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《罗玮教授 | 合成生物制造：改写全球制造格局的万亿新赛道》（公众号：合成生物学与绿色生物智造）

合成生物学从实验室的培养皿走向规模化工厂车间，一场关乎高端制造、粮食安全、能源转型与医疗健康的产业革命，正在悄然改写全球制造业的底层逻辑。作为合成生物学落地的核心载体，合成生物制造以微生物细胞为 “工厂”，以基因编辑为核心工具，实现了化学品、材料、医药、食品等产品的绿色、高效、低碳生产，成为全球新一轮科技革命和产业变革的核心赛道，更是中国实现高端制造突围、双碳目标达成的关键抓手。
本文系统梳理合成生物制造的产业格局、发展历程、核心挑战与未来前景，与行业同频前行，见证中国生物智造的崛起。

一、战略核心：生物制造的全球定位、产业规模与政策布局

（一）不可替代的战略地位

生物制造是生物经济的核心支柱，是继石化制造、电子信息制造之后，全球公认的第三代制造范式。麦肯锡全球研究院报告显示，全球未来60%的产品都可以通过生物制造的方式生产，相比传统石化制造，生物制造可降低30%-80%的碳排放、减少50%以上的资源消耗，是全球实现碳中和目标的核心路径。

从国家战略层面看，合成生物制造不仅关乎产业升级，更直接影响粮食安全、能源安全与产业链供应链安全。通过生物合成技术，可实现大宗化学品、医药原料、食品蛋白等产品的自主可控生产，摆脱对石油进口、海外专利的依赖，是各国科技竞争的核心领域。

（二）高速增长的产业规模

全球生物制造产业已进入高速增长期。据OECD与麦肯锡联合发布的 2025年行业报告显示，2025年全球生物制造市场规模已突破1.2万亿美元，预计2030年将达到2.8万亿美元，年复合增长率超过18%，其中合成生物制造相关产业占比超过60%。

中国是全球生物制造产业增长最快的市场。《“十四五” 生物经济发展规划》数据显示，2025年中国生物制造产业产值已突破1.5万亿元，其中合成生物相关产品产值超过5000亿元，年复合增长率超过22%，远超全球平均增速。中国已成为全球最大的发酵产品生产国，发酵产能占全球 60%以上，具备合成生物制造规模化落地的核心产业基础。

（三）国内外密集的政策布局

全球主要经济体已将合成生物制造上升为国家战略，密集出台扶持政策。美国2022年发布《国家生物技术和生物制造计划》，投入超20亿美元推动生物制造技术研发与供应链自主化，2025年再次追加投资，聚焦医药、国防、能源等领域的生物制造产业化；欧盟2023年发布《更新版生物经济战略》，明确 2030年生物基材料替代25%的石油基化工产品，投入超100亿欧元支持合成生物制造技术研发；日本、新加坡等国家也相继出台专项政策，将合成生物制造作为未来产业的核心方向。

中国同样将合成生物制造纳入重点战略布局。2022年《“十四五” 生物经济发展规划》将生物制造列为生物经济四大重点领域之一，明确提出推动合成生物学技术创新，突破生物制造菌种设计、规模化发酵等核心技术；2023-2025年，工信部、发改委、科技部多次出台专项政策，支持合成生物制造产业化落地，将生物基材料、生物基化学品纳入高端制造扶持范围；江苏、广东、上海、天津等省市相继出台地方扶持政策，建设合成生物产业园区，打造产业集群，形成了国家顶层设计、地方配套落地的完整政策体系。

二、从发酵到智造：合成生物制造的发展历程与产业现状

（一）百年演进：从传统发酵到合成生物学驱动的智造革命

合成生物制造的发展，经历了三个核心阶段，实现了从 “经验型发酵” 到 “精准化智造” 的跨越。第一阶段是传统发酵时代（1940s-1990s），这是生物制造的雏形期。青霉素的规模化发酵开启了工业微生物时代，随后氨基酸、柠檬酸、维生素等大宗发酵产品实现工业化生产，核心依赖对天然微生物的筛选与诱变，技术门槛较低，产品品类有限。这一阶段，中国逐步建立了完整的发酵工业体系，成为全球最大的发酵产品生产国，为后续合成生物制造的发展奠定了产能基础。

第二阶段是合成生物学奠基时代（2000s-2019年），这是技术突破期。人类基因组计划完成、CRISPR-Cas9基因编辑技术的突破，让人类实现了对微生物基因的精准编辑与设计，合成生物学从概念走向应用。2013年，美国Amyris公司通过改造酵母实现青蒿素的生物合成，成为合成生物学从实验室到产业化的里程碑事件，证明了通过人工设计细胞工厂生产高附加值产品的可行性。这一阶段，全球合成生物学企业开始萌芽，技术研发集中于医药、高附加值化学品领域，产业化规模较小。

