合成生物学作为一项颠覆性技术和前沿技术，是近年来发展迅猛的前沿交叉学科之一，被誉为“第三次生物技术革命”，推动着产业的深刻变革。上海市政府高度重视合成生物学产业的发展，于2023年9月发布了《加快合成生物创新策源 打造高端生物制造产业集群行动方案(2023-2025)》，明确了发展目标和重点任务。今年4月14日，上海合成生物学创新中心揭牌。
合成生物学促进了生产方式的绿色转型，通过利用微生物等生物体将简单原料转化为价值化学品、燃料、药物等，减少了环境伤害和能耗。这种生产方式不仅符合绿色、高效、可持续的发展理念，也为各行各业提供了新的升级转型途径。在制药、农业、能源、材料科学等领域，合成生物学都展现出成为新质生产力引擎的潜力。在医药健康领域，合成生物学通过设计和构建新的生物路径来生产之前难以大规模制造的重要药物，如抗癌药物和疫苗，从而降低成本、提高效率。这一点体现了新质生产力在推动医疗领域创新和发展中的作用。
华东师范大学许鑫教授团队对全球主要国家在合成生物学领域的发展水平进行评估，为中国合成生物学领域的发展进步提供启示和思路。
全球合成生物学研发水平评估
课题组参考并利用兰德公司开发的快速、开源的用于评估国家科技水平的方法，系统考察了全球合成生物学发展水平和现状。由于合成生物学是近几年发展迅速的交叉学科，故选取近五年数据（2019年1月1日至2023年12月31日，数据来自Web of Science数据库核心合集和Incopat专利数据库）进行分析。
（1）高影响力论文：在2019至2023年间，美国在合成生物学领域的论文数量独树一帜，占据了高影响力文献的40%，在科研成果的质量和数量上都拥有绝对优势；中国则以22%的占比位居第二，成就良好；英国和德国不相上下，分别以122篇和115篇位列第三和第四名；随后是印度、澳大利亚、加拿大和日本。由此可知，美国和中国在近年的合成生物学领域发展起到主导作用。
（2）合作网络密度：在2019至2023年间，美国是样本网络中密度最高的国家，且遥遥领先，说明相较于其他国家，美国迄今为止在合成生物学领域的研究表现出高度的连通性，国际间合作最为密切。排名二三四位的英国、中国和德国的合作网络密度较为接近，与后面国家拉开了较大距离。中国虽然发表论文数位列第二，但与国际间的合作连通性并不高，说明中国合成生物学领域的研究多集中在国内机构，跨国交流相对较少。
（3）质量调整专利：2019至2023年间，中国在合成生物学领域产生了378项专利（占全球专利总数的58%），在数量角度远远领先于其他国家，但是经过专利质量的调整，中国的专利产出量大幅下降，可见中国产出的专利虽然在数量上占优，但在质量上有很大的提升空间。相反，美国、英国、日本等发达国家，尽管其本身的专利申请数不及中国，但经质量调整后，其专利数大幅提升，可见大多发达国家在合成生物学领域的专利质量在全球处于领先地位，中国“专利泡沫”现状的存在不利于专利的高质量发展，值得反思。
（4）机构数量：2019至2023年间，美国和中国两国的文献发表机构数量远高于其他国家，被认为是高质量文献数量领先的主要原因。同时美国机构的平均文献发表数也遥遥领先，侧面反映出机构的科研水平优秀及平均质量较高。中国的专利申请机构数量相对较多（排名第一），同时中国也是经专利调整后数量大幅下降的国家，证明专利申请机构的数量的多少与产出高质量的专利没有直接关系，要想提高专利质量需重点扶持领先机构，适当提高专利申请门槛。
（5）文献高产出机构分析：2019至2023年间，全球合成生物学领域的文献大多数来自高校，国家级别的科研机构和研究所也参与产出，社会企业等机构产出甚少。欧美国家间的机构连接网络密度极高，说明欧美国家的国内外机构合作表现都十分密切，而中国、韩国等国家的节点密度较低，倾向于内部合作。
