技术 · 合成生物学与使能技术 / 基因组工程
合成生物学
生物的工程化——在计算机上设计 DNA、细胞与基因线路，在生物铸造厂中构建，并通过“设计-构建-测试-学习”循环规模化生产化学品、材料与配料。
1 · 带来什么
合成生物学将工程纪律应用于活细胞：在计算机上设计 DNA、代谢途径与基因线路，用合成基因在生物铸造厂（biofoundry）中构建，以高通量测试所得菌株，并将最优菌株规模化生产化学品、材料与食品配料。该领域运行于“设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环之上，每一轮迭代都自动化并以数据驱动，使菌株改进随时间复利增长。其工具箱涵盖基因合成、底盘生物（如 Escherichia coli 与 Saccharomyces cerevisiae）、基因逻辑线路，以及将工程微生物限制在反应器内的生物防逃逸系统（营养缺陷型与“致死开关”）。到 2026 年该领域已实现规模化商业化：Ginkgo Bioworks 运营工业级细胞编程平台，Twist Bioscience 在硅基平台上供应合成 DNA，Genomatica 的 bio-BDO 以 100% 可再生碳产出可作为尼龙 drop-in 的 1,4-丁二醇，AMSilk 的重组蜘蛛丝纱线在 2026 年进入消费品。市场由重化工脱碳与替代蛋白需求拉动，但受 GMO 监管制约，尤其在欧盟，合成生物被归入预防性 GMO 指令。
合成生物学的主要方向：
- 细胞工厂的代谢工程： 重新设计微生物代谢，将糖、CO2 或甲醇转化为目标分子——drop-in 化学品、替代蛋白与特种配料。
- 基因合成与生物铸造厂： 高通量 DNA 合成与自动化建株平台，使 DBTL 循环的“构建”阶段工业化。
- 基因线路与可编程细胞： 逻辑基因线路让细胞感知信号并响应——生物传感器、在肿瘤处递送疗法的智能益生菌与细胞治疗。
- 生物防逃逸与异源生物学： 致死开关、合成营养缺陷型与重编码基因组，阻止工程微生物在反应器外存活或交换基因。
行业价值链#
[设计：AI 途径与基因设计] ──> [构建：DNA 合成与铸造厂] ──> [测试：筛选与发酵]
│
(底盘细胞：E. coli / 酵母)
│
▼
[纯化产品] <─── [放大：示范生物反应器] <─────┘
价值链层级#
| 层级 | 说明 | 关键输入/输出 |
|---|---|---|
| 设计 | 用 AI/CAD 工具计算设计代谢途径与基因序列，预测酶功能与通量。 | 输入： 基因组数据、AI 模型、目标分子规格。 输出： DNA 设计、途径蓝图。 |
| DNA 合成与组装 | 在自动化生物铸造厂中以硅基平台合成基因并组装为途径。 | 输入： DNA 设计、合成芯片。 输出： 组装的基因途径、质粒。 |
| 构建菌株 | 将途径导入底盘宿主（E. coli、酵母）并生成菌株变体文库。 | 输入： 途径、底盘细胞。 输出： 菌株变体文库。 |
| 筛选与发酵 | 高通量微发酵与分析按效价、速率与产率筛选变体。 | 输入： 菌株文库、底物。 输出： 排序后的领先菌株。 |
| 放大 | 将领先菌株转移至中试与示范生物反应器（数百至数千升）以验证工艺经济性。 | 输入： 领先菌株、生物反应器、底物。 输出： 经过验证的生产工艺。 |
| 产品与下游 | 工业发酵与下游纯化为商品级化学品、材料或配料。 | 输入： 生产菌株、底物、下游纯化线。 输出： 纯化的生物基产品。 |
行业横切技术：
- 基因合成平台： 硅基 DNA 合成（Twist Bioscience）与云端基因订购把合成 DNA 供应工业化，喂给每一次构建，降低成本与周期。
- 自动化生物铸造厂： 机器人化 DBTL 流水线（Ginkgo Bioworks）每轮跑数千菌株变体，使改进随数据复利累积。
- “基因防火墙”生物防逃逸： 合成营养缺陷、重编码基因组与致死开关将工程微生物限制在反应器内，回应限制 GMO 批准的环境释放风险。
2 · 替代什么 0 · 按行业匹配
暂无关联的已评级替代方案。
3 · 如何实施 6 步
- 1设计数据、软件与自动化计算工具为目标分子设计代谢途径与基因序列，用 AI 与酶数据库预测功能、通量与毒性，输出可直接构建的 DNA 设计。谁能完成这一步 自动匹配✓ ISO 9001 600 tons 中试规模“Recent 2025-2026 developments include the launch of the SAION AI platform, a strategic partnership with Proya Cosmetics, and the 2026 market introduction of bio-identical Collagen …”163,050 tonnes“As the fundamental component of 5G deployment, optic fibre is critical to making Hong Kong a smart city and laying the groundwork for IoT.”✓ ISO 9001 7,500 MT/ 工业规模“Even the administrative processes are green, where IGL has adopted the latest SAP ERP (S/4 HANA 2023 version), Salesforce CRM, Industrial IOT & other tech solutions to drive …”UMAMI Bioworks 新加坡“Umami Bioworks (Singapore; address 89 Science Park Dr, 04-22) is a B2B cultivated seafood platform/licensing company that enables seafood producers to grow “not caught” species …”Metso 芬兰“With completely new and redesigned software,”
- 2构建所设计的基因在硅基平台上合成，于自动化生物铸造厂中组装为途径，并制备为可用于转化底盘宿主的构建体文库。
