2025年中国合成生物行业研究报告
2025年中国合成生物行业研究报告 ——技术持续突破，铸就生物经济新引擎 概览标签：合成生物、底盘细胞、酶生产法、发酵法、基因重组、天然提取法、细胞工厂、生物组件、生物基化学品、功能糖、蛋白质、多肽、代谢工程、生态安全、转录因子、基因测序、基因编辑、微生物群落 行行查简介 01 合成生物行业概览 •市场概述：设计和构建具有新功能的生物体系 •发展历程：全球合成生物产业化应用加速 •驱动因素：技术进步为根基，市场需求为导向 2025年中国合成生物行业研究报告 合成生物行业产业链解析 目录 •上游：底盘细胞是合成生物学研究和应用的基础 合成生物的原料包括可再生碳资源与其他特定物质 02 •中游：合成生物核心工艺：酶生产法/发酵法/天然提取法/基因重组 构建微生物细胞工厂是绿色生物制造的核心环节 相关技术介绍：基因测序技术/基因编辑技术/基因合成技术/生物分子工程/宿主工程/计算机和数据科学/人工智能技术 •下游：合成生物应用领域：医学/农业/化工/能源/食品工业合成生物市场规模与竞争格局 03 合成生物行业商业模式 •多种变现方式推动科技成果产业化落地 04 合成生物行业政策法规 •加大政策力度促进科技创新与成果转化 05 基因行业观点分析 •伴随技术进步，行业发展遇到多重阻碍 •如何突破政策、技术、社会信任的难题 名词解释（1/2） 合成生物：合成生物是指通过设计和构建具有新功能的生物体系来探索生命的奥秘并解决实际问题。合成生物学基于系统生物学的理念，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，从基因片段、DNA分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成。合成生物学的目标包括合成最小生命基因组、设计通用型生物部件、建造全人造细胞以及创造人工合成生物分子等。其应用广泛，包括特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗等多个领域。 化学合成：化学合成是指通过化学反应将两种或多种物质（称为反应物）转化为一种新的、具有不同化学性质和结构的物质（称为产物）的过程。这个过程涉及到原子和分子之间的重新排列和组合，以形成新的化学键并改变原有的化学结构。在化学合成中，反应物在特定的条件下（如温度、压力等）发生反应，生成所需的产物。这些条件对于反应的速率、产物的纯度和产量都至关重要。化学家通过精心设计和控制这些条件，可以合成出各种具有特定性质和功能的新物质。 底盘细胞：底盘细胞是一种存在于多个组织和器官中的细胞类型，其名称起源于它们在组织中的基底部位。在生物学上，底盘细胞具有多种重要的功能和角色，它们不仅维持着组织的生态平衡，还在组织再生过程中发挥关键作用。 酶生产法：酶生产法是以微生物为来源进行酶生产的技术和方法。微生物种类繁多，凡是动植物体内存在的酶几乎都能从微生物中得到，并可通过分离和筛选获得最适 宜的菌株。微生物繁殖快，生长周期短，培养简便。并可通过控制培养条件提高酶产量。微生物具有较强的适应性，通过各种遗传变异手段，可培育出新的、高产的产酶菌株。因此，采用发酵法生产酶比直接从生物原料中提取具有更大的优越性，常用的生产菌有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉、啤酒酵母等。 发酵法：发酵法是利用微生物（如细菌、真菌、酵母等）在适宜的温度、湿度和pH条件下，通过代谢产生的酶，将有机物质转化为有用产物的过程。这一过程涉及微生物的生理活动，使有机物发生分解的生物化学反应。微生物是发酵法的关键参与者，它们通过自身的代谢活动推动发酵过程的进行。发酵过程中的底物是有机物质，通过微生物的代谢作用转化为目标产物。 基因重组：基因重组是一个基因的DNA序列由两个或两个以上的亲本DNA组合起来的过程。在生物体进行有性生殖时，来自不同亲本的遗传物质在配子形成过程中发生重新组合，从而产生遗传上多样性的后代。