一、商业化基因合成的兴起

随着生命科学研究的不断深入以及生物技术应用的日益广泛，对基因合成的需求逐渐从科研领域拓展到更广阔的商业应用。早期，基因合成主要服务于基础科研，用于验证理论假设、构建基因模型等。但随着制药、农业、工业生物技术等行业的快速发展，对特定基因序列的定制需求呈爆发式增长。这种需求的变化不仅体现在数量上，更体现在对合成速度、准确性成本等多方面的更高要求。

在制药领域，为了开发新型药物，需要快速合成大量不同的基因序列用于药物靶点筛选和药物研发；在农业方面，培育具有优良性状的转基因作物也依赖于高效的基因合成技术。合成生物学领域，低成本基因合成能够显著加速科研创新、降低生物技术开发成本，并推动食品、医美、能源、化工领域的产品应用开发及商业化落地。这种不断增长和变化的需求，促使商业化基因合成行业迅速崛起，也为后续一系列创新型公司的发展提供广阔的市场空间。

二、商业化基因合成的规范

• 早期商业化基因合成技术

早期的基因合成主要基于PCR的逐步拼接法，通过化学方法合成一系列短的寡核苷酸片段，并利用酶学反应将这些寡核苷酸片段按照正确的顺序拼接起来，逐步构建出完整的基因序列。

分步组装PCR

• 优缺点

优点：技术准确性高，能够精确合成特定序列的基因，且技术流程成熟，合成成功率有保障。 

缺点：合成效率低，操作复杂耗时，成本较高，限制了大规模应用。

• 代表公司：Gene Art

Gene Art作为商业化基因合成的先驱，通过建立标准化的操作流程和质量控制体系，率先将基因合成服务规范化、商业化，成为连接科研需求与专业基因合成服务的重要桥梁。其开发的标准流程和质量控制体系成为行业内的参考标准，它成功的运营模式也为后来者提供借鉴，促使更多公司进入基因合成市场，推动整个行业的蓬勃发展。

三、市场需求驱动下的高通量基因合成

• 市场需求

2025年，全球基因合成市场规模预计为28亿美元，预计2032年将达到83亿美元（复合年增长率17.7%）。随着生命科学研究迈入组学时代以及生物技术产业的规模化发展，市场对基因合成的通量提出更高的要求。传统的基因合成技术无法满足同时合成大量不同基因的需求，例如在药物筛选中，需要同时测试成千上万种不同的基因变体对药物的反应；在合成生物学领域，构建复杂的生物系统也需要大量不同功能的基因。在这种市场需求的驱动下，高通量基因合成技术应运而生。

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

• 高通量基因合成技术

高通量基因合成（High-throughput Gene Synthesis, HTGS）是一种能够同时、大规模合成大量不同基因序列的技术。相较于传统的基因合成方法（固相合成），高通量基因合成技术基于芯片技术，采用自动化、高效并行的方式，在短时间内合成上千甚至上万条基因序列，为大规模基因工程研究提供强大支持。

基于芯片的高通量合成

• 优缺点

优点：合成通量高、成本低、灵活性高。 

缺点：复杂序列的合成准确性有待提升。 

• 代表公司：Twist Bioscience

Twist Bioscience专注于高通量基因合成解决方案。它打破传统基因合成的通量限制，推动基因合成服务向高通量、低成本方向发展，加速相关领域的创新步伐，也为行业带来新的商业模式和发展机遇。

四、AI赋能基因合成

• 现有技术的局限与行业难点

尽管高通量基因合成技术在通量和成本上取得显著的突破，但市场多样化需求仍对其提出了更高的挑战。

√ 超长基因序列合成效率受限； 

√ 复杂序列（如高GC区域、重复序列）错误率高；  

√ 在基因设计阶段，难以精准优化功能需求。 

• AI赋能基因合成技术

通过人工智能算法，对基因序列进行深度分析和优化，从而显著提高合成效率和准确性。AI技术不仅能够预测和解决复杂序列中的潜在问题，还能在设计阶段提供精准的基因序列优化方案，确保合成的基因序列完全符合功能需求，适用于从基础研究到工业应用的多样化需求，包括基因构建、基因编辑、高通量文库构建等。

• 优缺点

优点：智能化设计，提升复杂序列合成成功率。 

缺点：AI技术仍处于发展阶段，算法需持续优化。

• 代表公司：Synbio Technologies

泓迅生物致力于成为合成生物学赋能技术领导者，作为首家将AI技术引入基因合成领域的公司，旨在通过AI赋能基因合成，解决高难度、复杂基因序列合成难题，为客户提供智能化、精准化的基因合成解决方案。

自主研发生物智能分析工具：

√ Complex Index（CI）：解决高难度序列（重复序列、发卡结构、高GC）合成。

√ NG Codon：密码子优化设计，提高蛋白表达效率。

√ AI-TAT：精准预测生产周期，便于客户合理安排后续实验。

• 行业贡献

泓迅生物将AI技术引入基因合成，为行业带来全新的思路和解决方案。它推动基因合成技术从传统的经验驱动向数据驱动、智能驱动的方向转变，为解决难度基因合成提供新的途径，也为整个行业的技术升级和创新发展注入新的活力。

五、未来展望：商业化基因合成的机遇与挑战

随着商业化基因合成的不断发展，未来基因合成行业有望迎来新的变革—生物体合成（In VivoSynthesis）。生物体合成是指利用活细胞（如细菌、酵母或哺乳动物细胞）作为“工厂”， 通过调控细胞内的基因表达和代谢途径，直接在生物体内合成目标基因或分子，这种方法依赖于细胞自身的生物合成机制（如DNA复制、转录和翻译），能够高效、精准地完成复杂基因序列的合成。

生物体合成的优势：    

√ 高效性：细胞可同时进行多个合成反应，适合大规模生产。

√ 精准性：细胞内的天然纠错机制（如DNA修复系统）可减少合成错误。

√ 环境友好：利用细胞的天然代谢途径，减少化学废物的产生。

√ 多功能性：可同时完成基因合成、表达和功能验证。

未来挑战：

√  代谢干扰：细胞内其他代谢途径可能干扰目标基因的合成。

√  调控难度：需要精确调控基因表达和代谢途径，避免细胞负担过重。

√  规模化瓶颈：大规模细胞培养和基因表达优化仍需技术突破。

未来，随着合成生物学、基因编辑技术等相关领域的不断进步，生物体合成有望成为未来发展的主流方向，为基因合成行业带来革命性变革。