一、商業化基因合成的興起
隨著生命科學研究的不斷深入以及生物技術應用的日益廣泛，對基因合成的需求逐漸從科研領域拓展到更廣闊的商業應用。早期，基因合成主要服務于基礎科研，用于驗證理論假設、構建基因模型等。但隨著制藥、農業、工業生物技術等行業的快速發展，對特定基因序列的定制需求呈爆發式增長。這種需求的變化不僅體現在數量上，更體現在對合成速度、準確性成本等多方面的更高要求。
 
在制藥領域，為了開發新型藥物，需要快速合成大量不同的基因序列用于藥物靶點篩選和藥物研發；在農業方面，培育具有優良性狀的轉基因作物也依賴于高效的基因合成技術。合成生物學領域，低成本基因合成能夠顯著加速科研創新、降低生物技術開發成本，并推動食品、醫美、能源、化工領域的產品應用開發及商業化落地。這種不斷增長和變化的需求，促使商業化基因合成行業迅速崛起，也為后續一系列創新型公司的發展提供廣闊的市場空間。

二、商業化基因合成的規范

• 早期商業化基因合成技術

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

• 優缺點

優點：技術準確性高，能夠精確合成特定序列的基因，且技術流程成熟，合成成功率有保障。 
缺點：合成效率低，操作復雜耗時，成本較高，限制了大規模應用。

• 代表公司：Gene Art

Gene Art作為商業化基因合成的先驅，通過建立標準化的操作流程和質量控制體系，率先將基因合成服務規范化、商業化，成為連接科研需求與專業基因合成服務的重要橋梁。其開發的標準流程和質量控制體系成為行業內的參考標準，它成功的運營模式也為后來者提供借鑒，促使更多公司進入基因合成市場，推動整個行業的蓬勃發展。
 
三、市場需求驅動下的高通量基因合成

• 市場需求

2025年，全球基因合成市場規模預計為28億美元，預計2032年將達到83億美元（復合年增長率17.7%）。隨著生命科學研究邁入組學時代以及生物技術產業的規模化發展，市場對基因合成的通量提出更高的要求。傳統的基因合成技術無法滿足同時合成大量不同基因的需求，例如在藥物篩選中，需要同時測試成千上萬種不同的基因變體對藥物的反應；在合成生物學領域，構建復雜的生物系統也需要大量不同功能的基因。在這種市場需求的驅動下，高通量基因合成技術應運而生。
 
來源: Market.US, "Gene Synthesis Market," 2023  

• 高通量基因合成技術

高通量基因合成（High-throughput Gene Synthesis, HTGS）是一種能夠同時、大規模合成大量不同基因序列的技術。相較于傳統的基因合成方法（固相合成），高通量基因合成技術基于芯片技術，采用自動化、高效并行的方式，在短時間內合成上千甚至上萬條基因序列，為大規模基因工程研究提供強大支持。
基于芯片的高通量合成
 

• 優缺點

優點：合成通量高、成本低、靈活性高。 
缺點：復雜序列的合成準確性有待提升。  
 

• 代表公司：Twist BioScience

Twist Bioscience專注于高通量基因合成解決方案。它打破傳統基因合成的通量限制，推動基因合成服務向高通量、低成本方向發展，加速相關領域的創新步伐，也為行業帶來新的商業模式和發展機遇。

四、AI賦能基因合成

• 現有技術的局限與行業難點

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

• 超長基因序列合成效率受限； 
• 復雜序列（如高GC區域、重復序列）錯誤率高； 
• 在基因設計階段，難以精準優化功能需求。 

 

• AI賦能基因合成技術

通過人工智能算法，對基因序列進行深度分析和優化，從而顯著提高合成效率和準確性。AI技術不僅能夠預測和解決復雜序列中的潛在問題，還能在設計階段提供精準的基因序列優化方案，確保合成的基因序列完全符合功能需求，適用于從基礎研究到工業應用的多樣化需求，包括基因構建、基因編輯、高通量文庫構建等。
 

• 優缺點

優點：智能化設計，提升復雜序列合成成功率。 
缺點：AI技術仍處于發展階段，算法需持續優化。
 

• 代表公司：Synbio Technologies

泓迅生物致力于成為合成生物學賦能技術領導者，作為首家將 AI 技術引入基因合成領域的公司，旨在通過AI賦能基因合成，解決高難度、復雜基因序列合成難題，為客戶提供智能化、精準化的基因合成解決方案。
 
自主研發生物智能分析工具：

• Complex Index（CI）：解決高難度序列（重復序列、發卡結構、高GC）合成。
• NG Codon：密碼子優化設計，提高蛋白表達效率。
• AI-TAT：精準預測生產周期，便于客戶合理安排后續實驗。

 

• 行業貢獻

泓迅生物將 AI 技術引入基因合成，為行業帶來全新的思路和解決方案。它推動基因合成技術從傳統的經驗驅動向數據驅動、智能驅動的方向轉變，為解決難度基因合成提供新的途徑，也為整個行業的技術升級和創新發展注入新的活力。

五、未來展望：商業化基因合成的機遇與挑戰
隨著商業化基因合成的不斷發展，未來基因合成行業有望迎來新的變革—生物體合成（In Vivo Synthesis）。生物體合成是指利用活細胞（如細菌、酵母或哺乳動物細胞）作為 “工廠”， 通過調控細胞內的基因表達和代謝途徑，直接在生物體內合成目標基因或分子，這種方法依賴于細胞自身的生物合成機制（如DNA復制、轉錄和翻譯），能夠高效、精準地完成復雜基因序列的合成。
 
生物體合成的優勢：    

• 高效性：細胞可同時進行多個合成反應，適合大規模生產。
• 精準性：細胞內的天然糾錯機制（如DNA修復系統）可減少合成錯誤。
• 環境友好：利用細胞的天然代謝途徑，減少化學廢物的產生。
• 多功能性：可同時完成基因合成、表達和功能驗證。

 
未來挑戰：

•  代謝干擾：細胞內其他代謝途徑可能干擾目標基因的合成。
• 調控難度：需要精確調控基因表達和代謝途徑，避免細胞負擔過重。
• 規模化瓶頸：大規模細胞培養和基因表達優化仍需技術突破。

 
未來，隨著合成生物學、基因編輯技術等相關領域的不斷進步，生物體合成有望成為未來發展的主流方向，為基因合成行業帶來革命性變革。