合成生物学行业分析报告（104页）

合成生物学难度有高低，可分为三个阶段：一是利用现有的天然生物模块构建新 的调控网络并表现出新功能；二是采用从头合成方法人工合成基因组 DNA；三是人工创 建全新的生物系统乃至生命体。合成生物学生产化学品的核心技术包括基因测序和编辑、 菌种培育筛选、产品纯化分离。目前，合成生物学正处于产业化的关键阶段，产品种类 迅速增加，新产品验证和对传统化学法的替代并行。 在化学品的生产过程中，与传统的化学工艺相比，合成生物学具有微型化、可循 环、更安全的特点： （1）微型化：利用合成生物学生产化学品的最小反应单元主要是细胞或酶的催化， 因此放大难度较小，同一套装置适用于不同产品的生产，产品容易相互切换；而化学工 艺需要不同单元操作搭配不同的反应装置，装置大型化过程中存在不确定性，且同一套 装置难以适用不同产品生产，较难切换。 （2）可循环：合成生物学所需原料以生物质原料为主，符合可循环发展的理念， 而化学工艺则以化石原料为主。 （3）更安全：合成生物学生产所需反应条件更温和，产业链长度更短，安全性更 高；而化学工艺生产通常需要在高温高压等特殊环境下进行，产业链更长，容易出现安 全隐患，需要更高的安全管理水平。合成生物学与计算机科学相似度很高。合成生物学的目标是扩展或改变生物的行 为，并对其进行改造服务产品生产。

合成生物学过程的目标和方法可以用计算机的层次 结构类比。在层次结构中，每个组成部分都包含在更复杂的系统中。在设计新行为时会 先考虑到层次结构的顶部，但是实现的过程是自下而上的。层次结构的底部是 DNA， RNA，蛋白质和代谢产物（包括脂质和碳水化合物，氨基酸和核苷酸），类似于计算机中 的晶体管、电容器和电阻器等。上一层是设备层，包括生化反应，该反应调节信息流并 操纵物理过程，类似于在计算机中执行计算的逻辑门。在模块层，利用各种各样的生物 设备库来组装起类似于集成电路一样功能的复杂路径。这些模块彼此之间的连接以及它 们在宿主细胞中的整合，使合成生物学家能够以编程方式扩展或修改细胞的行为。很多人关心合成生物学和发酵工程有什么区别，我们理解本质是对细胞干预的定 向性。与传统的微生物发酵相比，运用合成生物学可以使过程优化从反向工程到正向工 程，提高生产效率，拓宽产品类型。在传统的发酵过程中，对细胞的认识比较有限，是 通过细胞功能确定生产产品。传统发酵的产品优化主要来源于对菌种进行改造或大量筛 选，研究 DNA、蛋白和代谢物对提升产品性能的影响。合成生物学出现后，为传统发酵 提供了工程化、模块化、标准化的工具，对生物元件进行定性和定量。以此为基础，重 新组装这些元件，创造一些新的功能。合成生物学的引入，大大提高了传统发酵的能力 圈，不仅可以利用相对简单的方法提高了产品的质量和生产效率，还能生产原本不能生 产或原本效率低下的产品。