河南省合成生物學產業發展對策研究

摘 要：【目的】搶抓合成生物學產業重要發展機遇，提出推進河南省合成生物學產業發展的對策建議。【方法】以合成生物學內涵和產業特征為切入點，在對國內外合成生物學產業推進路徑梳理的基礎上，分析河南省合成生物學產業發展現狀。【結果】了解了合成生物學核心概念和行業特點，梳理了國內外合成生物學產業推進路徑，總結了國內外合成生物學產業成功經驗和發展方向，分析了河南省合成生物學產業現狀、存在的問題和面臨的挑戰。【結論】通過加強頂層設計、加強中試平臺建設和鏈接技術資源，有效推進河南省合成生物學產業發展，促進產業創新和轉型升級，為河南省經濟發展注入新動力，實現產業結構優化和可持續發展。

關鍵詞：合成生物學內涵；產業路徑；中試平臺；產業重點

中圖分類號：Q81" " " 文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）22-0140-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.22.029

Study on Development Strategies of Synthetic Biology Industry in Henan Province

Abstract：[Purposes] This study aims to propose strategies for promoting the development of the synthetic biology industry in Henan province， in order to seize important opportunities for its growth. [Methods] Based on the understanding of the essence and characteristics of synthetic biology， the study analyzes the development status of the synthetic biology industry in Henan province by summarizing the domestic and international paths for the advancement of this industry. [Findings] The study provides insights into the core concepts and industry characteristics of synthetic biology. It also identifies successful experiences and development directions from the domestic and international perspectives. Additionally， the analysis offers an assessment of the current situation， existing challenges， and problems faced by the synthetic biology industry in Henan. [Conclusions] Accordingly， recommendations are proposed to strengthen top-level design， enhance the construction of pilot-scale testing platforms， and establish linkages with technological resources. These strategies aim to effectively promote the development of the synthetic biology industry in Henan， stimulate industrial innovation and transformative upgrading， inject new impetus into the economic development of the province， and facilitate optimization and sustainable development of the industrial structure.

Keywords： essence of synthetic biology; industry path; pilot-scale testing platform; industry focus

0 引言

近年來，以合成生物學為引領的第三次生物技術革命蓬勃發展，正以巨大的技術顛覆與經濟價值成為制造業主導力量之一，合成生物學產業規模以接近全球GDP平均增速2倍的速度增長，合成生物學產業已然成為強國博弈戰略制高點、重點推進的未來產業。

1 合成生物學內涵及產業特征

1.1 合成生物學內涵

合成生物一詞最早出現于1911年法國物理化學家Stephane Leduc《生命的機理》，最初主要用于表達基因重組。隨著分子系統生物學的發展，2003年國際上將其定義為基于系統生物學的遺傳工程和工程方法的人工生物系統研究。2010年，首位運用合成生物學技術創造出人造單細胞生物的科學家克雷格·文特爾將其描述為像組裝電路一樣組裝生命。

國內對于合成生物學的定義，基本上都是圍繞生物學科與其他學科融合改造生物系統展開的。王曉梅等［1］認為，合成生物學是在系統生物學基礎上，融匯工程科學原理，采用自下而上的策略，重編改造天然的或設計合成新的生物體系，以揭示生命規律和構筑新一代生物工程體系的匯聚型新興學科。趙國屏［2］認為，合成生物學研究融合生物、工程、物理、化學、計算機等學科，促使生命科學實現從觀測性和描述性系統分析認識生命的實驗科學，向可定量和可預測人工設計合成生命的工程科學的跨越。劉曉等［3］認為，合成生物學采用工程化設計理念，對生物體進行有目標的設計、改造乃至從頭合成人造生命，代表了一種新的思維模式、研究方式、會聚技術。劉陳立認為，合成生物學有工程屬性，它是用工程學方法去改造生命體，所以也叫工程生物學， 具體到產業實踐中，合成生物學產業被認為是利用可再生的生物質資源為原料生產各種產品［4］。即通過構建高效的細胞工廠，利用淀粉、葡萄糖、纖維素等可再生碳資源甚至CO2為原料，生產氨基酸、有機酸、抗生素、維生素、微生物多糖等。

總體來看，合成生物學是生物學、工程學、信息技術等相互交叉融合的新興領域，是利用基因組測序、生物工程、計算機模擬等技術進行生命設計與合成再造，創造出更加符合產業化的新型生物系統。

