“十五五”未来产业之合成生物：万亿GDP大城的卡位战
作者：杨溢文 华略智库助理研究员；吴影跃 华略智库高级研究经理
来源：上海华略智库（ID:HUALUETT）
被誉为“第三次生物技术革命”的合成生物学，是21世纪颠覆性前沿技术之一，也是全球科技竞争的新高地。近年来，随着我国合成生物行业的蓬勃发展，万亿级城市之间的卡位战也悄然拉开。其竞争格局具体如何？未来发展还会面临哪些挑战？一起来看！
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近年来，不论在学术界、资本圈，还是在万亿级城市的未来产业布局中，“合成生物”皆为热词。那么，号称“万物皆可造”的合成生物学究竟是什么？我国目前合成生物行业竞争格局又如何？
合成生物学的定义及产业链全景图
所谓合成生物学，是一门运用工程学设计理念，融合现代生物学、化学、数学、农学、信息学等学科发展而成的新兴前沿交叉学科，被誉为继DNA双螺旋结构发现和人类基因组计划后的“第三次生物技术革命”。
简单来说，合成生物学是将每个细胞都当成一台精密机器，通过合理的设计、构建、改造这台机器的元件（DNA、蛋白质等）、电路（大肠杆菌、酵母等微生物的代谢路径）、模板（生化反应等），构建出具有新功能的生物系统，进而规模化生产出特定产品。
作为一个跨学科领域，合成生物学的产业链可分为工具层、平台层和应用层（见图1）。其中，工具层（上游）聚焦使能技术开发，重点关注基因编辑、基因合成、仿真测试等底层技术颠覆及降本增效。
图1：合成生物产业链全景图，来源：《中国合成生物学产业白皮书2024》
过去十年间，我国合成生物学的三大底层技术——基因测序、基因合成、基因编辑蓬勃发展，如以华大智造为代表研发的DNA纳米球与联合探针锚定聚合技术结合的测序技术，以及今年7月中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院联合开发的具有自主知识产权的基因编辑新技术等多项关键技术取得新突破。
平台层（中游）则是利用上游企业所提供的材料、设备、技术等对生物系统及生物体进行设计、改造的技术平台，主要涉及底盘细胞选择及改造、菌株开发及优化、纯化方法等技术路径的开发，国内外知名的平台公司有Ginkgo Bioworks、Cysbio、弈柯莱生物等。
应用层（下游）则专注于合成生物终端产品的研发与应用，是产业链的核心盈利环节。目前合成生物技术已在生物医药、生物农业、日化美妆、高性能材料、化工能源、食品健康等多个领域显露出其强大的应用实力。
例如，在医疗应用方面，合成生物技术可被用于基础诊疗，如美国麻省理工学院合成生物研究团队将改造后的细菌植入一款水凝胶中，使其在接触到特定物质后会发光。未来，随着技术不断改进，这款物质有望被应用到防护手套上，帮助医生检测出有毒物质、过敏源、病原体等。
再如，在医美行业，通过合成生物技术量产天然高分子材料PHA（聚羟基烷酸酯）已成首选方式，且这一途径生产出来的材料生物相容性更好，对人体和环境刺激也更小，可作为医美填充物或护肤原料使用。
图：美商研究：PHA（聚羟基脂肪酸）一旦能应用到医美领域，某种程度上解决了再生产品的安全性问题，来源：界面新闻——美商研究
此外，主打“0糖”口号的元气森林所使用的赤藓糖醇、“国货代表”华熙生物重磅推出的超纯麦角硫因、重组人源胶原蛋白等功能性原料也均采用了合成生物相关技术。据麦肯锡推测，未来生物制造产品将替代60%左右的化学制品。
合成生物市场规模和国内融资表现
当前，在政策支持和技术进步的推动下，合成生物学因其革命性、颠覆式创新潜力，以及兼具低碳、安全、可持续与低成本等诸多优势成为全球大国必争的科技战略高地，并加速驶入产业化“快车道”。
根据波士顿咨询统计，全球合成生物学市场规模从2018年的53亿美元增长到2023年的超170亿美元，年复合增长率达到27%。预计到2028年全球合成生物市场或达500亿美元，年复合增长预计可达25%，发展前景尤为广阔。