合成生物学领域前沿热点分析
课题组进一步挖掘分析，基于文献研究热点和专利研究热点从科学和技术两个层面考察合成生物学领域的前沿热点。
（1）文献研究热点：用VOSviewer软件对文献的关键词进行共现分析，可得到6个研究主题，分别是：药物中的合成生物学、基因相关、医学工程与合成生物学、化学在合成生物学中的应用、细菌与生物、合成生物学的应用。重点聚集在大肠杆菌处，大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清晰，技术操作简便，培养条件也简单，繁殖快，备受基因工程和遗传工程方面专家的重视。说明基因工程在合成生物学的文献部分发展中占据领导地位。
（2）专利研究热点：运用LDA主题模型对专利摘要进行主题分类，可以看出，当前合成生物学方向的专利研究主题主要集中于底层技术的研发创新，包括预测模型、构建系统、算法改进、数据分析等，同时对合成生物的产品应用研发有所涉及，由于当前技术成熟度和下游企业的规模不足以支撑中上游企业，因此，在未来数年内产品类公司将成为产业链上的核心盈利环节；但是限制合成生物学产业化的本质还是技术，合成生物学的产业化进度还处于初期，随着未来各环节技术的进步，下游各领域的发展前景和市场空间均非常广阔。
将上述二者比较可以发现，目前合成生物学专利领域的研究重点落在算法技术板块，偏向理论，而文献热点主要落在基因工程和药物设计（实验）方面，偏向应用。未来对于合成生物学在应用上的专利研究可以加大力度，适当引入计算机领域人才或跨领域合作也会加快新科研成果的产出，文献则针对待解决的实际问题和需求而展开研究，也侧面说明了文献数量远高于专利的现象。
对中国合成生物学发展的启示
（1）加强跨国合作：与其他国家相比，中国在合成生物学领域的国际交流与合作还有待加强。目前，中国合成生物学的研究机构更多地依托国内同行开展合作，跨国合作相对较少。这种情况可能会限制中国合成生物学的发展、视野和创新，阻碍学科的多元化融合。因此，中国需要更加积极地开展国际交流与合作，比如搭建更加开放和广泛的合作平台，吸引更多来自世界各地的优秀科学家和机构共同参与中国合成生物学的研究与发展中来，推动科研的国际化合作与交流，共同推动生物科技领域的进步。
（2）紧跟研发热点：目前合成生物学在专利领域，主要关注理论算法的创新和底层技术的突破，体现了对合成生物学基础研究的重视与投入。在文献热点方面，重点放在医疗突破（医学和药学）、实际应用等领域，说明合成生物学在解决医学和药学问题方面的潜力和重要性。因此，中国还需要在应用上加大研究力度，将合成生物学的理论和技术成果转化为实际的应用产品和解决方案。特别是在医疗领域，合成生物学技术的应用前景广阔，可以用于生产新型药物、医疗器械等，对医疗行业的发展具有重要意义。
（3）完善研发及监管体系：中国在合成生物学领域的起步相对较晚，需要进一步完善合成生物学研发体系，加强基础研究和技术创新。同时，还需要加强监管体系建设，确保合成生物学技术的安全和可持续发展，维护公共利益和社会稳定。因此，结合中国合成生物学领域的现状和政策导向，需要采取多种措施来促进其全面发展。这包括加强国际合作，吸引国际优秀人才和资源，加快技术创新和应用推广，完善监管体系，培育合成生物学产业生态环境等方面。
作者丨张军玲 田竞楠 许鑫（作者张军玲系华东师范大学经济与管理学院博士研究生，田竞楠系华东师范大学经济与管理学院硕士研究生，许鑫系华东师范大学经济与管理学院教授、博士生导师，上海高校智库主任，上咨集团创新工作室首席专家）
编辑丨郁思雨
编审丨肖启玉
