行业研究 | 全球合成生物学战略布局与产业发展研究

1.全球合成生物学政策布局与研究发展路径 

合成生物学已成为全球强国博弈的制高点，主要发达国家/地区均进行了战 略部署和系统研究。

1.1 中国：逐步加强顶层战略规划，重视基础研究和技术产业 的宏观部署 

2010 年以来，中国在合成生物学领域的顶层战略规划逐步加强，包括大量 的学术活动及科技界与政府管理机构的互动，如香山科学会议、《“十三五”国 家科技创新规划》均将合成生物技术列为发展引领产业变革的颠覆性技术，《“十 四五”生物经济发展规划》也强调发展合成生物学技术。在国家宏观战略指引下， 近年来合成生物学的科学研究和产业发展高歌猛进，已有多个研究中心和重点实验室得以成立，多个合成生物学项目获得资金支持，取得了许多具备领域特征的 原始发现和创新成果。同时，中国一批合成生物学初创企业快速发展，一系列生 物制造新产品获得开发，合成生物学产业也越来越受到资本的青睐，如截止 2022 年，国内合成生物学领跑者--北京蓝晶微生物科技有限公司已累计完成 15 亿人民币 B 系列融资。 

1.2 美国：始于国防科技，农业领域布局强度增加 2011 年，美国国防高级研究计划局启动了《生命铸造厂计划》，旨在利用 合成生物学对自然生物操纵来获取原创性新材料、新器件、新系统和新平台。近 年来，美国国立卫生研究院、国家科学基金会和能源部等也积极部署医药健康、 能源环境、材料化工等领域合成生物学的规划和研究，连续三年发布了工程生物 学、微生物组工程、工程生物学与材料科学等相关领域路线图，从多维路径推动 美国合成生物学的发展。同时，美国对农业领域的资助热度不减，国防部高级研 究计划局先后发布了《先进植物》、《昆虫盟友》等多项相关计划；美国农业部 启动了《植物遗传资源、基因组学和遗传改良行动》和《国家植物病害行动》， 旨在通过提供知识、技术和产品，提高农作物的产量和质量。 

1.3 欧盟：最早专门开展宏观战略部署，启动未来作物育种研究计划 

2005 年，欧盟委员会成立的高级别专家组建议制定欧洲合成生物学战略和 路线图，自第六研究框架计划起欧盟一直积极资助合成生物学的研发。2014 年， 欧盟推出的《欧洲合成生物学下一步行动》涉及 16 个成员国协调一致推动合成 生物学的发展。其中，德国通过研究基金会支持合成生物学的发展，丹麦战略研 究委员会对合成生物学进行了大量投资，瑞士国家科学基金会成立规模最大的公 共研究计划 SystemsX.ch，以推动系统生物学和合成生物学的发展。德国在农 业合成生物学领域积极开发部署，《促进“未来作物”计划》主张利用合成生物 学技术从头开发新型转化系统以创新先进植物的育种研究。

1.4 英国：首个实施国家路线图，系统开展农业合成生物学研 究 2012 年，英国发布《合成生物学路线图》，对合成生物学进行全面系统的 布局。在此基础上，2016 年英国又发布《合成生物学战略计划》，重点强调新 兴创意的转化、应用的商品化以及全球市场部署。在合成生物学路线图和战略规 划的引导下，英国政府还专门成立了合成生物学领导理事会，并持续加大对合成 生物学的投入和支持。在农业合成生物学领域，英国重点聚焦农作物遗传育种、 动物分子辅助标记和废弃物资源化利用等领域，并在作物优异性状和抗病虫害基 因、植物天然产物合成途径和农兽药污染物生物传感等方面开展了系统的研究。 

1.5 新加坡：着眼合成生物学全球强国，积极布局生物医药和 高附加值消费品领域 

2012 年来，新加坡着眼于成为合成生物学强国，在生物医学、消费业务、 自然资源、营养、生物制剂和清洁技术领域进行了巨额投资。2017 年，新加坡 科技创新规划《研究、创新、创业 2020：用科技赢未来》中有超过 1900 万美 元专门用于资助合成生物学研究。2019 年，新加坡国立研究基金会发布《国家 合成生物学研究》计划，利用合成生物学推动生物基产业发展。新加坡的合成生 物学发展聚焦成果的应用转化，着重开发高价值化工和医药产品，以及新型食品 和功能性营养物质。

2.合成生物学形成“政产学研用金”协同发 展的六要素体系 

2.1 政策布局：全球在生命科学、能源科技、医疗健康、材料 化工、农业科技、社会伦理等合成生物学领域范畴进行了系统的政 策规划布局 

图 2 全球合成生物学相关领域战略规划布局 

（1）生命科学：合成生物学在生命科学领域的战略部署是各国政府着力发 展的重要技术领域。美国于 2013 年启动《脑科学 brain 计划》，2016 年发布《国 家微生物组计划》和《国家细胞制造技术路线图》，制定神经系统、微生物组和 细胞制造等的优先行动计划路线；2016 年韩国发布《大脑科学发展战略》，构 建大脑地图用于治疗脑部疾病并促进人工智能技术的发展。 

（2）能源科技：合成生物学的科技创新部署旨在促进具有环境效益的新能 源技术开发。欧盟的《欧洲战略能源技术规划》和《欧洲能源联盟战略》、美国《优 先能源计划》、法国《能源转型创新计划》、德国《能源转型创新计划》、日本《能 源环境技术创新战略》和中国《能源生产与消费革命战略》等均强调通过合成生 物学的技术创新和颠覆性能源技术的普及来构建新型能源系统。

（3）医疗健康：各国高度重视合成生物学在医疗健康的应用，积极布局精 准医学、个性化医疗、基因组医学和移动医疗与癌症诊疗等重大科技规划或计划。 美国启动《精准医学》、《生物类似药行动》、《国家阿尔兹海默症计划》、《癌 症“登月计划”》等当前与人类密切相关的疾病诊疗研究计划，法国发布的《基 因组医疗 2025 计划》及其框架下的《癌症计划》、《神经退行性疾病计划》和《国 家罕见病计划》等均涉及生物技术与合成生物学领域布局。 

（4）材料化工：合成生物学的技术创新推动材料化学和材料制造技术的快 速发展。美国部署的《材料基因组计划》、欧盟在《地平线 2020》部署的面向 化学传感器、生物传感器等多重点的未来新兴技术规划，以及美国发布的《生物 学工业化路线图：加速化学品的先进制造》和欧盟发布的《面向生物经济的欧洲 化学工业路线图》多次提到合成生物学的应用，加快生物基产品或可再生材料的 发展。 

（5）农业科技：合成生物学在提高农业生产力、提升食品质量、降低生产 成本、实现可持续发展等方面潜力巨大。近年来，美国发布的《先进植物计划》、 《昆虫盟友》、《植物遗传资源、基因组学和遗传改良行动计划》和《国家植物 病害行动计划》旨在通过提供知识、技术和产品，提高农作物产量和产品质量； 中国发布的《主要农作物良种科技创新规划》强调按照种质资源与基因挖掘、育 种技术、品种创制等科技创新链条进行统筹布局；德国《2030 年国家研究战略》 的促进“未来作物”研究项目明确提出可在合成生物学的帮助下从头开发新型转 化系统。 

