全球28位业内专家畅谈合成生物学：中国增长势头最强劲，医疗保健及生命科学应用最广

作为一个多学科交叉的创新技术领域，合成生物学专注于生物系统的分析和操作，已对当今的众多行业产生影响，其影响力或将与人工智能（AI）和机器学习（ML）技术一样广泛而深远，与此同时，它的应用也存在伦理问题和安全问题。

近日，美国理特管理咨询公司（Arthur D. Little，ADL）发布了一份关于合成生物学行业的研究报告（下文简称报告）。该报告以“The Brave New World Of Synthetic Biology”为题，基于 Arthur D. Little 的广泛研究和针对全球 28 位业内专家的访谈，全面概述了合成生物学的发展现状、应用领域、市场规模、市场格局、未来前景，以及企业应如何应对合成生物学的发展等，系统探讨了合成生物学对全球商业、社会和人类的影响。

（来源：Arthur D. Little）

该报告指出，合成生物学是一个极其多样化的领域，就广度而言，其应用范围是独一无二的，几乎包揽生命科学、医疗保健、食品、工/农业、能源以及信息技术等各行各业，就深度而言，合成生物学技术或将在 20 年内对行业带来变革性影响，小到 DNA 合成和基于 DNA 的数据存储，大到应对全球气候变化，此外，合成生物学的技术成熟度涵盖从萌芽期到完全商业化的各个阶段。

▲图｜2022-2030 年全球合成生物学市场增长预测（来源：Arthur D. Little）

围绕合成生物学的许多应用正蓄势待发，预计至 2030 年的复合年增长率将超过 20%，尤其是在医疗保健、生命科学、食品和农业领域，其中，无论是在技术推动（增加投资、降低技术成本、发展生态体系）还是在市场拉动（特别是可持续性、医疗保健需求和制造效率）方面，增长的驱动力都较为强劲。此外，其市场规模预计将从 2023 年的 150 亿美元左右增长到 2030 年的 700 亿美元。

更重要的是，如果当前正在开发的合成生物学技术已经成熟，其可能会产生巨大影响，在未来数十年内、在多个领域（占全球总产出 15%-20% 的产业）带来变革。以美国为例，这些受到影响的产业约占当前国内生产总值的约 20%，约 5 万亿美元。

具体而言，在医疗保健和生命科学领域，实现更有针对性的个性化治疗并改善诊断以及药物设计与开发；在粮食和农业领域，从作物品种优化到合成食品以及生物修复等都将迎来进一步发展；工业和消费品领域，包括新型/特种产品、原材料替代、可持续性和工艺性能改进；能源领域包括生物燃料、生物电池、传统燃料的工艺改进；信息技术领域，实现基于 DNA 的数据存储等。

▲图｜2022 年合成生物学对美国 GDP 潜在影响（来源：Arthur D. Little）

围绕合成生物学的研究大体可划分为三个层面：基础学术研究、产品开发，以及工具和技术开发。围绕基础学术研究方面，全球范围研究比较前沿的机构，比如麻省理工学院生物工程系、西北大学合成生物学中心、斯坦福大学合成生物学与生物工程系、瑞士苏黎世联邦理工学院、英国帝国理工学院合成生物学中心、德国马克斯·普朗克合成生物学研究所、中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所、新加坡国立大学合成生物学促进临床和技术创新中心等。

这些科研机构的研究课题主要围绕以下几个方面，比如，大规模采用无细胞生物制造（预计 5-10 年内成熟）、人工智能、合成生物学和自动化的融合（预计 5-10 年内成熟）、真核生物基因组水平的 DNA 合成（预计 5-10 年内成熟）、复杂动物和人体组织器官的 3D 生物打印（预计 10-20 年内成熟）、多细胞生物的预测性基因工程（预计 10-20 年内成熟）、基于 DNA 的数据存储（预计 10-20 年内成熟）。

▲图｜工具和技术开发领域合成生物学相关公司（来源：Arthur D. Little）

合成生物学中大多数的工具和技术开发公司位于美国，其余的公司大约一半在欧洲，一半在亚洲。目前，整个市场大约有 500 余家合成生物学初创公司和极少数的成熟公司，合成生物学工具和技术公司在 2022 年筹集了约 103 亿美元，虽然大部分融资金额最多的公司在美国，但预计未来亚洲的增长最为显著，其中，中国增长势头最为强劲。与此同时，全球很多国家政府都已经把投资和支持投向了合成生物学领域，比如英国早在 10 余年前就启动了一项合成生物计划，而美国、澳大利亚、中国等国家也做出了大量努力。

合成生物学应用层面，针对全球 28 位业内专家的访谈中，约四分之一的受访者认为医疗保健和生命科学是合成生物学未来 5-10 年内应用最广泛的领域（26%），其次是食品和农业（21%），然后是工业、制造业、化工和材料（18%）。