从细分领域看，合成生物技术被广泛应用于医疗健康、化工、食品、农业、消费品等领域。其中，医疗健康为合成生物最大的应用市场，根据BCC Research和CB Insights测算，医疗健康领域2024年全球市场规模将达到50.22亿美元，约占全球合成生物市场规模的26%；工业化学品、食品饮料、农业领域的市场规模占比分别为20%、14%、12%。
从国内来看，根据智药局统计，今年1-7月全国合成生物领域共完成39笔融资，披露的交易金额达25.24亿元，同比去年31起融资活动所披露的28.37亿元，下降11.03%。
在投资市场整体趋向冷静的大背景下，即便今年合成生物领域整体融资规模有所下降，但其中千万元级别及以下融资金额占比接近八成，种子轮、天使轮系列共14起，A轮系列（含Pre-A、Pre-A+、A轮及A+轮）共19起。
不仅如此，近两年还诞生出多家连续获得融资的高潜力合成生物企业。例如，天津中合基因凭借DNA生物合成核心技术备受市场青睐，先后在2023年和2024年获得数千万元融资。上海贻如生物作为一家生物基皮革制造公司，在2023-2024年间相继完成种子轮、天使轮、Pre-A轮融资。可见，资本市场正密切关注生物基皮革等与合成生物相关的高性能材料领域。
我国合成生物浪潮已起，万亿之城蓄势待发
在全球范围内，美国、英国、德国等科技强国早在2005年就开始陆续发布支持合成生物发展的相关规划政策与路线图，推动行业快速扩容，并占据领先地位。我国起步相对较晚，但随着政策支持力度逐年加大，合成生物产业发展速度惊人，不论是基础研究，还是市场应用，均达到世界先进水平，且产业生态初具规模。根据权威机构Research and Markets估算，2023年中国合成生物市场规模约为12亿美元。同时，前瞻产业研究院初步预计2029年我国合成生物学市场规模将达到40亿美元。具体来看：
（一）顶层设计逐步完善
我国对合成生物的支持始于“十二五”期间，“863”“973”等计划正式拉开国内合成生物研究的序幕。近年来，我国不断加大对合成生物底层技术研究与产业化规模应用的部署，密集出台一系列加快合成生物创新发展相关政策文件。
其中，2017年5月，科技部出台《“十三五”生物技术创新专项规划》，将合成生物技术列为“构建具有国际竞争力的现代产业技术体系”和“发展引领产业变革的颠覆性技术”之一；2021年3月，国家“十四五”规划明确将合成生物列为我国科技前沿研究领域之一；2022年5月，国家发改委《“十四五”生物经济发展规划》提出，重点培育医疗健康、生物农业、生物能源与生物环保、生物信息四大支柱产业，助力开拓更多合成生物应用场景；2024年1月，工信部等7部门联合发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，提出要加快合成生物、生物育种、细胞和基因技术等前沿领域产业化进程。
（二）万亿大城加快布局
除了国家层面政策，合成生物学作为战略新兴产业和未来产业的细分赛道之一，上海、深圳、天津、无锡、常州等地也纷纷出台专项规划（表1），聚焦优势细分赛道精准发力，加紧推进技术攻关、平台搭建与园区布局。
表：各省市出台的合成生物专项政策（按时间排序）
结合产业集聚度来看，目前我国合成生物相关企业大多集聚在粤港澳、长三角、京津冀地区，形成了以上海、深圳、天津等地为代表的产业集群。
上海是我国合成生物产业的发源地，也是全球首例人造单染色体真核细胞、国内首家合成生物学重点实验室中科院合成生物学重点实验室、国内首个合成生物学专业委员会的诞生地，具备坚实的合成生物产业基础和全产业链生态优势。
作为全国科技创新高地，上海发挥产业基础扎实、科研底蕴深厚、顶尖人才集聚、供应链配套齐全等优势，以合成生物技术原始创新和产业化应用为发力点，形成了以浦东创新突破为核心，以金山和宝山制造承载为两翼的“一核两翼”合成生物产业空间布局，全力打造高端生物制造“核爆点”。
