2023-2024年，深圳、天津发布了基因和细胞产业促进条例，湖南省的相关条例预计在2025年发布。北京、上海等地发布基因治疗产业集群实施方案，河北、安徽、常州、芜湖等地发布以基因合成为核心的合成生物/生物制造产业行动方案。 基因科技到底有何价值，吸引多地出台基因产业促进政策？ 基因是什么？ 基因是生命健康的密码：基因是生物体遗传信息的基本单位，即生命健康的密码。在生育过程中，亲代通过基因将遗传信息传递后代；个体的基因在后天伴随习性及环境也会发生变异。随着生物技术的发展，基因遗传和变异可以被检测和计算（基因检测），引起疾病的基因变异可以被修复（基因治疗），基因编码生命的过程可以模拟和定制（基因合成）。 基因是生物大分子物质：基因位于染色体上，呈线性排列，本质是一段DNA。也有生物的基因是RNA（例如病毒）。DNA（脱氧核糖核苷酸）和RNA（核糖核苷酸）总称为核酸。核酸是生物大分子，用于储存遗传信息和传递遗传信息。 基因是可测量的生物信息：基因是序列的，可测量的，数字的。基因序列通常由四个碱基（A、T、C、G）组成，不同碱基的分子量不同且遵循互补配对的规则（A和T，C和G配对）；因此，通过测序仪、PCR等设备可以读取基因序列，并转换成信号图或ATCG序列。一个人的所有两万多个基因（基因组）的序列文件达到100G量级；这类结构化、大规模的文本文件，是GPU、云计算、人工智能、区块链等进行存储、计算或传输的重要应用对象。 基因科技有何价值？ 从1865年的孟德尔豌豆实验算起，基因科学发展了近160年，既包含了个体的遗传、发育等，也包含群体的进化、生物多样性等内容，与遗传病、生育健康、肿瘤、公共卫生等领域密切相关。 从Roy Britten于1968年发明分子杂交技术算起，到后来的PCR、测序、基因芯片、基因编辑、基因合成、DNA存储等，基因技术发展了50余年。其中，全基因组检测成本从1990年的十亿美元下降到2024年的200美元左右，全球前十的IT企业均参与到基因数据分析。 1990年启动的国际人类基因组计划，与阿波罗登月计划、曼哈顿原子弹计划并列为20世纪三大科学计划。得益于此，基因研究和转化应用加速。一方面，从单个基因迈入到全基因组，从单个样本迈入大人群队列研究，从基因组迈向多组学（基因组、转录组、蛋白组等）；另一方面，基因科技从科研殿堂飞入寻常百姓家，应用于生育健康、罕见病诊疗、肿瘤用药及早筛、公共卫生、生物育种、生物多样性、生物制造等方面。以下举例说明。 1. 生育健康 2023 年 10 月，浙江省首例应用三代测序技术的单基因病胚胎植入前遗传诊断技术的试管婴儿 宝宝在邵逸夫医院产科健康出生; 我国最大的辅助生殖中心之一的中信湘雅的PGT移植周期数截至2023年10月达到26868 个，临床妊娠率约63.4%。2024 年，继北京后，上海、江西、山东、内蒙古、甘肃等地宣布部分辅助生殖所产生的费用纳入医保支付范围。 河北省于2019年在全国率先开展了全省孕妇无创产前基因和耳聋基因免费筛查两大惠民项目。截至今年8月，为全省161万名孕妇提供了无创产前基因免费筛查服务，为141万名孕妇提供了耳聋基因免费筛查服务，结合遗传咨询和产前诊断，有效减少4000余例出生缺陷患儿出生。 2. 罕见病诊疗及新药研发 罕见病中 80% 是遗传性疾病。在传统医学的基础上，通过基因检测和遗传咨询确定罕见病相关基因变异，使得 25%-35% 的未确诊患者得到诊断，也为受检者家庭提供生育指导。基因检测的高速发展将罕见病发现与基因确定的时间差距快速缩短，从 90 年代的最长 37 年到 2014 年的几乎同步。 2015年，一名 20 个月的女童最初表现为眼球震颤和共济失调，随后发展为上臂弛缓性麻痹和颈部肌肉无力，在首次出现症状的 5 个月内，通过外显子组测序检测到 SLC52A2 基因的两种功能性变异，确诊为 BVVL 综合征，基于基因功能对应给予核黄素(又称为维生素 B2)治疗，在最初的 2-4 周内，临床上迅速得到积极反馈，在接下来的 8 个月的临床随访中表现稳定。2021 年，东莞市儿童医院出现类似的通过维生素 B2 治疗 4 岁 男童基因 SLC52A2 变异的临床案例。 