- 3构建菌株菌株与细胞系途径文库被导入底盘——E. coli 或酵母——生成数千菌株变体，每一株都是待测性能的细胞工厂候选。谁能完成这一步 自动匹配30,000 tons/year 工业规模“Ultimately, it aims to realize the beautiful vision of “making PHA Life a lifestyle for thousands of households” and to implement the synthetic biology innovation path of …”Fermbox Bio 印度400 kilolitres 工业规模“Fermbox Bio is a Synthetic Biology Research and Manufacturing company developing and delivering sustainable Synbio products with improved scalability and speed.”✓ ISO 9001 600 tons 中试规模“By integrating end-to-end capabilities in AI, synthetic biology, and industrialization, Bota pioneers a new paradigm in biomanufacturing research and production.”Fermelanta 日本3,000 L 中试规模“is a Japan-based biomanufacturing/synthetic biology startup engineering fast-growing E.”
- 4测试检测与分析高通量微发酵与质谱分析按效价、速率与产率筛选变体文库，排序菌株并将数据回馈下一设计循环（学习）。谁能完成这一步 自动匹配Esco Aster 新加坡✓ ISO 9001 5,000 L 工业规模“Esco Aster (Singapore) is a cGMP contract research, development and manufacturing organization (CRDMO/CDMO) and bioinnovation venture accelerator that helps clients and …”
- 5放大合同生产（CMO/CDMO）领先菌株被移至中试与示范生物反应器，以验证混合、传质与工艺经济性，并在工业推广前锁定下游纯化线。谁能完成这一步 自动匹配Cell AgriTech 马来西亚5,000 L 工业规模“At Cell AgriTech, we position ourselves as Asia’s first dedicated CDMO for cultivated meat and plant cell culture.”工业规模“Songdo CDMO Competition Begins - The Asia Business Daily — Lotte Biologics (not Lotte Chemical) is advancing its Songdo Plant 1 to GMP-Ready by November to enter Korea’s …”Esco Aster 新加坡✓ ISO 9001 5,000 L 工业规模“Esco Aster (Singapore) is a cGMP contract research, development and manufacturing organization (CRDMO/CDMO) and bioinnovation venture accelerator that helps clients and …”
- 6工业发酵与产品发酵与培养在商业规模下，生产菌株将底物发酵为目标分子，再经回收与纯化得到生物基化学品、材料或配料——作为石化或动物来源原品的 drop-in 替代出售。谁能完成这一步 自动匹配✓ ISO 9001 500 m3“Technology: microbial fermentation with ~500 m3 fermentation capacity; 15+ patents; developed/upscaled probiotic production technologies.”Spiber 日本✓ ISO 9001 工业规模“By harnessing the power of precision fermentation, Spiber engineers proteins at the molecular level, resulting in versatile materials that can be tailored to specific needs.”30,000 tons/year 工业规模“[公司介绍 - 微构工场 — Microconstruct Farm (微构工场) focuses on biomanufacturing of PHA (polyhydroxyalkanoates), a green biopolymer.”Fermbox Bio 印度400 kilolitres 工业规模“Fermbox Bio is an active Bengaluru-based synthetic biology and precision fermentation company founded in 2022 by Subramani Ramachandrappa and Preeti Dharmagoudar.”Cell AgriTech 马来西亚5,000 L 工业规模“We design and fabricate our own stainless-steel bioreactors, automation systems, and harvesting modules, which lower CAPEX and OPEX by more than 80% compared to pharma-grade …”✓ ISO 9001 600 tons 中试规模“Bota Biosciences is a global leader in Physical AI-driven biomanufacturing, dedicated to making biotechnology a reliable and scalable engine of productivity.”
