欧盟联合研究中心发布《欧洲新兴生物技术：政策展望》报告

       2024年12月，欧盟联合研究中心发布《欧洲新兴生物技术》（Emerging biotechnologies in Europe）报告，分析了欧盟工业生物技术的现状、挑战与机遇，并提出了针对性建议，为欧盟制定工业生物技术政策提供科学依据，助力欧盟在全球工业生物技术竞争中保持优势，实现可持续发展。
       一、工业生物技术概述
        1、发展历程：工业生物技术的发展经历了从古典生物学逐步演进到现代工程化工业生物技术的漫长过程。早期，人类利用微生物发酵生产食品和饮料，不过，直到 20 世纪初，才建立起首个工业规模的发酵工艺，用于生产丙酮、丁醇和柠檬酸等化学物质。到了 20 世纪 60 – 70 年代，青霉素以及工业酶等食品和饲料必需品也通过发酵技术实现生产。这些早期进展大多依赖传统成熟技术。直到 1970 年代，人们认识到可以在基因层面利用自然生物学，开启了生物技术的新时代，实现了蛋白质的可控生产，特别是在制药领域。随着对基因操作理解的加深，创建细胞工厂以开发更多市场应用产品成为现实，这些产品涵盖多个领域，还能让复杂供应链更具弹性。
        2、酶的大规模生产：工业酶的大规模生产主要依靠真菌（约 60%）、细菌（24%）、酵母（4%）以及植物和动物来源（约 10%）。全球工业酶市场呈现出强劲的增长态势，预计到 2029 年市场规模将达到 204 亿美元，复合年增长率达 7.8% 。以碳水化合物酶市场为例，它受到全球运动饮料摄入量增加、废水处理需求增长、烘焙产品消费上升等多种因素驱动。在食品和饮料行业，酶市场的年复合增长率超过 7.8%（2023 – 2032），这得益于加工食品和植物基饮料的流行、城市化进程加快以及对优质食品的需求增加。在亚太地区，城市化快速发展和饮食习惯的改变，使得对加工食品、饮料和乳制品的需求大增，同时该地区农业部门成熟，政府积极推动可持续和绿色技术，进一步促进了工业酶的应用和市场发展。
        3、发展驱动力：工业生物技术能够实现商业化应用，主要受到技术进步与融合、社会需求以及商业利益这三大关键因素的驱动。在技术方面，随机诱变、基因改组、半理性方法以及计算和人工智能驱动的技术不断发展，促使酶的性能得到显著提升，使其更适用于多种应用场景，进而推动市场增长。从社会层面来看，应对气候变化、环境退化、抗菌耐药性、地缘政治压力、供应链脆弱性以及保障健康和可持续的粮食安全等全球性挑战的迫切需求，成为工业生物技术发展的重要动力。在商业领域，全球制造业的现代化进程持续推进，各地区都在努力巩固自身在全球供应链和产业中的地位，特别是在摆脱对化石燃料和石化衍生物依赖的趋势下，工业生物技术成为提升竞争力的关键因素。这些因素共同作用，推动了工业生物技术在多个领域的广泛应用和发展。
        4、在生物经济中的地位：生物经济是一种全球现象，不同地区对其定义有所差异。欧盟将生物经济定义为利用陆地和海洋的可再生生物资源生产食品、材料和能源。2007 年，在德国担任欧盟轮值主席国期间，“科隆文件” 的发布助力欧盟构建生物经济战略和政策。在欧盟，生物经济重点关注非医疗技术领域，尽管其中包括通过工业生物技术生产的健康产品，如微生物合成的活性药物成分。而美国等地区则将所有部门都纳入生物经济框架。随着工业生物技术应用的不断深入，其在生物经济中的作用日益凸显，成为推动生物经济发展的重要力量。
       二、工业生物技术的定义、趋势和生态系统
       1、定义和技术：工业生物技术是生物技术领域的重要组成部分，它应用工程和受生物技术启发的工具，以可再生原料制造生物基产品。这一概念经历了演变，早期 “利用酶和微生物制造生物基产品” 的定义已无法涵盖基因编辑、人工智能等众多支撑技术带来的影响。如今，“现代” 工业生物技术的定义强调应用工程原理，对自然或基因工程改造的生物系统进行操作，以经济、可持续的方式提供消费品和服务。这些技术的发展使工业生物技术突破了传统范畴，为其在多领域的创新应用奠定了基础。
