《麻省理工科技评论》中国×态创生物发布：合成生物平台建设报告

合成生物从单一品类走向全链路产业生态

生命科学的漫长进展，催生了集生物理论和工程应用的合成生物学，为人类生产制造范式提供了历史性的机遇： 面对严峻环境形势，人类亟需改变现有工业文明的发展模式，转变传统工业生产方式，减少对化石燃料的依赖； 以合成生物为基础的生物制造是实现碳中和的重要途径，也是中国突破石化原料瓶颈的重大机遇； 基于合成生物的生物制造具有极大的物质分子创新潜力，拓展了人类制造能力的边界，也撬动着巨大的经济价值。

从全球合成生物领域投融资来看，融资活动仍在早期阶段，各企业处于技术发掘和产业经验积累时期，利用合成生物技术产出的原材料数量仍然较少，且尚未大规模应用到终端产品中，其带来的回报还有一定周期。短期内合成生物从业者仍需要共同做大市场，从技术到产品、从产品到销售的转化是聚焦合成生物领域的企业面临的痛点。

表丨2022-2023 中国部分合成生物企业融资情况

纵观化工行业的发展史，许多化工巨头通过平台化发展的道路，获得过巨大的成功，平台能力的建设使得这些公司从传统的单一产品制造商转变为拥有多样化产品组合和广泛应用领域的综合性企业。

此逻辑也同样适用于生物经济，合成生物仍处于探索阶段，发展模式仍存在未知的可能性。随着技术落地、建厂投产、产品上市、产业融合等全链条布局，传统技术平台型企业与产品型企业的界限将趋于模糊，整体趋势在往“大平台”的方向发展，行业未来竞争核心将进入平台能力建设/研产销一体化/全产业链布局的阶段。合成生物逐步进入从技术考验到综合实力的比拼，随着技术平台的成熟，进一步需要打通上下游全产业链布局，逐步形成全链路的平台能力，并秉持包容开放的态度，其良性的产业生态、全面的能力更有利于可持续发展。

图丨合成生物全链路平台能力（来源：DeepTech）

合成生物全链路平台建设的核心能力

技术平台核心能力

多样化底盘细胞：底盘细胞的改造是为了服务于目标产物生产，同时为了适应于工业级制备，便于生产端分离纯化也是菌种改造阶段需要考虑的环节。举例来说，基于大肠杆菌展示和内含肽切割的寡肽表达和提纯方法，构建用于在宿主菌表面展示的寡肽，寡肽与展示蛋白之间使用内含肽连接，诱导表达“展示蛋白‑内含肽‑寡肽”融合蛋白，培养收集大肠杆菌后，内含肽自切割释放寡肽，寡肽经超滤后结晶或者干燥。此过程无需破碎菌体，也无需进行蛋白纯化，且大肠杆菌可以重复利用，是一种高效简便的寡肽生产和提纯工艺，非常适用于工业级规模的寡肽制备工艺。

模块化细胞构建：模块化细胞构建从最基础的生物元件出发，将具有特定功能的生物元件作为一个“零件模块”，采用搭积木的方式将这些“零件模块”设计形成新的生物装置，不同功能的生物装置以串联、反馈、前馈等形式连接，协同运作组成更加复杂的生物系统，从而执行特定的设计功能，实现目标产物的生产。

高通量自动化工具：高通量自动化平台已从最初的单一设备阶段，进化到实验室自动化与智能化，然而单一环节的自动化不具有提升整体效率的能力，需要将设备融入研发平台体系中，并根据实际开发管线，积累技术经验与效率升级。在服务于多管线与不同场景中，通过数据及经验积累，以达到“二次开发”的效果。

