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“未來生物經濟的價值將會日益凸顯。而在生物經濟發(fā)展中，創(chuàng)新起著越來越重要的作用，因此連接產業(yè)和科研機構是非常重要的一件事。當下我們應該瞄準國家重大戰(zhàn)略需求，盡快開展高水平的科研，加快科研成果轉化，提升我國生物制造的全球競爭力。希望聯盟能夠在產學研融合方面加快協同，為中國生物經濟發(fā)展貢獻力量。”在近日舉行的“合成生物技術與智能生物制造創(chuàng)新聯盟”成立儀式上，中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉指出。

據了解，聯盟由8所國內高校和研究院所的16個研究團隊與16家合成生物產業(yè)鏈上下游企業(yè)聯合發(fā)起成立，這也是國內首個集產學研為一體、打通合成生物技術研發(fā)和智能生物制造的創(chuàng)新聯盟。清華大學合成與系統(tǒng)生物學中心主任陳國強教授指出，合成生物是一個多學科交叉領域，需要加快提升生物技術的創(chuàng)新能力，加強原創(chuàng)性、引領性基礎研究，促進研究機構和相關企業(yè)加強供需協同，釋放創(chuàng)新活力，該創(chuàng)新聯盟的成立將進一步暢通高校科研院所和企業(yè)的深度合作，推動資源的共享和協同創(chuàng)新，促進合成生物學和智能生物制造產業(yè)的快速發(fā)展。

近年來“合成生物技術”賽道火熱，如華熙生物在年報稱，將堅定地布局合成生物學賽道；合成生物企業(yè)微構工場不久前完成3.59億元A+輪融資，該企業(yè)曾在2022年1月完成2.5億元A輪融資，2021年7月完成5000萬元天使輪融資，三年三輪累計融資額近7億元。

其中，利用合成生物學技術的PHA（聚羥基脂肪酸酯）生物可降解塑料領域也開始得到越來越多的關注。據了解，PHA是生物可降解材料的一種，是一系列由微生物合成的天然高分子聚合物，能夠在有氧和無氧條件下實現生物降解。由于其具有類似塑料的性能，工業(yè)上可以采用微生物批量生產這種聚合物，并以此替代傳統(tǒng)塑料。目前，PHA被認為是極具前景的生物可降解材料之一，是應對白色污染的利器。

聚焦關鍵共性“卡脖子”技術

據天津大學化工學院李炳志教授介紹，合成生物學是在工程學思想指導下，對生物系統(tǒng)進行有目標的理性設計、改造甚至重新合成具有非自然功能的生命體，既可以通過設計合成探索生命組成和調控規(guī)律，也可以設計和改造人工生物系統(tǒng)以滿足社會發(fā)展重大需求。

合成生物技術可以用于藥物生產、醫(yī)學診斷和治療方法開發(fā)等，材料化工也是合成生物技術應用較多的領域，合成生物技術通過系統(tǒng)設計和改造實現產品制造生物路線對化學路線的逐步替代，具有更加高效、綠色、低能耗的優(yōu)勢。

不論國際市場還是國內市場，合成生物產業(yè)均在快速發(fā)展。根據Reportlinker發(fā)布的《2022年合成生物學全球市場報告》，截至2021年底，合成生物學全球市場規(guī)模為100.7億美元，預計2022年將以30.2%的年增速增至131.1億美元。

《“十四五”生物經濟發(fā)展規(guī)劃》提出，要加快推進生物科技創(chuàng)新和產業(yè)化應用，重點發(fā)展生物醫(yī)藥、生物育種、生物材料、生物能源等領域，做大做強生物經濟。力爭到2025年，我國生物經濟總量達到22萬億元。其中合成生物學和生物制造作為生物經濟的重要底層技術，將發(fā)揮關鍵性的推動作用。

合成生物學在我國雖起步較晚，但發(fā)展迅速。據弗若斯特沙利文報告數據，2021年中國合成生物學市場規(guī)模約為64.16億美元，較2020年增長39.38億美元。

另外據國際頂尖的合成生物學“社區(qū)”SynBioBeta統(tǒng)計，2018-2022年中國合成生物學一級市場共完成1039個投融資事件。科創(chuàng)大數據分析平臺睿獸分析的數據顯示，2021年至今，國內已有92家合成生物學賽道公司獲得融資，融資總額達289.78億元。