第三阶段是产业化爆发时代（2020s至今），这是规模化落地期。AI大模型、自动化高通量筛选技术与合成生物学深度融合，DNA合成成本从 2000年的每碱基10美元降至2025年的0.001美元以下，菌株设计、筛选的周期从数年缩短至数月，研发成本大幅下降。全球合成生物制造投融资迎来爆发，技术从高附加值产品向大宗化学品、食品、材料等领域拓展，中国企业快速崛起，多个细分领域实现了从跟跑到领跑的跨越，合成生物制造正式进入产业化落地的黄金期。

（二）全球与中国的产业格局

全球合成生物制造产业形成了 “美国领先、欧洲跟进、中国追赶并具备产能优势” 的格局。

美国在上游核心技术领域占据绝对领先地位，掌握了工具酶、基因编辑系统、底盘细胞、自动化生物铸造平台等核心专利，拥有Ginkgo Bioworks、Amyris等全球龙头企业，在基础研究与技术创新上优势显著；

欧洲在可持续化工、生物基材料领域全球领先，巴斯夫、帝斯曼等传统化工巨头深度布局合成生物制造，在规模化生产与产业链整合上具备优势；

中国则在下游发酵产能、规模化制造、成本控制上拥有绝对优势，发酵产能占全球60%以上，同时在上游核心技术快速追赶，中游菌株设计、工艺优化能力大幅提升，下游涌现出华恒生物、梅花生物、巨子生物、弈柯莱生物等一批龙头企业，形成了从基础研究到产业化的完整产业链雏形。

三、破局之路：合成生物制造的核心挑战与应对策略

（一）产业发展面临的四大核心挑战

尽管中国合成生物制造产业发展迅速，但仍面临诸多卡脖子问题，核心挑战集中于四个方面。

第一，上游核心技术与装备的 “卡脖子” 困境。目前，国内高端DNA合成仪、高通量筛选系统、自动化生物铸造平台、高端发酵控制系统等核心装备，80%以上依赖进口；关键工具酶、底盘细胞的核心专利，大多掌握在国外企业手中，上游 “根技术” 自主可控程度不足，成为产业发展的核心瓶颈。

第二，难以跨越的产业化 “死亡谷”。合成生物制造的核心痛点，是实验室成果到工业化生产的转化难题。数据显示，国内合成生物学实验室小试成果，到万吨级工业化生产的转化率不足10%。小试阶段表现优异的工程菌株，在放大到百吨、万吨级发酵罐时，往往出现转化率大幅下降、稳定性不足、生产成本失控等问题。而中试环节投入大、风险高、周期长，国内公共中试平台严重短缺，大量科研成果停留在论文阶段，无法实现产业化落地。

第三，产业链协同与标准体系不完善。一方面，产学研用脱节问题突出，高校科研院所的成果聚焦于实验室创新与论文发表，与企业的产业化需求严重不匹配；另一方面，产业链上下游协同不足，上游设备供应商、中游研发企业、下游生产与品牌企业之间缺乏高效联动机制。同时，国内生物基产品的国家标准、碳足迹核算体系、绿色认证体系尚不健全，生物基产品的绿色溢价无法得到市场认可，规模化推广难度较大。

第四，复合型人才严重短缺。合成生物制造是典型的交叉学科，需要同时精通分子生物学、发酵工程、工艺放大、产业运营的复合型人才。目前国内高校合成生物学、生物制造相关学科建设刚刚起步，人才供给远远跟不上产业发展的需求，既懂实验室研发、又懂工业化生产的高端人才缺口超过10万人，成为制约产业发展的重要因素。

（二）突破困境的关键策略

针对产业发展的核心痛点，国内合成生物制造产业需从四个维度发力，实现高质量发展。

一是攻坚核心技术，实现自主可控。集中力量突破DNA合成仪、高通量筛选设备等核心装备的国产化，布局工具酶、底盘细胞的核心专利，打破国外垄断；建设国家级生物铸造平台，整合上下游资源，打造自主可控的全链条技术体系，从根源上解决卡脖子问题。

二是打通成果转化通道，跨越产业化 “死亡谷”。由政府、企业、科研院所联合建设公共中试平台，降低企业的中试成本与风险；完善成果转化激励机制，鼓励科研人员带着成果创业，推动产学研用深度融合，建立 “实验室 - 中试 - 产业化” 的全链条转化体系，让更多科研成果走出实验室，实现规模化落地。

三是完善产业链与标准体系，打造产业集群。推动长三角、珠三角、环渤海等地区的合成生物产业集群建设，整合上下游资源，打通从基因编辑到终端产品的全产业链；加快制定生物基产品的国家标准、碳足迹核算标准，完善绿色采购政策，推动生物基产品在包装、纺织、建材等领域的规模化应用，释放市场需求。