（6）社会伦理：合成生物学的发展带来了科技风险和科技伦理挑战，各国 政府采用超前准备、及早防范、生物技术监管等方式积极应对。2015 年人类基 因编辑国际峰会上，美、英、中共同发布的《联合声明》表示现阶段的临床医学 中应禁止对人类胚胎和生殖细胞进行基因编辑；国际干细跑研究学会发布了更新 版的《干细跑研究与临床转化指导原则》，欧盟出台多项新规以确保细胞和组织 来源的可追溯性和安全性；各国的多项规划关注了生物大数据的安全和隐私保护 问题。

 2.2 产业格局：合成生物学已经初步建立了使能技术、平台工 具和应用产品的三大发展格局，并在农业领域表现出较大发展潜力 

图 3 全球合成生物学产业发展分布 

（1）使能技术：开发使能技术的公司为行业提供关键产品，如 DNA 测序、 DNA 合成、基因编辑、生物信息学等，不同技术应用方向让合成生物学的落地 更加多元化，且已具备成熟的市场规模。Beam 公司的碱基编辑技术可以在不 切割 DNA 或 RNA 链的情况下以单个碱基的水平编辑基因组，应用 CRISPR 碱 基编辑技术对 DNA 和 RNA 中的单个碱基进行永久的特定编辑，为多种疾病的 新疗法奠定基础。DNA Script 公司利用专有的无模板酶技术制造合成 DNA，研 发了世界上第一台采用酶促技术的台式 DNA 打印机 SYNTAX。Ginkgo  Bioworks 公司利用合成生物学的手段为 Moderna 公司生产 COVID mRNA 疫 苗所需要的原材料酶。作为目前中国商业化高通量 DNA 合成的领军企业，上海 迪赢生物科技有限公司已成功研发出 Micropore 高通量 DNA 合成平台和 QuarXeq 双链 RNA 探针捕获技术。

（2）平台工具：提供工具服务的公司主要制造 DNA 构建及集成系统，如 平台开发、软件服务等。平台型公司的典型代表 Amyris 搭建的自动化菌株改造 平台，是目前全球企业界最大型的工程化平台之一。Synthego 公司提供“全栈 式”基因工程服务，利用机器学习、自动化和基因编辑构建了全栈基因组工程平 台。在平台基础上，美国公司 Benchling 和英国公司 Synthace 以软件产品为 主体，更有效地设计和构建自定义 DNA 序列。 

（3）产品类型：基于市场领域多种多样，产品类型横跨医药、化工、能源、 农业等多个关键领域。Antheia 公司基于酵母发酵过程来生产活性药物成分； Genomatica 公司已将生物基 BDO 和生物基丁二醇的工艺商业化；Demetrix 公司致力于通过使用发酵技术来生产大麻素，目前正在进行 100 多种大麻素的 商业化探索；Tepha 公司通过发酵工艺生产一类新型可吸收生物材料 TephaFLEX 聚合物，用以制作医疗耗材，包括手术缝合线、手术网片、手术膜 和复合网片等；蓝晶微生物主要聚焦全生物可降解材料 PHA 和植物天然药用分 子；LanzaTech 公司利用微生物将废气转化为燃料和化学物质；AgriMetis 公 司开发天然产物衍生的化合物来保护作物免受杂草、真菌病和害虫的侵害。 

（4）合成生物学在农业中应用潜力凸显：农业合成生物学的应用旨在帮助 和保护农作物及畜牧生产，在提高农业生产力、改良农作物及畜禽品质、降低生 产成本、减少化肥农药施用以及实现可持续发展等方面的潜力日益凸显。代表性 应用成果包括：

1）植物天然产物开发：Amyris 公司于 2013 年利用人工酵母 合成青蒿素是新兴的合成生物学领域的第一项重大成果，近年来萜类、苯丙素类 和生物碱等系列植物天然产物的人工合成细胞工厂被成功创建；

2）农作物性状 改良：GreenLight Biosciences 公司开发高性能的 RNA 农作物，使其精确靶 向免疫于特定害虫且不会伤害有益昆虫或在土壤、水中残留；

3）畜禽动物改良： Revivicor 公司研发的基因编辑猪，其细胞表面缺失过敏原α-半乳糖分子，用 于生产食品以及器官移植；

4）病虫害防控：Oxitec 公司研发基因改造昆虫控制 疾病或作物害虫的传播；AgriMetis 公司开发天然产物衍生的化合物来保护作物 免受杂草、真菌病和害虫的侵害；Apeel Sciences 公司开发的植物基涂层可以延长番茄和苹果等易腐食品的保质期；

5）食品/农产品加工：Perfect Day 初创 公司人工改造酵母菌底盘，构建人造奶细胞工厂；Exxon Mobil 公司改造富油 微拟球藻，含油量从 20%提高到 40%以上；

6）肥料生产：Pivot Bio 公司开 发微生物肥料以替代氮肥，减少氮径流，并消除相关的一氧化二氮的产生；

7） 饲料及添加剂制备：Agrivida 公司开发的首款产品酵素植酸酶 Grain 可以提高 饲料的消化率，减少动物体内的营养抑制剂。 

2.3 学术网络：合成生物学已经形成了全球密切合作的学术网 络，中国学术研究的国际学术影响力稳步提升 

图 4 全球合成生物学学术研究网络 

（1）全球合成生物学研究机构实力和规模不断增加。合成生物学的学术研 究领先国家为美国、中国、英国、德国、法国等，全球合成生物学研究发文量逐 年增加，发文涉及分子化学与分子生物学、生物技术与应用微生物学、生化研究 方法等多个学科，逐步向多学科发展，研究合作关系愈发密切，中国在此领域的 研究实力和国际学术影响力不断增强。2020 年出版了不少合成生物学在植物科 学领域应用的文章，显示出合成生物学在农业领域的研究也逐步崭露头角。 

（2）全球合成生物学研究机构的合作网络持续扩大。在战略规划和研发资金的扶持下，世界各地相继建立合成生物学研究机构。2006 年，加州大学伯克 利分校、哈佛大学、麻省理工学院及加州大学旧金山分校共同组建成立的合成生 物学工程研究中心；2010 年，德国马尔堡大学和马普学会微生物研究所共同成 立的合成微生物学中心。2019 年，由美国劳伦斯伯克利国家实验室、英国帝 国理工学院、中科院深圳先进院等来自全球 8 个国家的 16 所顶尖合成生物设施 机构联合发起成立的国际行业联盟，联盟现已扩展到全球 30 所 16 所顶尖合成 生物组织和机构。 

（3）英国形成了覆盖合成生物学基础设施、研发中心、产业转化及人才培 养的全国性综合网络。英国在全国范围内建立了以生物分子设计和组装，线路、 细胞和系统等不同尺度的设计，工程微生物构建，精细与专用化学品研发，植物 合成生物学技术开发，哺乳动物系统工具开发，工程生物平台技术研发为主的 7 大研究中心；英国研究理事会制定的合成生物学促进增长计划在各个大学和科研 机构建立了 DNA 合成铸造厂、合成生物学软件工具系统与测试开发平台等，支 撑科学研发的同时帮助培养英国的 DNA 合成产业；英国还有超过 30 所大学成 立了不同规模的合成生物学研究中心，形成了覆盖合成生物学基础设施、研发中 心、产业转化及人才培养的全国性综合网络。 

