合成生物學應用非常廣泛，涉及醫(yī)療、能源、化工、農(nóng)業(yè)、食品和化妝品等，其中食品和醫(yī)療是其應用及投資最主要的領域。

據(jù)CB Insights數(shù)據(jù)顯示，全球合成生物學市場規(guī)模從2019年的53億美元增長到2024年的189億美元（CAGR 28.8%）；其中，合成生物學在醫(yī)療健康領域的市場規(guī)模從2019年的21億美元增長到2024年的50億美元（CAGR 18.9%?），2019年其占比達到40%，是第一大應用領域。同時，BCG數(shù)據(jù)顯示，以生物制藥、非處方藥和醫(yī)療器械為代表的醫(yī)療健康領域是合成生物學應用較早的領域。

醫(yī)藥領域應用

合成生物學的發(fā)展將在藥物開發(fā)過程的幾乎每個階段都會帶來連鎖反應。

靶點發(fā)現(xiàn)

制藥公司可利用全基因組和CRISPR技術來驗證可用的大量基因測序數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點。如基于CRISPR技術的高通量篩選系統(tǒng)可以用于大規(guī)模地敲除（CRISPR-KO）、抑制（CRISPRi）或激活（CRISPRa）候選基因，通過觀察疾病表型的惡化或是緩解，找到潛在的藥物作用靶點。

藥物發(fā)現(xiàn)

在確定了靶點后，可以利用合成生物學設計全細胞篩選試驗，以進行藥物發(fā)現(xiàn)。

首先，來自微生物次生代謝的基因回路可以被整合到宿主微生物中，以促進靶向化合物的基因表達；

其次，對蛋白進行改造用于藥物化學空間的組合探索；

另外，光遺傳學生物傳感器可以以多種方式用于，例如，驗證藥物靶點，通過設計的疾病模型了解藥物的作用機制，并在特定部位或特定條件下誘導藥物遞送機制。

還可通過操縱群體感應（QS）通過改變細胞間通訊系統(tǒng)來研究細菌耐藥性或癌細胞之間的相互通訊。

蛋白質(zhì)工程是合成生物學的重要工具。定點誘變可以增加酶的區(qū)域特異性或立體特異性（A），增加所選配體的結(jié)合常數(shù)（B），或在酶亞型之間進行選擇（C）。

藥物生產(chǎn)

合成生物學主要特點就是可以通過“活細胞生產(chǎn)”，來彌補有機化學方法合成化合物的許多不足。其主要包括三部分：誘導因子、基因回路和報告基因。

這三部分被裝載在活細胞中，可以利用以微生物為代表的細胞作為工廠，批量生產(chǎn)各種人類所需的化合物。如果將植物內(nèi)次生代謝基因回路克隆到微生物體內(nèi)，生產(chǎn)出來的化合物就更接近于天然產(chǎn)物，并且生產(chǎn)周期短，產(chǎn)量大。如抗瘧藥物青蒿素及抗癌藥紫杉醇的量產(chǎn)，就依賴于合成生物學。

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企業(yè)布局

目前，布局合成生物學的企業(yè)主要分為上、中、下游三類。

上游企業(yè)以技術服務為主，主要提供DNA測序、合成和編輯等基因技術服務；中游企業(yè)主要提供菌株改造、篩選等生物合成技術和設計方案；下游企業(yè)更注重其實際應用，能夠通過合成生物學進行產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)及商業(yè)化。?

國內(nèi)的上游企業(yè)如金斯瑞，一直專注于基因合成技術。2013年成立工業(yè)合成生物產(chǎn)品事業(yè)部百斯杰，進軍工業(yè)酶制劑領域。目前公司已建立四大平臺：生命科學服務及產(chǎn)品平臺、生物醫(yī)藥合同研發(fā)生產(chǎn)（CDMO）平臺、細胞治療平臺及工業(yè)合成生物產(chǎn)品平臺。

華東醫(yī)藥于今年7月宣布，其全資子公司中美華東、杭州市拱墅區(qū)人民政府、浙江工業(yè)大學三方共同組建了“華東合成生物學產(chǎn)業(yè)技術研究院。

今年五月，華東醫(yī)藥控股子公司琿達生物投資成立全資子公司琿益生物，琿益生物擁有三大研發(fā)平臺（微生物細胞工廠構(gòu)建平臺、生物酶的篩選與進化平臺、發(fā)酵及產(chǎn)物分離純化平臺），并已建成包含所有七大酶系的酶庫資源，業(yè)務包括工業(yè)酶制劑研發(fā)、發(fā)酵過程優(yōu)化技術研發(fā)、生物基材料技術研發(fā)等。

