《麻省理工科技評論》中國×態創生物發布：合成生物平台建設報告

合成生物從單一品類走向全鏈路產業生態

生命科學的漫長進展，催生了集生物理論和工程應用的合成生物學，為人類生產製造範式提供了歷史性的機遇： 面對嚴峻環境形勢，人類亟需改變現有工業文明的發展模式，轉變傳統工業生產方式，減少對化石燃料的依賴； 以合成生物為基礎的生物製造是實現碳中和的重要途徑，也是中國突破石化原料瓶頸的重大機遇； 基於合成生物的生物製造具有極大的物質分子創新潛力，拓展了人類製造能力的邊界，也撬動著巨大的經濟價值。

從全球合成生物領域投融資來看，融資活動仍在早期階段，各企業處於技術發掘和產業經驗積累時期，利用合成生物技術產出的原材料數量仍然較少，且尚未大規模應用到終端產品中，其帶來的回報還有一定周期。短期內合成生物從業者仍需要共同做大市場，從技術到產品、從產品到銷售的轉化是聚焦合成生物領域的企業面臨的痛點。

表丨2022-2023 中國部分合成生物企業融資情況

縱觀化工行業的發展史，許多化工巨頭通過平台化發展的道路，獲得過巨大的成功，平台能力的建設使得這些公司從傳統的單一產品製造商轉變為擁有多樣化產品組合和廣泛應用領域的綜合性企業。

此邏輯也同樣適用於生物經濟，合成生物仍處於探索階段，發展模式仍存在未知的可能性。隨著技術落地、建廠投產、產品上市、產業融合等全鏈條布局，傳統技術平台型企業與產品型企業的界限將趨於模糊，整體趨勢在往「大平台」的方向發展，行業未來競爭核心將進入平台能力建設/研產銷一體化/全產業鏈布局的階段。合成生物逐步進入從技術考驗到綜合實力的比拼，隨著技術平台的成熟，進一步需要打通上下游全產業鏈布局，逐步形成全鏈路的平台能力，並秉持包容開放的態度，其良性的產業生態、全面的能力更有利於可持續發展。

圖丨合成生物全鏈路平台能力（來源：DeepTech）

合成生物全鏈路平台建設的核心能力

技術平台核心能力

多樣化底盤細胞：底盤細胞的改造是為了服務於目標產物生產，同時為了適應於工業級製備，便於生產端分離純化也是菌種改造階段需要考慮的環節。舉例來說，基於大腸桿菌展示和內含肽切割的寡肽表達和提純方法，構建用於在宿主菌表面展示的寡肽，寡肽與展示蛋白之間使用內含肽連接，誘導表達「展示蛋白‑內含肽‑寡肽」融合蛋白，培養收集大腸桿菌後，內含肽自切割釋放寡肽，寡肽經超濾後結晶或者乾燥。此過程無需破碎菌體，也無需進行蛋白純化，且大腸桿菌可以重複利用，是一種高效簡便的寡肽生產和提純工藝，非常適用於工業級規模的寡肽製備工藝。

模塊化細胞構建：模塊化細胞構建從最基礎的生物元件出發，將具有特定功能的生物元件作為一個「零件模塊」，採用搭積木的方式將這些「零件模塊」設計形成新的生物裝置，不同功能的生物裝置以串聯、反饋、前饋等形式連接，協同運作組成更加複雜的生物系統，從而執行特定的設計功能，實現目標產物的生產。

高通量自動化工具：高通量自動化平台已從最初的單一設備階段，進化到實驗室自動化與智能化，然而單一環節的自動化不具有提升整體效率的能力，需要將設備融入研發平台體系中，並根據實際開發管線，積累技術經驗與效率升級。在服務於多管線與不同場景中，通過數據及經驗積累，以達到「二次開發」的效果。