其中，“中国第一药谷”张江具备基本齐全的合成生物学产业要素，集聚了凯赛生物、恩凯赛药、昌进生物等一批知名产品型、平台型、技术型、科研型企业，以及中国医药工业研究总院、国家蛋白质科学中心等高能级载体平台，可谓是“全面开花”。值得注意的是，随着张江AI制药产业服务持续外延，以及深势科技、英矽智能等AI领军企业的赋能加持，未来张江将在底层使能技术（合成生物上游）开发方面拥有更多优势。
图：张江合成生物企业云图
深圳作为国内合成生物产业发展最为快速的城市之一，拥有国内超一半的合成生物初创企业，是全国各地争先学习考察的“明星选手”。据统计，近三年深圳新成立的合成生物企业近80%都在光明区。截至今年6月底，全区集聚合成生物企业116家，产业集群估值近320亿元。可以说，光明区只用了不到6年的时间，就成功演绎出一条“从无到有，集聚成势”的进阶路径。
究其根本，在于光明区从诞生之初，就肩负着建设世界一流科学城的重大使命，于是以全国首个合成生物研究重大科技基础设施创立为起点，重点瞄准合成生物“0-1”科研成果转化落地和“1-10”中试量产环节发力，通过建设深圳合成生物学创新研究院、国家生物制造产业创新中心、卫光生命科学园等重大平台载体，出台全国首个合成生物专项扶持政策，以及设立全国首支合成生物产业基金等方式，成功建立起“研发-转化-产业化”的全链条产业培育模式。
图：中国科学院深圳先进技术研究院合成所，来源：深圳特区报
图：深圳国家生物制造产业创新中心，来源：深圳合成生物学创新研究院官网
图：深圳卫光科学园，来源：读创深圳
天津是我国合成生物产业发展的前沿阵地，近年来凭借扎实的研发基础、高端的创新平台、对口的人才供给等核心优势，持续发力合成生物应用环节。
就创新平台优势而言，自2011年起，天津先后获批建设合成生物技术国家级国际合作基地、教育部“珠峰计划”合成生物学前沿科学中心等，并在国家合成生物技术创新中心、天津合成生物学海河实验室等平台的加持下，承担了多个国家级、市级重大共性技术问题的攻关。
就人才供给优势而言，天津大学是国内最早拥有合成生物学本硕博及博士后流动站完整人才培养体系的高校，为全国乃至世界合成生物发展贡献了大批优秀青年人才。据统计，截至2022年底，天津大学累计培养研究生2000余人，遍布国内外高校、生物制造产业科研院所和企业。
在产业应用方面，天津生物医药、食品工业等产业基础雄厚，为合成生物新技术、新项目和新产品落地提供了丰富的应用场景和上下游产业链协同基础。其中，在食品工业领域，天津致力于打造健康糖产业园区，推进千吨到万吨级塔格糖等新一代健康糖产线建设，成功吸引河南投资集团、安徽华恒生物等合成生物相关企业落户，推动以健康糖为代表的生物制造产业集群蓄势崛起。
表：天津生物医药、食品工业领军企业
与此同时，无锡、常州等新一线城市与二线城市虽然在产业基础、科研实力、人才储备等方面不及上海、深圳、天津等城市，但也拼尽全力挤进这一热门赛道。
无锡依托食品发酵工业的“黄埔军校”——江南大学组建起未来食品科学中心合成生物创新团队，重点攻克功能性原料、替代蛋白等细分领域的“卡脖子”难题，成功实现多种功能性物质从“0-1”的颠覆创造和“1-100”的产业革命。如通过微生物细胞工厂发酵，成功生产出普通分子量的透明质酸，将透明质酸的成本从原先的几万元/公斤大幅降低至数百元/公斤，助力我国成为全球第一个有能力生产全类型透明质酸的国家。
图：江南大学先进技术研究院副院长、未来食品科学中心合成生物创新团队成员康振教授，来源：江南大学生物工程学院官网
同时，擅长“造热点”的常州也不甘示弱，近两年正借助雄厚的制造业基础和华大基因、未米生物等合成生物领军企业集聚优势，从零到一构建完善的合成生物产业链布局。目前，常州已形成由长三角合成生物产业创新园、金坛合成生物产业园以及西太湖合成生物创新产业园所构成的合成生物“一城三园”格局。
其中，位于西太湖合成生物创新产业园的创健医疗已利用合成生物技术研制出重组胶原蛋白，被广泛用于珀莱雅面霜、欧珀莱眼部精华、酵色口红等国内外知名美妆品牌的新品之中。
合成生物未来已来，迎难而上方能乘风破浪
（一）直面“四个重难点”
当前，我国合成生物产业发展势头强劲，但在政策体系、基础研究、应用转化等方面依然面临诸多挑战，必须逐一击破、乘势而上。具体来看：