目前，華東醫(yī)藥已手握三大研發(fā)平臺和五大產(chǎn)業(yè)基地（杭州祥符橋、錢塘新區(qū)、江蘇九陽、美琪健康、美華高科），研發(fā)能力覆蓋菌種構(gòu)建、代謝調(diào)控、分離純化、酶催化、合成修飾等微生物工程技術各個階段。 此外，比較成熟的藥物如默沙東通過合成生物學開發(fā)降糖藥西格列汀，諾華開發(fā)了CAR-T療法 Kymriah來治療 B 細胞急性淋巴細胞白血病。

以下文章來源于藥研網(wǎng)?，作者豆芽

在“雙碳”目標的指引之下，低碳生物合成正面臨哪些機遇與挑戰(zhàn)？應該如何發(fā)揮創(chuàng)新優(yōu)勢，以進一步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用？在日前召開的香山科學會議上，與會專家就上述話題開展了討論。

以“低碳生物合成”為主題的香山科學會議第715次學術討論會在北京成功召開。會議聘請中國科學院分子植物科學卓越中心趙國屏研究員、上海交通大學鄧子新教授、北京化工大學譚天偉教授、國投生物科技投資公司岳國君教授級高工、西湖大學曾安平教授、中國科學院天津工業(yè)技術研究所馬延和研究員擔任本次會議的執(zhí)行主席。來自國內(nèi)20余家單位的40余名專家學者應邀參加了會議。會議圍繞（1）低碳生物合成-減碳；（2）低碳生物合成-固碳；（3）低碳生物合成-監(jiān)管三個中心議題等中心議題進行了深入討論。

生物合成適應變革經(jīng)濟增長方式的需求

一般來說，低碳生物合成指的是以二氧化碳、生物質(zhì)、有機廢棄物等可再生資源為原料，利用工業(yè)菌種、工業(yè)酶等生物體為工具進行物質(zhì)合成的生物技術。

中國科學院天津工業(yè)技術研究所所長馬延和告訴記者：“低碳生物合成由于原料低碳可再生，且在生產(chǎn)過程中利用生物體系，將傳統(tǒng)高溫高壓的化工生產(chǎn)變革為常溫常壓的生物制造，不但可以實現(xiàn)工業(yè)生物碳匯與低碳循環(huán)，還降低了物質(zhì)制造過程中的碳排放，減少了碳足跡。目前，低碳生物合成模式已經(jīng)成為引領化工、材料、能源、食品、醫(yī)藥等化學品生產(chǎn)的工業(yè)制造新模式。”

世界自然基金會報告預測，到2030年，包括食品農(nóng)業(yè)、生物燃料、生物基材料與化學品等行業(yè)在內(nèi)的低碳生物合成產(chǎn)品有望每年減少20.7億—26.0億噸的碳排放。這對于減緩全球氣候變化、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

據(jù)中國21世紀議程管理中心測算，2020年我國排放二氧化碳約112億噸，需要在經(jīng)濟社會的各領域各環(huán)節(jié)發(fā)展綠色低碳技術，以減少二氧化碳的排放。中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉認為，低碳生物合成是變革經(jīng)濟增長方式的重大需求，也是實現(xiàn)綠色工業(yè)制造、創(chuàng)新發(fā)展的重要突破口。

提升生物合成原始創(chuàng)新能力是核心

“綠色生物制造已經(jīng)展現(xiàn)出巨大潛力?！弊T天偉說。

我國擁有充足的生物質(zhì)資源，年可利用量約7億噸。譚天偉說：“若能合理利用這些資源，集中替代有限類別產(chǎn)品，生物綠色制造將具有解決千萬噸級化工產(chǎn)品的能力及潛力。而要實現(xiàn)這一目標，還需要加強科技創(chuàng)新，解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、關鍵技術及核心裝備等問題?！?/p>

從當前發(fā)展情況來看，絕大部分的生物合成路線還無法與傳統(tǒng)的石化和農(nóng)業(yè)路線競爭。技術研發(fā)鏈條長、技術供給不足、對生物體系的認識遠低于傳統(tǒng)化學催化劑等問題，都是擺在低碳生物合成面前的巨大挑戰(zhàn)。