基因重组是生物进化的重要驱动力之一，它增加了种群的遗传多样性，有助于生物适应不断变化的环境。 宿主工程：宿主工程是通过基因工程、代谢工程等手段对微生物、植物或动物细胞等宿主系统进行改造，以优化其生长条件、提高目标产物的产量或改善产物的性质。 这种改造可能包括引入外源基因、敲除或修改内源基因、调整代谢途径等，目的在于使宿主系统更好地适应工业发酵、生物制药等生产过程。 名词解释（2/2） 天然提取法：天然提取法是指利用物理、化学或生物手段，从天然生物资源中分离、纯化出具有特定生物活性或功能的有机化合物或混合物的方法。这些天然产物可能包括植物中的次生代谢产物（如生物碱、黄酮类、萜类等）、动物体内的活性成分（如激素、酶等）以及微生物发酵产生的代谢产物等。天然提取法的一般过程包括原料预处理（如干燥、粉碎）、提取（根据所选方法加入适当的溶剂或条件）、过滤或离心分离、浓缩、纯化等步骤。在提取过程中，需要注意控制各项参数（如温度、时间、溶剂用量等），以确保提取效果和产品质量。 细胞工厂：细胞工厂是指通过基因工程技术将人工合成的基因序列导入到细胞中，通过改变细胞内的基因表达方式，并利用细胞自身的代谢活性和生物合成机制来生产所需的特定的蛋白质或其他化学物质的一种生产系统。 基因测序：基因测序是指利用特定的测序技术和设备，对生物体DNA分子中的碱基序列进行测定和解析的过程。通过这一过程，科学家和医生能够深入了解生物体的遗传信息，进而揭示生命的奥秘和疾病的本质。 基因编辑：基因编辑是指通过基因编辑技术对生物体基因组特定目标进行修饰的过程，这一过程可以高效地实现基因插入、缺失或替换，从而改变其遗传信息和表现型特征。基因编辑技术的核心原理是利用特定的酶系统来定向修改和编辑基因组中的特定DNA序列。 基因合成：基因合成是一种生物技术，指在体外通过人工方法合成具有特定序列的双链DNA分子的过程，针对更长的双链DNA分子，合成长度范围可达50bp至12kb，甚至更长。基因合成技术的重要性在于它提供了一种无需依赖自然生物资源即可获取基因的方法。相对于从已有生物中获取基因，基因合成不受基因来源的限制，能够合成自然界中不存在的基因序列，为科学研究、生物医药、农业育种等领域提供了更广阔的可能性。 无动物乳制品：无动物乳制品是指不包含任何动物成分的乳制品，主要通过微生物发酵和植物提取等方式生产。这些产品通常由微生物发酵植物中的营养物质生成蛋白质，或者使用植物性原料经过特殊工艺处理而成。 合成生物行业市场概述：设计和构建具有新功能的生物体系 合成生物是指通过设计和构建具有新功能的生物体系来探索生命的奥秘并解决实际问题。合成生物学基于系统生物学的理念，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，从基因片段、DNA分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成。合成生物学的目标包括合成最小生命基因组、设计通用型生物部件、建造全人造细胞以及创造人工合成生物分子等。合成生物应用广泛，包括特定化学物生产、生物材料制造、基因治疗、组织工程等多个领域。“设计-构建-测试-学习”的循环过程是合成生物学中的核心工程原理，通过迭代方式不断优化和改进人工生物系统的设计。 合成生物的含义与化学工程相比，合成生物制造具有绿色环保、安全可控、低成本等优势。目 “改造生命” 应用基因工程和代谢工程等技术，将全新功能引入活细胞等生命体；也包括在此基础上设计组装的生物-非生物混合系统 设计 自上而下 构建 自下而上 测试 “创造生命” 体外合成全新生命系统，如人工细胞等 学习 前化学合成工业以石油为基础，存在高能耗高污染、产率低的问题。合成生物制造可以降低工业过程能耗、物耗，减少废物排放与空气、水及土壤污染，以及大幅度降低生产成本，提升产业竞争力。 