（4）中国建立了合成生物学前沿科学中心和技术创新中心、深圳先进院合 成生物研究所、创新战略联盟、重大科学基础设施、重点实验室和行业协会等相 互促进的研究网络。2008 年中科院上海生命科学院建立的合成生物学重点实验 室是中国最早的建制化合成生物学研究基地，2011 年科技部批准上海交通大学 建设微生物代谢国家重点实验室，2015 年上海交通大学联合其他机构成立了上 海合成生物学创新战略联盟，2018 年教育部批准天津大学建设合成生物学前沿 科学中心，2019 年科技部发文支持天津与中科院共建国家合成生物技术创新中 心，2017 年中科院批准深圳先进技术研究院成立合成生物学研究所，2018 年 深圳市批准建设全国首个合成生物研究重大科技基础设施，2019 年以深圳先进 院为总部，成立了亚洲合成生物学协会。这些举措为合成生物学的普及交流和水 平提升发挥了非常重要促进作用。

 2.4 研究体系：政府、基金会、研究机构、企业通过自上而下 的科研资助体系助力合成生物学的基础研究和应用研究，产生了许 多具有领域特征的新技术和新应用 

图 5 近十年全球合成生物学主要项目资助和研究成果 

（1）美国、欧盟、澳大利亚通过项目资助、技术集成和联合研发等多种方 式来参与到合成生物学的研究应用和产业转化。2004 年美国盖茨基金会向 Amyris 公司投资 4250 万美元用于青蒿素的研发，并于 2006 年在微生物中首 次成功合成青蒿酸；2012 年欧盟资助欧洲合成生物学研究区域网络项目以促进 合 成 生 物 学 的 强 劲 发 展 ； 2012 年 美 国 Exxon Mobil 公 司 与 Synthetic  Genomic 公司签订了合作协议，投入 6 亿美元进行微藻生物燃料的研发；2019 年澳大利亚国立大学发起约 2000 万澳元的“提高作物抗逆性和产量的智能植物 和解决方案”研究项目；2021 年，蓝晶微生物获得近 2 亿元人民币融资用于数 字原生研发平台的搭建和生物材料 PHA 管线的自主研发推进。 

（2）DNA 测序技术、DNA 合成技术、基因组设计、合成与组装、基因编 辑技术、元件工程、回路工程、计算建模等新技术带来了合成生物学领域前所未有的突破。美国博得研究所研发的超精确基因编辑工具“Prime Editor”，不依 赖 DNA 模板即可实现单碱基自由转换和多碱基增删，有望修正 89%的已知致 病性人类遗传突变。美国斯坦福大学开发的 CRISPR 多功能成像方法“CRISPR  LiveFISH”，可实时观测活细胞中基因组编辑的动态变化。美国加州大学及旧 金山分校构建出首个能放置在活细胞中并调控细胞功能的人工蛋白开关。美国华 盛顿大学首次从头设计合成抗癌蛋白，大幅提升抗癌效果并彻底清除天然蛋白毒 副作用。瑞士苏黎世联邦理工学院开发出以 DNA 为存储介质，可在几乎任何物 体内存储信息的技术“万物 DNA”。中国科学院利用蛋白质大尺度计算重设计 构筑微生物非天然氨基酸合成平台，重构了完整的酶活性中心，打破了生物体系 内氢胺化反应非天然底物无法兼容的瓶颈。

（3）人工合成基因在代谢工程、蛋白工程、细胞工程、基因工程中的运用 迅猛，拓展了合成生物学的应用前景。美国合成生物学家 Jay Keasling 设计构 建了能够生产抗疟药物青蒿素的人工酵母细胞，堪称合成生物技术的重大应用典 范。美国斯坦福大学利用工程化酵母菌生产阿片类药物，将植物、细菌和啮齿动 物基因混合导入酵母菌中让其将糖转化为蒂巴因吗啡等强大止痛药物的前体。美 国麻省理工和加利福尼亚大学圣迭戈分校通过遗传改造向大肠杆菌植入 LacZ 报告基因，利用工程化细菌用于诊断早期癌症与糖尿病。美国美因茨约翰内斯古 滕贝格大学构建出一种无膜细胞器，可利用天然或非天然氨基酸在真核细胞中生 产具有新功能的蛋白质。以色列魏茨曼科学研究所创制出可固定二氧化碳的大肠 杆菌，使其从异养生物变成自养生物。瑞士苏黎世联邦理工大学利用人类的肾脏 细胞设计获得了具有正常β细胞功能的人工 HEK-β细胞，可以分泌足够的胰岛 素用来降血糖。中国科学院与中国中医科学院通过合作获得能同时合成齐墩果酸、 原人参二醇和原人参三醇三种人参基本皂苷元的第一代“人参酵母”细胞工厂 。

2.5 应用场景：传统植物源化学品、石化产品、新材料、新燃 料等都可通过合成生物技术实现人工合成，医药、化工、能源、食 品和农业成为合成生物学产品开发的重点领域 

图 6 合成生物学相关应用领域及产品分布 

（1）平台：合成生物学主要利用生物、生物体外等工程化信息平台来生产 所需的产品。哈佛大学和波士顿大学发现基于纸张的体外平台由此发展出价格低 廉、无菌的非生物合成生物学技术。Novome Biotechnologies 公司构建的人 类肠道细菌基因工程微生物药物平台是第一个使用工程菌控制肠道定居的平台。 Prokarium 公司研究沙门氏菌平台作为微生物免疫疗法治疗非肌层浸润性膀胱 癌患者。Vedanta Biosciences 公司自主开发的平台技术可以精准控制菌群药 物的组成结构，解决了传统供体依赖性肠道微生物药物组分不一的核心难题。合 成生物学标杆公司 Amyris 搭建的自动化菌株改造平台是目前全球企业界最大 型的工程化平台之一，Amyris 与美国传染病研究所于 2020 年合作开发新型 COVID-19 RNA 疫苗平台。 

（2）医药：合成生物学在医药领域的产品种类繁多，包括疾病诊断、疫苗、 抗生素、药物、基因治疗、细胞工程等相关产品。Amyris 公司在 2013 年 4 月 成功开发出能生成青蒿素化学前体的人工酵母，是新兴的合成生物学领域取得的第一项成果。诺华公司开发的癌症细胞疗法 Kymriah 将工程活细胞用于医学治 疗，是第一个经 FDA 获批的细胞疗法。BlluebirdBio 公司的全球首个β-地中 海贫血病基因疗法 Zynteglo 获欧盟批准上市[6]。Azitra 公司从人体分离得到的 表皮葡萄球菌为基础创建的专有菌株，且已获得 FDA 的治疗竹节状毛发综合征 的管线 ATR-12 的儿科罕见病资格认定。新冠疫情爆发以来，Ginkgo 公司推出 了 SAR-CoV-2 试剂盒，与 Totient 公司合作进行治疗性抗体发现和优化，与 Synlogic 公司合作开发新型疫苗平台，并与 Morderna 公司在内的其它疫苗开 发商合作缩短生产时间并提高疫苗产量。 