人工智能（AI）赋能：人工智能在合成生物学领域的应用愈加广泛和深入，从最初应用于合成生物学的“学习”阶段，逐渐拓展到整个 DBTL 循环，并且在工程放大等领域都有所涉及。如 AI+ life science 的探索，结合人工智能、大数据、生物信息技术，前沿设计 iTidetron AI 引擎，搭建活性物质和菌株鉴定、可控基因表达、代谢通路设计、可控生物传感、酶设计与改造、干湿实验结合六大模块，共同攻克研发难题、驱动物质快速量产。

规模化生产核心能力

高效发酵优化放大：在工业生产中微生物需要暴露在更为复杂更为严苛的工业环境条件下完成高产高效的生产任务，包括底物胁迫、代谢产物胁迫、环境压力等。人工驯化、诱变筛选、定向进化等方式仍然是必要的手段，通过高效优化放大打通“小试—中试—量产”路径。

大规模发酵技术：利用智能精密设备群、生物反应器的开发、数字化工艺，运用合成生物数据驱动的逻辑，推动传统发酵从粗放的曲线变化，走向更深入的代谢流分析。

图丨合成生物全链路平台能力（来源：DeepTech）

多品种产业化能力

在竞争激烈的市场中，能够实现快速商业化落地构成了合成生物平台能力的核心竞争力和商业壁垒之一。而合成生物学平台商业转化历程包含了从基础研究到最终商业消费的全周期链条，大致可分为技术与商业两个层面。

图丨技术与商业共同赋能多品种的产业化能力（来源：公开信息、DeepTech）

合成生物企业通过平台能力建设，可以提供多样化产品，实现跨行业覆盖来满足不同市场需求，从而扩大市场机会，提高企业竞争力，规避单一品种的行业周期风险，实现业务的多元化和收益的多样化。要实现多样化产品跨行业覆盖，需要具备先进的技术优势、跨学科的团队组成、敏锐的市场洞察力、完善的供应链管理和大规模的生产能力。

多元化合作能力

在全球化竞争环境下，合成生物公司需要依托全链路平台能力建设，通过多元化的合作，构建全球产业生态，来应对日渐激烈的挑战。通过与高校科研机构、产业同行、下游产品应用公司等合作伙伴打造开放合作模式，实现资源共享与成本优化，加速产品开发和市场推广，以及拓展商业机会，加快创新和发展步伐，推动产业的进步与发展。

图丨从0-1 全链路解决方案模型（来源：态创生物）

合成生物全链路平台的产业化

全链路平台能力建设串联合成生物学产业各发展类型，我们将合成生物公司按产品类别和管线数量的不同进行分类。

使能技术型：生物制造领域的基础设施，为生物设计和研究提供了基础支持。仪器设备的研发、设计、制造企业，如贝克曼等生命科学仪器公司；合成、测序、数据库等服务企业，如金斯瑞、擎科生物等。

技术服务型：侧重打通 DBTL 的循环迭代，来建立一个生物体设计与软件开发的集成化平台，获得满足需求性状的微生物细胞工厂。这种模式强调技术创新和平台的建设，为合成生物提供了研发和技术支持，如 Ginkgo、Codexis 等。

大单品型：通过核心大单品占领市场，将重点放在整个生产链的每个环节，更聚焦一类或几类产品品类的研发、生产和商业化。如 Perfect Day、凯赛生物等。

多产业链应用型：侧重全产业链布局、多领域应用、研产销一体化、开放合作等。技术方面建设合成生物能力平台，使企业实现技术的快速迭代和创新，并通过开放合作的模式吸引更多的创新者和创意，形成更广泛的产品线，拓展市场空间。当前各类合成生物创新型公司，大多建立了技术平台，并布局多条管线，但研产销一体化与开放合作的能力，仅有少部分企业重点布局，如态创生物等。

