合成生物學作為一項顛覆性技術和前沿技術，是近年來發展迅猛的前沿交叉學科之一，被譽為“第三次生物技術革命”，推動著產業的深刻變革。上海市政府高度重視合成生物學產業的發展，于2023年9月發布了《加快合成生物創新策源 打造高端生物制造產業集群行動方案(2023-2025)》，明確了發展目標和重點任務。今年4月14日，上海合成生物學創新中心揭牌。
合成生物學促進了生產方式的綠色轉型，通過利用微生物等生物體將簡單原料轉化為價值化學品、燃料、藥物等，減少了環境傷害和能耗。這種生產方式不僅符合綠色、高效、可持續的發展理念，也為各行各業提供了新的升級轉型途徑。在制藥、農業、能源、材料科學等領域，合成生物學都展現出成為新質生產力引擎的潛力。在醫藥健康領域，合成生物學通過設計和構建新的生物路徑來生產之前難以大規模制造的重要藥物，如抗癌藥物和疫苗，從而降低成本、提高效率。這一點體現了新質生產力在推動醫療領域創新和發展中的作用。
華東師范大學許鑫教授團隊對全球主要國家在合成生物學領域的發展水平進行評估，為中國合成生物學領域的發展進步提供啟示和思路。
全球合成生物學研發水平評估
課題組參考并利用蘭德公司開發的快速、開源的用于評估國家科技水平的方法，系統考察了全球合成生物學發展水平和現狀。由于合成生物學是近幾年發展迅速的交叉學科，故選取近五年數據（2019年1月1日至2023年12月31日，數據來自Web of Science數據庫核心合集和Incopat專利數據庫）進行分析。
（1）高影響力論文：在2019至2023年間，美國在合成生物學領域的論文數量獨樹一幟，占據了高影響力文獻的40%，在科研成果的質量和數量上都擁有絕對優勢；中國則以22%的占比位居第二，成就良好；英國和德國不相上下，分別以122篇和115篇位列第三和第四名；隨后是印度、澳大利亞、加拿大和日本。由此可知，美國和中國在近年的合成生物學領域發展起到主導作用。
（2）合作網絡密度：在2019至2023年間，美國是樣本網絡中密度最高的國家，且遙遙領先，說明相較于其他國家，美國迄今為止在合成生物學領域的研究表現出高度的連通性，國際間合作最為密切。排名二三四位的英國、中國和德國的合作網絡密度較為接近，與后面國家拉開了較大距離。中國雖然發表論文數位列第二，但與國際間的合作連通性并不高，說明中國合成生物學領域的研究多集中在國內機構，跨國交流相對較少。
（3）質量調整專利：2019至2023年間，中國在合成生物學領域產生了378項專利（占全球專利總數的58%），在數量角度遠遠領先于其他國家，但是經過專利質量的調整，中國的專利產出量大幅下降，可見中國產出的專利雖然在數量上占優，但在質量上有很大的提升空間。相反，美國、英國、日本等發達國家，盡管其本身的專利申請數不及中國，但經質量調整后，其專利數大幅提升，可見大多發達國家在合成生物學領域的專利質量在全球處于領先地位，中國“專利泡沫”現狀的存在不利于專利的高質量發展，值得反思。
（4）機構數量：2019至2023年間，美國和中國兩國的文獻發表機構數量遠高于其他國家，被認為是高質量文獻數量領先的主要原因。同時美國機構的平均文獻發表數也遙遙領先，側面反映出機構的科研水平優秀及平均質量較高。中國的專利申請機構數量相對較多（排名第一），同時中國也是經專利調整后數量大幅下降的國家，證明專利申請機構的數量的多少與產出高質量的專利沒有直接關系，要想提高專利質量需重點扶持領先機構，適當提高專利申請門檻。
（5）文獻高產出機構分析：2019至2023年間，全球合成生物學領域的文獻大多數來自高校，國家級別的科研機構和研究所也參與產出，社會企業等機構產出甚少。歐美國家間的機構連接網絡密度極高，說明歐美國家的國內外機構合作表現都十分密切，而中國、韓國等國家的節點密度較低，傾向于內部合作。
