上海市生物工程学会：2023年美国理特管理咨询公司合成生物学的新世界（38页）.pdf

1、 合成生物学的新世界 美国理特管理咨询公司 中国科学院上海营养与健康研究所 上海生命科学信息中心 上海市生物工程学会 2024 年 6 月 合成生物学的新世界 合成生物学信息参考 2024 年 6 月（总期 148 期）美国理特管理咨询公司：合成生物学的新世界 编编者按：者按：世界首家管理咨询公司美国理特公司（Arthur D.Little，ADL）于2024年1月发布一份题为 合成生物学的新世界（The brave new world of synthetic biology）的行业研究报告。该报告基于理特公司的广泛研究，结合全球 28 位业内专家的访谈，全面概述了合成生物学的发展现状、应用

2、领域、市场规模、市场格局、未来前景，以及企业应如何应对合成生物学的发展等，系统探讨了合成生物学对全球商业、社会和人类发展的影响。1.什么是合成生物学，为什么它很重要？人类长期以来一直致力于理解生命的本质。自 20 世纪中期以来，随着 DNA的发现，合成生物学领域为一些“重大问题”提供了见解（图 1）。例如，合成生物学已经证明，人们可以在活性生物中合成新的、不同的功能，并利用活细胞执行非生物学的任务。2023 年，以色列魏茨曼科学研究所的研究人员声称无需使用精子、卵子或子宫的情况下，培育出了一种与 14 天人类胚胎极为相似的实体。图 1 合成生物学帮助回答有关生命的基本问题 1.1 定义合成生物

3、学定义合成生物学 今天，对合成生物学的定义各不相同，但大多集中在将生物系统工程化用于实用目的的基本概念上。合成生物学的新世界 合成生物学信息参考 2024 年 6 月（总期 148 期）2023 年 Blue Shift 全球专家调查的一项研究，探讨了合成生物学与相关领域的区别。研究发现，专家普遍认为融合、工程原理和系统思维是其关键特点（图2）。虽然专家们在这三个方面达成了一致，但也并不完全同意原材料必须是活的生物体，或者可以是人工合成的。图 2 专家们对合成生物学的看法（例举）本报告认为，应根据合成生物学产生的内容及其工作方式来定义该领域，而不是原材料的性质。因此，本报告提出了一个更加实用的

4、合成生物学定义，包含以下关键点：“为实用目的进行工程化、修改或创造新型的生物或混合生物系统。”根据这一定义，合成生物学主要包含下面 3 个特征。（1）跨学科的融合）跨学科的融合 跨越生命科学和物理科学 处于自然发生和人工世界的边界 生物或混合系统 生物模仿的工程方法也可以是合成生物学工具箱的组成部分，尽管模仿生物系统并不是合成生物学的目标（2）应用的工程化原理）应用的工程化原理 有目的地工程化生物系统，以实现特定的目标和功能 合成生物学的新世界 合成生物学信息参考 2024 年 6 月（总期 148 期）（3）系统思维和模块化）系统思维和模块化 将生物系统分解为可互换的模块 理解个体部分在整体

5、系统中的行为和相互作用 1.2 合成生物学的应用范围合成生物学的应用范围 合成生物学涵盖了广泛的潜在应用（图 3），从增强现有能力到创造全新的生物系统。图 3 合成生物学的应用范围 本报告将合成生物学的功能分为三大类：可用于制造全新的产品（生物和非生物）、提升现有产品的性能、改进相同产品的生产和制造过程（图 4）。虽然提高效率和精度也是关键，但改善可持续性是其中一个重要的益处。图 4 合成生物学应用的目标 合成生物学的新世界 合成生物学信息参考 2024 年 6 月（总期 148 期）1.3 什么推动了合成生物学的进步？什么推动了合成生物学的进步？尽管合成生物学的起源可以追溯到上世纪 50 年

6、代，但在过去 20 年中，突破性进展显著加快（图 5）。尤其是过去 10 年间，技术推动和市场需求的双重作用使合成生物学的发展进一步加速。技技术推动术推动：生命科学和物理科学持续地发展与融合（图 6），包括更强大和更精准的基因编辑工具。市市场需求：场需求：满足不断增长的需求，包括：更加可持续（例如，可再生原材料/能源）医疗保健改进（例如，更快速、更低成本的药物开发；改善诊断；更精准的治疗）食品安全（例如，在气候变化和人口增长背景下提高产量）创新（例如，量身定制的产品，计算机领域的变革性进展，其他激进的新应用）。这种结合推动了合成生物学生态系统中的公共和私人投资以及伙伴关系的增加。美国的一些举措