（来源：Arthur D. Little）

应用成熟度方面，医疗保健和生命科学领域，比如，广泛使用的单克隆抗体作为一种治疗选择正处于生产力的顶峰，而基因疗法等新的治疗方式被认为正处于预期过高的顶峰；粮食和农业领域正接近超过预期的顶峰，相关产品的商业化不断成熟，但市场占有率仍然相对有限，使用合成生物学技术的新产品处于商业化的边缘，那些解决当前围绕食品生产的可持续性挑战的技术（如细胞培养肉）正处于技术触发阶段；工业、制造业、化学品领域，随着许多终端行业对新型酶的需求持续增长，这一细分市场正接近超过预期的峰值；消费品领域的细分市场正在成熟，随着可持续性成为消费者最关心的问题，合成生物学用于生产消费品的应用将继续增长；其他包括能源和信息技术，受限于技术依然进展缓慢，尚处于发展初级阶段。

通过对比成熟度，可以窥见当今每个关键应用领域的重要性。比如，医疗保健和生命科学领域是最成熟、最大的市场，也是增长率最高的市场之一；食品和农业领域紧随其后，尽管该领域仍有大量技术处于较低的技术就绪级别；工业、制造业、化工、材料、消费品和能源也在增长，而信息技术领域最为初级，需要注意的是，如若基于 DNA 的存储能够商业化，这将成为一个巨大的市场。

▲图｜应用领域合成生物学相关公司（来源：Arthur D. Little）

细分来看，在医疗保健和生命科学领域，合成生物学的切入点包括组织工程、医疗器械和植入物、疫苗、细胞疗法、基因疗法等。以近些年热门的细胞疗法和基因疗法为例，细胞治疗市场预计将以 42% 的复合年增长率从 2022 年的 27 亿美元增长到 2029 年的 323 亿美元，该领域的主要参与者包括大型制药公司，如百时美施贵宝和吉利德，它们分别通过收购 Juno/Celgene 和 Kite Pharma 扩大了细胞治疗能力；基因治疗市场预计将以约 20% 的复合年增长率从 2022 年的 75 亿美元增长到 2030 年的 300 亿美元，该市场的成熟企业包括诺华等大型制药公司以及 Vertex 等，目前批准的基因疗法主要针对血友病和严重镰状细胞贫血等血液遗传疾病，也包括退行性遗传疾病，一些较大适应症领域的基因疗法（如 1 型糖尿病）也在开发中。

在食品和农业领域，合成生物学的切入点包括作物育种、精准农业、生物基食品、生物修复、生物固定、生物传感器等。以近些年热门的生物基食品为例，2022 年全球合成食品和配料市场规模约为 120-130 亿美元，Impossible Foods 和 Beyond Meat 目前主导着植物性肉类市场，同时越来越多的新型植物性食品初创企业和食品服务业的扩张将进一步推动增长，比如提供无动物乳蛋白的初创企业（比如 ImaginDairy 和 Perfect Day）也越来越受欢迎。

▲图｜评估合成生物学对企业自身业务影响（来源：Arthur D. Little）

对于企业来说，面对合成生物学的快速发展，需要制定合适的战略，发现潜在机遇并拓展相关能力，并做好准备迎接突破带来的指数级增长，而鉴于合成生物学应用多样性，企业需要仔细考虑哪些领域与自身业务相关，并进行切合实际的市场评估。

具体而言，比如，识别潜在机遇，找出当前或设想的未来合成生物学技术可能颠覆的业务领域或创造的新机遇，以及考虑合成生物学如何增强当前绩效，实现新产品或新工艺，增强可持续性；评估吸引力并制定战略，采取以市场为导向的方法来评估潜在的商业案例，并制定基于情景的策略；探索如何将所需的功能整合到生态系统中；参与监管和伦理的讨论，并在应用呈指数级增长时迅速做出反应。

▲图｜合成生物学市场发展的关键性和不确定性分析（来源：Arthur D. Little）

当然，合成生物学也面临一系列挑战和障碍，并且存在一些不确定性。事实上，很多合成生物学应用开发已经持续了几十年，通常更多地是由技术推动而非市场拉动，而关键的不确定性包括技能/能力差距、工具集标准化和知识库系统化、伦理问题、生物安全、公众接受程度、资金和投资的可用性、难以扩大到规模化生产以及与传统技术相比经济性较差等。

▲图｜合成生物学发展里程碑（来源：Arthur D. Little）

20 世纪在很大程度上可以说是化学工业化的世纪，而 21 世纪有望在生物学领域出现类似的变革，这场变革的基础始于上世纪 50 年代 DNA 的发现，并扩展到有助于理解、分析和操纵人类遗传密码以及蛋白质的核心技术。这些发现带来了许多突破性的发现，并扩大了理解、检测和治疗疾病的潜力，人类也看到生物系统在生命科学之外更广泛领域中使用。

“自从上世纪中叶出现以来，合成生物学领域为生命科学本身的一些‘大问题’带来了新见解，同时也提出了一些新问题，然而，尽管它引发了一些伦理问题，但它也为促进人类发展在多个领域提供了更多可能性，这就是为什么这份报告并不回避合成生物学所面临的挑战，而是主要关注它可以为产业和社会带来的好处。”Arthur D. Little 公司 Blue Shift 部门负责人 Albert Meige 博士评论道。

参考资料：1.https://www.adlittle.com/en/insights/report/brave-new-world-synthetic-biology