合成生物學領域前沿熱點分析
課題組進一步挖掘分析，基于文獻研究熱點和專利研究熱點從科學和技術兩個層面考察合成生物學領域的前沿熱點。
（1）文獻研究熱點：用VOSviewer軟件對文獻的關鍵詞進行共現分析，可得到6個研究主題，分別是：藥物中的合成生物學、基因相關、醫學工程與合成生物學、化學在合成生物學中的應用、細菌與生物、合成生物學的應用。重點聚集在大腸桿菌處，大腸桿菌作為外源基因表達的宿主，遺傳背景清晰，技術操作簡便，培養條件也簡單，繁殖快，備受基因工程和遺傳工程方面專家的重視。說明基因工程在合成生物學的文獻部分發展中占據領導地位。
（2）專利研究熱點：運用LDA主題模型對專利摘要進行主題分類，可以看出，當前合成生物學方向的專利研究主題主要集中于底層技術的研發創新，包括預測模型、構建系統、算法改進、數據分析等，同時對合成生物的產品應用研發有所涉及，由于當前技術成熟度和下游企業的規模不足以支撐中上游企業，因此，在未來數年內產品類公司將成為產業鏈上的核心盈利環節；但是限制合成生物學產業化的本質還是技術，合成生物學的產業化進度還處于初期，隨著未來各環節技術的進步，下游各領域的發展前景和市場空間均非常廣闊。
將上述二者比較可以發現，目前合成生物學專利領域的研究重點落在算法技術板塊，偏向理論，而文獻熱點主要落在基因工程和藥物設計（實驗）方面，偏向應用。未來對于合成生物學在應用上的專利研究可以加大力度，適當引入計算機領域人才或跨領域合作也會加快新科研成果的產出，文獻則針對待解決的實際問題和需求而展開研究，也側面說明了文獻數量遠高于專利的現象。
對中國合成生物學發展的啟示
（1）加強跨國合作：與其他國家相比，中國在合成生物學領域的國際交流與合作還有待加強。目前，中國合成生物學的研究機構更多地依托國內同行開展合作，跨國合作相對較少。這種情況可能會限制中國合成生物學的發展、視野和創新，阻礙學科的多元化融合。因此，中國需要更加積極地開展國際交流與合作，比如搭建更加開放和廣泛的合作平臺，吸引更多來自世界各地的優秀科學家和機構共同參與中國合成生物學的研究與發展中來，推動科研的國際化合作與交流，共同推動生物科技領域的進步。
（2）緊跟研發熱點：目前合成生物學在專利領域，主要關注理論算法的創新和底層技術的突破，體現了對合成生物學基礎研究的重視與投入。在文獻熱點方面，重點放在醫療突破（醫學和藥學）、實際應用等領域，說明合成生物學在解決醫學和藥學問題方面的潛力和重要性。因此，中國還需要在應用上加大研究力度，將合成生物學的理論和技術成果轉化為實際的應用產品和解決方案。特別是在醫療領域，合成生物學技術的應用前景廣闊，可以用于生產新型藥物、醫療器械等，對醫療行業的發展具有重要意義。
（3）完善研發及監管體系：中國在合成生物學領域的起步相對較晚，需要進一步完善合成生物學研發體系，加強基礎研究和技術創新。同時，還需要加強監管體系建設，確保合成生物學技術的安全和可持續發展，維護公共利益和社會穩定。因此，結合中國合成生物學領域的現狀和政策導向，需要采取多種措施來促進其全面發展。這包括加強國際合作，吸引國際優秀人才和資源，加快技術創新和應用推廣，完善監管體系，培育合成生物學產業生態環境等方面。
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作者丨張軍玲 田競楠 許鑫（作者張軍玲系華東師范大學經濟與管理學院博士研究生，田競楠系華東師范大學經濟與管理學院碩士研究生，許鑫系華東師范大學經濟與管理學院教授、博士生導師，上海高校智庫主任，上咨集團創新工作室首席專家）
來源丨
澎湃新聞
編輯丨錢夢童
編審丨戴琪
