中投网2026-07-10 15:45 来源：中投顾问产业研究大脑
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经过“十四五”时期的快速发展以及在2024年被首次写入政府工作报告、2025年“十五五”规划建议正式将生物制造列为六大未来产业之一，中国生物制造产业已进入从“量的积累”向“质的飞跃”转型的关键阶段。据2025年12月2025生物制造大会（重庆）现场发布的数据，全国生物制造产业总规模达到1.1万亿元，生物发酵产品产量占全球70%以上，其中食品及添加剂、生物制药两个细分领域年产值均超4000亿元。赛迪研究院消费品工业研究所所长李博洋介绍，“十四五”期间，生物发酵产值较“十三五”末增长约20%，透明质酸、聚乳酸、人工合成淀粉等部分新兴领域已实现与发达国家并跑或领跑。与此同时，中国生物制造领域论文发文量、专利申请量全球占比均已超过20%，建成了一批国家重点实验室和产业创新平台。从投资环境来看，2025年我国生物制造领域投融资规模已增长至近300亿元/年，全球合成生物制造投融资保持约30%的年复合增长率，2025年预计可达250亿美元左右。以下从产业链关键环节、核心技术突破、人工智能深度融合、五大应用领域产业化进展以及当前面临的产业化瓶颈与国家破局部署五个维度，系统梳理中国生物制造产业的最新发展图景。
一、生物制造核心技术突破：合成生物学、基因编辑与酶工程
核心技术的持续突破是生物制造产业高质量发展的根本驱动力。“十四五”以来，我国在合成生物学、基因编辑与酶工程等领域取得了系列重要进展，正从“跟跑”向“并跑”和“领跑”转变。据《中国工业生物技术发展白皮书2025》分析，我国在生物制造领域发文量和发明专利申请数量均居全球第一，部分关键技术领域已实现重要突破。
从整体态势来看，我国在合成生物学、基因编辑、酶工程等核心技术领域的研发能力持续增强，自主创新的高通量基因测序仪、高精度基因拼接仪、AI蛋白质大分子设计平台等关键工具和平台也实现了重要突破，正在从过去的“跟跑”向“并跑”和“领跑”的战略转变。然而，在核心专利布局的系统性、原创性酶资源的积累深度以及部分关键技术工艺的工程化成熟度等方面，与国际先进水平仍存在一定差距，未来需要在基础研究与应用研发之间建立更加顺畅的转化通道。
1、合成生物学使能技术持续突破
合成生物学作为生物制造的核心支撑技术，近年来在元件库构建、代谢网络设计、细胞工厂创制等方面进展显著。2025年12月，中国科学院天津工业生物技术研究所王钰研究员团队取得重要突破，开发了一套系统的甲醇芽孢杆菌合成生物学使能技术，包括高效的DNA电转化方法（将转化效率较原方法提升1000倍）、基于热稳定CRISPR-Cas9系统的基因组编辑技术（靶向致死率超过98%）、用于基因稳定表达的染色体中性位点及生物设计工具。利用该系统，团队构建了无质粒、表型稳定的工程底盘，并首次实现了以甲醇为唯一碳源生产L-精氨酸。甲醇低价易得、能量密度高，可利用二氧化碳、生物质为原料规模化生产，是生物制造理想的非粮替代原料，该突破为拓展生物制造原料来源提供了新的技术路径。
2、基因编辑技术迈向大片段精准操控
以CRISPR为代表的基因编辑技术持续演进。2025年8月，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员团队研发出一种新型可编程染色体编辑技术（PCE），在动植物中实现了从千碱基到兆碱基级别DNA的多类型染色体精准操纵，攻克了大片段DNA精准操纵这一基因编辑领域的核心难题。相关成果发表于《细胞》期刊，审稿人评价其为“基因工程领域的重大突破”。该技术在动植物细胞中成功实现了18.8kb超大片段DNA的定点整合、5kb序列的定向替换、12Mb的染色体倒位、4Mb的染色体删除及整条染色体的易位。利用该技术，研究团队还成功创制了含315kb精准倒位的抗除草剂水稻种质，展示出在作物改良方面的广阔应用前景。
3、工业微生物基因编辑也在快速推进
上海交通大学微生物代谢国家重点实验室童垚俊团队自2013年以来致力于为链霉菌等工业微生物构建高效基因编辑工具，目前已形成从基因失活、转录抑制、单碱基编辑、多基因编辑到先导编辑的完整遗传操作体系。江南大学陈坚院士团队张国强研究员课题组则基于高扩增性能的噬菌体DNA聚合酶与CRISPR-nCas9建立了高效可控的基因组靶向体内连续进化系统（CTRLE），应用于基因组位点的连续进化以获得具有特定表型的菌株。这些研究共同丰富了中国在微生物基因编辑领域的技术储备，为工业菌株的高效改造提供了多样化工具。
4、酶工程与蛋白质设计加速发展
