海洋生物医药产业专项研究报告（一）

原创 李桂松等云阿云智库海洋防务课题组

导读：海洋蕴藏着全球80%以上的生物多样性资源，被联合国称为“天然药物宝库”，海洋生物医药产业是“21世纪最具发展潜力的新兴产业”之一。对中国而言，加快海洋生物医药产业发展，更是实现弯道超车、重塑全球海洋秩序的历史性机遇。全文37600余字，由北京云阿云智库海洋防务课题组原创出品。

云阿云智库海洋防务课题组成员名单：

作者：李桂松 | 北京云阿云智库平台理事长

作者：李国熙 | 北京云阿云智库平台全球治理研究中心主任

作者：李富松 | 北京云阿云城市运营管理有限公司副总裁

作者：李国琥 | 北京云阿云智库平台空天学院院长

作者：李嘉仪 | 北京云阿云智库平台金融院长

作者：段小丽 | 北京云阿云智库平台公共关系总裁13811016198

云阿云智库全球合作

公共关系总裁：段小丽

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报告发布日期：2025 年 12 月17日

研究团队：云阿云智库海洋防务课题组

报告关键词

海洋生物医药、蓝色药库、深海资源、军民融合、技术创新、百年大变局、海洋霸权、核心引擎、未来产业

报告摘要

本报告深入分析海洋生物医药产业在全球战略格局中的定位与价值，探讨其与百年大变局、海洋霸权的关系。报告聚焦技术创新与前沿发展方向，包括深海资源开发、基因编辑、AI制药等技术应用，评估产业链构建与优化，分析资源获取、技术研发、产业化应用等环节的协同创新，探讨军民两用融合路径及其在国防与民用领域的双重价值，最后提出产业发展战略与政策建议。报告旨在为我国海洋生物医药产业高质量发展提供战略参考，助力实现海洋强国和科技自立自强的战略目标

目录

一、引言

二、海洋生物医药在全球战略格局中的定位与价值

三、海洋生物医药技术创新与前沿发展方向

四、海洋生物医药产业链的构建与优化

五、海洋生物医药的军民两用融合路径

六、海洋生物医药产业的发展战略与政策建议

七、结论与展望

前言

（一）研究背景与意义

进入21世纪第三个十年，世界正经历百年未有之大变局。这一变局不仅体现在地缘政治格局的剧烈重构、全球治理体系的深度调整，更深刻反映在科技革命与产业变革对国家竞争力的根本性重塑之中。在这一历史交汇点上，海洋作为人类可持续发展的“蓝色疆域”，其战略价值前所未有地凸显。海洋覆盖地球表面71%，蕴藏着全球80%以上的生物多样性资源，是尚未被充分开发的“天然药物宝库”。尤其在全球人口老龄化加速、慢性非传染性疾病负担持续加重、新发突发传染病频发、陆地药用资源日益枯竭等多重挑战叠加的背景下，向海洋要健康、向深蓝要未来，已成为全球科技强国和新兴经济体的战略共识。

海洋生物医药产业，正是这一时代命题的核心承载者。它以海洋生物（包括微生物、藻类、无脊椎动物、鱼类等）为研究对象，通过现代生物技术、化学合成、基因工程、人工智能等多学科交叉手段，提取、分离、改造或合成具有显著生物活性的化合物，并将其转化为用于疾病预防、诊断、治疗及健康管理的创新药物、功能食品、高端化妆品及生物材料。该产业兼具高技术密集性、高附加值性、强生态友好性与广阔市场前景，被联合国教科文组织列为“21世纪最具发展潜力的新兴产业”之一。

从全球看，美国、日本、欧盟、韩国等发达国家和地区早已将海洋生物医药纳入国家战略科技力量布局。美国国立卫生研究院长期资助海洋天然产物筛选项目，其“海洋生物技术计划”已催生多个重磅药物；日本依托其先进的深海探测能力，在海绵、海鞘等生物活性物质研究方面处于世界领先地位；欧盟则通过“地平线欧洲”计划大力支持海洋基因资源开发与合成生物学应用。这些国家不仅在基础研究层面构筑了先发优势，更通过专利壁垒、标准制定与产业链整合，牢牢掌控全球海洋生物医药价值链的高端环节。

