20世纪中期，DNA双螺旋结构的发现代表着第一次生物技术革命；20世纪末，人类基因组学测序的出现代表着第二次生物技术革命；21世纪初，以细胞改造为主的合成生物学正在引领第三次生物技术革命，人们对生物体的认知和探索进入更加细分化、精准化、系统化的时代。

通常来说，合成生物学采用工具方法来创建或“重新设计”自然界中现有的生物体部件或系统，对其进行编程以具备某种特定的功能，是一个涉及多学科的新兴技术。传统生物学的研究是“自上而下“的，合成生物学的研究聚焦于最基本的生物体要素，通过“自下而上”的理念去构建新物质，通过各种细菌去生产人们想要的各种东西。

微生物细胞工厂的构建是合成生物学产业化落地的重点环节，本质就是在细胞层面的设计实现新物质的产生。此外，合成生物学的基本特点是“多学科交叉”，这让其在下游的应用呈现出交叉和多元化的发展态势，横跨生物医药、农业、生物燃料、化工原料、食品饮料、环境等多个消费场景。

合成生物学概念最早可追溯到1910年，2000年美国科学家开发了遗传开关预示着合成生物学真正成为市场的参与者，2021年是合成生物学市场发展的关键年份。经过20多年的时间发展，合成生物学背后的技术工艺在不断更新迭代，正推动其成为市场革命的颠覆者。

Transparency Market Research发布的市场数据显示，2018年全球合成生物学市场规模达49.6亿美元，预计2027年将超400亿美元，期间年复合年增长率为26.3%，这个数字背后代表着高增长态势的技术驱动创新。

从技术自身到环境政策方面，合成生物学市场正在快速崛起。

技术工艺本身，从早期的科学研究到应用转化再到商业化落地，最近几年合成生物学在多个领域正走向产业化发展阶段。同时，技术本身相比传统工艺更加节能、环保，这一点正好契合目前全球正在倡导的“碳中和”背景下绿色智造理念。

国家政策方面，2014年英国跟美国相关部门将合成生物学列为“重点关注技术之一”，我国多个政策性文件都有提及该技术。2021年12月农村农业部发布的《十四五全国农业农村科技发展规划》指出，突破合成生物技术，构建高效细胞工厂跟人工合成生物体系。

资本市场关注，2021年多家生物合成企业登陆资本市场，包括美国Ginkgo Bioworks登陆纽交，国内华恒生物登陆科创板等，这直接推动资本市场对该技术的关注。

气候变化、人口增长、农业用地骤减等因素正在影响着人类的饮食，合成生物学制造的食品正在改变人们对食品的看法，并推动该领域的快速发展。在功能性食品领域，合成生物学具有不断增长的潜力，比如利用微生物（如酵母、细菌或酶）发酵产生特定的食物分子，并生产动物性食品，如肉类、乳制品甚至母乳，而这一过程完全不需动物参与。

在具体的应用方面，合成生物学家首先通过识别负责某些所需品质的基因序列来改变食物，例如牛肉的牛肉味或糖的甜味。然后，它在实验室中被识别、化学再生，并被放置在酵母或细菌细胞中。之后，通过发酵的形式产生这些蛋白质，这些蛋白质将作为食物或纤维成分应用在产品配方中。

对于具体原料而言，目前大多数生产方法都依赖于漫长种植周期和低产量提取过程，并且多数情况下植物中得活性化合物浓度比较低，导致整个市场价格较高。同时，原料容易受到气候环境和季节的影响，整个生产供应链稳定性不强。合成生物学技术的出现，对于原料的可持续性、供应链安全性、绿色环保等具有重要的作用。

从食品原料的开发到细胞培养肉再到替代蛋白，合成生物学在食品营养领域的应用在逐年增加。在全球合成生物学赛道布局中，主要存在两类企业，一种是只提供技术支持的研发型平台公司，另一种是从前段的基因测序、菌株筛选到终端产品落地全产业链公司。

以下是全球合成生物学食品营养赛道部分代表企业（按照时间排序），信息来源于公开信息和公司官网整理。

图：全球合成生物学食品营养赛道部分企业

成立2015年，美国Geltor开发出“生物设计技术平台“，通过利用生物学、医学和计算机科学等工具对微生物进行编程，产品是在受控、可持续的发酵过程中生产的，不含任何动物成分。目前，公司主推的原料是胶原蛋白，可应用在膳食补充剂、食品饮料、局部护肤品产品配方中。

PrimaColl®生产过程

图源：Geltor

PrimaColl®是一种用于食品和饮料的高纯度生物活性胶原蛋白，研究发现该成分跟第21型胶原蛋白的生物活性氨基酸核心相符，含有丰富的甘氨酸和脯氨酸，采用零动物投入制成。该原料在2019年首次在市场上销售，近日含有该原料的食品饮料已经完成商业化生产规模，整个生产规模和效率提升。

同样也是成立于2015年，不过美国Tierra Biosciences专注于构建合成生物学技术平台。

Tierra Biosciences拥有专有的无细胞表达技术，通过自动化和人工智能学习平台实现完全离体的组合蛋白质合成。相比而言，细胞壁会限制成分进出细胞的能力，这会导致很多不可预测性，也可能导致毒性的产生。

在具体的应用过程中，使用的大肠杆菌菌株与传统发酵中使用的菌株基本相同。根本的区别在于，在发酵过程中，细胞是活的并结合在一起，而在无细胞过程中，使用的是细胞中固有的分子和化合物，不是活的细胞。目前，该公司已经跟美国Debut Biotech开展相关合作。

Tierra Biosciences公司AI智能平台

图源：Tierra Biosciences

近日，该公司推出首个用于合成生物学蛋白质工程的在线蛋白质订购平台，将高通量蛋白质制造与电子商务的简单性相结合，使订购定制蛋白质比以往任何时候都更容易。

2015年，全球多家合成生物学企业创立，国内专注于利用合成生物学技术的“中科欣扬”也是其中代表之一。

成立于2015年的中科欣扬是一家合成生物学创新智造企业，致力于为全球各行业提供全新的生产方式及解决方案，其奉行的是合成生物学行业独有的一芯二合多产业“π”战略。目前有多条管线在研产品，涉及食品、化妆品、农业、环保等多个领域。

中科欣扬合成生物学使能平台

图源：中科欣扬

中科欣扬引入自动化工程平台（SIYO-AI）和反脆弱生物平台（SIYO-AF），从而高通量、低成本、多循环地完成“设计-构建-测试”的工程化闭环研发，不断提高工程菌改造效率，加速合成生物学产业化应用，率先实现了合成生物学从0-1的产业闭环。

除已实现商业化的企业外，还有一些企业在借助自身的技术优势积极布局合成生物学赛道。

在现有研发平台基础上，嘉必优积极布局合成生物学，建立合成生物学实验室并启动一批具有技术前瞻性和市场潜力研究项目。嘉必优正基于合成生物学平台加快人乳低聚糖（HMOs）、1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯、虾青素、番茄红素、γ-PGA、α-熊果苷等新产品的研发工作，扩充整个产品线和产业链，为其新产品拓展开发提供有力支撑，夯实其在人类营养、动物营养和功能护理原料的地位。

嘉必优合成生物学布局

图源：嘉必优

同时，该公司还对外开展合成生物学及其上下游产业技术的交流与合作，包括中科院、农科院、天津大学和浙江大学等，通过技术、产业及资本结合，上下游打通，国内外联通，立足武汉打造全球合成生物学产业生态高地。

合成生物学在国内市场才刚刚兴起，尤其是在食品配料和功能营养领域，这个过程中存在很多细分的市场机遇。