根据 StartUs Insights 的预测，在 2024 年合成生物学领域十大创新趋势中，基 因和细胞治疗占比高达 31%；合成疫苗占比为 12%。两者合计占比达到 43%。
生物底层技术与大数据、信息技术，人工智能合力助推合成生物学快速发展
合成生物三大底层技术分别为：基因测序、基因合成和基因编辑，目前已日趋成 熟。 从基因测序技术进展看，目前已发展出四代技术。第一代测序技术的主要特点是 测序读长可达 1000bp，准确性高达 99.999%，但其测序成本偏高（相对基因组大小）， 通量低等方面的缺点，严重影响了其真正大规模的应用;二代测序技术在大幅提高了测 序速度的同时，还大大地降低了测序成本，并且保持了高准确性，以前完成一个人类 基因组的测序需要 3 年时间，而使用二代测序技术则仅仅需要 1 周，但其序列读长方 面比起第一代测序技术则要短很多，大多只有 100bp-150bp；第三代基因测序技术以 PacBio 公司的 SMRT 单分子测序技术为代表。与前两代相比，最大的特点就是单分子测序，测序过程无需进行 PCR 扩增，超长读长，是二代测序技术的 100 倍以上。这种 纳米孔单分子测序仪还有另一大特点，它能够直接读取出甲基化的胞嘧啶，而不必像 二代测序方法那样需要事先对基因组进行 bisulfite 处理；三代技术在 DNA 片段读长 上优于二代设备，但在准确度上较二代差，单样本测序成本居高不下；第四代技术是 以 Oxford Nanopore Technologies 为代表的纳米孔测序技术。与其他测序技术不同的 是，它基于电信号而不是光信号。经历了三个主要的技术革新：一、单分子 DNA 从纳 米孔通过；二、纳米孔上的酶对于测序分子在单核苷酸精度的控制；三、单核苷酸的 测序精度控制。第四代技术的主要特点是：单分子测序，测序读长长（超过 150kb）， 测序速度快，测序数据实时监控，机器方便携带等，但其单芯片测序成本还是在几百 美金以上。 总的来说，基因测序技术从第一代发展至第四代，提升基因测序效率的同时，也 降低了基因测序的成本。80 年代，凝胶电泳技术每天只能检测约 10kb 的基因数据， 全基因组测序需要 30 亿美元。如今，基因数据检测量每天可达千亿 kb，而 2016 年左 右人类全基因组测序的成本已经降至 1000 美元，预计未来仍将进一步下降。
从基因合成技术看，初代 DNA 合成技术是基于亚磷酰胺的 DNA 合成法；随着光刻 合成、电化学脱保护合成、喷墨打印的三种芯片式原位合成技术以及超高通量的 DNA 合成技术被开发出来；DNA 合成质量和通量得到有效提升，合成成本快速下降。第四 代酶促合成技术也已进入市场，这种方法可以合成比化学法更长、更复杂的 DNA，无 论有没有 DNA 模板，酶促法都可以工作。 从基因编辑技术进展看，随着第三代 CRISPR/Cas 技术的商业化，相比于 ZFNs 和 TALENs 技术，基因设计难度和构建难度要小很多，成本更低，开发周期更短，靶向修 饰效率更高，同时还具有多靶点编辑以及 RNA 编辑的优势。 综上，随着合成生物学三大底层技术不断进步，加之大数据技术、信息技术的进 步，以及 AI 在元件工程、线路工程、代谢工程、基因组工程、生产过程优化等领域的 辅助作用增强，DBTL 循环加速，合成生物学基础研究成果持续爆发。 从 Web of Science 每年发表的合成生物学领域相关论文数量来看，2000 年，领域内发表的论文数量为 809 篇，2022 年达到了 17456 篇，增长超过 20 倍；从专利情 况看，每年申请的合成生物学相关专利也由 2004 年的 59 项增长到 2022 年 2899 项， 增长了 48 倍。 随着政策利好和行业发展逐步成熟，合成生物学基础研究有望成果倍出，为行业 快速发展奠定基础。
医药是合成生物未来主要的应用领域
根据 StartUs Insights 的预测，在 2024 年合成生物学领域十大创新趋势中，基 因和细胞治疗占比高达 31%；合成疫苗占比为 12%。两者合计占比达到 43%。
从中国知网 2024 年发表在学术期刊上的文献数量看，以“合成生物”为主题的文 章中，下载次数超过 1000 次的文章共 4 篇，分别为：《近十年天然产物药物的生物合 成研究进展》、《药用植物益生菌促药效成分生物合成的研究进展》、《转录组和代谢组 联合分析揭示大叶黄精皂苷生物合成相关酶基因》、《酵母合成虾青素的研究进展》，其 中 3 篇均为合成生物学在医药领域的研究。
平台型公司是未来的发展方向
选品和规模化生产对合成生物企业能否做大做强起着至关重要的作用。两者并不 矛盾，传统合成路径的选品未必适合用合成生物路径转化，一方面可能难以实现大规 模生产，另一方面则可能面临成本高企的困境。成果转化效率的高低直接影响着企业 未来的发展。我们认为，只有具备上游研发能力，中试放大能力以及良好的产品渠道 开拓能力的企业，才能够根据需求高效整合全产业链条生产，从而实现规模化，稳定 化产出，达到成本效益的平衡；同时，处于对全链条有了深度理解，企业才能够持续 创新和发展。而这一过程并非一蹴而就，需要硬件，软件，人员，经验，资金相结 合。因此，研发、生产一体化的平台型公司更有望成为未来的发展方向，而高利润、 低产量，对成本敏感低的产品是当下明智的选择。
全链条技术发展仍处于初级阶段
在以细胞为基础的合成生物学路径中，不仅需要最小化有毒中间产物的积累，同 时还需要在最大化目标产物产量的同时，尽量不影响宿主表型；标准化、规模化生产 仍然是科学家追求的目标，过程中存在不可预见性、不相容性以及合成，测试、生产 过程中高复杂度的挑战；无细胞合成生物体系虽然解决了合成效率，难表达蛋白质合 成，高通量蛋白质筛选，蛋白质后修饰等问题，但仍然存在缺乏低成本且高效的真核 生物无细胞蛋白合成系统（简称 CFPS 系统，全称为：Cell-Free Protein Synthesis system）等挑战。
存在生物安全和生物安保问题
生物安全是指在新兴生物技术的开发应用过程中，由于忽视、意外、故意导致对 生态环境和人体健康造成风险和伤害；在合成生物学领域，因为研究者的疏忽，导致实验室细菌、病毒逃逸，或对解码和重组这些微生物而开展的技术和知识保存网络的 存储安全，论文发表泄露等问题而带来严重生物安全事故，都属于生物安全问题。无 论这些人工合成的微生物是否对环境和人体健康有害，都有可能跟其他生物发生相互 作用而带来不可预知的后果，从而可能对人类和环境带来健康威胁。 生物安保指的是由于技术知识存在被故意滥用的可能，而迫使人们对其进行一系 列有效的预防和控制措施，侧重应对生物威胁。比如网络攻击，不需要攻击者与合成 材料直接接触，只需要通过篡改遗传密码等行为就可以在科学家不知情的情况下，制 造出有害的危险物质，或者具备攻击性的生化武器。 目前针对合成生物学的法律法规以及监管还存在一定的空白。