中国作为拥有1.8万公里大陆海岸线、470万平方公里主张管辖海域的海洋大国，具备发展海洋生物医药的天然禀赋与战略需求。近年来，国家层面高度重视海洋经济高质量发展，明确提出建设“海洋强国”战略目标，并将海洋生物医药列为《“十四五”生物经济发展规划》《“十四五”海洋经济发展规划》《国民健康规划（2021—2035年）》等重大政策文件中的重点发展方向。特别是2016年由中国工程院院士管华诗倡导并推动实施的“蓝色药库”开发计划，标志着我国系统性、规模化开发海洋药用资源进入新阶段。截至目前，我国已成功研发上市包括藻酸双酯钠（PSS）、甘露特钠（GV-971）等在内的十余种海洋源创新药物，并建立起涵盖千余种海洋药用生物资源的数据库与筛选平台。

然而，必须清醒认识到，我国海洋生物医药产业仍面临诸多瓶颈：原创性靶点发现能力不足、深海极端环境样本获取受限、核心装备依赖进口、产学研用协同机制不畅、军民融合深度不够、国际规则话语权薄弱等。尤其是在当前大国博弈加剧、海洋权益争夺日趋激烈的背景下，海洋生物医药已不仅是经济与科技议题，更成为关乎国家生物安全、战略资源安全乃至国防安全的关键领域。例如，深海微生物基因资源被视为“未来生物武器防御与新型疫苗研发”的战略储备；海洋抗辐射、抗创伤、抗感染活性物质在军事卫勤保障中具有不可替代价值；而海洋来源的新型抗生素，则是应对全球“超级细菌”危机的重要希望。

云阿云智库报告研究立足于“百年大变局”与“海洋霸权竞争”的宏观背景，聚焦“军民两用高度融合”这一新时代特征，旨在系统梳理全球海洋生物医药发展的前沿趋势、技术路径与战略布局，深入剖析我国在资源开发、技术创新、产业链构建及军民协同等方面的现状与短板，并提出具有前瞻性、可操作性的战略建议。本报告不仅服务于政府决策参考、科研机构方向指引与企业投资布局，更肩负着助力我国抢占全球海洋生物医药制高点、筑牢国家蓝色生物安全屏障、实现从“海洋大国”向“海洋强国”历史性跨越的重大使命。

（二）研究方法与框架

为确保研究的科学性、系统性与前瞻性，云阿云智库报告采用“多维融合、动态演进”的研究模式，综合运用以下四种核心方法：

一是文献研究法。系统梳理近二十年来国内外权威期刊（如《海洋药物》《自然・生物技术》《中国海洋药物》等）、政府白皮书、行业蓝皮书、专利数据库及国际组织（如世界卫生组织、联合国环境规划署、生物多样性公约）发布的政策文件，构建起涵盖技术演进、产业生态、政策法规与国际博弈的全景知识图谱。

二是案例分析法。选取美国斯克里普斯海洋研究所、日本东京大学海洋研究所、葡萄牙蓝制药集团、中国海洋大学“蓝色药库”平台、青岛明月海藻集团、超蓝生物等典型机构与企业，深入剖析其在资源整合、技术研发、成果转化与军民协同方面的成功经验与失败教训。

三是实地调研与专家访谈。研究团队先后赴青岛、厦门、深圳、舟山等海洋生物医药产业集聚区开展实地考察，并对20余位来自中科院海洋所、军事医学科学院、国家海洋局、头部药企及深海装备研制单位的院士、首席科学家与产业领军者进行深度访谈，获取一手资料与战略洞见。