合成生物产业的特点 宿主选择与修饰通路分析与选择 分部组装筛选 模块组装分析 合成生物的分类 实验设计机器学习 原料端 01 以糖，油脂等为原料，可循环再生 02 生产环节 03 生物发酵法反应条件更温和，能耗更低 分类具体介绍 按功能和应用分类 医疗类：包括基因治疗、药物开发等应用；农业类：涉及作物改良、病虫害控制等；能源类：包括生物燃料的生产；消费类：如个人护理产品 按技术手段分类基因编辑技术、DNA测序与合成技术按生物系统的复杂性分类最小细胞/生物体、人工底盘细胞 按研究对象分类天然产物开发、异源生物合成 产物提取 提取和纯化方法环境友好型；废水废物处理方便，处理成本低，部分可转化为蛋白废料或饲料 合成生物制造的特点体现在： （1）原料端使用再生性，利用糖、油脂、淀粉、纤维素以及二氧化碳等原料进行生产，反应过程具有清洁、高效、可再生等特点；（2）在生产环节使用生物发酵法，生物发酵是利用微生物代谢产生的酶将底物转化为有用产物的过程，这一方法能耗较低，通过调节生物系统提高研究效率和产物性能；（3）在产物提取方面，使用提取和纯化方法，处理成本低。 资料来源：OECD，行行查研究中心 www.hanghangcha.com 合成生物行业市场概述：合成生物学的应用范畴与对行业的革新 合成生物学在多个领域展现出应用潜力，包括在国家安全上通过生物传感器来应对潜在威胁，在环境领域利用污染检测清理污染物，在农业上推动作物改良和减少农药 使用，同时在化工与能源、医药健康以及工业制造等多个方面广泛应用，为科技进步、社会问题解决和经济发展提供重要支持。 合成生物学预计将分阶段对不同行业产生深远影响，在1-5年内，合成生物学将主要在生物制药、美容领域、肉类和水产养殖实现产品替代，同时推动非处方药物、医疗设备及电子产品的工艺改进。在5-10年内，影响范围将扩大至纺织品、化学品实现产品替代。此外，食品（肉类除外）、农业及时尚领域将迎来显著的工艺改进。同时，水和手机等原材料或产品的变化也将逐步显现。在10年以上，燃料迎来产品替代，电力及矿业进行工艺改进，同时建筑、机械等行业将逐渐感受到合成生物学的深远影响，主要体现在原材料的变化上。 合成生物学应用领域合成生物学对不同行业的预计影响时间 分子开关 生物纳米机器 第二代生物燃料 工业光合作用 生物治疗抗生素 疫苗基因治疗组织工程 诊断 生物武器传感器 纳米技术 国家安全 环境 能源 合成生物学应用领域 农业 医药 化工 污染检测器生物修复 商品添加剂 非食品应用 批量/精细化学品专用化学品 塑料 纤维生产 潜在影响 （主要） 产品替代 （主要）工艺改进 （主要）原材料变化 1-5年5-10年10+年 机械 建筑 医疗设施 非处方药 手机 水 电力 时尚 电子产品 矿业 农业 食品（不包括肉类) 纺织品 美容 生物制药 化学品 肉类和水产养殖 燃料 预计影响时间 资料来源：中国科学院，上海市生物工程学会，行行查研究中心 www.hanghangcha.com 合成生物行业发展历程：全球合成生物产业化应用加速 合成生物学的思想萌芽可以追溯到19世纪末到20世纪初。法国物理化学家StéphaneLeduc在1911年的著作《生命的机理》中提出“合成生物学是对形状和结构的合成”。20世纪中叶，分子生物学的兴起为合成生物学的诞生提供了必要的技术与理论支撑。1953年，Watson和Crick揭示了DNA的双螺旋结构，这一发现不仅解答了遗传信息如何储存和复制的问题，也为后来的基因操作技术开辟了道路。上世纪80年代，随着基因重组技术的成熟，BarbaraHobom开始使用“合成生物学”来描述基因工程技术。 进入21世纪，随着技术的突破，合成生物学的概念逐渐清晰。合成生物学作为一门新兴的交叉学科，经历了基因测序、基因编辑、基因合成等关键技术的不断突破，也逐渐从基础理论研究步入到工程化应用的发展阶段。其利用工程学思路，模块化改造或创造生物细胞，突破原有生物系统的限制，创造出符合产业化的新型生物系统，广泛应用于医药、健康、制造、农业等领域。近年来，随着技术的成熟和政策的推动，合成生物学应用领域不断扩大，产业规模迅速增长，未来发展潜力巨大。 全球合成生物发展历程 1953