隨著今年2月微構工場完成3.59億元A+輪融資，利用合成生物學的PHA市場關注度開始增加，而且值得注意的是，2022年11月，義翹神州曾發(fā)布公告稱出資5000萬元認購微構工場2.55%股權，關聯方拉薩愛力克投資咨詢有限公司出資4500萬元認購微構工場2.3%股權，合計收購該公司4.85%股權。

此次創(chuàng)新聯盟的成立也是為了集聚合成生物學與智能生物制造領域產學研用優(yōu)勢資源，面向醫(yī)療醫(yī)藥、化學品、生物材料、生物能源、農業(yè)和食品等領域，聚焦關鍵共性“卡脖子”技術，瞄準重大需求，聚焦高精尖合成生物學領域，以實現關鍵核心技術突破,研發(fā)具有先發(fā)優(yōu)勢的關鍵技術、引領未來發(fā)展的基礎前沿技術，以提升產業(yè)鏈供應鏈安全為目標，以推動產業(yè)協同創(chuàng)新、產出重大科技成果、創(chuàng)制高價值專利和技術標準為任務，組織開展協同攻關。最終推動合成生物學與智能生物制造產業(yè)升級，實現生物經濟高質量發(fā)展。

據了解，其首批次重點攻關的內容包括：開發(fā)新型數字化、智能化細胞工廠；開發(fā)經典細胞工廠高效高產化編輯改造技術；構建非糧原料基礎代謝模型，建立新型原料生物制造技術路線；開發(fā)RNA工藝路徑使用的關鍵酶；搭建全細胞生物催化制備特種化學品和手性醫(yī)藥中間體平臺；搭建RNA藥物設計平臺；建立代謝分子動態(tài)監(jiān)測技術平臺；打造微反應器連續(xù)化生物催化新工藝；打造基于人工智能的發(fā)酵過程控制技術；探索產學研深度融合發(fā)展新范式；探索加快成果轉化應用的新機制；搭建企業(yè)交流互助資源共享平臺；搭建產業(yè)鏈上下游協同發(fā)展平臺；探索促進生物制造產業(yè)快速發(fā)展的新路徑。

陳國強教授也指出，合成生物是一個多學科交叉領域，需要加快提升生物技術的創(chuàng)新能力，加強原創(chuàng)性、引領性基礎研究，促進研究機構和相關企業(yè)加強供需協同，釋放創(chuàng)新活力。相信創(chuàng)新聯盟的成立，將進一步暢通高校科研院所和企業(yè)的深度合作，推動資源的共享和協同創(chuàng)新，促進合成生物學和智能生物制造產業(yè)的快速發(fā)展。

600億市場規(guī)模量產系競爭關鍵

在合成生物市場中，利用合成生物學技術的PHA（聚羥基脂肪酸酯）生物可降解塑料領域也開始得到越來越多的關注。

據了解，PHA是生物可降解材料的一種，是一系列由微生物合成的天然高分子聚合物，能夠在有氧和無氧條件下實現生物降解。由于其具有類似塑料的性能，工業(yè)上可以采用微生物批量生產這種聚合物，并以此替代傳統(tǒng)塑料。目前，PHA被認為是極具前景的生物可降解材料之一，是應對白色污染的利器。

根據普華永道發(fā)布的《PHA生物可降解塑料產業(yè)白皮書》，PHA優(yōu)秀的降解與物理性能、日漸成熟的生產技術，不斷擴大的市場規(guī)模等，都為PHA的成長提供強勁的驅動力，使其成為最具成長潛力的生物可降解材料。預計在未來3-5年內，PHA市場規(guī)模將達到629億人民幣，主要市場集中在不便于回收的強需求場景，如一次性包裝材料、一次性餐飲具等。

而碳中和、能源轉型以及環(huán)保領域的各項政策，或許是這一市場蓬勃發(fā)展的重要因素。

山西證券研報分析，隨著國內外政策逐步出臺、落地，生物可降解塑料前景廣闊。據梳理，近年來，我國塑料污染治理頂層設計不斷完善，2020年1月19日，根據國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關于進一步加強塑料污染治理的意見》(業(yè)內又稱新“限塑令”)，按照2020年、2022年、2025年三個時間段，分步驟、分領域，積極穩(wěn)妥推進塑料污染治理整體工作，在部分地區(qū)、部分領域禁止或限制部分塑料制品生產、銷售和使用。