        2、语言和现代化：21 世纪初，基因组测序、代谢网络模型等一系列新技术及相关术语的出现，极大地拓展了工业生物技术的领域。这些技术让科学家能够重新设计生物体，赋予其新的功能。目前，工业生物技术正快速成熟，科学家致力于开发改进基因组的工具，如遗传电路、精准基因调控部件等。尽管全基因组合成技术尚处于起步阶段，但利用 MAGE 和 CRISPR/Cas9 等技术对现有基因组进行编辑已成为当前的研究热点。此外，合成生物学、工程生物学等术语在全球范围内被广泛使用，不同术语虽表述各异，但大多描述的是同一类科学过程，反映了该领域技术的多样性和复杂性。
        3、商业应用的演变：现代工业生物技术在食品、材料和能源等领域有着广泛应用，其发展得益于全球数十年在医疗生物技术和基因研究方面的积累。例如，人类基因组计划推动了基因组测序技术的发展，为工业生物技术提供了专业的服务、制造、投资、人才培养以及政策和监管框架。成功的工业生物技术经济体往往在医疗生物技术领域具备深厚基础，相关的教育、研究、技能和产业基础设施可延伸至工业生物技术领域，形成产业支撑。随着技术的不断进步，工业生物技术正从医疗领域向农业、食品、环境等多个领域拓展，对人类生活和社会发展产生越来越广泛的影响。
       三、工业生物技术生态系统
        1、成功的基础因素：成功的工业生物技术区域具备一些共同特征，但并非所有因素都不可或缺。在生物制造的新时代，区域需在创新与生产之间寻求平衡，可借助财政和政策激励等多种措施来巩固全球地位。
        2、原料获取：充足、低成本且稳定供应的生物质原料是工业生物技术大规模成功应用的基础。2017 年，欧盟使用了大量生物质，但以玉米等作物为原料的糖类引发了对粮食资源转移的担忧，且预计 2050 年生物质供需缺口将扩大。因此，寻找替代碳源，如工业废物流、生物质废弃物和碳捕获产物等，成为当务之急。
        3、知识和经验：开发现代工业生物技术需要运用现代生命科学和生物技术工具与技术的知识和经验，涵盖从设计到评估的多个环节。然而，发展下一代细胞工厂在各阶段都面临挑战，如基因选择困难、标准化组装方法缺失、数据处理问题等。这些挑战促使欧洲出现了一批中小企业，推动了生物技术新经济部门的发展。
        4、共享价值链：健康生物技术的溢出效应对非健康生物技术的发展起到了重要的支持作用。欧洲自 20 世纪 90 年代起，医疗生物技术行业蓬勃发展，创造了科学和商业技能基础、价值链、投资环境、服务部门和产业集群，为工业生物技术的发展提供了有力支撑。
        5、技术融合：人工智能在生物技术的多个领域已产生显著影响，但在数据质量、隐私和伦理等方面存在诸多障碍。例如，数据的异质性、缺乏元数据和标准化等问题限制了人工智能在生物技术中的应用。此外，在人工智能的应用中，还需解决数据隐私、安全以及算法偏见等问题，以确保其在生物技术领域的可持续发展。
        6、规模化生产：创新的成功不仅依赖强大的研究基础，还需实现规模化和广泛的工业应用。应用研究与商业使用之间的衔接至关重要，它能整合多种技术和技能，解决规模化带来的技术和经济挑战。欧洲通过试点工厂和联合项目等方式，为创新的规模化提供支持。
        7、生物铸造厂：生物铸造厂是工业生物技术战略和长期发展的关键，它是一种高度自动化的设施，集成了多种先进技术和设备。全球生物铸造厂数量有限，欧盟仅有 4 个。建立生物铸造厂有助于降低成本、缩短创新周期，推动工业生物技术的发展。
        8、全球参与者和政策框架：全球生物技术市场规模庞大且增长迅速，工业生物技术是其重要组成部分。不同国家和地区在工业生物技术领域的表现存在差异，拥有强大医疗生物技术基础的国家往往在工业生物技术应用方面也较为出色。政策和监管框架对工业生物技术的经济活动起着关键作用，近年来，该领域受到了全球政策的广泛关注。
       四、法律和监管方面
       1、现代生物技术的监管挑战
       现状与问题：许多工业生物技术产品和技术仍受旧有欧盟法规监管，审批流程繁琐、成本高，且面临公众争议。不同国家监管框架和标准的差异阻碍了国际贸易和市场准入。例如，转基因生物、基于微生物的创新产品、新型食品等常面临过时法规的限制，影响其市场推广。
       具体领域的挑战：在植物新基因组技术（NGTs）、新型食品、生物植物保护、食品和农业副产品利用、生物基化学品和塑料以及微生物组相关产品等领域，法规存在标准不明确、审批时间长、经济激励不足等问题，制约了创新和产业发展。
