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近期，“人工淀粉”的新聞火爆全網(wǎng)。中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所經(jīng)過6年技術(shù)攻關(guān)，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。不依賴植物光合作用，設(shè)計人工生物系統(tǒng)固定二氧化碳，合成淀粉，“喝西北風(fēng)”從一句笑談變成了現(xiàn)實(shí)，這一成果被國際學(xué)術(shù)界認(rèn)為將是影響世界的重大顛覆性技術(shù)。人工合成淀粉火爆全網(wǎng)的背后是合成生物技術(shù)的強(qiáng)力支持，可以稱得上是合成生物學(xué)巨大的進(jìn)步，也是人類開啟“造物”時代的一個標(biāo)志性事件。 01 合成生物學(xué)開啟“造物”時代 合成生物學(xué)也被稱為“工程生物學(xué)”，旨在闡明并模擬生物合成的基本規(guī)律，設(shè)計并構(gòu)建新的、具有特定生理功能的生物系統(tǒng)，從而建立藥物、功能材料、能源替代品等的生物制造途徑。合成生物學(xué)的主要研究內(nèi)容分為三個層次：一是利用現(xiàn)有的天然生物模塊構(gòu)建新的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)并表現(xiàn)出新功能；二是采用從頭合成方法人工合成基因組DNA；三是人工創(chuàng)建全新的生物系統(tǒng)乃至生命體。合成生物學(xué)是生命科學(xué)在21 世紀(jì)新的分支學(xué)科，打開了從非生命的化學(xué)物質(zhì)向人造生命轉(zhuǎn)化的大門，為探索生命起源與進(jìn)化開辟了嶄新的途徑。作為科學(xué)界的新生力量，合成生物學(xué)進(jìn)展迅速，并已在化工、能源、材料、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境和健康等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
舉例來看，合成生物學(xué)能利用大腸桿菌生產(chǎn)大宗化工材料，擺脫石油原料的束縛；利用酵母菌生產(chǎn)青蒿酸和稀有人參皂苷，降低成本，促進(jìn)新藥研發(fā)；工程菌不“誤傷”正常細(xì)胞，專一攻擊癌細(xì)胞；創(chuàng)制載有人工基因組的“人造細(xì)胞”，探究生命進(jìn)化之路；利用DNA儲存數(shù)據(jù)信息并開發(fā)生物計算機(jī)……
在我國，2006年合成生物技術(shù)的研究就被列入了國家863計劃，在“十三五”期間也將合成生物技術(shù)列為“構(gòu)建具有國際競爭力的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系”所需的“發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)”之一；麥肯錫咨詢公司將合成生物技術(shù)評價為未來的十二大顛覆性技術(shù)之一；2014年，美國國防部將其列為21世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展的六大顛覆性技術(shù)之一；英國商業(yè)創(chuàng)新技能部將合成生物技術(shù)列為未來的八大技術(shù)之一。
2021 年上半年，合成生物學(xué)領(lǐng)域融資達(dá)到 120 億美元，同比增長 4 倍。醫(yī)療保健領(lǐng)域吸引了合成生物學(xué)最大份額的投資，承擔(dān)了合成生物學(xué)的大部分轉(zhuǎn)化和商業(yè)化。一方面擴(kuò)大了治療藥物的制造能力，另一方面也為更多患者帶來了治愈的希望。 ●合成生物學(xué)徹底改變了一些高需求小分子藥物的生產(chǎn)，例如微生物生產(chǎn)青蒿素和大麻素，以取代傳統(tǒng)的植物來源。美國科學(xué)家曾成功構(gòu)建人工細(xì)胞工廠生產(chǎn)青蒿素，100立方米工業(yè)發(fā)酵罐的產(chǎn)能就相當(dāng)于5萬畝的農(nóng)業(yè)種植，大幅降低了生產(chǎn)成本和對自然資源的依賴。 ●使用冷凍干燥的無細(xì)胞系統(tǒng)以便攜式、按需的方式生產(chǎn)治療分子：從小分子、短肽到抗體結(jié)合物和疫苗。 ●促進(jìn)了一類新的基于細(xì)胞的療法和基因療法的發(fā)展。除了基因替代療法之外，CRISPR-Cas系統(tǒng)可以對遺傳病進(jìn)行精確的基因編輯。 ●改造免疫細(xì)胞的能力也正在擴(kuò)大到T細(xì)胞以外，包括NK細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。 ●為腸道微生物的改造提供了工具：一方面，可以設(shè)計改造對人體有益的細(xì)菌，讓它們生產(chǎn)人體自身不能合成的維生素等營養(yǎng)物質(zhì)；另一方面，可以設(shè)計出感知腸道環(huán)境變化的“智能微生物”，對人體內(nèi)的健康狀態(tài)進(jìn)行檢測和診斷。 ●抗擊新冠肺炎疫情中，合成生物學(xué)技術(shù)發(fā)揮了重要作用，利用DNA條形碼技術(shù)改進(jìn)測序流程、利用基因編輯技術(shù)開發(fā)核酸診斷試劑，提高診斷的準(zhǔn)確性和靈敏度。 ●利用合成生物學(xué)技術(shù)還可以尋找潛在的小分子藥物、開發(fā)疫苗，以及通過調(diào)節(jié)人體微生物組來激活人體免疫系統(tǒng)，提高人體抗病毒能力。 ●基于合成生物學(xué)的智能細(xì)胞療法，利用合成生物學(xué)的控制技術(shù)，做智能化、可控化的細(xì)胞療法或基因療法?！?/p> 02 從追趕到引領(lǐng) 國內(nèi)企業(yè)加速布局 從產(chǎn)業(yè)鏈布局的角度來看，合成生物學(xué)的公司可以分為兩類：一類是實(shí)現(xiàn)從基因編輯到產(chǎn)品落地的全產(chǎn)業(yè)鏈公司，既有合成生物學(xué)技術(shù)儲備，又有市場化產(chǎn)品落地；另一類是以服務(wù)為主，提供基因編輯和細(xì)胞工廠的研發(fā)型公司，業(yè)務(wù)以提供合成生物學(xué)技術(shù)支持為主，產(chǎn)品以代工廠生產(chǎn)為主。從盈利模式來看，全產(chǎn)業(yè)鏈布局的公司中短期內(nèi)有望通過替代化學(xué)法更快實(shí)現(xiàn)盈利；而以服務(wù)為主的研發(fā)型公司將在合成生物學(xué)行業(yè)生態(tài)建立起來后，通過更高效專業(yè)地為大量代工企業(yè)服務(wù)獲利。截止目前，國外從事合成生物學(xué)領(lǐng)域的公司已經(jīng)近 500 家，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的公司也多達(dá)數(shù)十家。 凱賽生物 2020年8月12日，凱賽生物在科創(chuàng)板上市，成為國內(nèi)合成生物第一股。凱賽生物著重于新型生物基材料的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，主要產(chǎn)品為生物法長鏈二元酸系列。凱賽生物在此次公開發(fā)行中合計募資55.6億元，所募資金將用于提升公司生物法長鏈二元酸、生物基聚酰胺產(chǎn)品的品類和產(chǎn)能，完善公司在聚酰胺產(chǎn)業(yè)鏈的布局。 博雅輯因 博雅輯因成立于2015年，司是一家以基因組編輯技術(shù)為基礎(chǔ)，為多種遺傳疾病和癌癥加速藥物研究以及開發(fā)創(chuàng)新療法的生物醫(yī)藥企業(yè)。博雅輯因擁有以基因編輯技術(shù)為中心的四大平臺，正致力于推動針對遺傳疾病和腫瘤的研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)入臨床。四大平臺包括針對造血干細(xì)胞和T細(xì)胞的體外細(xì)胞基因編輯治療平臺，基于RNA單堿基編輯技術(shù)的體內(nèi)基因編輯治療平臺和致力于靶向藥物研發(fā)的高通量基因組編輯篩選平臺。同時，博雅輯因于2018年在廣州南沙區(qū)建立了符合GMP標(biāo)準(zhǔn)的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用基地。 藍(lán)晶微生物 藍(lán)晶微生物基于合成生物技術(shù)進(jìn)行分子與材料創(chuàng)新，致力于設(shè)計、開發(fā)、制造和銷售新型生物基分子和材料，包括在所有自然環(huán)境中均可自發(fā)完全降解的生物材料PHA、可有效緩解焦慮的功能飲料成分、補(bǔ)償人體常見代謝缺陷的新型功能益生菌、醫(yī)美及美妝賽道的功能成分等。藍(lán)晶微生物前不久完成了4.3億元人民幣B2輪融資。6個月內(nèi)，藍(lán)晶微生物B系列的融資總額已超過6億元人民幣。 傳奇生物 傳奇生物于2020年6月5日正式在美國納斯達(dá)克上市，本次上市發(fā)行定價為23美元/ADS（美國存托股份，每份ADS代表8股A類普通股），總計發(fā)行1842.5萬ADS，總募資金額超4億美元。傳奇生物是一家腫瘤細(xì)胞免疫療法研發(fā)商，研發(fā)了CD38和BCMA靶點(diǎn)治療多發(fā)性骨髓瘤的CAR-T療法，利用自身免疫細(xì)胞，經(jīng)體外基因改造后重新注射回病人體內(nèi)，并利用這種強(qiáng)化過的免疫細(xì)胞精準(zhǔn)靶向，殺死腫瘤細(xì)胞，主要用于治療血癌和淋巴癌。 百葵銳生物 百葵銳生物成立于2019年，致力于合成生物學(xué)技術(shù)在醫(yī)藥高效生物合成。公司基于蛋白精準(zhǔn)設(shè)計和蛋白分子機(jī)器技術(shù)的全態(tài)鏈合成生物學(xué)平臺，以實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)藥、生物材料的創(chuàng)新、高效、綠色制造。百葵銳生物團(tuán)隊通過搭建蛋白精準(zhǔn)設(shè)計和蛋白分子機(jī)器技術(shù)平臺，專注于皮膚功效護(hù)膚，罕見代謝病，寵物腸道健康治療等領(lǐng)域，用基因編輯等合成生物學(xué)技術(shù)手段，針對影響人類身體健康的有害細(xì)菌或有害毒素進(jìn)行靶向性治療。 參考資料： 1.中科院“人工淀粉”火爆全網(wǎng)，碳中和背景下，合成生物學(xué)催生千億美元市場 3.重大突破刷屏！中國實(shí)現(xiàn)二氧化碳合成淀粉，背后的合成生物技術(shù)是什么來頭？ 4.中國合成生物學(xué)年度盛典即將在深圳召開！“以萬物生萬物”的第三次生物技術(shù)革命來臨，產(chǎn)學(xué)研群星璀璨聚焦“造物致用” |
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