在相關政策的推動下，可降解塑料替代率快速上升，市場需求量呈快速增長趨勢。目前國內的PLA、PBAT已經規(guī)模化生產和應用，并且還有大批生產線正在建設或計劃建設中，PHA、PCL、PPC等生物降解塑料的產能、應用量和應用領域也在不斷擴大。

按照原料來源分類，生物可降解塑料可分為石油基和生物基，石油基可降解塑料主要包括PBAT、PBS、PCL，生物基可降解塑料主要包括PLA、PHA。

微構工場董事長徐絢明向21世紀經濟報道介紹，PHA與傳統(tǒng)塑料不同之處在于其屬于全生物基，有很好的可降解性。“傳統(tǒng)的塑料如聚乙烯的漁線在海洋里面可能需要上百年降解，但同樣的PHA制品如PHA袋子、礦泉水瓶，大概只需三個月到三年的時間。”未來PHA材料有望應用在高附加值領域，如醫(yī)療手術縫線、人工心臟瓣膜、人工骨釘、人體緩釋微球等。

徐絢明表示，其實合成生物整體競爭壁壘較高，例如菌株的提取、開發(fā)和優(yōu)化，需要數百個博士生的研究團隊花費10年以上時間，最終才能完成對應體系的建立。“自然環(huán)境中微生物差別非常大，每一個底盤細胞可能都需要有一套對應的體系，同時優(yōu)化菌株性能、開發(fā)合成生物學調控工具、優(yōu)化產品代謝通路、調控代謝網絡等，都需要花費大量時間精力，一步步累積和推進。”

除了存在較高技術壁壘，從同業(yè)競爭情況來看，上述白皮書還顯示，從現在起到2027年，是PHA行業(yè)領先企業(yè)發(fā)展自身技術、實現規(guī)模量產，擴大與競爭對手差距的重要窗口期。

此情況下，領先企業(yè)應重點構建四項競爭力，包括通過菌株研發(fā)工藝優(yōu)化，提高原料利用率、降低生產成本等；具備資金優(yōu)勢和組織能力，快速大規(guī)模擴產；完成產業(yè)鏈向上游的延伸；以及拓展PHA下游應用，探索材料的多樣性。

值得關注的是，規(guī)模量產似乎是PHA領域競爭的關鍵問題。目前由于PHA發(fā)展階段較短，PHA行業(yè)處于產業(yè)化初期，供給量有限，因此價格相比PLA、PBAT較高。如果未來能通過大規(guī)模制造來降低成本，令普及率變高，將對于解決白色污染起到很大的推動作用。

據陳國強分析，在學術界，很多突破是在上游，例如菌種設計和篩選，而對于發(fā)酵工藝環(huán)節(jié)沒有獲得足夠重視。不管終端產品是化工品、藥物、還是護膚品，最終都需要通過發(fā)酵來大規(guī)模制造，這就導致在大規(guī)模制造的過程中會遇到工藝放大的問題。對于產業(yè)界來說，能否量產則決定“生死”。

作為生物基材料，PHA的制造過程和化工材料的制造過程截然不同。在化工工藝流程中，沒有無菌操作的概念，而無菌恰恰是生物合成最重要的生產條件，沒有無菌的操作環(huán)境，生物合成無從談起。

以往業(yè)界常用大腸桿菌、羅氏桿菌、芽孢桿菌等容易操作的底盤菌去制造PHA，但在工藝放大的過程中，往往會遇到染菌問題，污染整個體系，導致PHA轉化效率下降，甚至幾百噸發(fā)酵液成為廢水。

基于這樣苛刻的生產要求，實現PHA的工業(yè)大規(guī)模量產就必須要解決制造過程中絕對無菌這一難題，可以通過引入部分具有強大生命力的菌類來有效降低生產成本。微構工場則是利用嗜鹽菌代替?zhèn)鹘y(tǒng)底盤細胞，可以在大規(guī)模發(fā)酵時不染菌，保證PHA的轉化效率，目前已經實現千噸PHA量產，并計劃建設3萬噸PHA產線。規(guī)模化生產問題一旦得到解決，PHA將擁有廣闊的應用前景。

來源：21世紀經濟報道

作者：朱萍 武瑛港 皮光宇