【比邻星创投】汉赞迪科技比邻星创投-生物医药行业：智能技术在合成生物学中的应用白皮书.docx

生命科学

全流程智能化引领者

APioneerinEnd-to-end

IntelligentSolutionsinLifeSciences

BioHandler

汉赞迪科技

froX比邻星创投

智能技术

在合成生物学中的应用

ApplicationofSmartTechnologyinSyntheticBiology

●白皮书

2023.0B

前言：

合成生物学目前以势不可挡的趋势席卷各个产业，根据BCCresearch的数据估算，全球合成生物学市场预计将从2021年的95亿美元增长到2026年的332亿美元，在2021-2026年的预测期内，复合年增长率(CAGR)为28.4%。政策机遇、市场机遇和资本激励的到来，合成生物学正在进入一个快速发展的新阶段。

随着合成生物学涉及的功能和潜在应用的不断拓展，运用合成生物学的复杂性和跨学科知识需求也在迅速增长。然而，生命系统极其精密，具有高度动态、灵活、非线性、不可预测等特征，如何对其进行精准预测和设计是合成生物学面临的核心挑战。

本文将简述合成生物学行业简介、智能化在合成生物学中的应用及展望，期望帮助研究人员高效率、低成本、多循环地完成“设计-构建-测试-学习”(DBTL),从而将合成生物各个环节的工作效率提升，成本降低，缩短研发周期并扩大研发可能。

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目录

1第三次生物技术革命：合成生物学简介 3

1.1定义和发展历史 3

1.1.1合成生物学定义 3

1.1.2DBTL循环 4

1.1.3底层技术 5

1.1.4合成生物学发展历程 8

1.2政策与资本驱动加速合成生物学产业发展 9

1.2.1政策端 9

1.2.2资本端 10

1.3合成生物学产业链剖析 13

1.4他山之石：GinkgoBioworks生物铸造厂模式 15

2智能化加速合成生物学研究 18

2.1合成生物学的智能化-加速科学DBTL循环 18

2.2智能化在合成生物学中的应用-机器学习与高通量自动化平台介绍 19

2.2.1以蛋白质定向进化过程示意机器学习与自动化平台结合的优点 20

2.2.2SDLs或自主实验-自动化平台趋势 26

2.3海外合成生物学智能化应用发展现状-落地重点案例介绍 27

2.3.1使用生物铸造厂(Biofoundry)全自动合成单转录物TALENs 29

2.3.2全自动算法驱动平台BioAutomata 31

2.4国内合成生物学智能化应用发展现状-国内落地的重点案例 3

2.4.1各模块设备集成及功能 34

2.4.2自动化方案的制定 35

2.4.3酶的定向进化及筛选 37

2.4.4iBioFoundry建设中几点经验 38

3未来合成生物学的智能化展望 40

3.1机器学习方面 40

3.2SDLs自动化-自动实验室方面 41

3.3实现SDLs的所需因素 43

4参考文献 44

3

1第三次生物技术革命：合成生物学简介

1.1定义和发展历史

1.1.1合成生物学定义

合成生物学(SyntheticBiology)是一个专注于生命系统和生物体的跨学科科学领域，汇聚并融合了生命科学、工程学、物理、化学和信息科学等诸多学科，是现代生物学最具发展潜力的领域之一。合成生物学的核心在于设计、改造、重建或制造生物元件、生物反应系统、代谢途径与过程，乃至创造具有生命活动能力的细胞和生物个体。这种以合成生物为工具进行物质加工与合成的生产方式，有望彻底变革未来医药、化工、食品、能源、材料、农业等传统行业，被誉为继DNA双螺旋结构发现(1953年)和人类基因组测序(2003年)之后的“第三次生物技术革命”。

根据美国国家卫生研究院(NationalInstitutesofHealth,NIH)国家人类基因组研究所(NationalGenomeResearchInstitute)所提供的定义：合成生物学是一门涉及生物改造的科学，使其赋有新能力，如合成特定物质、侦测环境等。广义来说，合成生物学结合了分子生物学、系统生物学，再透过生物工程的原理重新为生