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深耕14年，一文看懂全产业链视角下的华大合成生物学探索
发布时间：2025-10-30
合成生物学因其革命式、颠覆式的创新潜力，被誉为“第三次生物科学革命”，是世界各国必争的科技前沿阵地和国家战略高地。合成生物产业体系中，DNA合成技术是关键底层技术，其发展水平直接决定了整个产业链的研发效率与产业化进程。因此，实现高通量、高保真、低成本的DNA合成，对布局“万亿”级的生物经济领域，具有不可或缺的底层支撑作用。
自2011年起，华大的合成生物学团队就深度参与了被誉为合成生物学重要里程碑的“酵母基因组合成国际计划(Sc2.0)”，并围绕高通量DNA合成技术和装备、DNA存储、合成生物产业等领域不断取得突破，目前累计发表论文61篇，其中Science、Nature、Cell及其子刊19篇，申请专利76项，制定标准17项（包括国际标准和国家标准各1项）。
一、源头创新，自主研发DNA合成技术与装备
在合成生物产业上游，高通量DNA合成仪器作为“合成生物学的工业母机”，是实现规模化、自动化基因合成的核心装备。长期以来，以英美为首的发达国家垄断了DNA合成主流技术发展。国内DNA合成技术与装备主要通过模仿国外技术原理实现仪器研制，且难以适配大规模基因组合成等下游应用场景。
针对上述瓶颈，华大从原理层面另辟蹊径，开发基于微芯片分选原理的高通量DNA合成技术（mMPS），创新性提出了“识别-分选-合成-汇聚”的控制策略，并完成了自主知识产权高通量DNA合成装备的开发与验证，将高通量合成下的寡核产物产率大幅提升至nmol水平，领先世界水平4-6个数量级，标志着我国在合成生物学领域关键“卡脖子”技术的重要突破。
（Nature Biotechnology，2025）
👉点击查看详细解读：专家点评 | 新一产Nat Biotechnol发布mMPS技术，从源头颠覆DNA合成范式
二、构建自主可控的自动化、规模化平台
合成生物产业中游，通过依托DNA合成装备搭建技术平台，为基因合成、文库构建、引物合成等提供关键支撑服务。基于自主研发的mMPS技术，华大成功构建了国内首个核心工具自主可控的高通量DNA合成公共平台。
该平台集成智能化设计软件与自动化工作站系统，具备年合成通量超百亿碱基的规模化能力，实现了从引物合成到长片段基因组装的全流程无人值守运行。平台在合成通量、精度与成本控制等方面实现系统性突破，标志着自主DNA合成技术完成从“实验室原理验证”到“工业级稳定输出”的重要跨越。
三、原创技术支撑，助力科学前沿突破
目前，该技术不仅为合成生物学在生命探索、疾病干预及数据存储等方向的基础研究提供了核心支撑，也为其后续的产业转化与应用奠定了关键科学基础。
（一）酵母基因组设计合成及应用
在酵母基因组设计合成领域，华大联合合作单位共同承担了Sc2.0计划中酿酒酵母二号、七号、十三号染色体的从头设计合成，共计完成总合成量的25%，约合300万碱基的合成工作，实现了Mb级别染色体的定制化和高效构建。相关成果在Science等杂志以专辑封面形式发表，并曾入选“2017年中国科学十大进展”。该项目使我国成为继美国之后第二个掌握真核生物基因组设计构建能力的国家。
（Science 2017；Cell 2023；Cell Genomics 2023）
在疾病机制研究方面，华大团队以人工合成的酿酒酵母七号染色体为基础，构建了非整倍体疾病模型，并通过高通量筛选技术，系统鉴定了导致非整倍体表型的关键基因靶点。该研究有望为非整倍体疾病致病机制的解析以及相关药物筛选提供新的平台和策略。
（Cell Genomics 2023）
在探索衰老机制方面，基于人工酿酒酵母十三号染色体构建了一种新型的酵母衰老研究模型。利用该模型，研究团队实现了对长寿相关基因靶点的快速挖掘与系统性鉴定，为揭示衰老机制及开发延缓衰老的策略提供了全新的研究范式与方法支撑。
（Nature Communications 2024）
在生物制造、生物安全防控的应用方面，华大团队创新性地引入基因密码子拓展技术，实现了对合成酵母SCRaMbLE系统的精确控制。基于此技术，成功开发出多款高性能酵母菌株，在风味物质、食品添加剂及特种啤酒等高价值产品的生产中展现出卓越的应用前景。
此外，华大首次在酿酒酵母中建立了基于非天然氨基酸的生物安全防控系统，能有效防范核心工业菌株被窃取，为生物制造行业的生物安全保障与健康发展提供了创新解决方案。
（Nature Communications 2022，2023）
（二）揭示蛋白质稳定性与疾病的关联
