一、商業(yè)化基因合成的興起

隨著生命科學(xué)研究的不斷深入以及生物技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，對(duì)基因合成的需求逐漸從科研領(lǐng)域拓展到更廣闊的商業(yè)應(yīng)用。早期，基因合成主要服務(wù)于基礎(chǔ)科研，用于驗(yàn)證理論假設(shè)、構(gòu)建基因模型等。但隨著制藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)生物技術(shù)等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)特定基因序列的定制需求呈爆發(fā)式增長。這種需求的變化不僅體現(xiàn)在數(shù)量上，更體現(xiàn)在對(duì)合成速度、準(zhǔn)確性成本等多方面的更高要求。

在制藥領(lǐng)域，為了開發(fā)新型藥物，需要快速合成大量不同的基因序列用于藥物靶點(diǎn)篩選和藥物研發(fā)；在農(nóng)業(yè)方面，培育具有優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)基因作物也依賴于高效的基因合成技術(shù)。合成生物學(xué)領(lǐng)域，低成本基因合成能夠顯著加速科研創(chuàng)新、降低生物技術(shù)開發(fā)成本，并推動(dòng)食品、醫(yī)美、能源、化工領(lǐng)域的產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)及商業(yè)化落地。這種不斷增長和變化的需求，促使商業(yè)化基因合成行業(yè)迅速崛起，也為后續(xù)一系列創(chuàng)新型公司的發(fā)展提供廣闊的市場(chǎng)空間。

二、商業(yè)化基因合成的規(guī)范

? 早期商業(yè)化基因合成技術(shù)

早期的基因合成主要基于PCR的逐步拼接法，通過化學(xué)方法合成一系列短的寡核苷酸片段，并利用酶學(xué)反應(yīng)將這些寡核苷酸片段按照正確的順序拼接起來，逐步構(gòu)建出完整的基因序列。

分步組裝PCR

? 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)準(zhǔn)確性高，能夠精確合成特定序列的基因，且技術(shù)流程成熟，合成成功率有保障。 

缺點(diǎn)：合成效率低，操作復(fù)雜耗時(shí)，成本較高，限制了大規(guī)模應(yīng)用。

? 代表公司：Gene Art

Gene Art作為商業(yè)化基因合成的先驅(qū)，通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程和質(zhì)量控制體系，率先將基因合成服務(wù)規(guī)范化、商業(yè)化，成為連接科研需求與專業(yè)基因合成服務(wù)的重要橋梁。其開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)流程和質(zhì)量控制體系成為行業(yè)內(nèi)的參考標(biāo)準(zhǔn)，它成功的運(yùn)營模式也為后來者提供借鑒，促使更多公司進(jìn)入基因合成市場(chǎng)，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

三、市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下的高通量基因合成

? 市場(chǎng)需求

2025年，全球基因合成市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為28億美元，預(yù)計(jì)2032年將達(dá)到83億美元（復(fù)合年增長率17.7%）。隨著生命科學(xué)研究邁入組學(xué)時(shí)代以及生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，市場(chǎng)對(duì)基因合成的通量提出更高的要求。傳統(tǒng)的基因合成技術(shù)無法滿足同時(shí)合成大量不同基因的需求，例如在藥物篩選中，需要同時(shí)測(cè)試成千上萬種不同的基因變體對(duì)藥物的反應(yīng)；在合成生物學(xué)領(lǐng)域，構(gòu)建復(fù)雜的生物系統(tǒng)也需要大量不同功能的基因。在這種市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，高通量基因合成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

來源: Market.US, "Gene Synthesis Market," 2023

? 高通量基因合成技術(shù)

高通量基因合成（High-throughput Gene Synthesis, HTGS）是一種能夠同時(shí)、大規(guī)模合成大量不同基因序列的技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的基因合成方法（固相合成），高通量基因合成技術(shù)基于芯片技術(shù)，采用自動(dòng)化、高效并行的方式，在短時(shí)間內(nèi)合成上千甚至上萬條基因序列，為大規(guī)?；蚬こ萄芯刻峁?qiáng)大支持。

基于芯片的高通量合成

? 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：合成通量高、成本低、靈活性高。 

缺點(diǎn)：復(fù)雜序列的合成準(zhǔn)確性有待提升。 

? 代表公司：Twist Bioscience

Twist Bioscience專注于高通量基因合成解決方案。它打破傳統(tǒng)基因合成的通量限制，推動(dòng)基因合成服務(wù)向高通量、低成本方向發(fā)展，加速相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新步伐，也為行業(yè)帶來新的商業(yè)模式和發(fā)展機(jī)遇。

