全球合成生物学战略布局与产业发展研究

2022年·第六期 全球合成生物学战略布局与产业发展研究 中国工程科技知识中心 中国农业科学院农业信息研究所 中国工程科技知识中心 2022年10月 报告图解 知领报告 2022年第六期 编辑： 武丽丽 执笔： 杨小薇王晓梅辛竹琳何微林巧孔令博 中国农业科学院农业信息研究所 审核： 蔡志勇武丽丽 目录 摘要ⅰ 1全球合成生物学政策布局与研究发展路径2. 1.1中国：逐步加强顶层战略规划，重视基础研究和技术产业的宏观部署2 1.2美国：始于国防科技，农业领域布局强度增加3 1.3欧盟：最早专门开展宏观战略部署，启动未来作物育种研究计划3 1.4英国：首个实施国家路线图，系统开展农业合成生物学研究4 1.5新加坡：着眼合成生物学全球强国，积极布局生物医药和高附加值消费品领域 ....................................................4 2合成生物学形成“政产学研用金”协同发展的六要素体系5 2.1政策布局：全球在生命科学、能源科技、医疗健康、材料化工、农业科技、社会伦理等合成生物学领域范畴进行了系统的政策规划布局5 2.2产业格局：合成生物学已经初步建立了 使能技术、平台工具和应用产品的三大发展格局，并在农业领域表现出较大发展潜力7 2.3学术网络：合成生物学已经形成了全球 密切合作的学术网络，中国学术研究的国际学术影响力稳步提升9 2.4研究体系：政府、基金会、研究机构、 企业通过自上而下的科研资助体系助力合成生物学的基础研究和应用研究，产生了许多具有领域特征的新技术和新应用11 2.5应用场景：传统植物源化学品、石化产 品、新材料、新燃料等都可通过合成生物技术实现人工合成，医药、化工、能源、食品和农业成为合成生物学产品开发的重点领域13 2.6金融投资：合成生物学市场应用前景广 阔，预计2021年投资可高达360亿美元，金融投资潜力高达万亿美金16 2.7合成生物学在应对COVID-19疫情危机、制定诊断措施、研发药物疫苗中发挥着非常重要的作用16 3合成生物学专利技术持续突破，美国主导技术 创 新18 3.1全球合成生物学进入专利数量剧增、技术飞速成长时期18 3.2合成生物学专利技术形成以美国为主导，欧洲、中国、丹麦、日本跟进的全球发展体系，中国专利数量可观但质量有待提高18 3.3合成生物学产业主体形成以企业为主导、 科研机构协同发展的体系，新兴企业发展形势良好、成熟企业重心有所转移，中国产业化发展较弱20 3.4全球合成生物学形成以生物学为主导、 多领域交叉互补的技术体系，中国以生物学为主导，结合计算机学、医学、植物学等学科领域进行了专利布局22 4合成生物学在细胞农业领域的产业应用-以人 造肉和人造奶为例25 4.1全球人造肉产业主体为企业，有政策支持性国家/地区成为重点布局市场25 4.2全球人造奶产业面临技术挑战，企业难从实验室走向市场29 4.3全球人造肉主要企业试水北美新加坡， 企业融资形势向好32 4.4全球人造奶主要企业与世界乳企合作，融资稳定增长34 5中国合成生物学存在的问题及发展建议…… 36 参 考 资 料38 图表目录 图 1 全球合成生物学政策布局与研究发展路径 2 图 2 全球合成生物学相关领域战略规划布局 5 图 3 全球合成生物学产业发展分布 7 图 4 全球合成生物学学术研究网络 9 图 5 近十年全球合成生物学主要项目资助和研究成果 11 图 6 合成生物学相关应用领域及产品分布 13 图 72009-2021年合成生物学领域融资情况 16 图 8 全球合成生物学专利分布及主要国家对比 19 图 9 合成生物学专利权人分布 21 图 10全球人造肉专利最早优先权国家/地区分布 26 图 11全球人造肉专利公开国家/地区分布 27 图 12全球人造肉领域TOP10专利权人 29 图 13全球人造奶专利最早优先权国家/地区分布 30 图 