1.2 合成生物學產業特征

從上述定義可以看出，合成生物學產業化過程中，首先在技術上，需要讀取、記錄生命體基因信息，并根據需要利用其他學科技術改寫、改變、創造基因的序列，使其為細胞工廠服務。其次在產業化上，需要以微生物細胞工廠為核心，進行原料輸入—菌株培育—發酵控制—提取純化—產品輸出的產業化流程。基于此，合成生物學產業具有以下鮮明特征。一是技術更新快。與傳統發酵使用特定的菌種或酶技術相比，合成生物學技術應用基因編輯技術定向改造基因，進而定向創造工業菌種或酶。在先進生物技術、數據科學、工程技術、人工智能結合的情況下，自動化、高通量的設備平臺和標準化的試驗方法、算法和流程，推動合成生物學產業技術加速創新。二是產業層次清晰。合成生物學產業鏈垂直分布，分上、中、下三層。上層由提供基因合成、編輯等底層技術主體構成，通過設計—構建—測試—學習循環（DBTL）構建出需要的細胞，然后通過選擇和改造菌株來擴大生產；中層由從產品研發到放大生產的產品型和主攻平臺搭建的合成生物學主體構成，主要是運用精密工程、自動化、機器學習、大數據等技術，搭建由軟件控制、硬件設備和應用集成的合成生物規模化制造中試場地；下層為合成生物制造產品的終端客戶，主要是借助合成生物學技術生產原料或產品，打通從生物改造、發酵純化到產品改性的全產業鏈，是產業鏈上的核心盈利環節。三是應用領域廣。作為基因改造設計學科，合成生物學技術應用到方方面面。目前，生物醫藥、生物制造、健康食品是合成生物學的三大應用行業。同時，生物基材料快速發展，未來有望實現領跑。

2 國內外合成生物學產業發展情況

根據Reportlinker統計，2021年合成生物學全球市場規模首次超過了100億美元，預計2026年合成生物學市場規模可達336億美元，年復合增長率在27%以上。北美和歐洲仍然占據合成生物產業的主導地位，產業合計占比超過80%，亞太占比13%，中國合成生物學產業市場增長最為迅猛。

2.1 國外情況

國外高度重視合成生物產業發展，采取各種措施搶占核心技術，積極推進專利成果轉化與產業應用，涌現一批合成生物學產業企業。

美國作為合成生物學技術研究的先驅者和全球領先力量，近年來加大利用合成生物學技術力度，在生物醫藥、農業、工業和國防等諸多領域密集開展大量研究，推動健康、農業和能源等多行業實現轉型升級。2019年，工程生物學研究聯盟（EBRC）發布《工程生物學：下一代生物經濟研究路線圖》；《2021年美國創新和競爭法案》將合成生物學列為十大關鍵技術重點領域之一；2022年拜登啟動國家生物技術和生物制造計劃，投入20多億美元，旨在擴大美國的生物制造產業規模，加強供應鏈韌性，推進生物產品商業化。目前，Golden數據庫顯示，美國擁有400多家合成生物學企業，處于全球領先地位。

英國生物技術產業規模位居歐洲第一、全球第二。其依托生物和化學領域基礎科學和雄厚的工業基礎優勢，將合成生物作為引領未來經濟發展的四大新興技術之一，高度重視對合成生物學基礎設施的建設和對初創企業的投入，在全球首個國家層面出臺合成生物學戰略路線圖，發布生物學戰略計劃，明確2030年生物經濟規模比2016年增加100%，在2030年實現合成生物學上百億歐元市場的目標。同時，英國加強生態集群建設，成立了國家協會和社區后，還在全國多個地方建立了合成生物學協會，以此構建合成生物學國家級研究網絡。目前，英國已經擁有6個研究中心，1個創新中心和1個制造中心，擁有150多家合成生物學初創企業。

