摘 要
[目的/意义] 我国生物制造在全球范围内具有重要影响，并且处于合成生物学驱动的产业发展关键期。在“双碳”目标的社会需求拉动下，以合成生物学技术驱动的生物制造呈现出较大的活力。[方法/过程] 在文献调研及长期投资工作中调研、访谈的基础上，对近年来生物技术对生产方式的影响，以及生物制造在各领域发展的现状和趋势进行了分析。[结果/结论] 生物制造将不断拓展边界，渗透到国民经济的各个领域，推动产业转型发展。新质蛋白、功能糖、天然产物等将成为未来生物制造的热点领域。非粮原料的生物技术利用更加丰富，在国内形成梯次发展，未来5年将成为技术突破的关键期。先进生物制造当前还处于发展初期，研发、产业和政策等方面还不能适应快速发展的要求。产学研政各界应把握产业特点，协同起来畅通创新链、产业链，构建推动产业前进的合力。
关键词
生物制造；产业现状；产业热点；产业趋势
引 言
生物制造是以生物技术为核心进行物质生产的方式，相关产业已经历三代技术的更迭。产业第一代技术为单一天然微生物发酵；第二代技术采用基因工程、蛋白质工程相关技术改造的微生物进行生产；第三代技术是以合成生物学技术驱动的先进生物制造。当前，生物制造产业形成三代技术共存格局，第三代技术成为推动全球新一轮工业革命和产业变革的关键领域。我国将生物制造作为经济发展战略重点领域和新增长引擎进行总体部署。2025年3月，政府工作报告将生物制造作为未来产业正式提出。2025年10月，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》中提出培育壮大和前瞻布局生物制造，加强生物制造领域原始创新和关键核心技术攻关。北京、天津、上海、深圳等超过20个省（自治区、直辖市）陆续出台支持政策。在政策支持下，我国生物制造产业快速发展，初步形成全产业链布局，大宗发酵产品具备规模优势，合成生物学亦展现出巨大产业潜力。
1 产业发展现状
我国生物制造产业总规模达到1.1万亿元，生物发酵产品产量占全球70%以上，其中食品及添加剂、生物制药2个细分领域年产值均超4000亿元。此外，生物基材料、化学品等领域也在持续增长。
目前，我国生物制造产业仍以大宗生物发酵产品为主，氨基酸、有机酸和维生素等行业居世界前列。当前，我国生物发酵行业增长放缓，产能过剩问题显现，先进生物制造正掀起在医药健康、食品、消费品、材料和能源等领域的革新浪潮，在应对气候变化、水资源短缺、食品安全等方面展现出强劲增长潜力。在医药健康领域，近年来，生物药增速超传统化学药，在单克隆抗体、疫苗、基因治疗等创新领域表现突出。在新食品领域，以生物技术开发的新食品成分和添加剂品种不断涌现，赤藓糖醇、辅酶Q10、虾青素、多不饱和脂肪酸、母乳低聚糖（HMOs）、香兰素、阿洛酮糖等市场规模增长迅速。在消费品领域，麦角硫因、透明质酸，以及重组胶原蛋白等应用开发持续拓展边界。在生物基材料领域，我国聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHAs）等新兴材料起步晚，但增长快。2024年，PLA产能占全球31%，PHAs现有产能占全球18%。在生物能源领域，我国以餐厨余油为主要原料的生物柴油产业在全球占据重要地位，2024年，产量303万t，成为欧洲生物柴油主要来源之一。同时，我国生物柴油技术更新换代，进一步延伸产业链到生物航煤，2025年开启向香港国际机场供应。此外，在循环经济相关政策扶持下，可持续农业的生物杀虫剂、除草剂、微生物肥料，以及环保治理领域的土壤、废水治理微生物应用也成为生物制造产业的新增长点。
2 产业发展热点及趋势
2.1 生物技术支撑生物制造快速迭代
生物技术驱动研发成本大幅下降，成为生物制造产业发展的关键动力。基因合成、基因编辑等底层技术的飞快进步，是合成生物学推动生物制造快速迭代的主要因素。基因编辑技术已经从基因删除或沉默拓展到单个核苷酸替换、多位点编辑、大片段DNA编辑、基因定点插入、基因组精准重排等。围绕CRISPR/Cas基因编辑系统衍生出的多种基因编辑工具，设计和分析的辅助工具发展也极大地帮助提高菌株研发效率。在基因合成技术上，全球不断涌现自动化DNA合成与组装平台。例如，金斯瑞高通量平台引物合成成本最低可至0.01元/bp。华大智造、中合基因等企业也处于国际领先水平。通过将上述技术集成与优化，我国将菌株创制效率大幅提升。中国科学院天津工业生物技术研究所的Biofoundry平台已可以实现大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌等常用工业底盘3000个/月通量的菌种构建，未来工业菌株创制将会向更多底盘菌种覆盖，更高通量发展。