（3）能源环境：合成生物学在能源环境领域中的应用主要为利用微生物合 成高能生物燃料或遗传改造微生物使其能将生物质转化为乙醇、蛋白质等。佐治 亚理工学院与联合生物能源研究院科学家通过转基因工程改造细菌，让它们能合 成蒎烯，有望替代 JP-10 用在导弹发射及其他航空领域。美国能源部联合生物能 源研究所的研究人员构建出一个动态传感器调节系统，可以在脂肪酸燃料或化学 品生产过程中控制相关基因的表达，调节微生物体内的代谢变化，使葡萄糖生产 生物柴油的产量提高3 倍。Glowee 公司通过利用海洋生物的生物发光基因，然后将该基因引入常见的非致病性细菌来提供基于微生物发光的产品。碳回收生物公司 Deep Branch 开创了利用微生物将工业排放的二氧化碳转换为高价值蛋 白质的生产工艺，来生产清洁且可持续的鱼类和禽类饲料，将碳足迹减少达75%。 

（4）化工：合成生物学通过系统设计和改造来实现生物路线对化学路线的 逐步替代，化学品、材料、工业酶、工业流体和个人护理等产品的市场开发进度 较快。Amyris 公司将植物糖转化为各种碳氢化合物分子，包括法呢烯和长链碳 氢化合物等。Genomatica 公司将生物基丁二醇的工艺商业化，开发聚酰胺中 间体和长链化学品。Lygos 公司将低成本的糖类转化为丙二酸等化学物质。 Oxford Biotrans 公司研发产生高价值化学药品的酶学加工工程技术。日本研究 人员注意到，某些放线菌分泌的一种氨基肉桂酸拥有非常坚固的结构，并根据这 一发现对大肠杆菌进行基因重组，再利用它使糖分发酵，制作出 400 摄氏度左右高温下也不会变性的生物塑料，是当前同类塑料中最耐热的。Zymergen 公 司利用源自生物的单体来制作聚酰亚胺透明薄膜 hyaline，这一系列薄膜清晰、 柔韧性好且牢固，适合应用于折叠式智能手机、穿戴式电子产品等柔性电子产品。 

（5）食品：食品类生物合成公司主要开发的产品包括人造肉、油、酒、蛋 白质、食品添加剂和天然功能成分等。2020 年，明星公司 Beyond Meat 人造 肉上市后备受瞩目。Impossible Foods 公司利用毕赤酵母生产大豆血红蛋白并 将其添加到植物汉堡中，以提高肉质口感和风味。Perfect Day 和 Clara  Foods 公司通过合成生物学技术开发合成蛋白类产品，如牛奶、蛋清、奶酪等。 Endless West 公司通过分析酒中的成分来创制无需发酵的酒，该公司已推出了 分子威士忌 Glyph，主要由从天然植物和酵母中提取出成分和食用酒精混合制 成。Calyno 公司的高油酸大豆油是第一款进入美国食品供应市场的基因编辑大 豆油，Calyno 富含 80%油酸，且富含亚油酸少，更健康。 

（6）农业：合成生物学在农业方面的产品主要用以帮助和保护农作物及畜 牧生产。Pivot Bio 公司正在开发一种微生物解决方案，可以替代氮肥，减少氮 径流，并消除相关的一氧化二氮的产生。Oxitec 公司研发基因改造昆虫控制疾 病或作物害虫的传播。Apeel Sciences 公司开发的植物基涂层可以延长番茄和 苹果等易腐食品的保质期。AgriMetis 公司开发的天然产物衍生的化合物可以保 护作物免受杂草、真菌病和害虫的侵害。Light Bio 公司致力于通过将自然发光 真菌中的遗传物质插入到植物中，从而创造发光植物。Agrivida 公司通过开发 新一代酶解决方案满足动物营养和健康需求，其首款产品酵素植酸酶 Grain 可 以 提 高 饲 料 的 消 化 率 ， 减 少 动 物 体 内 的 营 养 抑 制 剂 。 GreenLight  Biosciences 公司致力于开发创造高性能的 RNA 农作物，使其精确靶向免疫于 特定害虫且不会伤害有益昆虫或在土壤、水中留下残留物。

2.6 金融投资：合成生物学市场应用前景广阔，预计 2021 年 投资可高达 360 亿美元，金融投资潜力高达万亿美金 

据 “CB Insight 中国”数据显示，合成生物学应用前景广阔，其市场潜力 高达万亿美金。2021 年，合成生物学领域相继迎来收获期。合成生物学公司 Zymergen 成功登陆纳斯达克，市值已超 45 亿美元，另一家明星公司 Ginkgo  Bioworks 官宣通过特殊目的收购公司合并上市，交易金额达到 175 亿美元。 2021 年 9 月，Synbiobeta 发布合成生物学 2021 年第二季度市场报告（图 7）[7]。报告显示，仅 2021 年第一季度和第二季度，合成生物学领域的投资高 达 89 亿美元，超过 2020 年全年的投资。2021 年或将成为合成生物学投资创 纪录的一年，融资金额有望成为自 2009 年以来所有年份的融资总和。 

图 7 2009-2021 年合成生物学领域融资情况 

2.7 合成生物学在应对 COVID-19 疫情危机、制定诊断措 施、研发药物疫苗中发挥着非常重要的作用 

（1）合成生物学可以促进抗疫体系从“被动、零星、滞后”的危机应对转 金额（万美 元）化为“主动、系统，前瞻”的准备、应对与恢复。疫前，合成生物学可以建立病 毒信息库与实体库用于前瞻性研究，基于宏基因组合成环境及动物来源假病毒株， 无需耗时进行危险的分离与转运过程。疫中，基于合成制备能力可简化毒株分离 培养，基于非天然核酸或氨基酸可构建正交病毒以防止逃逸并研发疫苗，基于自 动化设施可对未知病毒的蛋白开展系统性重组表达以及药物高通量筛选，合成细 胞可递送基因药物或大规模生产药物等。 

（2）合成生物学界迅速应对 COVID-19 新冠病毒大流行这一巨大挑战，成 为制定有效诊断措施并研发药物和疫苗的力量之一。欧洲议会在 2020 年 4 月 发布了《10 个应对新冠疫情技术》包含合成生物学；美国麻省理工学院联合创 立 Sherlock Biosciences 公司拥有由 FDA 认证的基于 CRISPR 和无细胞合成 技术的 COVID-19 诊断试剂盒；疫苗明星公司 Moderna 于 2020 年 4 月与合 成生物学公司 Ginkgo Bioworks 合作，利用合成生物学的手段 COVID  mRNA 疫苗所需要的原材料酶；GreenLight Biosciences 公司正在研发基于 RNA 的 COVID-19 疫苗；合成生物学标杆公司 Amyris 与美国传染病研究所于 2020 年 7 月合作开发新型 COVID-19 RNA 疫苗平台；Ginkgo 公司推出了 SAR-CoV-2 试剂盒，与 Totient 公司合作进行治疗性抗体发现和优化，与 Synlogic 公司合作开发新型疫苗平台，并与 Morderna 公司在内的其它疫苗开 发商合作缩短生产时间并提高疫苗产量。

