2022年中国合成生物学产业发展研究报告

概念界定与发展概况 SYNTHETICORGANISM 合成生物 2022年 中国合成生物学产业发展报告 ResearchReportontheDevelopmentofChina'sSyntheticBiologyIndustryin2022 0011 研究背景 2022年9月12日，美国启动《国家生物技术和生物制造计划》，这一计划所针对的技术核心直指合成生物学，引发了市场的广泛关注。作为生物制造产业的核心技术，合成生物学被认为是颠覆性前沿技术，MIT出版的《TechnologyReview》在2004年将其选为将改变世界的十大技术之一，《Science》2010年将其位列为十大科学突破第2名，也被称为继“DNA双螺旋结构的发现”和“人类基因组计划”之后的第三次生物技术革命。 合成生物学被认为是提供历史性机遇的先进制造技术，主要体现在：与石化相比，基于合成生物学的生物制造具有极大的物质分子创新潜力；以合成生物学为基础的生物制造是实现碳中和的重要途径，也是中国突破石化原料瓶颈的重大机遇。生物合成技术越来越多地应用于医疗保健、农业、化学品、能源、消费品、食品和饮料等领域，复杂生物的制造能力拓展了生物应用的边界，也撬动着巨大的经济价值，合成生物学已成为各国重点进行战略布局的新兴领域。 研究对象 本报告中的合成生物学以广义概念为主。合成生物学企业判断标准，产品型公司其产品生产过程采用合成生物技术，平台型公司其研发技术路径基于合成生物学技术，技术赋能型公司其技术为合成生物底层技术中的一环。由于合成生物学概念还处于开放探索阶段，随着行业和技术的发展，研究企业的范围也将变化，本报告仅供参考。 研究目的 本报告在全球合成生物学产业背景下，旨在全面展示中国合成生物学产业发展现状及趋势，阐释行业发展热点，挖掘潜在市场机会，为相关行业从业者、投资机构、政策监管及服务机构提供参考。 数据说明 本报告所使用的数据及信息，来源于创业邦睿兽分析、行业内企业和相关投资机构的调研信息，以及相关公开数据信息，引用相关机构的数据、图表、模型等均已在文中标注。 02 一 第章概念界定与发展概况04 1.概念与定义05 1）核心内容：生物元件、基因线路、代谢工程以及基因组工程06 2）产业化和选品能力是合成生物学的主要壁垒08 2.发展阶段：目前进入快速发展阶段11 1）基础科学研究逐步发展成熟，2015年进入产业投资阶段11 2）底层技术的成熟引领行业从实验室进入商业化阶段11 3.全球视角：全球主要地区发展动态及特点14 1）全球各国加快战略布局及政策支持，驱动合成生物研究及应用深入14 2）美国：基础研究和前沿研发领先全球，完善的技术交易市场18 3）中国：生物制造业拥有强大的产业基础和配套的工业体系18 二 第章产业发展全景与创新机会19 1.产业图谱：产业生态链分析与代表公司20 1）技术赋能型公司21 2）平台型公司21 3）产品应用型公司22 2.市场空间22 1）市场规模22 2）市场潜力：未来5年有望达到千亿美元23 3.应用趋势24 1）医疗健康24 2）化工能源26 3）食品饮料27 4）农业技术28 5）信息技术30 6）其他方向30 7）技术趋势30 4.中国市场格局32 5.市场机会34 1）选品建议34 2）创新机会35 三 第章三、创投市场分析36 1.全球投融资市场概况37 2.中国投融资一级市场概况40 3.中国IPO及并购状况分析45 4.中国投资机构的布局与投资案例49 1）红杉中国、中金资本、君联资本等机构频频入局合成生物赛道49 2）艾博科技、英矽智能、和誉生物等公司深受活跃机构追捧50 5.创投市场趋势51 四 第章四、代表案例研究52 1.LanzaTech：合成生物学“碳智能”第一股53 1）基本信息53 2）创始团队52 3）发展历程54 4）LanzaTech关键成功因素分析（KSF）54 2.Moderna：生物科技行业历史最高IPO的创纪录者56 1）基本信息56 2）核心团队56 3）成长历程56 4)Moderna关键成功因素分析（KSF）57 3.