2.2 合成生物学研发范式日渐成熟
合成生物学是一种以“设计-构建-测试-学习”（DBTL循环）为核心的研发范式。通过合成生物学创制的工程菌株能够极大提高生物制造的能力。早期合成生物系统依靠人工反复试错，速度慢、效率低，且受限于简单的微生物。合成生物系统的设计能力受限，极大限制了合成生物学的发展。当前，进一步将人工智能（AI）、大数据等技术深度融合到DBTL循环，结合高通量设备大量应用，形成了生物元件和基因线路设计新范式，使研发效率和精确度得到了显著提高。基于海量高质量、标准化数据，以及Alphafold等人工智能大模型的学习和预测，指导新元件的设计和组装，结合湿实验验证的模式逐渐流行，正成为现代合成生物技术发展热点。中国农业科学院深圳农业基因组研究所通过AI进行产品与酶分子结构的辅助设计，表达调控网络分析等，帮助实现紫杉醇原料巴卡亭Ⅲ的异源生物合成。分子之心提出AI酶设计方法“SENZ”，在高难产业问题上取得突破，实现低样本和零样本数据情况下对复杂酶分子设计。
2.3 生物制造将推动更多制造业行业转型升级
生物制造正在融入制造业各领域，已经形成众多产业热点，成为推动经济转型发展的核心动力。其中，生物法在蛋白质与手性分子合成方面的优势将使新质蛋白、糖和天然产物等领域发展更加突出。
新质蛋白是利用合成生物学方法创造的具有新功能或替代功能的蛋白产品，长远看市场规模可达万亿级水平。我国微生物蛋白产品越来越多，现有产品有乙醇梭菌蛋白、酵母蛋白、镰刀菌蛋白、微藻蛋白等。微生物蛋白有望以生物发酵方式大规模生产饲料、食品行业所需蛋白，减轻当前对种植养殖业的依赖，未来可替代鱼粉、豆粕蛋白等大宗蛋白原料，缓解乃至彻底解决我国蛋白质资源短缺的重大难题。利用细胞工厂精准发酵得到乳清蛋白、乳铁蛋白、人源胶原蛋白、人血白蛋白、甜味蛋白等在食品营养、化妆品、医疗等领域可替代传统来源相应产品，具有广阔前景。蛛丝蛋白、贻贝蛋白具有优越的力学性能，有望成为特殊领域的新材料。此外，多肽和酶制剂凭借合成生物学设计出来的新功能也将得到多方面的应用。
随着我国人民生活水平的提高，人们对健康糖的需求逐渐增长。母乳寡糖、阿洛酮糖、塔格糖等新一代健康糖代表正在成为市场热点。在由发酵代替提取法的天然产物中，甜菊糖苷、γ-氨基丁酸、L-苹果酸、番茄红素等多种手性化合物将会使营养健康、医疗保健等快速增长的市场需求得到极大满足。
2.4 生物制造在非粮原料利用领域形成梯次发展
将非粮原料利用在能源领域中，餐厨余油产生物柴油，厨余垃圾、畜禽粪便等厌氧发酵产天然气，玉米秸秆、工业尾气产乙醇等产业化进程持续推进。三素分离技术取得重要进展，农业秸秆分级利用技术初步成型。甲烷、甲醇为底物的发酵制蛋白质等技术正在进行工业化尝试。以二氧化碳为碳源进行微藻转化，或者合成甲醇、乙酸等中间体后，再通过微生物或酶利用产糖、淀粉的系列技术正在积极探索。未来的5年将是非粮原料利用的生物技术突破的关键期。
3 产业面临挑战
我国生物制造产业在迈向全球价值链高端的过程中，仍面临诸多瓶颈与挑战。在政策层面上，我国生物制造产业专项扶持政策有待细化和加强。生物制造产业涉及多个管理部门，政策制定难以系统统筹，监管体系尚需适应产业快速发展的需求。在技术研发层面上，核心菌种/酶的研究与应用研发两头弱，部分核心环节存在“卡脖子”问题。我国生物技术领域“0到1”的颠覆性、原创性成果不多，高端工业酶制剂、核心工业菌种等高度依赖进口或国外专利授权。面向终端的应用研究未受到科研机构重视。核心装备和专用耗材国产化率较低。在产业层面上，科技成果从实验室到量产的转化率较低。“产学研用”协同机制不顺畅，产业转化的软硬件能力不足，生物制造科技创新企业在产业化关键阶段缺乏中长期资本支持，大量科研成果难以飞越“死亡谷”。
4 讨论和结论
生物技术正处于向产业迁移的关键期，技术、产业与政策等各方面仍存在需要各方共同努力解决的问题。笔者认为我国生物制造产业应在如下几个方面强化赋能。
（1）核心技术自主可控。国家生物制造重大科技专项长期稳定支持基础研究、前沿研究与跨学科的交叉研究。组织实施“生物制造强基工程”，联合攻关技术、设备和原辅材料等“卡脖子”环节，推动前沿技术与颠覆性技术在生物制造领域的融合创新。
（2）畅通的“产学研用”创新链。从政策上支持和引导研发人员开展市场引导型基础研究和应用研究，中试平台等基础设施建设，以及优化产品市场准入审批；从资金上满足初创企业对中长期风险资金的需求，从配套上建立完善的技术转移和成果转化服务体系。
（3）提升产业链供应链韧性。实施产业链强链补链工程，集中力量开展国产化替代。建立关键物料和技术储备机制，应对潜在供应链中断风险。强化产业联盟的实质性作用，构建行业级数据共享与协同平台。