3.合成生物学专利技术持续突破，美国主 导技术创新 

3.1 全球合成生物学进入专利数量剧增、技术飞速成长时期 

全球合成生物学领域的专利数量总体呈上扬态势，并于 2007 年开始迅速增 长；中国专利年代趋势整体较为平缓，2007 年以后相关专利数量提升较快；全 球合成生物学近十年内年平均专利数量大约是中国的十倍，对比之下，中国在全 球合成生物学领域的专利数量基数小、增长慢。 全球合成生物学技术经历了较长的萌芽期（1977 年-1995 年），随后进入初步发展期（1996 年-2009 年），2010-2018 年是生命科学迅速发展的十年， 在探索合成生物学新使命的过程中，全球合成生物学专利技术呈稳定增长趋势， 合成生物学领域的专利权人与专利数量持续增加，目前处于技术成长期。 

3.2 合成生物学专利技术形成以美国为主导，欧洲、中国、丹 麦、日本跟进的全球发展体系，中国专利数量可观但质量有待提高 

作为合成生物学领域全球专利家族数量最多的国家，美国在合成生物学领域 具有起源早、活跃度高、质量优、成长期长等特点。截至 2021 年，美国在合成 生物学领域的专利家族数量占全球总量的 59.00%，是合成生物学领域最主要的 技术来源国家；欧洲、中国、丹麦也是全球合成生物学专利的主要来源国家/地 区(图 8(a))。 受到政策推动、国家支持及科技突破的影响，不同的国家/地区之间的专利 数量增长时期不同。图 8(b)展示了合成生物学领域 TOP5 国家/地区的专利数量 年代趋势。总体看来，丹麦在合成生物学领域的技术布局逐渐弱化，美国、中国 与欧洲等地域的专利增长势头强劲，具有持续增长的潜力。中国近十年的专利数 量增长明显，专利技术布局意识和产业化实力逐渐增强。 图 8(c)展示了合成生物学领域主要国家/地区的技术流向，可以看出，美国 是全球合成生物学最受重视的目标市场，主要国家均在美国进行了较多的专利布 局，欧洲与丹麦同样是全球主要的专利布局市场，相较之下，中国与日本的合成 生物学市场并未受到足够多的重视，技术流向中国、日本的专利数量较少。 通过对主要国家进行专利强度分析可以发现各国专利质量分布。从图 8(d) 可以看出，虽然近年来中国的专利数量增长明显，但专利质量并未跟上专利数量 增长的步伐，60%以上的专利均为低强度专利，专利存在“重申请轻保护转化” 的问题。

图 8 全球合成生物学专利分布及主要国家对比

3.3 合成生物学产业主体形成以企业为主导、科研机构协同发 展的体系，新兴企业发展形势良好、成熟企业重心有所转移，中国 产业化发展较弱 

欧美生物科技企业在全球合成生物学技术升级、应用拓展、资源统筹方面发 挥引领性作用，专利数量 TOP20 产业主体主要来自丹麦、美国、法国、瑞士， 中国仅一家公司上榜。其中，以丹麦诺和诺德公司、诺维信公司和美国 Biogen 公司为代表的企业在合成生物学领域的技术、产品与市场逐渐成熟，近五年来专 利 数 量 减 少 ， 其 产 业 重 心 已 向 其 他 领 域 转 移 ； 而 以 美 国 Codexis、 Genomatica、Lanzatech 公司和法国 Collectis 公司为代表的合成生物学新 兴企业，虽然专利申请起步较晚，但 2000 年后专利数量保持增长趋势，表明新 兴企业在技术方面实现持续突破，并保持良好的发展形势，极有可能是未来合成 生物学产业发展中的后起之秀。 全球合成生物学的产业主体主要聚焦于生物制药、生物医疗、生物制剂、生 物能源与生物平台五大应用领域。在生物制药领域，法国 Collectis、美国 Sangamo 等生物制药企业结合合成生物学的工程思维，通过对细胞进行分子层 面的改造，将细胞作为药物生产工厂或使其具备相应的治疗功能；在生物医疗领 域，美国 Biogen、Editas Medicine、BlueBird 等生物医疗企业利用合成生物 学技术进行新型治疗方法的开发，目前大多数生物医疗与生物制药企业处于临床 试验阶段，在未来合成生物学在医疗健康领域具有较大的应用价值；在生物制剂 领域，美国的 Sigma-Aldrich、Integrated DNA Technologies、丹麦的诺维 信公司等生物制剂企业利用合成生物学技术实现化学试剂量产或提供DNA产品， 为生物制剂企业提供了新的生产途径与生产开发方向；美国的 Genomatica、 Amyris、LanzaTech 等生物能源企业利用合成生物学平台，为全球化石能源寻 找替代品，致力于开发可再生能源与低碳节能；美国的 Ginkgo Bioworks 和 Zymergen、中国的恩和等生物平台企业对合成生物学领域多维度、多应用的 技术进行整合，为合成生物学领域的研究者提供解决方案或技术支持，为传统企 业拓展了新的价值领域。 与欧美合成生物学产业化迅速成长的趋势不同，中国的科研机构与企业在合 成生物学领域的专利申请数量相差较小，科研机构与企业形成“双核心”的体系。 中国科研院所的主要专利权人包括江南大学、上海交通大学、清华大学、中国科 学院上海有机化学研究所、天津大学、中国科学院微生物研究所等。在科研机构 申请的合成生物学专利中，约有 32%的专利已失效。与科研机构相比，中国企 业虽然在合成生物学领域的失效专利较少（23%），但呈现专利权人多、专利 分布较散的特点，进一步说明中国合成生物学领域的企业呈现小而散的特征，在 合成生物学领域的企业竞争力不足。 

