合成生物學(一):「上帝視角」下21世紀最重要的生物技術平臺

2021-01-21 全球技術地圖


另一方面，合成生物學又具有生物製造的屬性。生物製造經歷了兩次革命。第一次發生在20世紀50−60年代，通過大規模發酵，使抗生素、胺基酸、維生素等藥品、食品和營養品實現工業化生產，我們今天稱之為傳統生物技術。第二次發生在20世紀80年代，分子遺傳學的發展導致產生了基因操作技術，通過基因克隆、表達、修飾或轉移，實現了各種高附加值的生物製品生產，「一個基因，一個產業」，發展成今天的生物技術戰略性新興產業。合成生物學則是利用系統生物學知識，藉助工程科學概念，從基因組合成、基因調控網絡與信號轉導路徑，到細胞的人工設計與合成，完成單基因操作難以實現的任務，將極大地提升基因生物技術的能力並拓展其應用範圍。因此有理由認為，合成生物學正在催生第三代生物技術。


或將迎來產業爆發的合成生物學


‍‍‍‍合成生物學概念被廣泛關注，最早可追溯到2004年在麻省理工學院舉辦的「合成生物學 1.0」大會。那次會議的最大亮點在於，風險投資機構對合成生物學的進展感到非常興奮，他們看到了該領域研究對於生物學的重大意義，尤其是在生物能源方面。


在隨後的幾年內，有很多合成生物學初創公司相繼成立，融資額也相當巨大。但這並不是一個好的轉折點，甚至在某種程度上使合成生物學的發展遭遇挫折。當時合成生物學在生物能源方面的研究成果並不具有經濟效益，在規模化方面根本無法與傳統化石能源相抗衡。在隨後的五年內，這些公司相繼倒閉，那也是合成生物學商業化進程中失去的五年。


近年來，伴隨CRISPR等基因組編輯技術的不斷革新，以及同樣快速發展的大數據、人工智慧和機器人技術等，合成生物學的前景變得越來越明確，合成生物學的產業化發展迎來一個爆發期，具有以下幾方面新的表現：


第一，涉及領域越來越廣。從生物能源擴展到生物基材料、微生物機器人、食品、農業、生物醫藥、疾病治療、稀有資源量產、環境修復以及生物工程技術平臺的開發等諸多領域。


例如日本科學家將放線菌的基因轉移到大腸桿菌，通過設計新的代謝途徑，生產出可耐400攝氏度高溫的生物塑料。整個生產過程節約能源並減少了二氧化碳的排放。作為產品的生物塑料可自然降解，有利於保護環境。


美國最大的合成生物學創業公司Ginkgo Bioworks，通過將玫瑰的基因整合到酵母的基因組上，實現了利用酵母大量生產價格昂貴的玫瑰精油。該公司已與法國知名香水企業建立了合作關係，市場前景值得期待。



（合成生物學企業融資，數據來源：synbiobeta）


第二，初創企業大幅增加，融資額不斷增長。據美國SynBioBeta數據顯示，全球合成生物公司今年第一季度共獲投資6.5億美元，規模達去年同期的2倍；第二季度投資額達9.25億美元，較去年同期增長4倍，並且此時期獲資助公司多位於美國矽谷和美國東北部。全球合成生物產業2018年募資額有望達到30億美元。此外，英國合成生物學國家產業轉化中心（SynbiCITE）於7月12日發布的《2017年英國合成生物學初創調查》顯示，英國在2000-2016期間共成立146家合成生物企業，在此期間公司數量每5年翻一番；在2010-2014的五年期間，企業共獲得2.2億英鎊投資，是此前5年的5.5倍；企業在2015-2017期間獲得投資進一步增加，僅3年就募集超過4億英鎊投資。

（全球合成生物學融資歷史（2012-2016），數據來源：CB Insights）


第三，越來越多的頂級科學家投身創業大潮，科研成果的產業化進程提速。合成生物學公司Synlogic由麻省理工學院生物工程學教授、合成生物學先驅詹姆斯·柯林斯創辦，並於2017年8月在納斯達克上市；Ginkgo Bioworks公司由麻省理工學院計算機科學和合成生物學先驅湯姆·奈特參與創辦，目前已獲4.29億美元融資，估值超過10億美元；Synthetic Genomics公司由美國合成生物學先驅克萊格·文特爾（曾公然挑戰 「國際人類基因組計劃」而聞名）及諾貝爾獎獲得者漢密爾頓·史密斯創辦；enEvolv由哈佛醫學院基因組研究中心主任喬治·丘奇創辦等。


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