风口上的合成生物学如何突破底层技术难关？

21世纪经济报道记者 季媛媛 实习生 唐菁阳 上海报道 如何让牛奶过敏的人能够正常喝牛奶？如何在酒桌上“千杯不醉”？如何让植物肉散发出真实肉的香味？这些看似违背常识的问题，如今却都能够通过合成生物技术实现。

其实合成生物技术对我们来说并不陌生，几千年前我国老百姓在酿酒、炮制中药的过程中就有使用。而在今天，合成生物更是迎来了发展的黄金时期。

在6月15日召开的上海国际生物技术与医药研讨会上，中国医药工业研究总院研究员奕栋表示，在基因测序技术、生物信息学、结构生物学等众多基础学科和人工智能技术深度发展的当下，合成生物学如今已经进入了飞速发展的时代。

AI助力合成生物技术推广

基于众多基础学科的发展，近年来涌现了一批诸如DNA合成技术、基因编辑技术、自动化高通量药物筛选技术等新兴生命技术，这些技术均需要依靠以人工智能为桥梁来实现。而与此同时，AI的赋能也将极大的助力合成生物技术在新药研发中的应用。

奕栋提到，大家有一个固有的印象就是合成生物在医药行业的应用比较少，但这并不是一个技术问题，而是因为新药研发的周期非常长，风险高，这一盈利模式阻碍了部分生物公司入局的步伐。

正如奕栋所言，传统药物的研发过程既耗时又昂贵，从研发到上市通常需要数年时间和数十亿美元。不过，AI的赋能将有望实现破局，大大提高合成生物技术在新药研发中的使用效率。

人工智能的优势就在于它能够突破人工的极限，更快、更准确的分析海量生物数据，从而帮助研究人员识别潜在的药物靶点。据奕栋介绍：“当前随着生物样本信息的数据量越来越庞大，人工智能工具为我们搭建了新的路径。通过人工智能技术我们可以对这些庞大的数据进行确认分析及结构模拟，也能够辅助定向净化，通过高通量实验将酶的性能发挥到极致。”

如今，奕栋所在的系统生物合成研究中心自2021年成立以来，在两年的时间里已经建设了生物大数据虚拟筛选平台和全功能自动化构建和筛选技术平台。前者依据医院和中心开源的微生物菌种库建立了庞大的数据库来进行数据的挖掘和筛选，并建立了AI算法模型来进行预测。

据奕栋介绍，目前模型的准确率可以达到95%以上。后者则减少了实验室研发过程中的人工干预，能够自主完成基因工程、细胞转化培养、结果处理等工作。此外，中心还自主研发了具备生物传感器的超高通量筛选系统，可用于新药研发。

奕栋认为，未来生物医药的智能制造可以分为两部分，一是实验室研发的智能化，二是生产阶段的智能化。

“我们希望在实验室阶段能够更多的应用人工智能来进行虚拟筛选，并通过大型自动化设备替代人工来进行快速的前端供应开发。而在后端，我们也希望能够通过智能化来形成无人工厂的操作。如果这些都能够实现，那么也就真正地达到了生物医药智能制造的未来。”奕栋说道。

资本市场较为乐观

除了技术的强力驱动，政策利好也为合成生物技术成果的落地提供了便利。

2014年世界经合组织（OECD）发表题为“Emerging Policy Issues in Synthetic Biology”的报告。该报告从合成生物学前景说起，并认为该领域前景广阔，建议各国政府把握好机遇。在此之后大约20个国家陆续出台相关政策。

我国也在2022年5月发布的《“十四五”生物经济发展规划》（以下简称为“规划”）中多次提及“合成生物学”，覆盖医疗健康、食品消费等领域。规划指出，推动合成生物学技术创新，突破生物制造菌种计算设计、高通量筛选、高效表达、精准调控等关键技术，有序推动在新药开发、疾病治疗、农业生产、物质合成、环境保护、能源供应和新材料开发等领域应用。

在政策利好的吸引下，合成生物赛道在资本市场十分火爆。SynBioBeta的数据显示，2010—2020年，全球合成生物学投融资1130起，总金额超过210亿美元。

头豹联合创始人兼CEO杨晓骋表示，从全球来看合成生物学已经进入了高速增长的阶段，2017年的市场规模在40亿美元左右，我们预计到2027年，将实现十倍的增长，即达到400亿美元左右。

国内合成生物学企业的融资阶段虽偏向于早期，多数公司内的产品仍保持在研发阶段。但从2017年开始，我国合成生物学领域的投资金额就呈现出上升趋势。特别在2021年，投融资数量达到22起，总金额达到24.8亿元。虽然在2022年这两项数字都有所下降，但杨晓骋认为国内市场在回归商业理性后，投融资反而呈现出了更为精准化的特征。

“作为咨询公司，我们常年服务于行业内的企业以及基金公司，能够明显地感受到关注合成生物赛道的资方、企业是越来越多的。而2022年的下降主要是受到了疫情、全球经济周期以及生命健康行业发展波动的影响。我们判断，今年下半年的资本环境会比上半年或是去年有所好转。”杨晓骋说道。

底层技术仍然受限

我国的合成生物学虽然在技术、政策、资本等种种利好下竞争力优势明显，但仍面临着诸多挑战。其中最为明显的就是底层技术受限。

据武汉瀚海新酶生物科技有限公司董事长杨广宇介绍，酶作为生物医药产业的“芯片技术”，其开发难度大、技术门槛高、导入期长，已经成为了“卡脖子”问题。

“无论是诊断试剂、制药还是科研都离不开酶制剂。它的产值在100亿美元左右，却支撑了数万亿的医疗产业。因此，如果酶这一根基不稳的话，整个产业的安全都将会出现问题。”杨广宇强调。

而目前国内外市场上的酶制剂却都被国外企业垄断，国内目前体外诊断、制药、技术科研等领域使用的酶制剂耗材均来自进口，难以实现独立自主。

杨广宇认为，这主要是因为酶制剂的市场规模相对来说较小，对于实力雄厚的大企业没有吸引力，而小企业的技术又达不到。

“酶制剂的生产在技术端其实存在很多难题。首先，生物医药中所使用的酶制剂与工业酶制剂不同，它的结构更为复杂、性能要求高，通常需要高水平、复杂的工艺才能实现，并且投入之后的产出量也不多，很少有企业愿意投入。其次，要做到成本可控，酶制剂的生产工艺十分繁琐，并且这些步骤都是刚性需求。最后是酶制剂的应用，仅仅有好的制剂是不够的，还需要教会下游企业如何应用，无论是合成mRNA疫苗还是去做试剂的配方，国内在这方面的研究都比较薄弱。”杨广宇说道。

除此之外，合成生物在我国还面临着难以实现规模化生产、缺乏跨学科人才、政策法规与伦理研究相对落后等问题。

面对这些挑战，相关研究人员认为，合成生物学研发投入、试错成本极高，从投研到产业落地周期较长，国家和地方政府在项目孵化、人才、资金等方面应给予初创企业持续性的优惠扶持政策。而对于关键技术“卡脖子”的问题，应该支持企业继续加大研发投入，通过科技创新来引领合成生物产业发展，并加强相关知识产权的保护。

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