一是顶层设计方面，虽然我国已在国家层面明确提出合成生物是未来产业发展的重点领域，部分城市也陆续发布了合成生物产业专项政策，但国家层面的产业发展规划和行动计划尚未出台（今年4月中国工程院院士谭天伟在中关村论坛上透露，目前由国家发展改革委牵头，工信部和科技部等国家部委正在联合研制国家生物技术和生物制造行动计划），如何推动技术原始创新、加快成果转移转化、实现规模生产应用需进一步明确。
二是基础研究方面，当前我国合成生物多项关键使能技术落后于海外，如蛋白质结构预测和设计、高通量、自动化平台测试及筛选、合成生物学相关数据库和工具等技术中外差距较大，特别是与AI相结合的路线设计和仿真测试技术攻关较为滞后。同时，我国也面临合成生物学学科建设与人才培养难题，目前仅有天津大学、江南大学、湖北大学、南京师范大学和青岛科技大学5所大学开设合成生物专业，相关课程体系、教材教程和教学团队仍待深化完善。
三是技术转化方面，合成生物面临“产业转化”之痛，亟需跨越“死亡之谷”。其中一个主要原因是基础研究阶段研发人员往往更多考虑研发结果，从而倾向于选择纯度更高的原料和材料进行研究，忽视未来产业化落地时的纯化成本等，导致工艺放大较为困难。这里需要注意的是，在技术转化和产品研发阶段，产物结构越复杂，对应的代谢通路优化和分离纯化也会越难，这些均会导致产业化整体耗时及成本大幅提升。
四是产品应用方面，如何打通从实验室到生产线的通道是关键。尽管上海、深圳、天津等地合成生物创新成果不断涌现，但受技术、工艺、设备、资金、市场等多重因素影响，产业化放大和应用推广落地存在较多不确定性（如选品失败），加之公众对合成生物技术的认识不足，许多合成生物新产品市场推广难度大。
（二）打好“四大组合拳”
追风者，不待风起。我国要充分发挥工业基础雄厚、科教资源丰富、市场规模庞大、应用场景海量等多重先天优势，抓紧补齐短板，打出高质量发展“组合拳”，持续释放合成生物发展巨大潜力。
一是持续完善政策体系建设。建议国家层面尽快完善相关法规和举措，如定期出台合成生物产业发展五年规划，规范完善合成生物产业链条各环节发展的路径方案和保障机制。同时，地方层面也要进一步出台和完善专项政策体系，重点围绕合成生物企业培育、成果转化、平台建设、开放合作等方面，加大政策保障力度，致力打造优质产业生态。
二是推进教育科技人才创新一体化发展。党的二十届三中全会强调，教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑，要坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，全面提高人才自主培养质量。建议我国参考天津大学、江南大学等有关合成生物学科的建设经验，鼓励国内有条件的一流大学创建合成生物专业，不断壮大我国合成生物基础研究人才储备力量。
三是提升成果转化和产业化效能。建议国内合成生物创新型企业、科研机构、高校院所建好、用好重点实验室、新型研发机构、中试基地等各类创新平台，着力推动科技成果转移转化。对于土地资源有限的地区，建议根据自身产业发展需要，学习深圳首创的“楼上楼下创新创业综合体模式”（即楼上科技人员开展原始创新活动，楼下企业构造产业孵化空间），建立“科研-转化-产业”的全链条企业培育模式，进一步打通科研与产业之间的壁垒。
四是构建合成生物产业差异化发展路径，避免“一哄而上、一哄而散”的同质化竞争。建议各地从产业链上中下游的优势出发，立足产业基础、科教资源，找准关键发力环节，锚定细分赛道，通过制定亮点各异的产业发展规划、行动计划、招商图谱等方式，做好企业招引、科产链接、人才培育、资源保障、生态构建等文章。
作为未来产业，合成生物发展具有很大的不确定性，但我国经过近几年的奋力赶超，已迈过跟跑、并跑阶段，未来若想掌握新科技新产业的话语权，必须大胆领跑。这当中势必存在艰难甚至风险，但是大城市要勇敢拿上第一张船票。
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