图 9 合成生物学专利权人分布

3.4 全球合成生物学形成以生物学为主导、多领域交叉互补的 技术体系；中国以生物学为主导，结合计算机学、医学、植物学等 学科领域进行了专利布局 

专利作为技术的载体，在拓展技术创新空间、揭示技术发展方向具有重要作 用。全球合成生物学专利技术主要集中于生物学领域，结合多个学科在多领域实 现了技术应用。全球合成生物学专利主要集中于生物化学、酶学、遗传学等领域； 全球专利技术主要由实验设备、方法技术和物质制备三个方面构成，涉及到核苷 酸和酶等物质。实验设备方面主要包括细胞培养基和微生物培养基的制备；方法 技术层面主要包括 DNA 重组、引入外来遗传物质、微生物的测定或检验方法、 制备或分离含微生物的组合物；物质制备层面包括制备医药配制品、抗肿瘤药、 蛋白质、核酸和微生物；合成生物学技术涉及到的物质主要包括糖类、DNA、RNA、 微生物本身和酶。 中国合成生物学领域的专利技术分布与全球基本一致，以生物化学为主导， 结合计算机学、医学、植物学等学科在多个领域实现了分布，如表 4-5 所示。 中国的合成生物学专利主要集中于生物化学设备与方法、化学仪器与方法、医药 科学与植物学四大应用领域。生物化学仍是合成生物学专利的重点技术分布，与 其他学科交叉融合是合成生物学领域专利的主要特征。 在生物化学设备与方法领域中，中国专利技术主要包括重组 DNA 技术、使 用载体引入遗传物质、基于微生物进行物质制备、氧化还原酶的制备、水解酶的 制备、引入外来遗传物质修饰细胞、细胞培养等技术，该应用领域是中国合成生 物学领域专利的主要就技术方向，也是全球合成生物学专利的技术方向。 在化学仪器与方法领域，中国专利技术主要包括肽的制备和糖衍生物的制备， 集中于有机化学领域。此领域的专利权人主要以企业为主，专利转移数量较多， 有效专利占比较大。在医药科学领域，中国专利技术主要包括药物制备（抗肿瘤药、抗感染药等）、 疫苗制备、遗传物质分析、药物输送、疾病治疗（血液疾病、神经系统疾病、代 谢疾病等）等技术领域。医学领域是合成生物学技术的重要应用领域，在全球初 创企业中，渤建公司、Collectis 公司、Sangamo 公司等均为医药公司，中国 合成生物学企业目前在医药领域几乎没有布局，进行专利申请的多为科研院所。 在植物学领域中，大部分中国专利技术与农作物有关，如番茄、水稻、玉米 等，包括作物育种、植物基因编辑、基因表达与合成等技术，专利权人主要以农 业类的科研院所为主。 

表 1 中国合成生物学专利应用领域分布及详细信息 （数据来源：Derwent Innovations Index、智慧芽）

4. 合成生物学在细胞农业领域的产业应用 -以人造肉和人造奶为例 

合成生物学通过细胞农业等方式实现了农业生产技术的颠覆与突破，引领了 农业现代化的发展，突破农业领域的传统生产瓶颈，使农业发展不再受限于有限 的自然资源和复杂严峻的气候变化。细胞农业作为可持续的农业生产方式，目前 在人造肉和人造奶领域的基础研究逐渐成熟，人造肉和人造奶相关的初创公司相 继成立，并且数量逐渐增加。生物食品制造成为生物领域的投资热门方向，具有 巨大的市场发展潜力，2021 年波士顿咨询公司研究报告预测，未来食十五年内 人造肉、人造奶等替代蛋白食品将占据全球可食用蛋白质市场的 22%，预计产 业规模达到 2900 亿美元[9]。产业发展潜力引发各国加强对知识产权的保护，以 人造肉和人造奶为代表的细胞农业技术引起了全球新一轮的生物技术竞争。 

4.1 全球人造肉产业主体为企业，有政策支持的国家/地区成 为重点布局市场 

人造肉领域的全球专利申请情况反映了技术和产业的发展情况。全球人造肉 产业专利从 2013 年开始相关申请，如图 10 所示，从专利分布来看，美国申请 的专利占全球人造肉领域专利的一半以上，表明美国在人造肉领域占有研发主导 地位；中国在人造肉领域的专利申请数量为 22 项，占比 21%，表明中国在人 造肉领域具备一定的技术基础，需要进一步加强技术研发，占领技术创新高地， 掌握关键技术。

图 10 全球人造肉专利最早优先权国家/地区分布 

图 11 显示了全球人造肉专利的公开国家/地区分布。从全球人造肉领域的 专利公开国家/地地区来看，美国是主要的专利布局区域，中国、欧洲、日本、 韩国等也是专利权人关注的重点区域。人造肉领域的专利布局与国家对人造肉产 业的态度密切相关，由于新加坡对人造肉产业的开放支持政策，专利权人加强了 人造肉技术在新加坡的专利布局，以支持人造肉产业的发展。目前全球对于人造 肉的相关法规及市场监管条例并不十分清晰，专利公开数量较多的国家代表专利 权人的产业布局目的地，这些国家对人造肉的相关法规和市场监管具有超前规划 性和引导性，例如欧洲对人造肉的监管和分类，因此这些国家和地区的产业政策 动向、相关法律条文和监管政策方向值得关注。

图 11 全球人造肉专利公开国家/地区分布 

如图 12 所示，全球排名前 10 位的专利权人中有 8 个企业、2 所高校，表 明在人造肉领域，企业已经成为技术研发的领先者。 专利数量排名第一的是美国的 UPSIDE FOODS 公司，前身为 MEMPHIS  MEATS 公司，UPSIDE FOODS 公司提取动物细胞后，利用生物技术诱导干细胞分化为肌肉组织，通过生物反应器（类似啤酒的发酵罐）独立培养得到细胞培 养肉，其专利主要是细胞培养器、细胞培养基和动物细胞培养方法等。排名第二的是以色列的 ALEPH FARMS 公司，该公司在人造肉方面具有独创性与新颖性， 2021年ALEPH FARMS 公司利用 3D 打印技术在太空打印出第一块牛排，获得了大量的投资。ALEPH FARMS 公司使用从动物活体组织中提取的不含转基因和抗生素的启动细胞，并在实验室中将它们培养成具有动物肉纹理和品质的人造肉，其专利主要为细胞培养基、生物反应器和生产细胞培养肉的细胞类型。排名第三的是中国的 AVANT MEATS 公司，AVANT MEATS 是亚洲第一家细胞培养鱼肉的公司，也是中国第一家细胞培养肉生物公司，专利主要与体外细胞培养 方法有关，包括细胞分离、裂解、过滤等技术。排名第四的人造肉公司是中国的CellX （食未科技）公司，该公司的创立时间较晚，致力于细胞培养肉的发展， 专利内容包括利用植物支架进行细胞培养肉的生产和微载体的制备。排名第六的企业是荷兰的 MOSA MEAT 公司，该公司主要从动物身上提取出的优质可再生的干细胞，将它们置于营养液中，通过生化诱导素使细胞进行快速分裂增殖，进而分化成原始纤维，膨胀成肌肉组织，人造肉汉堡是该公司的主要经营产品。该 公司的专利包括在无血清的培养基中培养细胞的方法、无菌培养设备、改性多糖水凝胶的应用等。排名第七的是西班牙的 BIO TECH FOODS 公司，是开发生 产蛋白培植生物技术的领导者之一，产品主要包括细胞培养汉堡肉饼、牛排和香 肠，并在新加坡进行销售，2021 年11 月，该公司被 JBS 公司收购，将继续进 行细胞培养肉产品的开发，其专利技术包括无菌培养基、热蒸汽灭菌方法和生物 反应器等。排名第八的是美国的 EAT JUST 公司，该公司制造和销售植物性食品， 是一家植物蛋白领域的创业公司，其中植物蛋关键成分是来自绿豆，细胞培养肉 技术是该公司的技术分支，主要产品包括细胞培养鸡肉和植物蛋，其专利主要与 植物蛋的制备有关。排名第九的专利权人是日本的细胞培养初创公司 Integriculture，该公司可以利用食品级培养液和通用的大规模细胞培养技术 “CulNet System”培养牛肉，该公司将继续把这些技术推广到甲壳类细胞， 以大规模低成本地生产虾肉，其专利主要为细胞培养管理系统及细胞生长引导系 统。 人造肉专利排名前 10 的专利权人中，两所高校机构均来自中国，分别是西 北农林科技大学和江南大学。西北农林科技大学申请的专利主要为用于制造人造 肉的支架，江南大学的专利包含无血清培养系统的成分。 全球人造肉专利的前 10 位专利权人中，中国分别有2 个企业和 2 所高校专利权人，表明中国在基础技术方面已有一定的研究基础，并开始了对人造肉产业化的探索。中国作为全球肉类消费和进口大国，人造肉将提供良好的替代肉类方案。前十位专利权人中，美国、以色列与荷兰作为人造肉的政策支持国家，开展人造肉的研究较早，企业发展较为成熟，并开展了多轮融资，部分产品已投入销售市场，可以看出，技术研发能力、产业发展水平与政策的支持有密切的关联。