在mMPS技术的支持下，华大与西班牙巴塞罗那基因组调控中心合作，成功构建了涵盖超过120万种蛋白质结构域突变体的深度饱和扫描突变文库，是迄今规模最大的人类蛋白质结构域变体资源库。该文库有望成为基础科学研究、临床遗传学及药物研发领域的重要工具，助力人类基因组的精确注释，推动精准医学的发展。
（Nature，2025）
（三）助力DNA信息存储领域突破
目前，DNA存储技术凭借其高存储密度、低维护成本和长存储寿命等优势，已成为最有潜力应对当前数据爆炸时代存储挑战的颠覆性技术。
华大围绕DNA存储“编-写-存-读-用”全技术链条进行研究布局，持续形成原理技术突破，开发了高密度、高可靠性的“阴阳码”编解码方法，在保证高信息密度的同时实现了上下游技术的适配，并将数据恢复水平提升了两个数量级。
（Nature Computational Science，2022）；《开国大典》DNA存储应用示范，入选“十三五”科技创新成果展
四、建设标准体系，推动产业化应用
（一）标准体系建设与质量保障
为确保产业化输出的质量与可靠性，华大建立了完整的DNA合成标准体系，严格执行产品全生命周期质量管理。同时，华大积极发挥产业引领作用，牵头筹建并于2024年3月正式获批成立“江苏省合成生物标准化技术委员会”，系统推进合成生物标准化工作，并积极参与ISO 20688-2国际标准及19项行业标准的制定，从源头引领产业规范，奠定了其作为合成生物学“工业母机”的坚实基础。
（二）多领域产业化成果
凭借平台在通量、成本与质量上的综合优势，华大成功将核心技术能力转化为市场竞争力，在多个高价值领域实现了商业闭环。具体成果体现在：
诊断与育种：作为核心原料供应商，为临床IVD、司法鉴定与农业育种领域提供高性能探针，成功交付产前亲子鉴定Panel、司法个体鉴定Panel、大豆15k育种分型等产品，性能指标获得市场认可。
测序产业链支撑：作为上游关键环节，年稳定交付300万OD高纯度引物与建库接头，有力保障了全球高通量测序产业的稳定运行与数据质量。
基因合成服务：提供从3kb快速交付到复杂序列的合成服务，成为工业菌株开发与基础科研的可靠合作伙伴。
未来，华大将坚持以“读写存”自主平台为核心，持续推动DNA合成技术向更高通量、更低成本、更强智能化方向演进，深度融合人工智能与自动化系统，赋能“设计-合成-测试-学习”的创新闭环。
同时，华大也将致力于把合成生物学工具能力转化为在生物医药、绿色能源、农业育种、DNA信息存储等领域的系统性解决方案，推动生物制造成为新质生产力的重要引擎，为生命科学进步与人类社会发展贡献中国力量。
五、聚焦合成，提供专业服务
华大新一产作为华大集团全资子公司，承载着集团在合成生物学产业化领域的重要战略布局。华大新一产提供4大类合成服务，助力分子生物学研究、分子诊断、药物筛选等研究开展。
（一）引物合成：高纯度保证
采用高效液相色谱纯化工艺生产，具有高纯度、低交叉污染率、批次间稳定性好等特点，广泛应用于高通量测序、体外诊断等领域。此外，超纯引物还支持上百种修饰类型，满足丰富的应用场景需求。
（二）基因合成：3kb仅需3天
基于自主研制mMPS原理高通量合成仪，率先整合高通量并行合成技术、自动化组装技术及高通量测序验证三大关键步骤，实现基因合成的高度自动化集成，助力大规模功能验证性研究的成本控制，具有速度快、通量高、成功率高、准确率高等优势，可广泛支撑生命科学研究与生物医药应用。
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（三）突变文库：定制化解决方案
突变体文库是抗体工程、酶定向进化、药物靶点筛选以及基因治疗等研究领域中的核心工具。面对长序列、多位点、高多样性组合的复杂需求，传统的构建技术常面临规模与质量的双重瓶颈。华大新一产通过技术创新，成功突破这些挑战，提供定制化的解决方案，助力研究者在功能发现的边界不断前行。
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（四）捕获探针：实现位点精准识别
华大新一产突破传统探针设计的局限，通过整合海量基因组数据构建模型，采用动态模拟探针杂交热力学算法+智能评价分级，自主开发了探针设计工具，覆盖关键靶标，实现位点精准识别。
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六、布局产业，打造完整解决方案
华大新一产致力于开发与提供生命科学核心原料完整解决方案，业务范围涵盖合成服务、生物试剂原料和工具耗材。新一产具备多学科尖端技术的创新能力与高水平的质量体系，已搭建合成生物、蛋白工程、核酸化学三大业务平台。
