日前，源起基金已完成对北京擎科生物科技有限公司（以下简称“擎科生物”）的投资。该笔投资亦是源起基金在合成生物学领域重点布局之一。擎科生物是一家合成生物学高新科技企业，从事合成基因组学与生物合成产品的研究及开发。本文将详细解读基因合成行业的生态，揭开该行业及整个合成生物学——这一本世纪快速兴起的、生命科学最前沿分支学科的面纱。

一、合成生物学

合成生物学是在阐明并模拟生物合成的基本规律之上，达到人工设计并构建新的、具有特定生理功能的生物系统，从而建立现有物品或资源等的替代品等的生物制造途径，被公认为在医学、制药、化工、能源、材料、农业等领域都有广阔的应用前景。

图1：合成生物学路径示意图

随着计算机、生物信息、基因合成与基因测序等技术的进展，使计算机辅助设计、全基因乃至基因组人工合成成为可能，使生物工程产业化的技术瓶颈可能突破，使生物产业能够进入工程化与设计化的产业发展，导致了有如“系统科学与自动通讯技术”之间的理论研究与技术转化互动，系统科学与生物技术、系统生物学与合成生物学之间的密切互动，也将导致系统生物技术的基础研究向应用开发的转化（转化科学、转化生物学）距离迅速缩短。

虽然合成生物学研究发展飞速，但总体来看行业整体技术成熟度仍处于较早期的阶段，具有可观商业价值的应用数量有限，并且很多应用并不完全能够实现规模产业化。在确定合成生物学下游商业应用拥有广阔前景的前提下，结合上述情况以及源起基金基于对产业传导逻辑与政策催化的判断，认为整个合成生物学产业链里高景气度、当下具有极高投资价值的行业应存在于中上游，其中基因合成领域当属其一，并基于这一研究判断发现并成功投资了基因合成领域全产业链龙头 —— 擎科生物。

二、基因合成

DNA的合成、测序和组学技术是合成生物学的底层技术，也是整条产业链中最上游的行业之一，其发展速度制约着整个合成生物学科的发展。如果把合成生物学生物制造的过程比喻为一间自动化工厂的生产，那么人工合成的基因/基因组就好比指导这个工厂一切活动的语言指令，定义了这个工厂的一切标准及生产出产品的特性。

对生物基因组的合成最基本的目标是合成可复制的基因组（对应于生命体可自主生长、繁衍）。更高的目标包括简化基因组、稳定基因组和引入便捷修改基因组的操作元件。通过完成这些目标可以得到基因组更小，代谢更简单和成长更稳定的生物，更适合工程化生产。

1.寡核苷酸合成。基因合成技术最开始只能合成单链寡核苷酸，直到1970年后才逐步开始合成双链的DNA，而后能够合成基因组，复杂程度逐步提升。科研人员开发了一系列寡核苷酸的化学合成法，包括磷酸二酯法、磷酸三酯法、亚磷酸三酯法、亚磷酰胺法等，其中的亚磷酰胺法被广泛应用于商业化的自动化设备中。

图2：DNA合成技术发展历程

图3：当前主要基因合成技术特点对比

2.长片段基因组装。目前DNA片段从头合成的长度有限，更长的基因或基因组则需要通过寡核苷酸片段的酶促组装或体内组装获得，即长片段DNA组装技术。通常使用的寡核苷酸组装方法有两种：连接酶组装法(ligase chain reaction,LCR)聚合酶组装法(polymerase cycling Assembly,PCA)。

图4：常见体外和体内DNA组装技术及流程

3.基因组合成。合成DNA后，标准化DNA元件在细胞内对天然基因组进行迭代替换，直至获得完整人工基因组。位点特异性重组和同源重组技术分别应用于原核和真核基因组的迭代替换，同时基因编辑技术大幅提高DNA迭代替换的效率。为进一步加速人工基因组合成的速度，不同的DNA元件分别在多个细胞中进行迭代替换，通过细胞融合进行基因组的转移，快速获得具有完整活性的人工基因组。

图5：人工基因组的设计、合成与应用

4.基因合成产业链其他部分。在整个人工合成基因组过程中，还需用到化学试剂、DNA合成仪及其他仪器设备、分子试剂（可理解为原材料与催化剂），并且合成工序完成后需对其进行测序以验证合成的序列是否与预设定的序列相同。

图6：基因合成产业链

5.基因合成技术小结。化学合成法仍然是当前寡核苷酸合成的主流方法，它被广泛应用于柱式及芯片DNA合成仪；现有的DNA合成技术和合成仪性能，仍难以从通量、质量、成本及载量等方面满足日益增长的基因合成需求。基因合成的发展仍高度依赖于相关生产资料和技术路径的突破。

三、擎科生物

擎科生物是一家合成生物学高新科技企业，从事合成基因组学与生物合成产品的研究及开发。业务范围涵盖合成基因组学产品及服务、生命科学研究设备及原料、生物制造三大方向。公司运营实体和实验室遍布全国，业务覆盖中国并延伸至美国、德国等多个海外国家，已为全球约12万用户提供服务与产品。截至2021年03月，拥有近百项专利及核心技术，其中超40项为发明专利。擎科生物成功自主研发高精尖基因合成仪关键零部件，突破国外“卡脖子”技术，实现国产化替代。

合成生物学是生物科技的第三次技术革命，而擎科生物的基因合成业务则是这场技术革命的支柱性底层技术。公司以基因合成为主线，囊括了寡核苷酸/基因组/长片段基因合成、基因检测、常规项目服务等各项基因合成技术和产品，同时向上延伸到DNA合成原材料、DNA合成仪器设备等各项业务，向下延伸出修饰探针、分子生物学试剂业务，并规划基于合成基因组学产品及服务和生命科学研究设备及原料向下游开发出生物制造CRO/CDMO平台，在基因合成全产业链建设方面为国内第一，并且在基因组合成、长片段基因合成、Sanger测序、化学试剂方面市占率均为国内第一。

擎科生物连续多年实现，并预计将继续保持收入和利润的高速增长。在强化基因合成相关业务龙头地位的同时，稳步向下游开拓业务边界，在核酸药物、合成生物学的广阔蓝海中开疆扩土，向细胞工厂构建商及合成生物产品制造商迈进。