(chǎn)抗瘧藥物青蒿素的人工酵母細(xì)胞，成功使得100立方米工業(yè)發(fā)酵罐替代了5萬畝農(nóng)業(yè)種植的產(chǎn)能，大大降低了成本，提高產(chǎn)量。此外，合成生物學(xué)在醫(yī)療中的應(yīng)用還包括醫(yī)療預(yù)防、診斷和治療。
在化妝品方向：合成生物學(xué)用于化妝品原料的生產(chǎn)，主要是構(gòu)建細(xì)胞工廠。目標(biāo)有三個(gè)方面：一是要快速地實(shí)現(xiàn)已知化妝品原料的制造；二是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)已經(jīng)制造但難度較大的化妝品原料；三是挖掘探尋具有新性能的化妝品原料。
在食物和營養(yǎng)方向：合成生物學(xué)已廣泛應(yīng)用于類胡蘿卜素(如番茄紅素、β-胡蘿卜素和蝦青素)、維生素K2和人乳寡糖(HMO)等功能性食品的生物合成。此外，利用合成生物學(xué)策略還能改造益生菌幫助人體對抗致病菌、免疫調(diào)節(jié)和維持營養(yǎng)物質(zhì)代謝。
在農(nóng)業(yè)方向：利用合成生物學(xué)對植物體內(nèi)代謝進(jìn)行改造，可提高光能利用效率，增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量；還能部分替代或大幅度減少化學(xué)氮肥的使用。
在能源燃料和環(huán)境保護(hù)方向：研究者對藻類和藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行人工基因組改造，使得它們能進(jìn)行光合作用，并且產(chǎn)生大量成本低和綠色環(huán)保的生物燃料，這些生物燃料的理化性質(zhì)與石油來源的燃料十分接近。
事實(shí)上，合成生物學(xué)的未來應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)不止于此。國家生化工程技術(shù)研究中心(上海)主任莊英萍指出，無論傳感器、大數(shù)據(jù)還是未來的智能化的應(yīng)用，都必須構(gòu)建于生物的理論基礎(chǔ)之上。
因此，將合成生物學(xué)和人工智能結(jié)合起來，即可以開發(fā)更加卓越的生物學(xué)系統(tǒng)和機(jī)器，其目標(biāo)是創(chuàng)建更高效、安全、可靠、環(huán)保的生化生產(chǎn)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以幫助人類應(yīng)對一系列的生命科學(xué)問題。
目前來看，合成生物學(xué)具有相當(dāng)廣闊的前景。根據(jù)CB Insights預(yù)計(jì)，到2024年合成生物學(xué)市場規(guī)模將達(dá)到189億美元，相比2019年，年復(fù)合增長率(CAGR)達(dá)28.8%。
根據(jù)麥肯錫的數(shù)據(jù)，原則上全球60%的產(chǎn)品可以采用生物法進(jìn)行生產(chǎn)。其中1/3是原本就從自然界中提取的物質(zhì)，而合成生物學(xué)改變了他們的生產(chǎn)方式。另外2/3來自對傳統(tǒng)化學(xué)合成法的替代，例如生物基尼龍。預(yù)計(jì)未來10-20年與材料、化學(xué)品和能源相關(guān)的合成生物學(xué)市場將擁有2000-3000億美元的空間。
這些A股公司已布局
對于產(chǎn)業(yè)而言，合成生物所帶來的是“造物革命”，將顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，同時(shí)降低能耗、減少碳排放。而對于企業(yè)而言，這種“造物”方式，有望進(jìn)一步放大企業(yè)成本優(yōu)勢。
經(jīng)緯創(chuàng)投曾發(fā)文指出，合成生物學(xué)公司可分為四種：
第一種是平臺(tái)型公司，核心壁壘是對底盤細(xì)胞改造的技術(shù)能力，以及基因組數(shù)據(jù)庫是否強(qiáng)大，Ginkgo是這方面的代表。
第二種在作為平臺(tái)型公司的同時(shí)，還向下游延伸做產(chǎn)品。這種選擇是高風(fēng)險(xiǎn)高收益，除了技術(shù)平臺(tái)的能力外，還需要有成熟的選品邏輯和工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)能力。
第三種是利用合成生物學(xué)技術(shù)，生產(chǎn)大宗化工品，用更低的成本替代原來用化工法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
第四種則是盯著消費(fèi)品市場，用合成生物學(xué)的方法生產(chǎn)，乃至成立獨(dú)立品牌。
目前來看，國外從事合成生物學(xué)領(lǐng)域的公司已經(jīng)近500家，國內(nèi)有布局的公司也多達(dá)數(shù)十家。其中，A股也有不少上市公司在這一賽道布局，主要集中在醫(yī)藥、化妝品、食品等領(lǐng)域。相關(guān)公司包括華熙生物、梅花生物、金城醫(yī)藥、凱賽生物、利安隆、川寧生物、萊茵生物、華神科技等。
不過，需要指出的是，整體而言，國內(nèi)合成生物行業(yè)還處在起點(diǎn)階段。從產(chǎn)業(yè)來看，第一步是平臺(tái)建設(shè)，第二步是選擇，要先建立改造生物合成平臺(tái)的能力，然后選擇最后要以什么產(chǎn)品來落地。目前，國內(nèi)大部分企業(yè)還在早期發(fā)展階段，現(xiàn)階段解決前端問題依舊是最重要的問題。
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