源起基金完成對擎科生物投資，合成生物學領域再啟新篇
日前，源起基金已完成對北京擎科生物科技有限公司（以下簡稱“擎科生物”）的投資。該筆投資亦是源起基金在合成生物學領域重點布局之一。擎科生物是一家合成生物學高新科技企業，從事合成基因組學與生物合成產品的研究及開發。本文將詳細解讀基因合成行業的生態，揭開該行業及整個合成生物學——這一本世紀快速興起的、生命科學最前沿分支學科的面紗。
一、合成生物學
合成生物學是在闡明并模擬生物合成的基本規律之上，達到人工設計并構建新的、具有特定生理功能的生物系統，從而建立現有物品或資源等的替代品等的生物制造途徑，被公認為在醫學、制藥、化工、能源、材料、農業等領域都有廣闊的應用前景。
圖1：合成生物學路徑示意圖
隨著計算機、生物信息、基因合成與基因測序等技術的進展，使計算機輔助設計、全基因乃至基因組人工合成成為可能，使生物工程產業化的技術瓶頸可能突破，使生物產業能夠進入工程化與設計化的產業發展，導致了有如“系統科學與自動通訊技術”之間的理論研究與技術轉化互動，系統科學與生物技術、系統生物學與合成生物學之間的密切互動，也將導致系統生物技術的基礎研究向應用開發的轉化（轉化科學、轉化生物學）距離迅速縮短。
雖然合成生物學研究發展飛速，但總體來看行業整體技術成熟度仍處于較早期的階段，具有可觀商業價值的應用數量有限，并且很多應用并不完全能夠實現規模產業化。在確定合成生物學下游商業應用擁有廣闊前景的前提下，結合上述情況以及源起基金基于對產業傳導邏輯與政策催化的判斷，認為整個合成生物學產業鏈里高景氣度、當下具有極高投資價值的行業應存在于中上游，其中基因合成領域當屬其一，并基于這一研究判斷發現并成功投資了基因合成領域全產業鏈龍頭 —— 擎科生物。
二、基因合成
DNA的合成、測序和組學技術是合成生物學的底層技術，也是整條產業鏈中最上游的行業之一，其發展速度制約著整個合成生物學科的發展。如果把合成生物學生物制造的過程比喻為一間自動化工廠的生產，那么人工合成的基因/基因組就好比指導這個工廠一切活動的語言指令，定義了這個工廠的一切標準及生產出產品的特性。
對生物基因組的合成最基本的目標是合成可復制的基因組（對應于生命體可自主生長、繁衍）。更高的目標包括簡化基因組、穩定基因組和引入便捷修改基因組的操作元件。通過完成這些目標可以得到基因組更小，代謝更簡單和成長更穩定的生物，更適合工程化生產。
1.寡核苷酸合成。基因合成技術最開始只能合成單鏈寡核苷酸，直到1970年后才逐步開始合成雙鏈的DNA，而后能夠合成基因組，復雜程度逐步提升。科研人員開發了一系列寡核苷酸的化學合成法，包括磷酸二酯法、磷酸三酯法、亞磷酸三酯法、亞磷酰胺法等，其中的亞磷酰胺法被廣泛應用于商業化的自動化設備中。
圖2：DNA合成技術發展歷程
圖3：當前主要基因合成技術特點對比
2.長片段基因組裝。目前DNA片段從頭合成的長度有限，更長的基因或基因組則需要通過寡核苷酸片段的酶促組裝或體內組裝獲得，即長片段DNA組裝技術。通常使用的寡核苷酸組裝方法有兩種：連接酶組裝法(ligase chain reaction,LCR)聚合酶組裝法(polymerase cycling Assembly,PCA)。
圖4：常見體外和體內DNA組裝技術及流程
3.基因組合成。合成DNA后，標準化DNA元件在細胞內對天然基因組進行迭代替換，直至獲得完整人工基因組。位點特異性重組和同源重組技術分別應用于原核和真核基因組的迭代替換，同時基因編輯技術大幅提高DNA迭代替換的效率。為進一步加速人工基因組合成的速度，不同的DNA元件分別在多個細胞中進行迭代替換，通過細胞融合進行基因組的轉移，快速獲得具有完整活性的人工基因組。
圖5：人工基因組的設計、合成與應用
4.基因合成產業鏈其他部分。在整個人工合成基因組過程中，還需用到化學試劑、DNA合成儀及其他儀器設備、分子試劑（可理解為原材料與催化劑），并且合成工序完成后需對其進行測序以驗證合成的序列是否與預設定的序列相同。
圖6：基因合成產業鏈
5.基因合成技術小結。化學合成法仍然是當前寡核苷酸合成的主流方法，它被廣泛應用于柱式及芯片DNA合成儀；現有的DNA合成技術和合成儀性能，仍難以從通量、質量、成本及載量等方面滿足日益增長的基因合成需求。基因合成的發展仍高度依賴于相關生產資料和技術路徑的突破。
三、擎科生物
擎科生物是一家合成生物學高新科技企業，從事合成基因組學與生物合成產品的研究及開發。業務范圍涵蓋合成基因組學產品及服務、生命科學研究設備及原料、生物制造三大方向。公司運營實體和實驗室遍布全國，業務覆蓋中國并延伸至美國、德國等多個海外國家，已為全球約12萬用戶提供服務與產品。截至2021年03月，擁有近百項專利及核心技術，其中超40項為發明專利。擎科生物成功自主研發高精尖基因合成儀關鍵零部件，突破國外“卡脖子”技術，實現國產化替代。
合成生物學是生物科技的第三次技術革命，而擎科生物的基因合成業務則是這場技術革命的支柱性底層技術。公司以基因合成為主線，囊括了寡核苷酸/基因組/長片段基因合成、基因檢測、常規項目服務等各項基因合成技術和產品，同時向上延伸到DNA合成原材料、DNA合成儀器設備等各項業務，向下延伸出修飾探針、分子生物學試劑業務，并規劃基于合成基因組學產品及服務和生命科學研究設備及原料向下游開發出生物制造CRO/CDMO平臺，在基因合成全產業鏈建設方面為國內第一，并且在基因組合成、長片段基因合成、Sanger測序、化學試劑方面市占率均為國內第一。
擎科生物連續多年實現，并預計將繼續保持收入和利潤的高速增長。在強化基因合成相關業務龍頭地位的同時，穩步向下游開拓業務邊界，在核酸藥物、合成生物學的廣闊藍海中開疆擴土，向細胞工廠構建商及合成生物產品制造商邁進。