       近期进展：RAND（欧洲）评论、哥本哈根经济报告以及欧盟委员会的相关通信，都提出了改进监管的建议，包括建立适应性监管框架、加强机构合作、设立快速审批通道等。欧盟委员会还计划通过一系列措施，如简化立法、建立生物科技中心和监管沙盒等，来优化监管环境。
       立法动态：欧盟委员会提出放宽植物 NGTs 营销授权要求的法规提案，欧洲食品安全局（EFSA）也对相关技术应用给出科学意见。若提案实施，将提升现代生物技术的吸引力，但同时也对知识产权保护体系提出更高要求。
        2、知识产权相关挑战
       保护的平衡：在生物技术领域，知识产权保护需在激励创新和防止过度垄断之间寻求平衡。目前存在知识产权重叠、法律不一致等问题，影响研发投入和市场竞争。
相关报告及建议：欧洲科学院和人文学院联盟（ALLEA）、马克斯・普朗克创新与竞争研究所等机构的报告和声明，针对植物育种中 NGTs 的知识产权问题提出建议，包括改进专利信息获取方式、建立专利池、明确植物品种权相关标准等。
未来趋势：随着 NGTs 的应用增加，植物品种权的重要性日益凸显，其监管框架的变化将对可持续发展、生物多样性和粮食安全产生影响，利益相关者需密切关注并参与相关讨论。
        3、AI 和数据治理
       法规框架：欧盟致力于创建促进 AI 创新的监管环境，制定了包括《人工智能法案》（AIA）在内的一系列法规。然而，这些法规较为复杂，给中小企业带来了合规挑战。
       工业生物技术领域的问题：在工业生物技术中，AI 应用的风险分类和合规义务尚不明确，通用人工智能模型的 “实质性修改” 定义模糊，科学研究豁免的解释也存在不确定性。此外，还面临数据质量和数量、数据共享与隐私保护、知识产权归属、模型可解释性等多方面的挑战。
       生物安全与 AI 的关联：AI 与生物技术的结合带来了生物安全风险，如可能被用于制造新型病原体。专家呼吁政府加强监管，评估相关模型风险，欧盟也需深入研究并完善相关法规和治理体系。
       五、SWOT 分析和建议
        1、SWOT 分析
       优势：欧盟在工业生物技术领域具备多方面优势。其拥有强大的公共和私人研究基础，国家及欧盟层面的大量公共投资促进了工业研究发展，形成了众多生物技术热点地区。研究人员流动性强且技能发展良好，框架计划推动了跨境研究人员交流与技能提升。同时，欧盟建立了完善的合作研究框架和公私合作伙伴关系，为技术的大规模应用提供了平台。此外，还有针对中小企业的研究和投资计划，积极开展跨部门研究，并且拥有雄厚的历史工业基础，在可持续发展、竞争力提升方面的政策战略以及相关的通信和法案也为工业生物技术发展提供了支持，目前还具备一定的工业生物技术制造能力。
       劣势：欧盟在工业生物技术发展中也面临诸多劣势。资金方面，缺乏集成资本市场，生物技术转化和应用的资金投入速度和规模不足，难以满足早期先进技术发展需求，导致企业竞争力受限。立法治理方面，立法框架和流程缓慢、不透明，部分立法阻碍了生物技术的应用，如植物 NGT 立法影响了相关创新的投资。监管方面，存在碎片化、不清晰、不透明、复杂且速度慢的问题，影响企业市场准入决策，对中小企业冲击较大。此外，工业生物技术的分类标准存在问题，缺乏公平的竞争环境，生物技术创新还存在被政治化利用的情况，技术转移机制也相对滞后，创新原则与 precautionary 原则应用失衡，限制了欧盟在该领域的发展。
       威胁：全球其他地区对工业生物技术的大力推动对欧盟构成重大威胁。中国、印度、美国等地区借助区域战略和财政工具加速发展工业生物技术，不断扩大产能。这将导致欧盟在该领域的经济增长速度落后，供应链主导地位丧失，相关产业竞争力下降，进而影响工业产出、出口和进口，并且可能加剧欧盟食品生产方面的困境。
       机遇：欧盟在工业生物技术发展中也存在一些机遇。通过聚焦技术融合创新，利用其在多技术领域的研究优势，以生物铸造厂模式为依托，能够打造具有竞争力的创新热点。凭借在技能发展和研究方面的固有优势，创建卓越中心和技能中心，与区域经济和科学特点相结合，可促进技术转移。此外，将谨慎原则与创新原则相结合，有助于平衡工业生物技术应用中的商业劣势，增强公众对相关研究的认可。欧盟还可凭借其法律框架为全球提供长期经济稳定预期，在政治不稳定时期吸引投资。同时，利用已有的公私合作框架，进一步推动工业转型，加速先进技术的应用。