孤儿药是罕见病治疗的主要路径，2023 年FDA批准的 55 种新药中孤儿药 占 51%。截至 2023 年 3 月 1 日，我国共有 69 种罕见病药物纳入医保报销范围，覆盖 29 种罕见病。细胞和基因治疗是孤儿药等生物药的新兴且重要的技术。截至2024年4月，我国共批准了 7 种细胞和基因治疗产品，FDA 共批准了 37 种细胞和基因治疗。首个 CRISPR 基因编辑疗法在 2023 年获得 FDA 批准上市。 3. 肿瘤用药及早筛 美国 FDA 已批准超过 80 种针对肿瘤基因突变、覆盖 30 多种癌症类型的靶向治疗药物和免疫治疗药物，且规定靶向药物免疫药物与伴随诊断试剂同步上市。我国已批准超过 18 种与肿瘤诊疗相关的基于 NGS 的体外诊断试剂。 2022 年 中国临床肿瘤学会（CSCO） 肿瘤生物标志物委员会发起的“中国肿瘤 NGS 大型应用调研”中，根据 30 个省市 2053 个有效样本的调研发现，高通量基因测序（NGS）检贯穿肿瘤患者诊疗全程，达到 71.3% 的比例。 2021 年，鹍远生物与扬州 市邗江区合作启动全区 20 万名 40-74 岁的户籍居民的结直肠癌筛查民生工程；2022 年，世和基因与南京市江北新区公共卫生服务中心合作启动约 10 万例金陵队列；2024 年，华大基因与哈尔滨市合作 80 万适检人群消化系统肿瘤及“四高”检测等。 2022 年，华西医院联合发起的肺癌预后前瞻队列研究 LUNGCA 显示，长期监测微小残留病灶（MRD)相较于传统影像学提前 273 天发现复发。 4. 公共卫生 近 20 多年来，被 WHO 认定为“国际关注的突发公共卫生事件”频率逐渐趋高：SARS(2002 年)、 甲型 H1N1 流感(2009 年)、埃博拉病毒(2013 年)、寨卡病毒(2015 年)、新型冠状 病毒(2019 年)、猴痘(2022 年)等。 基于病毒的构造，目前病原微生物的分子诊断主要从基因水平进行诊断，即核酸检测。2020 年，我国所有三级医院以及县医院被要求达到快速的核酸检测条件。 根据国家卫生健康委临床检验中心发布的《2023 年全国血液微生物 cfDNA 宏基因组高通量测序室间质量评价预研活动结果报告》，合格的102家机构中，包括医院 58 家，独立医学检验实验室(ICL)44 家。 5. 生物育种 根据联合国粮食及农业组织(FAO)的报告，到 2050 年，粮食产量必须增加 70% 才能满足全球届时总计约 90 亿余人的需求；而在发展中国家，80% 的粮食产量增长将来自种植效率的提高。 育种领域经历了三次“绿色革命”。分别是矮秆基因的发掘与培育方面、杂交育种和现代分子育种，和基因科技息息相关。 基因编辑在我国近年获得较大技术突破及品种认定。2023 年，高油酸大豆作为首个植物获得农业农村部的农业基因编辑安全证书；2024 年，玉米和小麦作为主粮首次获得植物基因编辑安全证书。以基因因编辑的矮杆玉米为例，茎秆更粗壮，抗风能力增强， 更耐密植，最高可实现增产 10%。 6. 生物多样性 自 2004 年甚至更早时期，基因技术被讨论用于生物多样性保护(称之为生态保护基因组，Conservation genomics)。2007 年以来，随着高通量测序技术的进展， 超过 3300 多种物种的基因组得以测序。 对于人群的多样性，2023-2024年，美国 All of Us 项目公布美国各地超 24 万个基因组 数据，英国生物样本库(UKB)开放 50 万人全基因组测序(WGS) 数据。 对于自然生物的多样性，科学家通过遗传标记预估种群大小与多样性，通过古 DNA进行化石和文物评估；通过环境 DNA(eDNA)评估生物多样性和监测外来物种入侵；通过基因编辑和基因合成等技术，进行生物资源的存储及替换利用。 7. 生物制造 2000年，科学家基于利用细菌基因元件构建了逻辑线路，在“合成化学”基础上开拓“合成生物学”领域；2010年前后，基因测序、酶定向、核酸合成、基因编辑等技术开启“人工合成生命”时代，未来进一步迈向“细胞工厂”，即通过人工操作或合成大肠杆菌等微生物作为“细胞工厂”来生产人类所需。 