合成生物學(xué)是一門基于工程化的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合生物學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)科學(xué)等交叉學(xué)科技術(shù)，旨在改造或創(chuàng)造人造生命體系的新興學(xué)科，在科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新兩個(gè)層面均具備全面顛覆現(xiàn)有格局的潛力。

狹義的合成生物學(xué)包括兩大方向:“自上而下”地“改造生命”(將全新功能引入活細(xì)胞等生命體或生物-非生物混合系統(tǒng))；“自下而上”地“創(chuàng)造生命”(體外合成全新生命系統(tǒng))。

從廣義的產(chǎn)業(yè)分類而言，合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)可被界定為以生物基材料替代化石基材料、以生物技術(shù)路線替代傳統(tǒng)化工技術(shù)路線的科技產(chǎn)業(yè)。

合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈可分為上、中、下游三個(gè)環(huán)節(jié)。上游聚焦使能技術(shù)的開發(fā)，包括讀-寫-編-學(xué)、自動(dòng)化/高通量化和生物制造等,關(guān)注底層技術(shù)顛覆及提效降本。

中游是對(duì)生物系統(tǒng)及生物體進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造的技術(shù)平臺(tái)，核心技術(shù)為路徑開發(fā)，注重合成路線的選擇以及技術(shù)上跑通(如底盤細(xì)胞選擇及改造、培養(yǎng)條件優(yōu)化、純化方法開發(fā)等)，與下游企業(yè)相比，更強(qiáng)調(diào)技術(shù)平臺(tái)的通用性，潛在具備CRO屬性。

下游則涉及人類衣食住行方方面面的應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)品落地，核心技術(shù)在于大規(guī)模生產(chǎn)的成本、批間差及良品率等的把控，與中游企業(yè)相比，更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用領(lǐng)域的聚焦、產(chǎn)品的精細(xì)打磨及商業(yè)化放量。其中在大規(guī)模生產(chǎn)上，潛在具備CDMO屬性。

全球合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)過(guò)去五年經(jīng)歷了高速增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模從2018年的53億美元增長(zhǎng)到2023年的超過(guò)170億美元，平均年增長(zhǎng)率達(dá)27%。預(yù)計(jì)全球合成生物市場(chǎng)在可見的未來(lái)仍將保持較快發(fā)展勢(shì)頭，在2028年將成長(zhǎng)為體量達(dá)到近500億美元的全球型市場(chǎng)。

合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一大批行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。近期(五年以內(nèi))工業(yè)化成果主要圍繞各大領(lǐng)域中先發(fā)探索話題的散點(diǎn)突破，如化學(xué)和材料中的部分基礎(chǔ)化學(xué)品及聚合物，農(nóng)業(yè)和食品中的少數(shù)食品添加劑、植物蛋白及發(fā)酵蛋白作為替代蛋白，醫(yī)療保健中創(chuàng)新細(xì)胞和基因療法、部分原料藥合成，以及消費(fèi)品中的部分功能性小分子和重組膠原蛋白技術(shù)等。

在中期(五至十年間)，圍繞各大領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)一步拓展，并實(shí)現(xiàn)部分全新子品類的技術(shù)突破和規(guī)模化生產(chǎn)，如材料領(lǐng)域的高性能蛋白、食品領(lǐng)域的細(xì)胞培養(yǎng)蛋白、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的共生固氮技術(shù)、醫(yī)藥領(lǐng)域的工程菌療法等。

在遠(yuǎn)期(超過(guò)十年)，合成生物學(xué)一方面有望在熱門應(yīng)用領(lǐng)域中在當(dāng)前科研尚處早期或技術(shù)瓶頸較大的話題上實(shí)現(xiàn)工業(yè)化跑通，如活體功能材料、光合作用優(yōu)化、器官再生等，另一方面，也預(yù)期將在生物質(zhì)燃料環(huán)保等新領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)揮作用。

“食品與營(yíng)養(yǎng)”可粗分為食品添加劑和替代蛋白兩大類;除需兼顧成本優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)外，口味、口感等的復(fù)刻也常常成為商業(yè)化時(shí)不可忽視的挑戰(zhàn)。

從技術(shù)視角看，植物蛋白、發(fā)酵蛋白和細(xì)胞培養(yǎng)蛋白的產(chǎn)品開發(fā)難度依次提升。植物蛋白作為最常見的替代蛋白，其在合成生物學(xué)方面的技術(shù)挑戰(zhàn)較低，主要在于需要添加合成大豆血紅蛋白來(lái)改善口感。細(xì)胞培養(yǎng)蛋白的技術(shù)難度最大，主要由于細(xì)胞衰老快、培養(yǎng)基成本高、味道和質(zhì)地模仿難度大,海外圍繞替代蛋白開拓新應(yīng)用、探索新路線的公司眾多但中國(guó)企業(yè)在該領(lǐng)域關(guān)注度相對(duì)有限。截至2021年底，全球共有近110家專注細(xì)胞培養(yǎng)肉開發(fā)的初創(chuàng)公司，僅2021年就新增21家。此外，替代蛋白在微生物發(fā)酵乳、植物合成蛋/蛋黃醬和純素膠原蛋白領(lǐng)域也有相關(guān)公司，例如美國(guó)的Perfect Day和Eat Just。