图 12 全球人造肉领域 TOP10 专利权人 

4.2 全球人造奶产业面临技术挑战，企业难从实验室走向市场 

相较于人造肉，人造奶技术起源的时间较早，全球人造奶专利申请始于 1986 年，第一项专利与乳蛋白的重组表达有关。如图 13 所示，从全球人造奶 领域的专利分布来看，美国专利占全球人造肉领域专利的一半以上，表明美国在 人造奶领域占有研发主导地位；中国在人造奶领域的专利数量为 57 项，占比 13%，与美国相比仍有一定的技术差距。其他国家专利数量同美国相比都有较 大的差距，表明目前美国在人造奶领域已具备一定的技术基础，暂时具有一定的 技术优势，其他国家需要加强技术研发与突破。

图 13 全球人造奶专利最早优先权国家/地区分布 

图 14 显示了全球人造奶专利的公开国家/地区分布。从全球人造奶领域的 专利公开国家/地区来看，美国、欧洲、澳大利亚、中国、日本是主要的专利市 场布局地区，代表这些国家/地区被人造奶产业主体关注，也是未来人造奶投资、 生产和销售的主要地区。人造奶与人造肉相比，投入生产的产品数量较少，仅有 Perfect Day 公司在 2019 年限量销售过人造奶冰淇淋，由于技术突破不足，目 前人造奶尚未解决成本问题与营养含量问题，因此市场规模化生产与销售仍需时 日，这也为各国制定人造奶的监管政策提供了缓冲时间。 

图 14 全球人造奶专利公开国家/地区分布 

如图 15 所示，全球排名前 5 位的专利权人均为企业，表明目前企业在人造 奶领域投入大量的技术研发，已经成为人造奶领域技术的领先者。 专利数量排名第一的是 SYMBICOM 公司，SYMBICOM 公司是瑞典的一家 生物制造公司，其中关于人造奶的专利以乳腺生物反应器有关，涉及酪蛋白乳蛋 白的重组表达。专利数量排名第二的是美国的 VENTRIA BIOSCIENCE 公司， 该公司主要利用转基因植物作为反应器生产乳蛋白。专利数量排名第三的是美国 的 PERFECT DAY 公司，该公司是人造奶产业的成熟企业，拥有先进的技术和 较成熟的人造奶产品，并与雀巢等公司进行了技术合作，该公司的人造奶专利技 术质量高、布局广，是人造奶领域的领军者。排名第四的是美国的 ALPINE  ROADS 公司，该公司试图通过植物细胞生产替代动物蛋白的食品，专利主要包 括重组植物细胞生产牛奶蛋白、转基因植物和新型重组蛋白等。排名第五是美国 的 ABBOTT 公司，该公司专利包括重组酪蛋白的核苷酸序列、在细菌系统中表 达修饰过的重组酪蛋白质粒等。

图 15 全球人造奶领域 TOP5 专利权人

相对于人造肉领域的产业主体，人造奶领域除了少数公司拥有成熟的技术和 完整的产业链以外，大部分产业主体处于技术研发状态；人造肉产业目前形成了 种类较多的产品，如人造肉饼、人造肉汉堡等，人造奶产业除了 PERFECT  DAY 公司推行过限量销售的人造奶冰激淋以外，并没有形成可以投放市场的产 品；人造肉与人造奶产业目前均存在成本控制与大规模生产的问题，人造奶在营 养、品质和口感方面仍存在改良空间。在人造肉奶领域，美国是技术的领先者与 市场的开拓者，欧洲、中国、以色列、新加坡等国家和地区对人造肉奶产业抱以 积极的引导与支持态度，是人造肉奶产业发展的重要地区。 

4.3 全球人造肉主要企业试水北美新加坡，企业融资形势向好 根据人造肉领域的专利情况，选择人造肉领域专利数量最多的 UPSIDE  FOODS 公司进行市场布局分析。 UPSIDE FOODS 公司最初致力于开发人造鸡肉，经过技术研发后，UPSIDE  FOODS 公司推出了人造牛肉丸和人造鸭肉，人造鸡肉是 UPSIDE FOODS 公司生产规模最大的产品。2021 年 11 月，UPSIDE FOODS 在加利福尼亚旧金山 湾区开设了工程、生产和创新中心，成为全球最大的细胞培养肉类工厂。 从 UPSIDE FOODS 公司的专利家族布局可以看出，美国是 UPSIDE  FOODS 公司专利布局件数最多的国家，同时在欧洲、澳大利亚、加拿大和中国 有少量专利布局。作为人造肉领域成立较早、发展较快的美国公司，UPSIDE  FOODS 公司仍有限注重在美国的发展，2021 年 9 月，UPSIDE FOODS 公司 与米其林厨师 Dominique Crenn 达成合作，在旧金山的 Atelier Crenn 餐厅 销售细胞培养的鸡肉产品。 目前 UPSIDE FOODS 公司的商业市场较少，规模有限，人造肉价格较动物 肉较高，主要销售地为美国，消费群体大部分为环保主义者、素食主义者等。随 着 UPSIDE FOODS 新生产中心的成立，UPSIDE FOODS 将进行大规模生产， 预计在未来两年内上市，并拓宽市场规模。 

表 2 UPSIDE FOODS 公司融资时间及金额 （数据来源：WIND 金融）

从融资方面分析，截至 2022 年 9 月，UPSIDE FOODS 公司共获得 8 轮融 资，累计融资金额达到 6 亿美元以上，融资金额及时间如表 2 所示。2022 年4月，该公司获得的 4 亿美元融资成为人造肉行业金额最高的融资，UPSIDE  FOODS公司将利用这笔资金扩大团队规模、进行消费推广以及加速商业化进程， 为多类型的人造肉建造商业化生产基地，初步计划年生产数千万磅的人造肉，并 为人造肉细胞培养基和必要材料开发供应链。 以 UPSIDE FOODS 公司为代表的人造肉行业展现出重要的市场发展潜力 及应用潜力，经过全球范围内的专利布局，人造肉产业主体已经为市场的开发及 商业化进程做好铺垫。 