全球知名咨询机构麦肯锡认为未来全球60%的物质生产可通过生物制造方式实现，预计到2025年合成生物与生物制造的经济价值将达到1000亿美元，预计未来10年，基于合成生物和生物制造产生的价值将达到每年约2万亿美元的经济价值。 2021年全球合成生物学融资额约为180亿美元，几乎相当于过去10年所有融资额的总和。 基因科技产业的前景如何？ 根据基因慧参与相关部委的白皮书，定义基因技术为未来产业，是未来健康和未来农业的重要支柱。 1. 基因科技将生命数字化，革新未来健康和未来农业的范式，帮助人类及万物更好适应环境及改造环境。例如，基因检测加速实现高效普惠的精准医疗和分子育种，基因治疗为罕见病、肿瘤及慢性病的创新药研究开辟新路径，基因合成技术为化学品合成、未来食品、工业菌种等展现出生物制造的崭新市场前景。 2. 全球先进国家将基因科技作为前沿科技和战略产业展开十余年竞赛。1990-2003年，美英法德日中六国投入30余亿美元完成人类基因组计划，此后20年，美国、英国、日本、阿联酋等多国发起数十万人的基因组计划。基因组学列入《2021美国创新与竞争法案》、欧盟2021年的“地平线欧洲”计划、日本《基因组医疗推进法》以及我国的“十四五”规划等。 3. 基因科技正展现千亿级市场潜力，将产生巨大的经济效益和社会效益。根据基因科技咨询机构基因慧连续七年发布的《基因行业蓝皮书》数据，预计到2030年，基因检测潜在市场规模约为205 亿美元；加上基因治疗、基因合成，基因科技产业总体规模约为1000亿美元，复合增长率超过15%。 目前，全球基因产业链框架基本完备；美国领先上游原料与生产，产值占比约为40%-50%；过去三年，中国是全球基因科技发展最快的市场之一，产值比例约为15%-20%，已有200余家基因企业和近20家上市企业。 我国基因领域在研究处于并跑阶段，部分领跑，产业链基本完备，需要进一步加大政策和资本的支持，促进技术转化应用和产业壮大。 近年来，我国基因行业监管在鼓励式保守框架下稳步推进，整体上比较关注生物安全、 人类遗传资源(“人遗”)管理和生命伦理审查等方面。生物安全在 2021 年立法后将进一步细化；自 2024 年 5 月 1 日起，人遗的行政审批与伦理审查合并到卫健委管理，缩短监管路径，实施细则相对此前的指南有所放宽。基因诊疗作为新兴技术开放合作试点，2024 年国务院办公厅印发的《扎实推进高水平对外开放更大力度吸引和利用外资行动方案》中，允许北 京、上海、广东等自由贸易试验区选择若干符合条件的外商投资企业在基因诊断与治疗技术开发和应用等领域进行扩大开放试点。 在基因测序仪等“卡脖子”领域，我国快速发展，与世界先进水平并跑甚至部分系列领跑。测序仪制造赛道在 2023 年获得融资综合超 10 亿 元，包括齐碳科技、赛纳生物、真迈生物、今是科技、赛陆医疗、万众一芯、铭毅智造、梅丽科技、普译生物、溯源基因等；诸多 IVD 公司在布局自己测序仪的开 发，比如圣湘生物(入股真迈生物)、安图生物(战略投资梅丽科技)、菲鹏生物(收购 Sequlite Genomics)、亚辉龙(自研，大道测序)、基蛋(自研，江苏新序)等。国内累计完成超1亿人的产前、耳聋、“两癌”等民生筛查；出海“一带一路”等及欧美国家，合作金额近100亿元。 基因编辑和基因治疗领域，2023-2024年，农业农村部先发布首个植物、首个主粮基因编辑安全证书；近10个基因治疗载体生产基地启动；中国科学院深圳先进技术研究院、华大生命科学研究院联合合作单位承担了国际酵母基因组合成计划（Sc2.0）的 2 号、7 号、13 号染色体的从头设计与全合成，约占项目总合成量的四分之一。多地规划和建设以基因合成为核心技术的合成生物产业园载体（基因慧参与负责部分地区的合成生物产业规划）。 致谢：黄荷凤院士、卢光琇教授作序推荐，感谢星云基因、华大智造、赛福基因、鹍远生物对《基因行业蓝皮书（2024-2025）》的大力支持，得以公开发布和传播。（说明：蓝皮书电子版及纸质版向公众公开免费分享，均未对外销售或授权销售。） 连续第8年启动基因行业蓝皮书，欢迎联合发布 90%的头部基因机构曾参与合作 欢迎企业/园区/学会等联合发布 联系：info@genonet.cn
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