農(nóng)業(yè)是合成生物學(xué)近年來(lái)的重點(diǎn)研究方向之一，包括農(nóng)作物(包括糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物)、畜牧水產(chǎn)等主要領(lǐng)域。中國(guó)人均耕地面積少，生物科技的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。此外，根據(jù)BCG研究，農(nóng)業(yè)排放占全球人類活動(dòng)溫室氣體排放總量的17%。來(lái)自農(nóng)業(yè)體系的溫室氣體排放往往會(huì)造成更高的溫室效應(yīng)，主要原因在于農(nóng)業(yè)排放中的甲烷及氨氧化物占比較高。中國(guó)是農(nóng)業(yè)排放的大國(guó)，農(nóng)業(yè)減排道路任重道遠(yuǎn)。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，合成生物學(xué)的研究重點(diǎn)圍繞減少肥料使用、減少碳排放、強(qiáng)化病害防控、提高生長(zhǎng)效率等話題開展，但行業(yè)整體仍處于早期。例如，從技術(shù)角度來(lái)看，合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中目前主要圍繞微生物改造植物改造并未達(dá)到嚴(yán)格意義上的系統(tǒng)性重構(gòu)遺傳及代謝體系。

糧食作物領(lǐng)域又可分為育種、作物保護(hù)、作物營(yíng)養(yǎng)等賽道，合成生物學(xué)在各細(xì)分領(lǐng)域均可發(fā)揮作用。其中，部分設(shè)計(jì)育種、固氮肥料和微生物農(nóng)藥已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。以育種為例，合成生物學(xué)應(yīng)用主要分為三類:通過(guò)野生植物馴化，提升產(chǎn)量和質(zhì)量，具備廣闊的市場(chǎng)空間但尚未商業(yè)化:提高果實(shí)質(zhì)量、固、抗蟲抗藥等性能改造的應(yīng)用具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景且進(jìn)展快，已有多種產(chǎn)品上市:通過(guò)合成生物學(xué)來(lái)促進(jìn)羧化反應(yīng)，提高光能利用，降低光呼吸損失，也具有巨大潛在價(jià)值，但尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

此外，合成生物學(xué)還可用于新型農(nóng)藥開發(fā)，包括RNAi/微生物農(nóng)藥和植物源農(nóng)藥，除蟲效率更高，也取得了較多進(jìn)展和產(chǎn)品布局。此外，還可利用合成生物學(xué)來(lái)搭建光自養(yǎng)平臺(tái)，能覆蓋諸多產(chǎn)業(yè)，想象空間巨大。

合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用還面臨市場(chǎng)、監(jiān)管、資金、技術(shù)四個(gè)方面的挑戰(zhàn)。在市場(chǎng)端,“轉(zhuǎn)基因作物”部分消費(fèi)者認(rèn)可不足,存在反對(duì)聲浪，大部分地區(qū)育種難以集約化推廣監(jiān)管端，在以中國(guó)為代表的地區(qū)，肥料、農(nóng)藥等生物制劑因存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，存在審批挑戰(zhàn)審批時(shí)間甚至可達(dá)十年:資金端，除部分成熟市場(chǎng)外，大型農(nóng)業(yè)公司較少，行業(yè)發(fā)展缺乏有力投資:技術(shù)端，植物天然性狀改造仍存在“卡脖子”，以植物的自身固氮為例，存在固氮酶存于葉片細(xì)胞中氮?dú)饨佑|不足等問題。

根據(jù)Pitchbook數(shù)據(jù)顯示，在2017年至2021年的五年間，全球合成生物市場(chǎng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)投資和私募股權(quán)投資者的吸引力不斷提升。2021年，合成生物市場(chǎng)吸引投資達(dá)到近年來(lái)高點(diǎn)融資額達(dá)87億美元，融資筆數(shù)達(dá)391筆。在投資者的支持下，合成生物學(xué)的技術(shù)應(yīng)用及場(chǎng)景拓展進(jìn)入快速發(fā)展通道。2022年之后資本市場(chǎng)逐漸回歸理性。2022年，全球合成生物融資額為54億美元，融資筆數(shù)為376筆。2023年前三季度，資本市場(chǎng)融資額20億美元，融資筆數(shù)193筆，較前一年同期亦有所下降。在此背景下，市場(chǎng)估值環(huán)境也進(jìn)一步向理性發(fā)展。

在國(guó)內(nèi)資本市場(chǎng)，合成生物學(xué)也是一個(gè)高度活躍的賽道。從2017年至2021年的五年間，風(fēng)投及私募股權(quán)投資額從5100萬(wàn)美元上升至19億美元，融資筆數(shù)從12筆上升至74筆2021年也是國(guó)內(nèi)合成生物資本投資的大年。2021年10月，國(guó)內(nèi)合成生物美公司巨子生物以11美元A輪融資額，成為當(dāng)年度單筆融資最大的合成生物投資項(xiàng)目(73.6億元人民幣)。