在物理、化学、生物三大学科中，人类对生物学的探索最慢。

经典物理学在16-17世纪开始发展，经典力学、热力学、电磁学等分支学 科相继成熟，为第一次工业革命和第二次工业革命打下基础。

近代化学在18世纪开始发展，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，19世纪近代原子论和分子学说相继提出，20世纪开始化工产业才迎来大规模发展。

细胞学说、达尔文进化论、孟德尔遗传定律等生物学里程碑事件发生在19世纪，1953年发现DNA双螺旋结构后，生物学迎来蓬勃发展，21世纪的生物革命将改变经济、社会和人们的生活。

合成生物学（Synthetic biology）是一 门汇集生物学、基因组学、工程学和信息学等多种学科的交叉学科，其实现的技术路径是运用系统生物学和工程学原理，以基因组和生化分子合成为基础，综合生物化学、生物物理和生物信息等技术，旨在设计、改造、重建生物分子、生物元件和生物分化过程，以构建具有生命活性的生物元件、系统以及人造细胞或生物体。

合成生物学类似于计算机编程，改造生命体相当于编写新的“程序”。合成生物学借助生命体高效的代谢系统，通过基因编辑技术改造生命体以设计合成，使得在生物体内定向、高效组装物质和材料。

合成生物学被广泛应用于各种产业，在推动科学革命的同时，合成生物学技术正快速向实用化、产业化方向发展。

合成生物学技术应用涵盖平台开发、医药、化工、能源、食品和农业等重点领域，简单来看，合成生物学能够改造的生命体包括动物、植物、微生物（细胞），但是动物和植物都是更加复杂的生命系统，以目前的技术手段难以实现理想的结果，因此通过改造微生物（细胞）来进行发酵生产（即生物制造）成为合成生物学最先落地也是近年来最重要的应用场景。

生物制造具有高效、清洁、可再生等特点，是绿色、低碳、可持续的经济发展模式，在能源、化工等领域具有改变世界工业格局的潜力。

相比其他生产方式，生物制造的核心优势在于凭借助细胞工厂的高效代谢系统降低成 本和减少排放。打个比方， 想要通过化学反应将青草转化成牛奶，无疑是十分困难的，而将青草喂给奶牛再挤出牛奶， 显然更容易，本质是利用了奶牛的代谢系统。

可以看出，生物制造和传统发酵的关键区别在于菌种。

传统发酵往往通过对野生菌种采取各种诱 变方式，选育出高产优质菌种，随着下游各领域对产品需求的多元化，天然存在的微生物中缺乏所需产物的代谢途径，或其代谢途径调控复杂，所需产物难以实现过量积累。

生物制造的核心在于用合成生物学技术构建高效细胞工厂，借助编辑工具和生物元件进行代谢通路的移植或动态调控。

将合成生物学工具应 用于定向进化，能缩短菌种定向进化周期，增加突变体筛选效率，将其应用于代谢工程， 在将生物系统作为一个整体进行工程改造前提下，通过动态控制各复杂途径表达量，可以迅速提升产品多样性。

在生物制造领域，DBLT循环四个阶段循环往复可以成功构建需要的细胞，生产出合适的产品。

合成生物学的发展得益于多种底层技术的进步。合成生物学本身的发展和增长要归功于多种技术的融合，包括 DNA/RNA 设计和合成、基因测序和基因编辑等基础技术，以及 一系列不断扩展的技术，如计算、生物信息学、多组学、人工智能、自动化、3D 生物打 印和精密发酵等。

近些年，生命科学领域的一系列技术创新，如 CRISPR/Cas9 基因编辑、 干细胞重编程和单细胞测序等，正在为合成生物学提供新技术和工具，这些基础技术和工 具的发展和应用加速了合成生物学的商业化落地进程。

人工智能有望加速菌种改造DBTL循环。

随着代谢负担的增加和生物反应器条件的压 力变化，底盘细胞生理特性往往变得不可预测，研发人员需要从大量的实验数据以及旧文献中的“教训”中学习。

将人工智能纳入DBTL循环有助于加速菌种开发，知识挖掘和标准数据库构建、人工智能与代谢网络等机理模型的集成将减少实验室在DBTL方面的工作量，将主要工作负担从人类转移到计算机，加快微生物细胞工厂的开发。

工业化学品领域：相比传统化工，生物制造具有低成本+可持续优势，叠加国产突破，包括在1，3-丙二醇、丁二酸、癸二酸、生物基尼龙、生物可降解材料等产品。

食品饮料领域：合成生物学为大规模食品生产建立新方法，开发多种功能的替代蛋白、合成天然稀有产物、提供微生物油脂、生产食品添加剂和食品原料，包括苹果酸、HMOs、食品添加剂、益生菌等产品。

农业类领域：合成生物学能够从多个方面提高农业生产力，包括L-缬氨酸、精草铵膦等产品上。

消费品领域：合成生物学正在为消费者提供多元化的产品（涵盖人类营养、宠物食品、皮革、护肤品等多方面）。

根据 BCC Research，2021年全球合成生物学市场规模约95亿美元，预计 2026 年达到332亿美元，对应2021-2026年CAGR约 28%。

按应用领域分，BCC Research 预计 2026 年医疗健康/研究/工业化学品/食品饮料/农业/消费品领域合成生物学市场规模分别为 69/64/64/57/50/28亿美元，对应2021-2026 年CAGR约 16%/21%/27%/51%/51%/41%。

按产业链分，预计2026 年使能技术和产品/生物元件/整合系统/终端产品环节合成生物学市场规模分别为123/22/15/172亿美元，对应2021-2026 年CAGR 约为 29%/22%/24%/30%。

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