14全球人造奶专利公开国家/地区分布 31 图 15全球人造奶领域TOP5专利权人 32 表 1 中国合成生物学专利应用领域分布及详细信息 26 表 2 UPSIDEFOODS公司融资时间及金额 33 表 3 PertectDay公司融资时间及金额 35 摘要 合成生物学，是在系统生物学基础上，融汇工程科学原理，采用自下而上的策略，重编改造天然的或设计合成新的生物体系，以揭示生命规律和构筑新一代生物工程体系的“汇聚”型新兴学科，被喻为认识生命的钥匙 （“造物致知”）和改变未来的颠覆性技术（“造物致用”），被认为是“第三次生物科学革命”，是推动人类实现从“认识生命”到“设计生命”伟大跨越的重要技术路径。 21世纪以来，全球高度重视合成生物学研究，多个国家/地区制定了支持政策和发展战略，开展合成生物学领域的技术研究，促进合成生物学基础研究和应用研究的快速发展，已经形成使能技术、平台工具服务和多元化产品类型的发展格局。近年来，合成生物学在各个领域都有不错的应用，尤其农业领域的应用快速发展，在作 物育种改良、固氮增效、动植物疫病防控等显现巨大潜力，在人造肉和人造奶等细胞农业的产业发展方面表现出不凡的市场潜力，能够为解决国家粮食安全提供新的路径。 本研究报告着眼于全球合成生物学的政策布局和研发技术，从战略计 划和科研现状来梳理全球合成生物学政策布局发展路径，从知识产权布局、技术发展路线、金融市场投资等角度来深入分析全球合成生物学的技术创新和产业应用重点。研究发现：在合成生物学领域，形成了以美国为主导、其他主要经济体跟进的全球发展体系，各国抢占核心技术，积极推进专利成果转化与产业应用，在全球形成生物经济竞争的局势，合成生物学将为全球带来巨大的技术颠覆与经济价值。目前中国合成生物学的发展处于跟跑且争取迎头追赶的状态，存在科研基础相对较薄、技术原始创新不足、成果转化率偏低、产业发展缓慢、优质产业主体匮乏、企业竞争力较弱、学科发展体系不健全、复合型领军人才相对缺乏等诸多发展中的深层次问题。应对标发达国家/地区，进一步瞄准世界科技发展前沿，从强化顶层设计、加强战略部署、聚焦关键技术、推动自主创新、培育产业主体、拓展应用场景、培育产业主体、拓展应用场景等方面，强化对合成生物学的战略部署，快速提升中国在该领域的国际竞争力及对现代科技体系建设的引领和支撑作用。 全球合成生物学政策布局与研究发展路径 1.全球合成生物学政策布局与研究发展路径 合成生物学已成为全球强国博弈的制高点，主要发达国家/地区均进行了战略部署和系统研究。 图1全球合成生物学政策布局与研究发展路径 1.1中国：逐步加强顶层战略规划，重视基础研究和技术产业的宏观部署 2010年以来，中国在合成生物学领域的顶层战略规划逐步加强，包括大量的学术活动及科技界与政府管理机构的互动，如香山科学会议、《“十三五”国家科技创新规划》均将合成生物技术列为发展引领产业变革的颠覆性技术，《“十四五”生物经济发展规划》也强调发展合成生物学技术。在国家宏观战略指引下，近年来合成生物学的科学研究和产业发展高歌猛进，已有多个研究中心和重点实 全球合成生物学政策布局与研究发展路径 验室得以成立，多个合成生物学项目获得资金支持，取得了许多具备领域特征的原始发现和创新成果。同时，中国一批合成生物学初创企业快速发展，一系列生物制造新产品获得开发，合成生物学产业也越来越受到资本的青睐，如截止2022年，国内合成生物学领跑者--北京蓝晶微生物科技有限公司已累计完成 15亿人民币B系列融资。 1.2美国：始于国防科技，农业领域布局强度增加 2011年，美国国防高级研究计划局启动了《生命铸造厂计划》，旨在利用合成生物学对自然生物操纵来获取原创性新材料、新器件、新系统和新平台。近年来，美国国立卫生研究院、国家科学基金会和能源部等也积极部署医药健康、能源环境、材料化工等领域合成生物学的规划和研究，连续三年发布了工程生物学、微生物组工程、工程生物学与材料科学等相关领域路线图，从多维路径推动美国合成生物学的发展。