4 · 谁来交付
匹配的供应商 (自动匹配)
| Ginkgo Bioworks | 美国 | 生产商 | 运营中 |
| Novonesis | 丹麦 | 生产商 | 运营中 |
| Bota Bio 恩和生物 | 中国 | 生产商 | 运营中 |
| Tsingke Biotechnology | 中国 | 生产商 | 运营中 |
| Tidetron Bioworks 态创生物 | 中国 | 生产商 | 运营中 |
| ImpacFat | 新加坡 | 生产商 | 运营中 |
| PhaBuilder 微构工场 | 中国 | 研究机构 | 运营中 |
服务与供货目录 1 · 付费服务
领先企业与机构（摘自简报）
| 企业 / 机构 | 国家 | 关键产品 / 平台 | 技术特点 | 状态 2026 |
|---|---|---|---|---|
| Ginkgo Bioworks | 🇺🇸 美国 | Foundry（细胞编程） | 自动化 DBTL 菌株工程平台 | commercial |
| Twist Bioscience | 🇺🇸 美国 | Synthetic DNA / Clonal Genes | 硅基 DNA 合成；Complex Genes（2026） | commercial |
| Genomatica | 🇺🇸 美国 | GENO Bio-BDO | 植物糖制 1,4-丁二醇；100% 可再生碳 | commercial |
| AMSilk | 🇩🇪 德国 | Biosteel（蜘蛛丝纱线） | 100% 蛋白基；2026 年起进入消费品 | commercial |
| Cathay Industrial Biotech | 🇨🇳 中国 | 长链二元酸 | 工程微生物生产生物基聚合物单体 | commercial |
| Novonesis | 🇩🇰 丹麦 | Biosolutions | 面向工业的生物合成、酶与 biosolutions | commercial |
5 · 法规与市场准入
美国
美国凭借铸造厂平台、DNA 合成产业，以及在 TSCA 下区分工程微生物同时将该领域作为国家生物经济优先事项资助的监管机构，在合成生物学领域领先。
Ginkgo 铸造厂、Twist DNA 合成、生物经济行政令#
- Ginkgo Bioworks 与铸造厂模式： Ginkgo 运营工业级细胞编程平台，跨食品、农业与化学开展合作，为客户自动化 DBTL 循环，客户购买菌株而非自建。
- Twist Bioscience 与 DNA 供应： Twist 在硅基平台上生产合成 DNA，并于 2026 年推出 Complex Genes（早期访问），面向困难的富含重复序列，喂给所有下游构建。
- 政策与资金： 2022 年生物经济行政令将合成生物学定为国家优先事项，DARPA Living Foundries 与 DOE 生物能源项目资助途径与菌株工程。
欧盟
欧盟为绿色转型发展合成生物学——重化工脱碳与石化替代——但在最严格的 GMO 制度下，迫使许多初创公司迁往美国。
AMSilk 蜘蛛丝、Bio-BDO、预防性 GMO 法#
- AMSilk 与生物材料： AMSilk 生产 100% 蛋白基重组蜘蛛丝纱线，于 2026 年进入消费品，并向航空航天与高端服装供应轻量化生物技术材料。
- 生物基化学与替代蛋白： 化工巨头整合合成生物学用于生物塑料与 drop-in 单体；精密发酵初创公司则编程微生物生产无动物乳制品与胶原蛋白。
- 预防性监管： 依欧盟法，合成生物被归类为 GMO（指令 2001/18/EC）并接受 EFSA 风险评估；EIC Accelerator 资助初创公司跨越到首座示范装置的“死亡之谷”。
中国
中国将合成生物学视为战略性产业基础，扶持国家级铸造厂与上市细胞工厂公司，以替代石化并保障配料供应。
Cathay 二元酸、国家级铸造厂、生物经济战略#
- Cathay Industrial Biotech： Cathay 通过工程微生物生产长链二元酸——一类用于聚合物与润滑剂的生物基单体，是中国工业合成生物学推进的旗舰。
- 国家级铸造厂与枢纽： 国家投资支持天津、上海与深圳的基因组合成与菌株工程平台，可见成果包括 Yeast 2.0 染色体合成。
- 监管： 工程生物归入 2021 年《生物安全法》及 MARA/MOST 监管，基因编辑作物走有别于经典 GMO 的轨道。
6 · 资金：招标与资助