歐盟的合成生物技術主要應用于制造業、工業、制藥業和農業等領域。2014年，歐洲合成生物學研究區域網絡發布了《歐洲合成生物學下一步行動——戰略愿景》，正式開始繪制歐洲合成技術短、中、長期路線圖。2018年，歐洲研究基礎設施論壇（ESFRI）發布了《2018年研究基礎設施戰略報告和科研基礎設施路線圖》，提出創新分布式基礎設施——工業生物技術創新與合成生物學加速器（IBISBA），旨在支持工業生物技術和合成生物學來推動歐洲向循環生物經濟轉型。地平線2020資助計劃投入800億歐元，以工業生物技術和合成生物學技術發展歐洲循環生物經濟。目前，歐洲市場上已經有不少運用合成生物技術的企業，涉及制藥、化工等領域，專注于合成生物學研究的初創企業超百家。

澳大利亞依托良好的科研基礎和基礎設施，將合成生物技術作為具有戰略重要性的關鍵技術，明確健康和醫療領域是技術和產品開發與應用的重點。2021年，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）發布《國家合成生物學路線圖》，提出未來短期（2021—2025年）要提升合成生物學的應用能力，并論證其商業可行性；中期（2025—2030年）要推動合成生物學初步實現商業化發展，建立產業集群；長期（2030—2040年）要重點發展由市場決定的合成生物學優先應用方向，提出相關產業的規模化增長的發展路線圖。目前，澳大利亞已經建立了合成生物學高級研究中心、明確了國家合作研究基礎設施戰略、資助共享生物制造基礎設施，涌現了一批合成生物學企業，并對農業和健康產業產生重大影響。

2.1 國內情況

我國高度重視合成生物學產業發展，持續通過頂層設計和發展規劃，明確重點和政策支持，初步形成三大集聚地和一批合成生物產業企業。

為推動合成生物學產業的發展，2006年和2010年國家將合成生物學專題研究分別列入我國863計劃和973計劃。近年來，國家更加重視合成生物學產業發展，積極推動底層技術研究和產業化規模應用。“十二五”規劃提出生物制造概念；“十三五”規劃將概念延伸至生物產業，提出要大力發展生物制造、生物醫藥及生物能源等領域，并作為戰略前瞻性重大科學問題和前沿共性生物技術被寫入《“十三五”生物技術創新專項規劃》；“十四五”規劃明確指出包括合成生物學在內的生物經濟是未來中國經濟轉型的新動力。北京、天津、上海等省（直轄市）均明確提出了合成生物學方向的規劃和布局，出臺支持合成生物產業發展的落地政策。目前，我國在關鍵核心技術領域發表論文和專利申請數量位居全球第二，尤其是下游應用端已處于領先位置；國內發展合成生物學具備制造應用優勢與成本優勢，不少產品已占據全球原料市場排行榜前列，國內不少合成生物學企業匯聚長三角、京津冀、粵港澳，初步形成天津、上海和深圳合成生物技術的三大陣地，山東、安徽、湖北等省集聚了一批企業。據創業邦睿獸分析數據，現階段我國合成生物學關聯企業925家。同時，資本不斷涌入合成生物學領域，2018—2022年一級市場完成1 039個投融資，合成生物學產業呈現蓬勃發展勢頭。

3 河南省合成生物學產業發展現狀

近年來，河南省深入實施十大戰略，出臺戰略新興和未來產業規劃，把生物技術作為做優做強優勢主導產業主要任務之一，深入推進合成生物學產業發展，已在工業放大、發酵量產等方面形成絕對優勢，原材料、物流等方面形成相對優勢，具備做強合成生物學產業、打造千億產業集群產業的扎實基礎。

3.1 河南省合成生物學產業發展優勢

3.1.1 擁有一批合成生物企業。河南省是全國優質的農產品生產基地，生物資源豐富，擁有金丹、新拓洋、星漢生物、巨龍生物、中大恒源、飛天生物和蓮花健康等一批優質生物工程類生產制造企業，以及其他中小型生物企業200多家，年產業規模和銷售額超過300億元。

3.1.2 擁有原材料成本比較優勢。在合成生物學產業化過程中，成本約束較為突出。如果把成本項拆開來看，超過40％來自淀粉、糖。有專家預計，中國生物制造3 000億產值中，接近1 500億左右的原材料成本。因此，原材料成本的高低直接關系到合成生物企業發展，尤其是從0到1的創業公司。河南省低成本的農作物原材料供給，不但為合成生物初創企業量產帶來經濟實惠的便利條件，也有利于合成生物產品的規模化生產制造。