四是完善人才培养体系，补齐人才短板。鼓励高校开设合成生物学、生物制造相关交叉学科，推动校企联合培养，建立产业实训基地，培养既懂科研又懂产业的复合型人才；出台专项优惠政策，引进海外高端人才，完善人才激励机制，为产业发展提供充足的人才支撑。

四、蓝海无限：合成生物制造的细分赛道与未来前景

（一）五大核心细分赛道，已迎来规模化落地

合成生物制造的应用场景已全面铺开，五大核心细分赛道均实现了产业化突破，迎来规模化发展期。

第一是医药健康赛道，这是合成生物制造最成熟、规模最大的应用场景。核心包括重组蛋白、抗体药物、疫苗的生物合成，小分子药物中间体、原料药的绿色生产，以及罕见病药物的低成本制备。国内企业通过合成生物学技术生产的降血糖药物中间体，成本较化学合成降低60%，碳排放降低80%；重组胶原蛋白、胰岛素等产品已实现规模化生产，占据全球主要市场份额。未来，合成生物制造将彻底重构医药产业的生产模式，实现高端医药原料的自主可控。

第二是生物基化工与材料赛道，这是最具规模化潜力的赛道，也是双碳目标的核心抓手。核心包括生物基二元酸、二元醇等大宗化学品，可全面替代传统石油基产品，其中1,3 - 丙二醇、丁二酸等产品已实现万吨级规模化生产；生物可降解材料 PHA、PLA，可替代传统塑料，解决白色污染问题，预计2030年全球市场规模将突破2000亿元。在全球碳中和背景下，生物基化工与材料将逐步替代 30% 以上的传统石化产品，成为万亿级市场。

第三是食品与农业赛道，这是关乎粮食安全的核心赛道，也是增长最快的领域。核心包括替代蛋白（微生物蛋白、细胞培养肉），可解决传统畜牧业高碳排放、高土地占用的问题；功能性食品添加剂，如母乳低聚糖 HMO、赤藓糖醇、甜菊糖苷等，已实现规模化生产，成为食品产业升级的核心方向；微生物固氮、生物农药，可减少化肥农药的使用，提升粮食产量，保障国家粮食安全。

第四是美妆个护赛道，这是国内商业化落地最快的赛道。合成生物制造的重组胶原蛋白、透明质酸、依克多因、麦角硫因等活性成分，纯度更高、安全性更好、功效更明确，已成为国货美妆的核心竞争力。国内龙头企业巨子生物、华熙生物等，已占据全球重组胶原蛋白、透明质酸的主要市场份额，合成生物制造已成为国货美妆品牌实现高端化突围的核心抓手。

第五是能源与环保赛道，这是未来最具想象空间的赛道。核心包括生物乙醇、生物航煤等可再生生物燃料，可替代传统化石能源，助力碳中和目标实现；微生物降解塑料、重金属污染修复、工业废水处理等技术，可实现低成本、高效率的环保治理，无二次污染，未来将在环保领域实现全面替代。

（二）未来前景：中国生物智造的黄金时代

未来5-10年，将是合成生物制造产业发展的关键窗口期，中国有望实现从跟跑到领跑的跨越，迎来生物智造的黄金时代。技术融合将加速研发效率的指数级提升。

AI 大模型与合成生物学的深度融合，将大幅缩短菌株设计、筛选的周期，自动化生物铸造平台的普及，将把研发成本降低90%以上，合成生物学的 “摩尔定律” 正在形成，技术创新将进入爆发期。

全产业链国产替代将全面实现，中国将成为全球生物制造中心。中国拥有全球最大的发酵产能、最完善的制造业体系、最大的消费市场，叠加上游核心技术的快速突破，未来5-10年，中国将实现合成生物制造全产业链的自主可控，成为全球生物制造的核心基地，全球合成生物产品的 “中国制造” 将成为主流。

应用场景将持续拓展，重构全球制造体系。未来，合成生物制造将从目前的医药、化工、食品等领域，拓展到航空航天、深海探索、碳中和、生物修复等更多领域，60%以上的传统制造产品将被生物制造替代，彻底重构全球制造业的底层逻辑，实现从 “石油基” 到 “生物基” 的跨越。

绿色低碳将成为核心竞争力，生物制造将成为未来制造的主流模式。在全球碳中和的大背景下，生物制造相比传统化工的低碳优势将进一步凸显，成为未来制造业的主流模式。中国的生物制造企业，将凭借绿色、低成本、规模化的优势，在全球竞争中占据领先地位，为全球碳中和目标贡献中国方案。

合成生物制造，正在掀起一场百年未有的制造革命。它不仅是实验室里的技术突破，更是关乎国家产业安全、碳中和目标、粮食安全的核心赛道。作为专注于合成生物制造领域的垂直平台，我们将持续追踪行业前沿、解读产业政策、挖掘落地案例、链接产业资源，与所有从业者一同，见证中国生物智造的崛起，拥抱万亿级的蓝海市场。