人工智慧（AI）賦能：人工智慧在合成生物學領域的應用愈加廣泛和深入，從最初應用於合成生物學的「學習」階段，逐漸拓展到整個 DBTL 循環，並且在工程放大等領域都有所涉及。如 AI+ life science 的探索，結合人工智慧、大數據、生物信息技術，前沿設計 iTidetron AI 引擎，搭建活性物質和菌株鑑定、可控基因表達、代謝通路設計、可控生物傳感、酶設計與改造、乾濕實驗結合六大模塊，共同攻克研發難題、驅動物質快速量產。

規模化生產核心能力

高效發酵優化放大：在工業生產中微生物需要暴露在更為複雜更為嚴苛的工業環境條件下完成高產高效的生產任務，包括底物脅迫、代謝產物脅迫、環境壓力等。人工馴化、誘變篩選、定向進化等方式仍然是必要的手段，通過高效優化放大打通「小試—中試—量產」路徑。

大規模發酵技術：利用智能精密設備群、生物反應器的開發、數字化工藝，運用合成生物數據驅動的邏輯，推動傳統發酵從粗放的曲線變化，走向更深入的代謝流分析。

圖丨合成生物全鏈路平台能力（來源：DeepTech）

多品種產業化能力

在競爭激烈的市場中，能夠實現快速商業化落地構成了合成生物平台能力的核心競爭力和商業壁壘之一。而合成生物學平台商業轉化歷程包含了從基礎研究到最終商業消費的全周期鏈條，大致可分為技術與商業兩個層面。

圖丨技術與商業共同賦能多品種的產業化能力（來源：公開信息、DeepTech）

合成生物企業通過平台能力建設，可以提供多樣化產品，實現跨行業覆蓋來滿足不同市場需求，從而擴大市場機會，提高企業競爭力，規避單一品種的行業周期風險，實現業務的多元化和收益的多樣化。要實現多樣化產品跨行業覆蓋，需要具備先進的技術優勢、跨學科的團隊組成、敏銳的市場洞察力、完善的供應鏈管理和大規模的生產能力。

多元化合作能力

在全球化競爭環境下，合成生物公司需要依託全鏈路平台能力建設，通過多元化的合作，構建全球產業生態，來應對日漸激烈的挑戰。通過與高校科研機構、產業同行、下游產品應用公司等合作夥伴打造開放合作模式，實現資源共享與成本優化，加速產品開發和市場推廣，以及拓展商業機會，加快創新和發展步伐，推動產業的進步與發展。

圖丨從0-1 全鏈路解決方案模型（來源：態創生物）

合成生物全鏈路平台的產業化

全鏈路平台能力建設串聯合成生物學產業各發展類型，我們將合成生物公司按產品類別和管線數量的不同進行分類。

使能技術型：生物製造領域的基礎設施，為生物設計和研究提供了基礎支持。儀器設備的研發、設計、製造企業，如貝克曼等生命科學儀器公司；合成、測序、資料庫等服務企業，如金斯瑞、擎科生物等。

技術服務型：側重打通 DBTL 的循環疊代，來建立一個生物體設計與軟體開發的集成化平台，獲得滿足需求性狀的微生物細胞工廠。這種模式強調技術創新和平台的建設，為合成生物提供了研發和技術支持，如 Ginkgo、Codexis 等。

大單品型：通過核心大單品占領市場，將重點放在整個生產鏈的每個環節，更聚焦一類或幾類產品品類的研發、生產和商業化。如 Perfect Day、凱賽生物等。

多產業鏈應用型：側重全產業鏈布局、多領域應用、研產銷一體化、開放合作等。技術方面建設合成生物能力平台，使企業實現技術的快速疊代和創新，並通過開放合作的模式吸引更多的創新者和創意，形成更廣泛的產品線，拓展市場空間。當前各類合成生物創新型公司，大多建立了技術平台，並布局多條管線，但研產銷一體化與開放合作的能力，僅有少部分企業重點布局，如態創生物等。