图丨合成生物学产业图谱（来源：公开信息、DeepTech）

以市场需求为驱动开展选品和商业化

在产业化的过程中，“选品”被认为是面临的重要挑战之一，从选品到研发的成功，往往需要经历较长的时间周期，需要综合考虑到生产规模、准入门槛、开发难度、市场需求等因素，前期产品如果选择没有成熟产业化的产品，就意味着要同时承担研发、制造、销售、渠道和产品等风险。相较于海外合成生物企业偏向以技术创新为出发点的商业化策略，中国合成生物企业更加以市场需求为驱动，倾向选择技术已跑通、转化程度高、门槛略低的方向优先进行商业转化。这两个出发点的逻辑都是正确的，但有技术不代表能把技术变成市场，很多时候原料的市场天花板也决定了企业的天花板。如果能更全面地考虑选品和商业化，将获得更广阔的发展空间。

面向“存量替代”与“增量拓展” ，宜采用不同商业化策略

合成生物在不同应用领域的市场情况可以大致分为两类，一类是存量替代，另一类是创新的增量拓展，两类市场对产品的要求不同：

存量替代：市场的要求是融入现有供应链体系，尤其是化工类产品，以生物基产品达到“强链”和“补链”的作用，由于生物基产品与传统石油基产品的生产过程差异，涉及生物基杂质痕量检测及除杂纯化，使生物基化学品有效进入现有化工体系。

增量拓展：市场对原料的接受程度不同，需要一定程度的市场教育，以高附加值产品类为例，需要在上游原料的基础上进行改进和复配，以解决活性成分在终端产品应用过程中可能出现的一系列问题和痛点，确保活性成分在终端产品中表现出色。

开展应用研究，打通合成生物“一站式”解决方案

无论存量替代还是增量拓展市场，都需要对合成生物产品开展应用研究，包括基础研究、配方研究与应用、合规质控等方面，以“高标准、系统化”把控从产品开发、产品应用到产品上市的每一步。同时需要建立全面系统的检测技术体系，用以支撑产品上市前的“千锤百炼”，从研发端即严格把控产品质量。

图丨配方研究与应用基本流程（来源：态创生物）

态创生物——多产业链应用的平台型发展企业

态创生物通过打造合成生物平台，以技术为基础，以生产为抓手，以产品为突破，以市场为导向，四大板块互相推动、正向加速，率先实现研产销一体化、全产业链布局、可持续发展。聚焦于“医食美安”领域，与合作伙伴共建全球合成生物产业生态，同时平台的开放合作加强产业融合，将来自市场/产业的反馈给到技术创新/研发端。

图丨态创合成生物平台（来源：态创生物）

【技术力】以技术为基础，突破行业量产瓶颈

态创生物搭建了自动化研发平台，内载菌株库与元件库、AI 引擎等，极大提升研发效率，链接研发生产每一步。形成上游以元件、菌种库等平台助力细胞工程搭建；中端注重目标产物合成路径、代谢路线、表达载体等高效循环运作，通过微流控等平台提升发酵效率；下游构建完善的小试—中试—量产路径。实现多种跨领域产品量产能力。

菌株库与元件库：通过自建的菌株库与元件库，基于基因大数据平台，可按需求对底盘细胞进行针对性的组装和改造，为迅速构建合成目标物质的“细胞工厂”提供基础资源与数据储备。

AI 预测模型：结合高通量测序和人工智能，自主研发活性肽预测和挖掘模型，在活性物质预测和挖掘上，具有准确性高、稳定性好和实用性广等特点，可鉴定自然界中菌株的功能和用途，为构建“细胞工厂”提供强有力的支撑。2023 年 11 月率先开放了 AI 抗菌肽预测和挖掘系统。抗菌肽（AMPs）是一种具有广谱抗菌作用的小分子活性肽，不仅耐酸碱、抗肿瘤、抗病毒，还不易产生耐药性。然而由于其序列短、多样性高、相似性低的特点，抗菌肽的研究在很大程度上仍然需要借助反复的实验验证，这就给了AI赋能的机会。