态创生物：合成生物学技术研发商60 1）基本信息60 2）核心团队60 3）成长历程60 4）态创生物关键成功因素分析（KSF）61 5）未来3-5年战略布局62 4.蓝晶微生物：新型生物基材料研发商62 1）基本信息62 2）核心团队63 3）成长历程63 4）蓝晶微生物关键成功因素分析（KSF）65 5）未来3-5年战略布局66 五 第章五、总结建议67 2022年中国合成生物学产业发展报告概念界定与发展概况 04 SYNTHETICBIOLOGY 2022年中国合成生物学产业发展报告 PART01 概念界定与发展概况 January.2023 概念界定与发展概况 01概念与定义 合成生物学是继“DNA双螺旋结构的发现”和“人类基因组计划”之后，以工程化的手段设计合成基因组为标志的第三次生物技术革命。合成生物学领域正处 于多种生物学研究领域的交叉口，概念还处于开放探索阶段，是从理解到设计到创造生命的宏观科学的微观集成。 生物体系的工程化即合成生物学 三次生物技术革命 第一次革命 第二次革命 第三次革命 发现DNA结构和中心法则 来源：创业邦研究中心自绘 人类基因组计划 狭义上的合成生物学是指利用可再生的生物质资源为原料生产各种产品。广义上的合成生物学是指通过构建生物功能元件、装置和系统，对细胞或生命体进行遗传学设计、改造，使其拥有满足人类需求的生物功能，甚至创造新的生物系统。本报告以广义概念为主。 合成生物学的本质是让细胞为人类工作生产想要的物 质。它以“人工设计与编写基因组”为核心，可针对特定需求和用途，利用自然界中已有物质的多样性，从工程学角度设计构建具有元器件或模块，对已有生物系统的重新或优化设计、生命过程的集成式解析，或者设计合成全新可控运行的新生物系统，以帮助人类实现治疗疾病、生产产品、治理环境等目标。 合成生物学微观工程化流程 需求明确 数据建模，计算机辅助设计 组装改造 元件、模块、底盘的组装，构成组合装置 生物基产品 产品体外改造，高产、衍生物形成、功能拓展 生物设计 基因组、元件、线路、生物网络设计 培养生产 适配性和兼容性增强， 细胞培养、筛选、发酵、分离纯化 认识生命：生命过程的集成式解析 改造生命：已有生物系统的改造与优化 创造生命：新生物系统的设计与建造 来源：创业邦研究中心自绘 核心内容：生物元件、基因线路、代谢工程以及基因组工程 合成生物学研究内容 来源：公开资料 合成生物学的研究内容主要包括生物元件、基因线路、代谢工程以及基因组工程。合成生物学的基本思想与计算机科学类似，在DNA层面有目的地改造、设计基因，合成标准化的基因元件（有特定功能的氨基酸或核苷酸序列，如启动子、终止子、阻遏子、增强子等）构建特定的代谢回路，再组装成系统，并获得具有特定功能的人工生命系统（菌种、细胞等）。 根据合成的不同级别，合成生物学可以分为分子级别、亚细胞级别、细胞级别、组织乃至以上级别。分子级别的合成是改造一切生物体的基础，应用最为广泛的方法是通过生化手段合成寡核苷酸、肽段，甚至全基因。在亚细胞层面上，主要开展的是关于人造细胞器的研究，比如人工合成叶绿体、线粒体、染色体，以实现特定功能。目前最受关注的 是细胞级别的合成，通过改造细胞，既可以生产长链二元酸、角鲨烯、法尼烯等特定物质，也可以在细胞或病毒的现有基础上构建特殊功能，为发酵 （底盘细胞改造）、医学（各类免疫细胞疗法、溶瘤病毒）等各个领域的应用直接提供材料。最具代表性的技术是改造免疫细胞，在免疫细胞上增加嵌合抗原结构，以形成对肿瘤识别能力更强的Car-T技术。就组织及以上级别而言，合成技术目前尚处于研究阶段，研究方向包括生物打印技术、依托支架形成人工组织等等。