3.1.3 擁有發酵類產業產能優勢。對于合成生物學來說，一款產品從100升以下的小試，到千升量級的中試，最終到幾十噸或者萬噸規模的量產，都需要扎實的發酵產業基礎。河南省作為產糧大省，有著低成本的玉米資源、較強發酵產業底蘊及巨大的發展潛力和空間。基于這種發酵產能，合成生物企業能夠快速實現從小試、中試到大規模生產，讓合成生物企業更好地、輕資產地騰飛。

3.1.4 擁有合成生物產品的應用優勢。食品是合成生物學極為重要的下游應用領域，包括健康糖、替代蛋白、天然色素、香精香料等眾多產品。合成生物學正在不斷拓展傳統食物的邊界。河南擁有完善且極具競爭力的食品產業鏈和龐大的消費人口，培育了雙匯、三全、思念、牧原、衛龍、蜜雪冰城、鍋圈食匯等家喻戶曉的知名食品品牌，這都是合成生物學企業的關注重點。未來，從原料的開發到細胞培養肉再到替代蛋白，食品領域將為合成生物學產業化提供廣闊的空間。

3.2 河南省合成生物學產業發展難點

河南省合成生物產業盡管有一定優勢，但是與北京、上海、深圳等創新資源豐富的地區相比，還存在合成生物技術原創能力弱、產業集聚度不高等問題。

3.2.1 原始技術創新主體少。合成生物學產業鏈的上游企業主要提供DNA測序、合成、編輯等底層技術服務。目前，國內合成生物學的技術源頭主要集中在京津冀、長三角和粵港澳大灣區三大地區。深圳依托中國科學院深圳先進院、深圳合成生物學創新研究院、深圳市工程生物產業創新中心等載體平臺，聚焦合成生物領域從“0到1”的原始創新和“從1到10”的關鍵核心技術研發，打造了基礎研究+技術攻關+成果產業化+科技金融+人才支撐全過程創新生態［5］。而河南則缺少類似的技術研發機構，以及依托研發機構形成的合成生物創新生態體系。

3.2.2 產業主體不多。目前，我國合成生物學產業鏈企業在全國各地均有分布，其中，廣東與江蘇分布的密集程度遙遙領先于其他省份，其次是山東、湖南、浙江、福建等地。河南雖然培育了如鄭州拓洋、鶴壁飛天等企業，但總量上與發達地區仍有一定差距。

3.2.3 產業集聚度不夠。在產業布局當中，多數生物相關廠商傾向于依托合成生物學園區進行研發生產。根據前瞻產業園區庫的數據，截至2023年12月，我國生物產業園區共有532個，主要分布在山東、江蘇、廣東、湖北等地，其中山東共有產業園區71個。河南合成生物學產業在鶴壁有一定的產業基礎，省屬企業如投資集團、豫資控股成立了生物產業集團，但整體看，企業布局不夠集中，沒有全國知名的合成生物產業園區。

4 推動河南省合成生物學產業發展的建議

面對合成生物學產業發展的戰略機遇，河南省堅持以創新為動力，產業為核心，發揮農業、生物發酵資源發展優勢，按照一個核心兩個輪子，兩個領域四個系列的發展思路，即以合成生物制造為核心，以科技成果轉化+應用技術開發雙輪驅動，發展生物大健康、生物基材料兩大領域，布局健康食品原料、生物醫藥、生物基材料、終端消費品四大系列產品。通過科研、產業、資本三大抓手，構建多元支撐、協同發展體系，爭取10年內打造具有全球影響力的領先合成生物學產業集聚地。

4.1 加強頂層設計，明確產業發展路徑

生物技術應用領域廣泛，結合本地資源和產業優勢，設計合成生物學產業發展路線圖是推進合成生物學產業發展的共同做法。河南省應結合自身資源優勢和產業基礎，近期，以淀粉制糖技術發展健康產品、生物醫藥、生物基材料；以玉米淀粉等糧食作物為原料，發展健康產品、生物醫藥，生物基材料。同時，緊盯秸稈制糖等非糧生物質發展關鍵技術，推動工業化應用。遠期，利用非糧生物質資源綜合利用技術重構合成生物制造產業體系；隨著秸稈生產混合糖、高效提純濃縮等關鍵平臺技術的產業化突破，以非糧糖源為原料，利用合成生物技術生產阿洛酮糖、塔格糖、肌醇、DHA等健康產品原料，發酵蟲草菌粉、甘露醇、三乙酰核糖等生物醫藥原料，具有優異的生物可降解性和生物相容性的PLA、PHA、PEF、生物基尼龍56等非糧生物基新材料；上游拓展非糧生物質轉化原料產線，下游延伸高附加值終端產品，建設有競爭力的合成生物產業體系。