生物工程技术：运用 CRISPR-Cas 等多种基因编辑工具全方位提升“细胞工厂”的合成效率，结合基因工程、酶工程等多种技术手段，在底盘细胞中实现代谢通路的搭建和优化，最终形成尽可能多的工程菌样本库，极大地提高获取目标菌株的成功率。

定向进化与微流控/高通量筛选：通过微流控与定向进化相结合的方式以突破传统的“理性设计”，在“细胞工厂”合成通路中引入定向突变过程；当前微流控平台通量可达 10^9 细胞/天，高于传统筛选方式 3-4 个数量级，筛选过程也从几年缩短至几个月。

【生产力】规模化量产实现稳定产能供应

态创生物通过建设自有智能工厂，研发物质通过一系列工艺完善，最优菌株在定制的智能发酵系统中快速发酵量产，产物经分离纯化后，获取纯度高、活性好、质量稳定的目标物质。目前已覆盖美妆、食品、大宗原料、工业制剂等生产线，年度产能超万吨。

图丨生产工艺流程 ——以赤藓糖醇为例（来源：态创生物）

【产品力】多管线抵达“医食美安”多领域

依托底层技术的普适性及后端放大生产经验，已实现在库原料产品突破 50 种，满足了“医、食、美、安”多领域需求。在选品逻辑上，保持市场敏锐度把握切实需求，从消费品、高价值产物逐步拓展到大宗原料。打造研究与应用中心全方位赋能产品，进行基础研究、配方研究与应用及合规质控，为客户伙伴提供优质绿色原料及全链路解决方案。

图丨以需求为导向，绿色应用覆盖医食美安（来源：态创生物）

【市场力】共建全球合成生物产业生态

从产品到市场：态创生物拥有稳定的供应体系和强大的销售、新业务拓展团队，已打通全球 100+ 工厂与品牌，正进入头部品牌供应体系，国内合作伙伴有伊肤泉、伊丽汇、王老吉、椰泰、春光等。合作模式主要是原料供应、配方开发及产品全链路解决方案等服务。

从技术到市场：态创生物携手 10+ 院士、30+ 专家，与中山大学、江南大学、南京工业大学、生物岛实验室等院校及科研机构开展合成生物技术转化合作。例如与江南大学的陈坚院士共同成立了合成生物技术联合研究中心，对母乳寡糖等物质进行研发突破和转化落地，此外还有中山大学-态创生物工程生物技术联合研究中心、未来生物材料联合研究中心、粤港澳大湾区合成生物创新技术转化中心。

在研究合成生物平台能力建设中，我们可以看到一个初步的趋势：当前合成生物产业规模逐渐扩大，各个细分领域也不断涌现出创新的产品和技术，合成生物行业进入从技术考验到综合实力的比拼，随着技术平台的成熟，合成生物平台型企业逐渐具备开发多管线产品的能力，并衔接自有工厂的放大生产，对外供应稳定产能，并开放多元化的合作模式，实现研产销一体化、全产业链布局，通过打通上下游形成一个完整的“大平台”。其良性的产业生态、全面的能力更有利于可持续发展。

合成生物全链路平台能力建设的核心目标：提高合成生物学的应用效率、扩大应用范围和加速产业化进程。通过构建全面的产业核心能力，合成生物学能够更好地满足多产品多行业多领域的产业需求，推动创新和可持续发展。

所需要的合成生物平台能力包括：完备高效的技术研发平台、全产业链布局、研产销一体化，涵盖研发能力、规模量产能力、产品应用能力、商业化能力等。

在合成生物历经 20 余年的发展历程中，合成生物既是一揽子技术和方法论，也是一个科技和产业深度交叉的学科。需要在技术平台上加大研发投入，以积极推动技术发展；同时更需要积极地拓展开放包容的合作，打造交流土壤，使研究成果能够高效转化为具有商业价值、可落地的产品和服务。从单一产品或应用领域扩展到多个产品和广泛的应用领域，凭借良性的产业生态和全面的能力实现合成生物持续发展。

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