四、AI賦能基因合成

? 現(xiàn)有技術(shù)的局限與行業(yè)難點(diǎn)

盡管高通量基因合成技術(shù)在通量和成本上取得顯著的突破，但市場(chǎng)多樣化需求仍對(duì)其提出了更高的挑戰(zhàn)。

√ 超長基因序列合成效率受限； 

√ 復(fù)雜序列（如高GC區(qū)域、重復(fù)序列）錯(cuò)誤率高；  

√ 在基因設(shè)計(jì)階段，難以精準(zhǔn)優(yōu)化功能需求。 

? AI賦能基因合成技術(shù)

通過人工智能算法，對(duì)基因序列進(jìn)行深度分析和優(yōu)化，從而顯著提高合成效率和準(zhǔn)確性。AI技術(shù)不僅能夠預(yù)測(cè)和解決復(fù)雜序列中的潛在問題，還能在設(shè)計(jì)階段提供精準(zhǔn)的基因序列優(yōu)化方案，確保合成的基因序列完全符合功能需求，適用于從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應(yīng)用的多樣化需求，包括基因構(gòu)建、基因編輯、高通量文庫構(gòu)建等。

? 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：智能化設(shè)計(jì)，提升復(fù)雜序列合成成功率。 

缺點(diǎn)：AI技術(shù)仍處于發(fā)展階段，算法需持續(xù)優(yōu)化。

? 代表公司：Synbio Technologies

泓迅生物致力于成為合成生物學(xué)賦能技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，作為首家將AI技術(shù)引入基因合成領(lǐng)域的公司，旨在通過AI賦能基因合成，解決高難度、復(fù)雜基因序列合成難題，為客戶提供智能化、精準(zhǔn)化的基因合成解決方案。

自主研發(fā)生物智能分析工具：

√ Complex Index（CI）：解決高難度序列（重復(fù)序列、發(fā)卡結(jié)構(gòu)、高GC）合成。

√ NG Codon：密碼子優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高蛋白表達(dá)效率。

√ AI-TAT：精準(zhǔn)預(yù)測(cè)生產(chǎn)周期，便于客戶合理安排后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

? 行業(yè)貢獻(xiàn)

泓迅生物將AI技術(shù)引入基因合成，為行業(yè)帶來全新的思路和解決方案。它推動(dòng)基因合成技術(shù)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、智能驅(qū)動(dòng)的方向轉(zhuǎn)變，為解決難度基因合成提供新的途徑，也為整個(gè)行業(yè)的技術(shù)升級(jí)和創(chuàng)新發(fā)展注入新的活力。

五、未來展望：商業(yè)化基因合成的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著商業(yè)化基因合成的不斷發(fā)展，未來基因合成行業(yè)有望迎來新的變革—生物體合成（In VivoSynthesis）。生物體合成是指利用活細(xì)胞（如細(xì)菌、酵母或哺乳動(dòng)物細(xì)胞）作為“工廠”， 通過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)和代謝途徑，直接在生物體內(nèi)合成目標(biāo)基因或分子，這種方法依賴于細(xì)胞自身的生物合成機(jī)制（如DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯），能夠高效、精準(zhǔn)地完成復(fù)雜基因序列的合成。

生物體合成的優(yōu)勢(shì)：    

√ 高效性：細(xì)胞可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)合成反應(yīng)，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

√ 精準(zhǔn)性：細(xì)胞內(nèi)的天然糾錯(cuò)機(jī)制（如DNA修復(fù)系統(tǒng)）可減少合成錯(cuò)誤。

√ 環(huán)境友好：利用細(xì)胞的天然代謝途徑，減少化學(xué)廢物的產(chǎn)生。

√ 多功能性：可同時(shí)完成基因合成、表達(dá)和功能驗(yàn)證。

未來挑戰(zhàn)：

√  代謝干擾：細(xì)胞內(nèi)其他代謝途徑可能干擾目標(biāo)基因的合成。

√  調(diào)控難度：需要精確調(diào)控基因表達(dá)和代謝途徑，避免細(xì)胞負(fù)擔(dān)過重。

√  規(guī)?；款i：大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)和基因表達(dá)優(yōu)化仍需技術(shù)突破。

未來，隨著合成生物學(xué)、基因編輯技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，生物體合成有望成為未來發(fā)展的主流方向，為基因合成行業(yè)帶來革命性變革。