4.2 加強科技成果轉化（中試）及產品應用開發，推動企業集聚發展

一是在加強中試能力建設方面，持續提升基礎研究能力，打造高水平概念驗證環節，為中試成果的二次開發提供前置支撐。培養具有科研思維的中試工程師隊伍，做到一個問題，多種解法，為每個中試環節提供最科學的技術方案。持續加大資金投入，不斷升級工藝及裝備設施效能，夯實多層次技術創新、成果轉化硬件支撐能力。二是在培育中試能力優勢、鏈接技術與市場方面，成立產業研究院、博士后工作站，提供技術、人才支撐。要“頂天”，向上直擊合成生物領域高校與科研院所只搞研發不做中試、科技中小企業需要中試但建不起、大企業建得起卻利用不足等中試轉化環節薄弱要害，凝聚源頭技術、需求、項目入豫轉化。同時，要“立地”，向下圍繞大健康戰略、材料強國戰略發展要求，為健康產業及材料產業下游企業提供優質產品解決方案，持續通過產品創新，實現市場拓展。另外，組建河南合成生物產業研究院，完善創新鏈條，攻克關鍵技術，搭建高端平臺，強化協同創新；建立博士后工作站，培養實用型、創新型、復合型人才，培育高水平科研團隊，產出高水平科研成果，在招才引智、科技創新方面起到旗幟引領作用。同時，依托中試研發機構，布局建設合成生物學產業園區，建立健全政策體系，吸引合成生物企業入駐，打造合成生物學產業集聚高地。

4.3 加強合成生物學技術引進，推動技術向產品落地，打通“創新鏈”

鑒于河南省原始技術創新能力弱的情況，圍繞合成生物技術快速突破帶來的成果轉化需求，打造全要素（人、信息、技術等）匯聚、機制靈活、功能多元、開放共享、供給有效的成果轉化與應用開發創新平臺。一是鏈接技術創新主體。積極對接國家合成生物技術創新中心、江南大學、浙江工業大學等國家戰略科技力量，引進先進且契合發展方向的科研成果，建立強中試特色能力優勢，使之成為并購重整省內生物產業資源的核心支撐，實現“源頭技術全球創新—產業應用河南實踐”的融通發展。二是建立有利于成果快速轉化、資源集聚的成果引進及轉化機制。采用以產定研、量身定制的訂單式研發模式，科學系統的技術引進管理流程，圍繞體制機制、考核體系、人才團隊建設等方面設計具有市場競爭力的運營模式，構建一套成果轉化“頂層設計”，促進成果轉化。針對現有生物技術成果管理體制約束，通過適合國企屬性的更加靈活的技術許可、轉讓、作價入股、聯合開發等技術轉移模式，紓解轉移難、轉化低的困境，打造開放、包容、誠信的生物技術成果轉化標桿；針對發達地區成果轉化應用成本高、落后地區人才與技術匱乏的痛點，與深圳、上海、天津等擁有合成生物領域國家級戰略科技力量的地區簽訂飛地協議，以機制吸引資金、人才等創新要素向河南匯聚，同時適時設立國際創新資源對接的窗口公司，引進日本高化學、丹麥諾維信等合成生物領域知名企業及其先進技術。

參考文獻：

［1］王曉梅，李輝尚，楊小薇.全球農業合成生物學發展現狀及對中國的啟示［J］.農業展望，2023，19（4）：71-76.

［2］趙國屏.合成生物學：從“造物致用”到產業轉化［J］.生物工程學報， 2022，38（11）：4001-4011.

［3］劉曉，曾艷，王力為，等.創新政策體系保障合成生物學科技與產業發展［J］.中國科學院院刊，2018，33（11）：1260-1268.

［4］崔興毅，蔡雨琪.合成生物學：屬于未來的“天工開物”［N］.光明日報，2023-05-25（016）.

［5］朱瑞博，劉蕓.構建新型舉國體制推動產業高質量發展［J］.上海經濟研究，2022（3）：11-19.