| 招标 | 希腊——生化分析仪——超限额电子公开招标：两年期生化检测试剂采购，免费提供配套设备，CPV 38434500-1，预算297,905.98欧元（含6%增值税），按价格最优标准授标（招标公告第77号，ESIDIS 第 … ΓΕΝΙΚΟ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΟ ΟΓΚΟΛΟΓΙΚΟ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ "Ο ΑΓΙΟΣ ΣΑΒΒΑΣ" · 希腊 | 2026年12月11日 56 天 |
| 招标 | 荷兰——血液检测试剂——多实验室质谱法足跟血代谢病筛查的验证整体方案 Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) · 荷兰 | 2026年11月10日 25 天 |
| 资助 | 预防和减轻合成生物学被滥用于生物恐怖主义 European Commission · 欧盟 | 2026年11月5日 20 天 |
| 资助 | 通过维修和翻新延长产品生命周期的能力建设 European Commission · 欧盟 | 2027年9月22日 341 天 |
| 资助 | 以多样化作物和价值链创新提高农民收益和韧性 European Commission · 欧盟 | 2027年9月23日 342 天 |
| 资助 | 以数字创新提高缺水缺养分环境下农业的韧性 European Commission · 欧盟 | 2027年9月23日 342 天 |
| 资助 | 报废鞋类的回收、分拣和再生利用循环创新方案 European Commission · 欧盟 | 2027年9月22日 341 天 |
公共研发项目 2
名称中包含该技术的公共资助研究项目（美国NSF；欧盟、英国等资助方经OpenAIRE）。按标题匹配，未经人工审核；金额为资助方币种。 全部项目 →
| 2026 | Transforming Biorefinery Waste Streams into Phosphorus Resources through Synthetic Biology-Enabled Biocatalysis NSF · 2609666 | 523,447 USD |
| 2025 | Beginnings: Innovative, Immersive Training Program in Synthetic Biology and Biomanufacturing NSF · 2526100 | 999,850 USD |
7 · 技术栈与创新
合成生物学技术栈将计算设计、自动化 DNA 构建与生物防逃逸连接成工业流程。
- 基因合成与生物铸造厂：
- 硅基 DNA 合成（Twist Bioscience）规模化生产基因，Complex Genes 将合成延伸至长期阻碍途径构建的富含重复与二级结构序列。
- 铸造厂平台（Ginkgo Bioworks）自动化 DBTL 循环，使每轮构建并筛选数千菌株变体，把菌株工程变为随数据复利的工业过程。
- 细胞工厂的代谢工程：
- 途径被重新设计入底盘宿主——E. coli 与 S. cerevisiae——将糖、甲醇或 CO2 转化为目标分子；Genomatica 的 bio-BDO 产出完全可再生碳的 drop-in 1,4-丁二醇，用于尼龙与氨纶。
- Cathay Industrial Biotech 与 Novonesis 将细胞工厂生产扩展至长链二元酸与 biosolutions，在聚合物、润滑剂与配料市场替代石化路线。
- 基因线路与生物防逃逸：
- 逻辑基因线路让细胞感知信号并响应——生物传感器、在肿瘤处递送疗法的智能益生菌，以及用光控制细胞生长的光遗传开关。
- 生物防逃逸系统——对非标准氨基酸的合成营养缺陷、重编码基因组与致死开关——将工程微生物限制在反应器内，是对限制批准的环境释放风险的技术回应。
出现在哪里 8 个来源
来源 6 · 0 独立来源 · 6 生产商网站
生产商自有网站 6
- Ginkgo bioworks 生产商 核实于 2026-06-23 · 未保存链接
- Twist bioscience 生产商 核实于 2026-05-26 · 未保存链接
- Genomatica 生产商 核实于 2026-05-15 · 未保存链接
- Amsilk 生产商 核实于 2026-04-29 · 未保存链接
- Cathay industrial biotech 生产商 核实于 2026-06-26 · 未保存链接
- Novonesis 生产商 核实于 2026-05-05 · 未保存链接