酶是生物制造的“催化剂”，酶工程技术的发展直接决定了生物催化的效率和选择性。近年来，我国在酶挖掘、酶改造和从头设计等领域均取得了重要进展。在技术应用层面，陕西海斯夫生物工程有限公司入围工信部首批典型应用案例的“构建高效细胞工厂实现生物制造替代化学合成方式生产香兰素”项目，通过自主构建的“AI+全链路”蛋白质虚拟筛选平台，系统优化了香兰素生物合成路径中的关键酶，打造出香兰素高效合成细胞工厂。此外，常州新一产生命科技有限公司的“蛋白质智能预测和改造技术实现极端蛋白元件高效挖掘和性能优化”项目以及江苏创健医疗科技股份有限公司的“应用人工智能辅助重组胶原蛋白精准设计”项目，均入选工信部典型应用案例。这些案例表明，AI与酶工程的深度融合正在显著提升蛋白质元件的设计效率与功能优化能力。
二、人工智能与生物制造深度融合：16项典型应用案例
人工智能正深刻变革生物制造的科研范式和生产模式。生物技术作为典型的数据密集型学科，正成为人工智能赋能科学发现和技术创新的最佳试验场。目前，AI与生物制造的深度融合已在菌种设计、工艺开发、过程控制、放大生产等全产业链环节展开，推动“设计—构建—测试—学习”全流程向智能化闭环跃迁。
国家级典型应用案例体系建设。2025年8月，工业和信息化部办公厅印发《工业和信息化部办公厅关于印发人工智能在生物制造领域典型应用案例（第一批）的通知》（工信厅消费函〔2025〕327号），首批共16个项目入选，分为“优秀”和“典型”两个等级，覆盖生物反应过程的智能控制、细胞工厂的构建及优化、高性能蛋白质元件设计及构建、代谢通路的设计及优化等多个场景。这些案例代表了我国AI赋能生物制造领域的最高水平，具有较强的行业示范意义和推广价值。工业和信息化部明确表示，后续将进一步推动人工智能与生物制造深度融合，促进生物制造全产业链提质升级。
菌种设计环节：从“挖酶”到“创酶”的跨越。在蛋白质元件设计与细胞工厂构建方向，入选案例展示了AI技术的显著赋能效果。常州新一产生命科技有限公司的“蛋白质智能预测和改造技术实现极端蛋白元件高效挖掘和性能优化”项目，利用深度学习算法对极端环境微生物的蛋白质数据库进行挖掘和预测，实现了高性能蛋白元件的高效开发。江苏创健医疗科技股份有限公司的“应用人工智能辅助重组胶原蛋白精准设计”项目，则通过AI辅助的蛋白质设计平台，实现对重组胶原蛋白序列的精准设计和功能预测，显著缩短了研发周期，提升了产品品质。
在细胞工厂构建与代谢通路优化方向，陕西海斯夫生物工程有限公司的“构建高效细胞工厂实现生物制造替代化学合成方式生产香兰素”项目，通过自主构建的“AI+全链路”蛋白质虚拟筛选平台，系统优化了香兰素生物合成路径中的关键酶，打造出高效合成细胞工厂。天津工业生物技术研究所的“数据驱动的细胞工厂设计与高通量技术融合”项目也入选了典型案例名单，主要聚焦芳香族化学品的高效生物合成，通过数据驱动的细胞工厂设计与高通量技术融合，为生物制造智能化升级提供了可复制的实践范例。
工艺开发与过程控制环节：智能化闭环的系统构建。在生物反应过程的智能控制方面，AI技术正在显著优化发酵过程的预测精度与控制效率。通过构建数字孪生系统，研究人员可以在开展真实实验之前就利用仿真环境对工艺条件进行系统模拟和筛选，AI算法能够对海量参数组合进行高效筛选，辅助识别更优的工艺条件，从而提升产物产量与过程稳定性。基于深度学习模型的“感知—决策—调控”闭环系统可以实时处理温度、酸碱度、溶氧、尾气等多模态时序数据，在发酵早期预测后期走势并生成调控建议。通过融合多光谱传感与机器学习算法，还可对关键代谢物进行实时监测与智能补料，有助于减少批次间差异，提升生产稳定性。
据赛迪研究院电子信息研究所《人工智能赋能生物制造研究》报告分析，AI赋能生物制造的技术变革正在全局推进中：人工智能正在从菌种设计阶段的生成式模型与蛋白质语言模型应用、工艺开发阶段的数字孪生与理性设计转型、过程控制阶段的智能化自主运行，到放大生产阶段的虚拟放大实验辅助破解中试产业化瓶颈等多个维度重塑生物制造全产业链条。这一进程中，我国已初步形成了一批具有自主知识产权的AI+生物制造融合技术成果。
图表：我国16项典型应用案例概览
数据来源：工业和信息化部“人工智能在生物制造领域典型应用案例（第一批）”，工信厅消费函〔2025〕327号，2025年8月发布、中投产业研究院
从发展趋势看，随着云实验室和自动化实验平台在全国范围内的加速普及，生物制造的研发周期有望从“年”缩短至“月”甚至“日”。大语言模型与底层技术的深度整合、人机协同决策体系的逐步建立，正推动生物“智造”新时代加速来临。
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