         2、建议
       加强沟通：确保所有利益相关者理解现代工业生物技术的机遇，重新平衡谨慎原则和创新原则在欧盟发展中的权重。积极宣传其应用和解决方案，鼓励学术界和研究人员创新应用，推动监管机构和创新者透明沟通，促进公众对技术融合的理解，开展教育活动让公众了解工业生物技术的利弊及伦理法律影响，避免和应对错误信息，引导创新者利用 AI 技术。
       支持初创企业和技术转移：鼓励大学技术开发，加强高质量技术转移办公室建设。深入研究欧洲大学在全球排名不高以及在孵化风险投资资助企业方面表现不佳的原因，开展高科技管理、创业等相关课程培训，提升技术转移办公室的作用，促进技术转移和初创企业发展。
       促进协调与合作：激励所有利益相关者积极合作，加强产业与研究机构的联系。针对 AI、大数据等技术领域的 “差距”，开发专门的资助模式。引入灵活的小额短期资金，支持新想法的测试和技术成熟度提升。鼓励技术转移办公室创建多学科初创企业，开发资助模式推动供应链和价值链向现代工业生物技术多元化发展，建立开放创新网络促进产学研合作，推动健康与非健康生物技术共享供应链和价值链。
       推动规模化发展：积极获取生物质资源，建立试点工厂和生物制造铸造厂。与产业共同开发资助模式，打造相关网络，将其与生物质生产者合理布局。建设靠近天然材料来源和相关技能人才的高科技园区，支持高通量、自动化等相关领域研究，推动生物铸造厂规模化、一体化运营。
       提升技能水平：确保工业生物技术规模化发展所需的多层次技能人才供应。开发跨学科的科学、工程和商业课程，培养复合型人才。开展高科技管理、创业等方面的再培训课程，培养适应新环境的技术和管理人才。
       制定标准和指标：设计全球认可的指标和标准，建立通用语言、基准和质量保证体系。推动清晰易懂且鼓励创新的法规制定，贯彻负责任研究创新、环境可持续治理和可持续发展目标等原则。
       保障生物安全和生物安保：重视新兴技术的两用性威胁，监测潜在恶意工程生物的环境释放，建立检测系统和政策措施。欧盟机构应深入研究生物安全的监管影响，完善法规框架，推动国际协调合作。
       优化监管：更新欧盟转基因和生物创新立法，以科学和产品安全为导向。加快转基因框架修订，推广监管沙盒模式，研究其合规性和设计实施问题。充分利用现有结构建立欧盟生物技术中心，帮助企业应对监管和扩大规模。针对不同技术领域，如 NGTs、微生物和微生物组创新、人工智能等，分别采取加快立法、明确标准、促进 AI 应用等措施，同时完善知识产权保护相关法规和基础设施。
       六、结论
        1、工业生物技术发展态势
工业生物技术因合成生物学和工程生物学的融入正经历快速变革。合成生物学借助基因组编辑、DNA 合成与测序技术，能够创造具有特定性状的新生物体；工程生物学则专注于生物铸造厂的开发，并整合机器学习和 AI 等先进工具，以优化数据分析和生物过程。这些技术为工业生物技术带来创新、高效且可持续的解决方案，奠定了该领域发展的基础。
        2、欧盟的地位与挑战
       历史地位与当前竞争格局：欧盟在生物技术领域，尤其是医疗保健部门曾占据领先地位，其成果也延伸至工业生物技术领域。然而，近年来全球竞争加剧，北美和亚洲地区发展迅速，欧盟虽在研发方面仍具实力，但在监管和创新规模化方面存在不足。
面临的具体挑战：从研发到商业化生产的过渡是欧盟面临的重大障碍。尽管欧盟建立了试点工厂和生物铸造厂，但规模化生产需要大量投资、专业人才，以及能支持高通量技术、自动化和实时监测系统的基础设施。此外，监管碎片化、资金需求大以及来自补贴行业的竞争，也对欧盟维持关键供应链的控制和保障战略自主权构成挑战。
        3、应对建议
       欧盟需加大在工业生物技术领域的投资，制定清晰且协调统一的法规，对生物制造基础设施进行战略性投资，并促进公私合作。同时，要提升劳动力技能，加强学术界和产业界的合作，制定适应创新的法规，确保在保障安全和质量的同时鼓励创新。发展工业生物技术对欧盟至关重要，不仅有助于应对气候变化等全球性挑战，推动可持续发展，还能为欧盟经济创造强大且盈利的基础，提升其在全球的竞争力，维护战略自主权。