类器官是目前研究进度较快的方向，在患者体外构建一个类似体内的器官环境，形成患处器官的“替身”，在“替身”上针对性给药，从而更加精准地筛选药剂并确定剂量，最后转移至患者身上完成实际治疗。 合成生物学 下游应用 分子级别 细胞级别 细胞级以上级别 DNA合成RNA合成蛋白质工程 设计定制工程菌细胞疗法溶瘤细菌/病毒 类器官生物打印技术 IVD诊断mRNA疗法等应用RNAi技术等 下游大规模生产新疗法、环境监测 基因工程/细胞工程 药物筛选、肿人工组织/器瘤临床诊断等官移植 合成生物学合成级别分类 来源：创业邦研究中心自绘 07 合成生命体有高度复杂性，目前缺乏可预测性设计 （或理性设计）的指导，这决定了其需要海量的工程化试错性实验，即需要快速、低成本、多循环地完成“设计－构建－测试－学习”（DBTL）这一闭环，及时反馈指导下游以提升菌种性能，解决生产瓶颈。DBTL循环涉及以下内容，①设计，首先利用系统生 物学工具建立微生物的代谢模型，确定改进目标，确定参与的基因及其调控元件；②构建，调用标准元件库，利用基因工程手段进行组装与菌株构建；③测试，进行实验测试，结合高通量分析或组学分析等手段对目标参数进行评估；④学习，学习高通量分析等测试手段获得的结果，并对模型进行改进。 体外：酶活性测定、无细胞体系体内：生长代谢测定、时空调控 设备：微流控芯片技术(菌株筛选和表型检测)、微孔板高通量筛选、全自动高通量微液滴培养荧光激活液滴分选系统 平台：BioFoundry(工程化平台) DNA合成：固相亚磷酷胺三醋化学合成法、无模板酶促合成法 DNA拼接和组装：体外组装(BioBrick、BelBricks、In-fusion、Gateway、Golden-gateGibson)和体内组装(CasHRA) 基因编辑：CRISPR-Cas技术 生物元件：RSBP(标准生物元件注册库)、DOOR(操纵子预测分析)、COOL(密码子优化)、Alphafold(蛋白质结构预测)等 代谢通路：KEGG数据库、代谢网络计算分析 基因组和细胞工厂：BioStudio等各类平台软件 “设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环是合成生物学的核心研发模式 模式细菌：大肠杆菌、酿酒酵母、枯草芽抱杆菌谷氨酸棒杆菌非模式细菌：需钠弧菌、贝氏不动杆菌、运动发酵单弛茵 资料来源：《合成生物学时代基于非模式细菌的工业底盘细胞研究现状与展望》，创业邦研究中心整理 产业化和选品能力是合成生物学的主要壁垒 从实验室研发到商业化落地，合成生物学的产品开发过程可分为两个阶段，即细胞构建阶段和生产规模放大阶段。细胞构建阶段解决的是目标产品“从0到1”的问题，而规模化生产解决的是“从1到100”的问题。 运用合成生物学的手段实现生产产品产业化，主要包含菌种改造、代谢调控、分离纯化、聚合工艺、应用开发五个重要环节，利用糖、淀粉、纤维素，甚至二氧化碳等可再生碳资源为原料，进行化学品、药品、食品、生物能源、生物材料等物质加工与合成。而合 数据收集：公共和私有数据库 数据分析：组学分析、生信分析、机器学习 可视化：基于Web的可交互式数据可视化，如BioCvc网站 建模:如生殖支原体细胞的全细胞模型 成生物学之所以能够实现对产物的定量可控，其核心在于运用基因工程手段实现对菌种的改造工艺以及合成途径的精确调控。涉及的主要技术：1）关键元件 （DNA序列）的挖掘/合成；2）底盘细胞的优化（菌株的选择及改造）；3）代谢途径/基因表达途径的构建和产物鉴定；4）如何分离纯化以及放大生产。且全过程中与机器学习等算法/以及生物数据库的完备程度息息相关，结合计算机技术建立整体流程的学习反馈机制是未来重点方向。 合成生物制造环节 蛋白骨架技术 基因动态调控技术多基因调控技术 调控技术 菌种改造 代谢调控 分离纯化 聚合工艺 应用开发 使能技术 底盘细胞 生产原料 基因编辑DNA合成 真核细胞原核细胞淀粉、秸秆、CH4等含碳资源 细胞构建阶段生产规模放大阶段 来源：