圖丨合成生物學產業圖譜（來源：公開信息、DeepTech）

以市場需求為驅動開展選品和商業化

在產業化的過程中，「選品」被認為是面臨的重要挑戰之一，從選品到研發的成功，往往需要經歷較長的時間周期，需要綜合考慮到生產規模、准入門檻、開發難度、市場需求等因素，前期產品如果選擇沒有成熟產業化的產品，就意味著要同時承擔研發、製造、銷售、渠道和產品等風險。相較於海外合成生物企業偏向以技術創新為出發點的商業化策略，中國合成生物企業更加以市場需求為驅動，傾向選擇技術已跑通、轉化程度高、門檻略低的方向優先進行商業轉化。這兩個出發點的邏輯都是正確的，但有技術不代表能把技術變成市場，很多時候原料的市場天花板也決定了企業的天花板。如果能更全面地考慮選品和商業化，將獲得更廣闊的發展空間。

面向「存量替代」與「增量拓展」 ，宜採用不同商業化策略

合成生物在不同應用領域的市場情況可以大致分為兩類，一類是存量替代，另一類是創新的增量拓展，兩類市場對產品的要求不同：

存量替代：市場的要求是融入現有供應鏈體系，尤其是化工類產品，以生物基產品達到「強鏈」和「補鏈」的作用，由於生物基產品與傳統石油基產品的生產過程差異，涉及生物基雜質痕量檢測及除雜純化，使生物基化學品有效進入現有化工體系。

增量拓展：市場對原料的接受程度不同，需要一定程度的市場教育，以高附加值產品類為例，需要在上游原料的基礎上進行改進和復配，以解決活性成分在終端產品應用過程中可能出現的一系列問題和痛點，確保活性成分在終端產品中表現出色。

開展應用研究，打通合成生物「一站式」解決方案

無論存量替代還是增量拓展市場，都需要對合成生物產品開展應用研究，包括基礎研究、配方研究與應用、合規質控等方面，以「高標準、系統化」把控從產品開發、產品應用到產品上市的每一步。同時需要建立全面系統的檢測技術體系，用以支撐產品上市前的「千錘百鍊」，從研發端即嚴格把控產品質量。

圖丨配方研究與應用基本流程（來源：態創生物）

態創生物——多產業鏈應用的平台型發展企業

態創生物通過打造合成生物平台，以技術為基礎，以生產為抓手，以產品為突破，以市場為導向，四大板塊互相推動、正向加速，率先實現研產銷一體化、全產業鏈布局、可持續發展。聚焦於「醫食美安」領域，與合作夥伴共建全球合成生物產業生態，同時平台的開放合作加強產業融合，將來自市場/產業的反饋給到技術創新/研發端。

圖丨態創合成生物平台（來源：態創生物）

【技術力】以技術為基礎，突破行業量產瓶頸

態創生物搭建了自動化研發平台，內載菌株庫與元件庫、AI 引擎等，極大提升研發效率，連結研發生產每一步。形成上游以元件、菌種庫等平台助力細胞工程搭建；中端注重目標產物合成路徑、代謝路線、表達載體等高效循環運作，通過微流控等平台提升發酵效率；下游構建完善的小試—中試—量產路徑。實現多種跨領域產品量產能力。

菌株庫與元件庫：通過自建的菌株庫與元件庫，基於基因大數據平台，可按需求對底盤細胞進行針對性的組裝和改造，為迅速構建合成目標物質的「細胞工廠」提供基礎資源與數據儲備。

AI 預測模型：結合高通量測序和人工智慧，自主研發活性肽預測和挖掘模型，在活性物質預測和挖掘上，具有準確性高、穩定性好和實用性廣等特點，可鑑定自然界中菌株的功能和用途，為構建「細胞工廠」提供強有力的支撐。2023 年 11 月率先開放了 AI 抗菌肽預測和挖掘系統。抗菌肽（AMPs）是一種具有廣譜抗菌作用的小分子活性肽，不僅耐酸鹼、抗腫瘤、抗病毒，還不易產生耐藥性。然而由於其序列短、多樣性高、相似性低的特點，抗菌肽的研究在很大程度上仍然需要藉助反覆的實驗驗證，這就給了AI賦能的機會。