馬延和表示，我國需要加強基礎、應用基礎與前沿技術研究布局，加快原料、工具、過程與裝備等領域的科技創(chuàng)新平臺建設；也要推進實施“低碳生物合成”方向的科技專項，以全球化視野統(tǒng)籌創(chuàng)新資源和要素；還要圍繞二氧化碳等碳資源轉(zhuǎn)化利用與物質(zhì)低碳合成的生物路線，突破一批顛覆性生物合成技術和產(chǎn)業(yè)核心關鍵技術，提升我國生物技術原始創(chuàng)新能力，為我國生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供引導和支撐，為生物經(jīng)濟發(fā)展提供新引擎。

完善生物合成安全監(jiān)管是關鍵

需要關注的是，生物合成技術的快速發(fā)展也給監(jiān)管模式和治理體系帶來了新挑戰(zhàn)。

中國科學院院士、中國科學院分子植物科學卓越中心研究員趙國屏建議，應重點做好生物合成技術與現(xiàn)有政策、法規(guī)間的銜接，同時梳理現(xiàn)有監(jiān)管政策中存在的問題、漏洞及空白，開展長期的監(jiān)管與政策研究。

澳門大學助理教授杜立則指出，應該從三個方面入手創(chuàng)新法律規(guī)范機制：“首先，應該采取以科學為基礎的立法方式促進科研創(chuàng)新；其次，要基于技術風險明確分類監(jiān)管的標準；最后，可以在政策制定和立法環(huán)節(jié)引入公眾參與，讓合成生物科技的商業(yè)化更具有社會許可性?！?/p>

與會專家認為，加強低碳生物合成技術自主創(chuàng)新，形成綠色生物工業(yè)核心技術能力，是保障我國生物產(chǎn)業(yè)安全、掌握生物經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略主動權的關鍵。同時，我國也應建立科學和高效的管理體系，加強生物安全和倫理風險評估與監(jiān)管，建設全社會參與的科學傳播平臺，培養(yǎng)具備跨學科研發(fā)創(chuàng)新和多領域綜合創(chuàng)業(yè)能力的人才隊伍，以進一步發(fā)揮低碳生物合成技術在經(jīng)濟社會全面綠色低碳轉(zhuǎn)型中的引領帶動作用。

香山科學會議是由國家科學技術部（原國家科委）發(fā)起，在科學技術部和中國科學院的共同支持下于1993年正式創(chuàng)辦，相繼得到國家自然科學基金委員會、中國科學院和學部、中國工程院、教育部、中央軍委科學技術委員會、中國科學技術協(xié)會、國家衛(wèi)生和計劃生育委員會、農(nóng)業(yè)部、交通運輸部等部門的資助與支持。

資料來源：聚如如資訊（www.jururu.info）、科技日報、香山科學會議

李國忠在閉幕致辭中指出，當前我們正面臨中華民族偉大復興的戰(zhàn)略全局和世界百年未有之大變局，科技創(chuàng)新也呈現(xiàn)出新的趨勢，經(jīng)濟社會對科技的需求越來越急迫。舉辦創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽是我區(qū)推動大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)和促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手，就是要聚焦前沿技術，積極服務經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)現(xiàn)和培育一大批優(yōu)秀企業(yè)。在本次總決賽活動中，我區(qū)企業(yè)在人工智能、生命科學、高端裝備制造、新能源、新材料等領域涌現(xiàn)了一批科技含量高、市場潛力大、帶動能力強的好項目，既代表著科技創(chuàng)新的方向，也代表著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的走向，希望這些項目扎根八桂大地，成為我區(qū)科創(chuàng)企業(yè)發(fā)展的標桿和踐行創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的先鋒和典范，讓“大眾創(chuàng)業(yè) 萬眾創(chuàng)新”的熱情持續(xù)推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。今年是廣西作為中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽省級獨立賽區(qū)的第八年，大賽舉辦以來，參賽項目已超過8000個。本屆大賽自今年4月份啟動以來，共吸引全區(qū)1440家企業(yè)報名參賽，最終確認參賽企業(yè)數(shù)達1024家，位居全國第六，參賽企業(yè)數(shù)再創(chuàng)新高，整體質(zhì)量進一步提升。大賽聚焦我區(qū)科技創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃的高端制造、新能源、新能源汽車、新材料、生物醫(yī)藥、節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)方向開展，其中，新一代信息技術產(chǎn)業(yè)領域共有618家企業(yè)參賽，領跑七大產(chǎn)業(yè)賽道之首。

