第三次生物技术革命，你准备好了吗？

编者按：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。作为一门前沿交叉学科，合成…

编者按：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。作为一门前沿交叉学科，合成生物学汇聚并融合了生命科学、工程学、基因组学、信息学、数学、化学、计算机科学等诸多学科，在医药、能源、材料、化工、农业等领域具有极其广阔应用前景。 2021年以来，随着海内外多家合成生物学企业上市和资本市场的突出表现，大量VC机构也迅速展开在该领域的密集布局。去年三季度全球合成生物学相关企业融资金额创单季度历史新高，投资金额高达61亿美元，比前期提高33%。松禾资本作为硬科技创新领域的攀登者，在该领域早已有所布局，下面松禾资本医健团队将从发展历史、产业概况、驱动因素、标的梳理及基金布局等维度深度解读合成生物学风起之后的机遇与挑战。合成生物学的发展历史 Waclaw Szybalski 于 1970年首次创造了“合成生物学”一词，为该领域提供了一种通用语言。1977年，Frederick Sanger 发表了一篇题为《DNA Sequencing by Enzymatic Synthesis》的开创性论文，为 DNA 测序革命奠定了基础。1978年，Smith、Arber 和 Nathans 因发现限制性内切酶（DNA合成的关键工具）而获得诺贝尔奖。随后，在1978年，对第一个基因组进行了测序（PhiX174），并合成了第一个基因（长度为207个碱基对）。 20世纪90年代，两家基因合成公司——GeneArt（现为赛默飞世尔科技的一部分）和 Blue Heron Biotech分别成立。2005年，Chan、Kosuri和Endy合成了第一个病毒：噬菌体 T7.1，这标志着完整病毒的首次全合成。2010年涌现了一些大药企与合成生物企业的交易合作事件，如罗氏和 Evolva Holdings（药物发现和开发）、辉瑞和 MorphoSys（蛋白质药物开发）以及诺华和 Synthetic Genomics（DNA 疫苗）。 2014年3月来自约翰霍普金斯大学和纽约大学的科学家团队首次成功合成真核染色体。这一合成生物学里程碑表明，一个小团队可以在不使用大量资源的情况下设计和合成完整的染色体。2015年8月，斯坦福大学的一组研究人员宣布，在罂粟植物中发现的用于产生阿片类药物分子的完整生物合成途径已被设计成酵母生物体这是当时酵母中最复杂的生物合成途径。它证明了酵母作为底盘有机体的价值。 2016年6月，一群领先的科学家提出了一项新的大规模合成生物学计划：人类基因组编写计划 (HGP-Write)。HGP-Write 是一个使用合成生物学工具的大规模基因组合成项目，包括标准化基因、全基因组合成和CRISPR/Cas9 基因编辑等。该提案的意义在于它有可能成为多种合成生物应用的驱动力。随着人类基因组计划的启动与系统生物学的兴起，合成生物技术得到了快速的发展。其实质是基于工程学的原理，通过在试错过程中引入标准化实验手段，按照特定目标设计、修饰及构建合成生物体系，从而推动生物学从标准化、定量化和通用性等角度系统地形成工程化发展。这种方式突破了原有的生物自然进化的局限，能够定向合成出自然界全新的化合物。在《2016—2045年新兴科技趋势报告》中也明确提出， “合成生物科技”是最值得关注的科技及发展趋势之一，并认为“合成生物科技的进步，将推动人类跨入生物科技的新纪元”。合成生物学的产业概况 ● 市场规模从资本市场表现来看，合成生物行业正在走向爆发期。根据Deep Tech 2021年的研报数据，2021年全球合成生物学市场规模达73.7亿美元，2016—2021年间合成生物学市场规模的年复合增长率（CAGR）达到 83.6%。中国的合成生物学市场增长也很迅猛，2016年9亿美元，2020年24.78亿美元，2021年达到64亿美元，相比2020年以及之前增长约2～3倍。 2017—2024E合成生物学市场规模（单位：百万美元）数据来源：Deep tech 2021 ● 市场规模合成生物学公司分类合成生物学产业可以划分为上、中、下游三个部分，分别代表工具型、平台型和产品型三个类别，如下图所示：合成生物学公司按照产业链分类数据来源：松禾资本华大智造是华大集团旗下子公司，专注于生命科学与医疗健康领域仪器设备、试剂耗材等相关产品的研发、生产和销售，为精准医疗、精准农业和精准健康等国计民生需求，提供实时、全景、全生命周期的全套生命数字化设备和系统解决方案。华大智造现有员工1700余人，研发人员占比约33%，业务布局遍布六大洲70多个国家和地区，在全球服务累计超过1,000个用户，并已在全球多个国家和地区设立科研、生产基地及培训与售后服务中心等，是全球具有自主研发并量产临床级高通量基因测序仪能力的企业之一。恩和生物致力于为传统化工制造产业开拓新的技术路径，通过高效环保的方式生产可持续的生物基产品。公司已初步建成高度集成的自动化技术平台Bota Freeway，将先进的数字化工具与实验室自动化相结合，以计算作为核心与基础，可实现酶、菌种以及生产工艺的构建与优化。同时，该平台可高效完成合成生物学的设计-建造-测试-学习循环，缩短了50%的迭代周期，并进一步覆盖了下游工艺开发和非传统工程微生物菌株改造。蓝晶微生物利用合成生物技术、基因数据和自动化平台设计定制化的微生物，开发合成低成本的生物学分子与可降解材料PHA，公司商业化生产基地在江苏盐城，规划年产能6000吨。同时公司开发了Synbio OS智能平台，用于高通量发酵平台的菌株筛选。酶成品生物在多肽和酶催化领域拥有丰富的行业经验和领先的技术储备，致力于特色原料药、化妆品功能原料、保健品特色原料、功能性分子砌块等领域的开发，主打产品包括玻色因、九肽-1、依克多因、燕窝酸等。欣贝莱生物依托西工大和天工所计算能力和酶学基础，构建了全球领先的自然界未知基因的元件库，同时具备基于组学和蛋白质结构模拟的酶筛选、改造能力和菌株构建技术。通过分子进化学和植物基因组挖掘天然产物资源，从源头寻找合成的通路、酶等关键要素。合成生物学火热的驱动因素每一个创新学科的出现都离不开必要的驱动因素。正如20世纪70年代分子生物学的创立和发展，催生了生命科学的第一次革命，随后又直接催生了基因组学这第二次革命，那么奠定这两次生命科学基础分别是1953年沃森和克里克根据弗兰克林和维尔金斯的DNA衍射图谱推测DNA双螺旋结构，以及1959年佩鲁茨和肯德鲁对血红蛋白和肌红蛋白三维空间分子结构的解析，被称为二十世纪最伟大的生命科学研究的两项成果。图片来源：公开信息这两次生命科学的革命均来源于生命科学与其他学科的交叉。数学家和物理学家不仅带来了强大计算工具，还引入了诸如电镜、超速离心机等分析仪器，使得在分子水平上可以深度DNA、RNA和蛋白质成为一种可能。松禾团队认为第三次生物技术革命的驱动因素主要包括政策驱动和技术驱动两个方面。 ● 政策驱动随着合成生物相关技术的发展，在“双碳”政策的影响下，全球各个国家均出台了推动合成生物技术成果落地的政策，应用在医药、能源、材料、化工、农业等各个领域。美国：在2008…

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