生物工程技術：運用 CRISPR-Cas 等多種基因編輯工具全方位提升「細胞工廠」的合成效率，結合基因工程、酶工程等多種技術手段，在底盤細胞中實現代謝通路的搭建和優化，最終形成儘可能多的工程菌樣本庫，極大地提高獲取目標菌株的成功率。

定向進化與微流控/高通量篩選：通過微流控與定向進化相結合的方式以突破傳統的「理性設計」，在「細胞工廠」合成通路中引入定向突變過程；當前微流控平台通量可達 10^9 細胞/天，高於傳統篩選方式 3-4 個數量級，篩選過程也從幾年縮短至幾個月。

【生產力】規模化量產實現穩定產能供應

態創生物通過建設自有智能工廠，研發物質通過一系列工藝完善，最優菌株在定製的智能發酵系統中快速發酵量產，產物經分離純化後，獲取純度高、活性好、質量穩定的目標物質。目前已覆蓋美妝、食品、大宗原料、工業製劑等生產線，年度產能超萬噸。

圖丨生產工藝流程 ——以赤蘚糖醇為例（來源：態創生物）

【產品力】多管線抵達「醫食美安」多領域

依託底層技術的普適性及後端放大生產經驗，已實現在庫原料產品突破 50 種，滿足了「醫、食、美、安」多領域需求。在選品邏輯上，保持市場敏銳度把握切實需求，從消費品、高價值產物逐步拓展到大宗原料。打造研究與應用中心全方位賦能產品，進行基礎研究、配方研究與應用及合規質控，為客戶夥伴提供優質綠色原料及全鏈路解決方案。

圖丨以需求為導向，綠色應用覆蓋醫食美安（來源：態創生物）

【市場力】共建全球合成生物產業生態

從產品到市場：態創生物擁有穩定的供應體系和強大的銷售、新業務拓展團隊，已打通全球 100+ 工廠與品牌，正進入頭部品牌供應體系，國內合作夥伴有伊膚泉、伊麗匯、王老吉、椰泰、春光等。合作模式主要是原料供應、配方開發及產品全鏈路解決方案等服務。

從技術到市場：態創生物攜手 10+ 院士、30+ 專家，與中山大學、江南大學、南京工業大學、生物島實驗室等院校及科研機構開展合成生物技術轉化合作。例如與江南大學的陳堅院士共同成立了合成生物技術聯合研究中心，對母乳寡糖等物質進行研發突破和轉化落地，此外還有中山大學-態創生物工程生物技術聯合研究中心、未來生物材料聯合研究中心、粵港澳大灣區合成生物創新技術轉化中心。

在研究合成生物平台能力建設中，我們可以看到一個初步的趨勢：當前合成生物產業規模逐漸擴大，各個細分領域也不斷湧現出創新的產品和技術，合成生物行業進入從技術考驗到綜合實力的比拼，隨著技術平台的成熟，合成生物平台型企業逐漸具備開發多管線產品的能力，並銜接自有工廠的放大生產，對外供應穩定產能，並開放多元化的合作模式，實現研產銷一體化、全產業鏈布局，通過打通上下游形成一個完整的「大平台」。其良性的產業生態、全面的能力更有利於可持續發展。

合成生物全鏈路平台能力建設的核心目標：提高合成生物學的應用效率、擴大應用範圍和加速產業化進程。通過構建全面的產業核心能力，合成生物學能夠更好地滿足多產品多行業多領域的產業需求，推動創新和可持續發展。

所需要的合成生物平台能力包括：完備高效的技術研發平台、全產業鏈布局、研產銷一體化，涵蓋研發能力、規模量產能力、產品應用能力、商業化能力等。

在合成生物歷經 20 餘年的發展歷程中，合成生物既是一攬子技術和方法論，也是一個科技和產業深度交叉的學科。需要在技術平台上加大研發投入，以積極推動技術發展；同時更需要積極地拓展開放包容的合作，打造交流土壤，使研究成果能夠高效轉化為具有商業價值、可落地的產品和服務。從單一產品或應用領域擴展到多個產品和廣泛的應用領域，憑藉良性的產業生態和全面的能力實現合成生物持續發展。

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