4.4 全球人造奶主要企业与世界乳企合作，融资稳定增长 

根据人造奶领域的专利情况，本研究选择人造奶领域申请专利数量 TOP5、 企业发展较为成熟的 Perfect Day 公司进行市场布局分析。 Perfect Day 公司是全球第一家用生物发酵技术生产酪蛋白和乳清蛋白的 公司，也是人造奶领域最早进行产品销售与企业合作的公司。2018 年末， Perfect Day 公司与 ADM 签署联合开发协议，将发酵牛乳蛋白原料商业化； 2020 年初，Perfect Day 公司与旧金山冰淇淋生产商 Smitten 合作，在当地 销售使用发酵牛乳蛋白的冰淇淋；2020 年，Perfect Day 创立子公司 The  Urgent， 2021 年，The Urgent 收购冰激淋公司 Coolhaus，将生产人造乳 蛋白产品；2022 年，Perfect Day 公司与雀巢合作，利用合成生物学从经过基 因工程改造的菌群中生产一种类似牛奶的饮料，为人造奶产业开拓新市场。 从 Perfect Day 公司的专利布局来看，其布局范围比 UPSIDE FOODS 公 司 更 广 。 Perfect Day 公 司 酪 蛋 白 的 组 合 物 及 其 制 备 方 法 的 专 利 （US11076615B2）在 2015 年就在澳大利亚、中国、欧洲、加拿大、马来西 亚、日本进行专利布局，2017 年专利布局国家拓展至印度和印度尼西亚；乳蛋 白和非动物蛋白的生产方法的相关专利（US20190216106A1）在 2017 年起 就在澳大利亚、欧洲、日本、墨西哥、马拉西亚、中国、加拿大等国家进行专利 布局；重组乳蛋白聚合物制备的相关专利（US20210235714A1）在2019 年在中国、澳大利亚、加拿大、墨西哥等国家进行了布局。综合分析表明，Perfect  Day 公司的市场布局国家主要包括美国、欧洲、加拿大、中国、日本、墨西哥、 印度等国家和地区，尽管目前 Perfect Day 公司的产品仅在美国部分地区进行 少部分售卖，未来 Perfect Day 公司的市场定位将是广泛的。 从融资方面分析，截至 2022 年 9 月，Perfect Day 公司共获得 7 轮融资， 累计融资金额达到 6.8 亿美元以上，融资金额及时间如表 3 所示。C 轮投资以 来，Perfect Day 公司致力于进行新产品研发和研制渠道开发，其生产能力和成 本控制方面得到了一定的提升。Perfect Day 公司将采取合作的方式，与新一代 餐饮公司、乳业公司和政府组织进行合作，实现人造奶产业的市场化生产与销售。 以 Perfect Day 公司为代表的人造奶行业推动农业生产方式从传统农场向 实验室转变，作为新兴的绿色生产方式，人造奶生产过程可以有效的节约自然资 源，其市场主体将持续推动其规模化生产和商业化进程。

表 3 Perfect Day 公司融资时间及金额 （数据来源：WIND 金融） 

5.中国合成生物学存在的问题及发展建议 

近年来，中国合成生物学科研和产业快速发展，论文世界排名显著上升、专 利申请规模空前，已有多个研究中心和重点实验室得以成立，多个合成生物学项 目获得资金支持，一批合成生物学初创企业相继成立，取得了许多具备领域特征 的原始发现和创新成果。快速发展的同时，也必须清醒的认识到中国合成生物学 发展仍处于起步较晚、跟跑且争取迎头追赶的状态，存在科研基础相对较薄、技 术原始创新不足、成果转化率偏低、产业发展缓慢、优质产业主体匮乏、企业竞 争力较弱、学科发展体系不健全、复合型领军人才相对缺乏等诸多发展中的深层 次问题。应对标发达国家/地区，进一步瞄准世界科技发展前沿，从政策布局、 科研体制、产业格局和人才培育等方面，强化对合成生物学的战略部署，快速提 升中国在该领域的国际竞争力及对现代科技体系建设的引领和支撑作用。 

（一）强化顶层设计，加强战略部署 合成生物学在发展需要从政府层面进行系统布局，“先布棋盘，后落棋子”。 一是要加强合成生物学的顶层设计和战略部署。围绕国家发展的重大需求，制定 中国合成生物学科技、产业发展路线图。路线图要确定战略方向和重点突破点， 实现从基础研究到技术创新，从工程平台建设到产品开发、产业转化的多层次、 分阶段的快速与稳定发展。二是要制定研发、生产、应用各环节配套政策和规范 体系，明确相应的主管部门，厘清责权，建立科学、理性、有效、可行的管理原 则。三是要制定科学技术、环境安全、过程可重复和结果可测度的技术标准，明 确新产品的申报与审批路径，加强风险评估和监管，建立市场准入规范。 

（二）聚焦关键技术，推动自主创新 合成生物学的研究要以科技自主创新为核心，项目成果实施为路径，应用产 品转化为目的。一是要结合国际研究发展趋势加强基础研究，开展前沿领域探索 与关键技术研发。以形成自主知识产权的合成生物学技术为主攻方向，加强对高 通量育种芯片、高效基因分型、全基因组选择和融合基因编辑等关键新技术研究。二是要加大重大项目支持和实施力度，攻克关键核心技术和“卡脖子”技术难题， 促进科技成果的转化应用和产业化。开展和合成生物学联合攻关，加快培育优质 突破性重大农作物新品种，构筑精准设计遗传育种体系，提高粮食和其他农业产 品的产量和质量。三是要扩大科技创新开放合作、优化研究发展的外部环境。主 动融入全球创新网络，以开放科学和开源技术为路径，促进国内国际的创新要素 双循环高效流动，营造国际化科研环境。 

（三）培育产业主体，拓展应用场景 合成生物学的发展必将为未来农业带来颠覆性的变化，要强化农产品科技赋 能，培育优质产业主体，以更多科技供给来提升中国农业国际竞争力。一是要强 化创新主体地位，培育企业首创精神。支持初创公司快速发展，增强企业技术产 品敏感度，对瞄准的创新技术产品超前布局，加大投入，加速研发。二是要加大 创新技术产品的保障。加快产品标准的研制，推动新技术及产品加快进入市场， 及时评价有关产品的安全性和可行性，建立相关审批绿色通道，缩短产品准入的 批复周期。三是要加强知识产权保护、鼓励企业全球化布局。打造高端农业优势， 擘画“国内国际”并进格局，在国际经济贸易活动中运用好知识产权国际规则， 鼓励核心技术、核心产品做好国际布局，确保国际市场竞争力。 

（四）增强人才队伍，优化科技力量 合成生物学的人才培养应强调和倡导勇于创新、开放、合作的意识和理念。 一是要重视学科和教育体系建设，培养跨学科人才队伍。根据学科交叉的需要， 精心设计提升学生创新能力的教育计划，支持跨学科教育和培训，通过协同多方 教育资源，逐步建立系统的合成生物学跨学科培训体系。二是要倡导跨学科的团 队合作，培育高水平研究梯队。重点培养一批战略研究、技术创新和工程开发型 人才，结合国家和地方政府的系列人才工程，积极引进人才。三是要优化中国的 科技力量布局。明确高校、科研机构和企业的定位，增强体系化科技创新能力， 建成高水平国家实验室体系，系统布局重点领域创新基地，形成各类创新主体充 分发挥作用、优势互补的科技力量协同。