一. 合成生物学概览

合成生物学是以工程学思想为指导，对天然生物系统进行重新设计与改造，或设计并合成新的生物元件、组件和系统的学科。

其策略包括两个方面：

（1）一是自上而下的逆向工程，即通过对天然存在的生物系统进行重新设计和改造，使之增添新的功能。

（2）二是自下而上的正向工程，即通过设计和构建新的生物元件、组件和系统，创造全新的人工生物系统。

合成生物学被认为是继DNA双螺旋、人类基因组测序后的第三次生物技术革命；

由合成生物学驱动的下一代生物制造主要优势：

（1）替代天然提取制造路线，提高生产规模及效率、经济效益。

（2）替代化学制造路线，以可再生资源作为原料，减少对化石燃料依赖。

（3）创造疗效更好的药品、性能优越的化学材料等新产品。

目前阶段，合成生物学落地场景主要为改造微生物来生产产品，在医药、化工、能源、食品、消费、农业等领域均已有众多应用。

3.1 医药领域

化学法集中于结构清晰、简单的化学物质，对于天然药物等大分子化合物大多只能天然提取。

通过合成生物学手段，将基因簇进行异源表达并利用发酵工程进行大规模制备，提高生产效率、经济效益。

案例：生物合成青蒿素降低成本优势显著。

抗疟药物青蒿素的传统生产模式是通过种植黄花蒿，经过18个月生长周期才可进行提取。

而利用合成生物学技术，在大肠杆菌内构建青蒿酸的生物合成途径，再通过体外化学合成得到青蒿素，几周便可量产。

3.2 化工领域

（1）可最大限度的利用可再生的生物碳源替代不可再生的化石碳源：

微生物通过糖酵解过程产生丁醇、乳酸、甲烷等工业原料，进一步还可获取甘油、丙酮酸、氨基酸等，这一过程绕开了传统石油化工。

（2）在部分化学品生产上已体现出成本优势

受益于规模效应，目前由合成生物学可大规模生产的己二酸（ADA）、1,4-丁二醇、L-丙氨酸等，已达到低于石油基路径的生产成本。

3.3 能源领域

案例：利用合成生物学改造微生物将工业废气转化为乙醇。

3.4 食品

案例：利用合成生物学改造酵母生产豆血红蛋白用于人造肉。

3.5 农业

案例：利用合成生物学改造微生物固氮减少化肥使用。

3.6 消费品

案例：利用合成生物学生产角鲨烯用于化妆品。

四. 合成生物学产业链

上游为技术型公司，负责使能技术开发，包括DNA/RNA编辑、测序、编辑等。

中游是平台型公司，及相应科研机构，负责对合成生物进行设计、开发。

下游是应用型公司，负责各应用产品开发和落地。

中下游平台型及产品型企业数量众多，按下游产品应用分类：

（1）医药：富士莱、鲁抗医药、金城医药、翰宇药业。

（2）化工：凯赛生物、沃特股份。

（3）消费品：川宁生物、嘉必优、华熙生物。

（4）食品添加剂：圣达生物、梅花生物、富祥药业、金达威。

（5）农业：博恩集团、溢多利。

川宁生物：以合成生物学研究为核心，专注保健品原料、高端化妆品原料、生物可降解材料等产品，其中红没药醇用于化妆品制作。

凯赛生物：生物基聚酰胺龙头厂商，公司利用合成生物学技术，构建高效工程菌，生物法长链二元酸年产能达到11.5万吨，全球份额第一。

嘉必优：生物发酵营养素龙头厂商，以合成生物学为底层技术，生产生物基营养化学品，包括ARA、DHA、β胡萝卜素、SA等系列产品。