同时，美国对农业领域的资助热度不减，国防部高级研究计划局先后发布了《先进植物》、《♘虫盟友》等多项相关计划；美国农业部启动了《植物遗传资源、基因组学和遗传改良行动》和《国家植物病害行动》，旨在通过提供知识、技术和产品，提高农作物的产量和质量。 1.3欧盟：最早专门开展宏观战略部署，启动未来作物育种研究计划 2005年，欧盟委员会成立的高级别专家组建议制定欧洲合成生物学战略和路线图，自第六研究框架计划起欧盟一直积极资助合成生物学的研发。2014年，欧盟推出的《欧洲合成生物学下一步行动》涉及16个成员国协调一致推动合成生物学的发展。其中，德国通过研究基金会支持合成生物学的发展，丹麦战略研究委员会对合成生物学进行了大量投资，瑞士国家科学基金会成立规模最大的公共研究计划SystemsX.ch，以推动系统生物学和合成生物学的发展。德国在农业合成生物学领域积极开发部署，《促进“未来作物”计划》主张利用合成生物学技术从头开发新型转化系统以创新先进植物的育种研究。 全球合成生物学政策布局与研究发展路径 1.4英国：首个实施国家路线图，系统开展农业合成生物学研 究 2012年，英国发布《合成生物学路线图》，对合成生物学进行全面系统的布局。在此基础上，2016年英国又发布《合成生物学战略计划》，重点强调新兴创意的转化、应用的商品化以及全球市场部署。在合成生物学路线图和战略规划的引导下，英国政府还专门成立了合成生物学领导理事会，并持续加大对合成生物学的投入和支持。在农业合成生物学领域，英国重点聚焦农作物遗传育种、动物分子辅助标记和废弃物资源化利用等领域，并在作物优异性状和抗病虫害基因、植物天然产物合成途径和农兽药污染物生物传感等方面开展了系统的研究。 1.5新加坡：着眼合成生物学全球强国，积极布局生物医药和高附加值消费品领域 2012年来，新加坡着眼于成为合成生物学强国，在生物医学、消费业务、自然资源、营养、生物制剂和清洁技术领域进行了巨额投资。2017年，新加坡科技创新规划《研究、创新、创业2020：用科技赢未来》中有超过1900万美元专门用于资助合成生物学研究。2019年，新加坡国立研究基金会发布《国家合成生物学研究》计划，利用合成生物学推动生物基产业发展。新加坡的合成生物学发展聚焦成果的应用转化，着重开发高价值化工和医药产品，以及新型食品和功能性营养物质。 合成生物学形成“政产学研用金”协同发展的六要素体系 2.合成生物学形成“政产学研用金”协同发展的六要素体系 2.1政策布局：全球在生命科学、能源科技、医疗健康、材料化工、农业科技、社会伦理等合成生物学领域范畴进行了系统的政策规划布局 图2全球合成生物学相关领域战略规划布局 （1）生命科学：合成生物学在生命科学领域的战略部署是各国政府着力发展的重要技术领域。美国于2013年启动《脑科学brain计划》，2016年发布《国家微生物组计划》和《国家细胞制造技术路线图》，制定神经系统、微生物组和细胞制造等的优先行动计划路线；2016年韩国发布《大脑科学发展战略》，构建大脑地图用于治疗脑部疾病并促进人工智能技术的发展。 （2）能源科技：合成生物学的科技创新部署旨在促进具有环境效益的新能源技术开发。欧盟的《欧洲战略能源技术规划》和《欧洲能源联盟战略》、美国《优先能源计划》、法国《能源转型创新计划》、德国《能源转型创新计划》、日本《能源环境技术创新战略》和中国《能源生产与消费革命战略》等均强调通过合成生物学的技术创新和颠覆性能源技术的普及来构建新型能源系统。 合成生物学形成“政产学研用金”协同发展的六要素体系 （3）医疗健康：各国高度重视合成生物学在医疗健康的应用，积极布局精准医学、个性化医疗、基因组医学和移动医疗与癌症诊疗等重大科技规划或计划。美国启动《精准医学》、《生物类似药行动》、《国家阿尔兹海默症计划》、《癌症“登月计划”》等当前与人类密切相关的疾病诊疗研究计划，法国发布的《基因组医疗2025计划》及其