大賽現(xiàn)場，參賽企業(yè)帶來“工業(yè)仿真軟件、智能溫控釋藥體系、環(huán)保智能儀器產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、硅基OLED微型顯示芯片、肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別診斷、高精度毫米波雷達”等一批高精尖項目，八桂雙創(chuàng)精英輪番“大顯身手”，向社會各界展示廣西“雙創(chuàng)”力量，受到眾多投融資機構(gòu)的廣泛關注。經(jīng)過激烈角逐，柳州滬信汽車科技有限公司和廣西飛芒特生物科技有限公司分獲成長組和初創(chuàng)組桂冠。大賽共為20家獲獎企業(yè)、15家優(yōu)秀組織單位和80家廣西優(yōu)勝獎企業(yè)代表進行頒獎。此外，我區(qū)共有44家企業(yè)成功入圍全國賽，代表廣西沖擊全國最高獎項。廣西科技廳黨組成員、副廳長李克純出席總決賽開幕式并致辭。本屆大賽由廣西科技廳、財政廳、教育廳、網(wǎng)信辦、工商聯(lián)共同主辦，廣西國際人才交流中心和廣西桂創(chuàng)企業(yè)管理咨詢有限公司聯(lián)合承辦，各市科技局、各市高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管委會協(xié)辦，由廣西北部灣銀行作為支持單位。大賽全程同步網(wǎng)絡直播，得到了社會各界廣泛關注，吸引23.51萬人次在線觀摩。

來源：廣西科技廳

據(jù)悉，自大賽啟動以來，共有來自全區(qū)14個設區(qū)市的1440家企業(yè)報名參賽，通過資格審查、市級比賽、區(qū)級產(chǎn)業(yè)復賽的層層選拔，最終僅20家企業(yè)（成長組10家，初創(chuàng)組10家）脫穎而出，成功晉級總決賽。

同時，公司將晉級第十一屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國賽，站上全國雙創(chuàng)舞臺，代表廣西展示創(chuàng)業(yè)者風采。

來源：聯(lián)訊云谷微信公眾號

蔣承建教授領銜的“亞熱帶海洋紅樹林濕地微生物功能”研究團隊，針對亞熱帶北部灣豐富的海洋紅樹林濕地微生物新資源，利用各類組學技術，構(gòu)建了相應的濕地微生物種質(zhì)資源庫。發(fā)現(xiàn)種質(zhì)資源庫中的Pichia guilliermondiiGXDK6可以分別利用五碳糖、六碳糖為唯一碳源產(chǎn)β-葡萄糖苷酶。進一步揭示了GXDK6在酸堿（pH 2.5~10.0），鹽堿（0~12% NaCl，0~18% KCl/MgCl₂）和重金屬（Zn²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺和Mn²⁺等）環(huán)境下顯示出高耐受性能。同時還發(fā)現(xiàn)GXDK6可以利用21種單一有機質(zhì)，并產(chǎn)生豐富的芳香類代謝產(chǎn)物。

為了進一步研究GXDK6發(fā)酵產(chǎn)生香氣的分子機理，以橙花醇作為代表的新型芳香代謝物，與GXDK6的全基因組數(shù)據(jù)進行了進一步比較和分析，并進一步闡明了其代謝途徑（圖1）。橙花醇（Nerol, C₁₀H₁₈O）作為有價值的香料，廣泛應用于食品、化妝品和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中。目前化學合成是大規(guī)模生產(chǎn)橙花醇的唯一策略，但是化學合成的缺點極大地限制了橙花醇的生產(chǎn)和應用，然而限制環(huán)保的生物合成法生產(chǎn)橙花醇的主要技術瓶頸是，缺乏相應的天然產(chǎn)生香氣的微生物。橙花醇的來源首先是將糖酵解或檸檬酸循環(huán)的上游來源1-脫氧-d-木酮糖5-磷酸香葉基二磷酸或芳樟醇橙花醇轉(zhuǎn)化為最終的香葉酸或8-氧香葉醛。在此過程中，參與橙花醇合成的蛋白質(zhì)是香葉基二磷酸酶，單三苯基二磷酸酶和香葉醇異構(gòu)酶。涉及橙花醇代謝轉(zhuǎn)化的蛋白質(zhì)是香葉醇8-羥化酶，醇脫氫酶和香葉醇脫氫酶。相關報道在大腸桿菌代謝工程菌中發(fā)酵葡萄糖合成橙花醇，積累量為0.053±0.015 mg /L。橙花醇是由tNDPS1基因催化二磷酸異戊烯基（IPP）和磷酸二甲基烯丙酯（DMAPP）形成了神經(jīng)磷酸二磷酸酯（NPP），然后將橙花醇合成酶基因GmNES共表達以從NPP合成最終產(chǎn)物橙花醇。然而，以葡萄糖為底物發(fā)酵時，GXDK6的橙花醇積累約為2.74 mg/L（p <0.05），高于通過大腸桿菌發(fā)酵產(chǎn)生的橙花醇，但橙花醇在天然Meyerozyma guilliermondii的生物合成機理尚未被報道。本研究研究表明具有多重耐受性的生香季也蒙畢赤酵母GXDK6在發(fā)酵工業(yè)中具有巨大的潛在價值（Microbial Cell Factories. 2021, 20: 4）。

研究團隊通過全基因組學，轉(zhuǎn)錄組學，代謝組學整合分析揭示了GXDK6的銅耐受機制（圖2）。全基因組分析結(jié)果顯示，9個基因即（CCC2、CTR3、FRE2、GGT、GST、CAT、SOD2、PXMP4和HSP82）與GXDK6銅耐受性相關。轉(zhuǎn)錄組學分析結(jié)果表明，在銅脅迫下，谷胱甘肽代謝相關基因表達上調(diào)，谷胱甘肽含量和谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶活性提高，表明細胞中銅的結(jié)合和銅解毒能力增強。銅轉(zhuǎn)運蛋白Ctr3抑制銅吸收和Ccc2增強銅泵出細胞，細胞內(nèi)銅濃度降低?？寡趸富颍?em>PXMP4、SOD2和CAT）表達上調(diào)，抗氧化酶酶活性也隨之提高，降低了銅誘導的活性氧產(chǎn)生、蛋白質(zhì)羰基化、膜脂過氧化和細胞死亡，從而提高細胞在銅脅迫下的生存率。代謝組學分析結(jié)果表明GXDK6在銅脅迫下，能積累大量D-甘露糖，外源添加D-甘露糖實驗驗證D-甘露糖有利于提高GXDK6銅耐受性。該研究有助于了解M. guilliermondii的銅耐受機制，及將其運用于食品發(fā)酵過程中去除銅奠定理論基礎（Frontiers in Microbiology. 2021.12: 771878）。

研究團隊采用多組學結(jié)合的方法系統(tǒng)揭示了高濃度NaCl脅迫下海洋季也蒙畢赤酵母GXDK6的脂質(zhì)代謝機制，并測試了GXDK6在脂質(zhì)代謝轉(zhuǎn)變時對抗生素的敏感性。全基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，與無鹽脅迫相比，當GXDK6感知10% NaCl脅迫時，調(diào)控細胞出芽的AYR1顯著下調(diào)2.69倍，其調(diào)控的蛋白NADPH-dependent 1-acyldihydroxyacetone phosphate reductase顯著下調(diào)1.35倍，表明鹽脅迫下GXDK6的細胞增殖被削弱。10%NaCl脅迫下GXDK6的OD₆₀₀值下降了64.39%，也驗證了這一發(fā)現(xiàn)。同時，鹽脅迫促使DEGs（如GUT1、GPP1、TDA10）和DEPs（如glycerol kinase、aldehyde dehydrogenase）顯著富集在調(diào)控甘油代謝的通路（甘油磷脂代謝、甘油脂代謝），使甘油在胞內(nèi)大量積累，可知甘油貢獻于GXDK6的耐鹽生存。這與外源添加甘油探究其對鹽脅迫下GXDK6生長的驗證試驗結(jié)果一致。此外，我們發(fā)現(xiàn)鹽脅迫有助于增強氟康唑?qū)φ婢臍饔谩Ｅc不含鹽脅迫相比，GXDK6的菌落數(shù)在10% NaCl和64 μg/mL氟康唑條件下降低97.70%。表明氟康唑高度選擇性干擾真菌的細胞色素P-450的活性，抑制了真菌細胞膜上麥角固醇的生物合成，且感知鹽脅迫后，季也蒙畢赤酵母中調(diào)控麥角固醇合成的基因（ERG1、ERG5、ERG11、ERG24）和蛋白（如羊毛甾醇14-α脫甲基酶）也顯著下調(diào)表達，進一步抑制了麥角固醇的合成，從而強化了氟康唑的殺滅作用。該研究為Meyerozyma guilliermondii在鹽脅迫下的脂質(zhì)代謝調(diào)控機制提供了新的見解，可為增強氟康唑?qū)φ婢臍缱饔锰峁┝诵峦緩剑?strong>Frontiers inGenetics. 2022. 12: 798535）。