四是情景预测与战略推演。基于技术成熟度曲线、态势 - 宏观环境综合分析法、复合分析模型及德尔菲专家打分法，对未来10–15年海洋生物医药在深海勘探、AI制药、合成生物学、军民两用产品等方向的发展路径进行多情景模拟与战略推演。

在此基础上，本报告构建了“五维一体”的研究框架：

第一维度——全球战略格局分析：解析百年大变局下海洋生物医药的地缘政治属性与海洋霸权逻辑；

第二维度——技术创新前沿探索：聚焦深海探测、基因编辑、AI制药、合成生物学等颠覆性技术；

第三维度——产业链协同优化：打通“资源—研发—制造—应用”全链条堵点；

第四维度——军民两用融合路径：挖掘海洋生物医药在国防医疗、生物防御、战备保障中的双重价值；

第五维度——发展战略与政策建议：提出面向2035年的系统性政策工具箱。

（三）研究范围与时间跨度

本研究在空间维度上覆盖全球主要海洋生物医药活跃区域，包括北美（美国、加拿大）、东亚（中国、日本、韩国）、欧洲（德国、法国、挪威）及“一带一路”沿线重点国家（如印尼、越南、埃及），重点聚焦中国在环渤海、长三角、粤港澳大湾区三大海洋经济圈的发展实践。

在时间维度上，纵向回溯自20世纪50年代海洋天然产物化学兴起以来的演进历程——从1950年代首例海洋毒素研究，到1980年代首个海洋抗癌药曲贝替定的发现，再到21世纪初齐考诺肽（Prialt®）等神经药物上市，直至近年GV-971获批引发全球关注。特别聚焦2016年“蓝色药库”计划启动以来的关键突破：深海原位采样技术进步、海洋微生物组学爆发、AI驱动分子设计兴起、军民融合政策落地等标志性事件。

在内容维度上，本报告涵盖六大核心板块：

战略定位：海洋生物医药在国家总体安全观中的角色；

资源基础：全球海洋生物多样性分布与可开发潜力评估；

技术体系：从传统提取到智能合成的模式跃迁；

产业生态：企业、高校、科研院所、资本与政府的协同网络；

军民融合：两用技术清单、转化机制与典型产品谱系；

政策环境：国内法规体系与国际治理规则（如《名古屋议定书》）的互动影响。

通过这一多尺度、跨学科、融军民的研究设计，云阿云智库力求本报告在呈现海洋生物医药的宏大叙事同时，又揭示其微观机制；既把握全球竞争态势，又锚定中国突围路径；既回应现实挑战，更擘画未来蓝图——最终为打造具有中国特色、世界水平的“蓝色药库”提供坚实智力支撑。

二、海洋生物医药在全球战略格局中的定位与价值

（一）海洋生物医药的战略意义与价值

海洋，覆盖地球表面积的71%，是地球上最大、最复杂、也最未被充分认知的生命系统。其广袤水域中孕育着超过24万种已知生物，而科学家普遍认为实际物种数量可能高达百万级别。在高压、低温、无光、高盐等极端环境下演化出的海洋生物，形成了独特的代谢通路与化学防御机制，从而合成大量结构新颖、活性显著、作用机制迥异于陆地来源化合物的天然产物。这些“蓝色分子”正成为破解人类重大疾病难题的关键钥匙。

海洋生物医药，正是以这一浩瀚“蓝色药库”为基础，融合现代生物技术、合成化学、计算生物学与人工智能等多学科手段，系统性开发用于疾病预防、诊断、治疗及健康管理的创新药物、功能食品、高端化妆品与生物材料的新兴产业。其核心战略价值体现在四个维度：

第一，满足人类健康需求的重要源头。

随着全球人口老龄化加速（联合国预测2050年65岁以上人口将达16亿）、慢性病负担持续加重（心血管病、癌症、神经退行性疾病等占全球死亡原因70%以上）、抗生素耐药性危机日益严峻（世界卫生组织警告“后抗生素时代”或将到来），传统药物研发模式遭遇瓶颈。而海洋天然产物展现出极高的成药潜力：据统计，全球已发现约4万种海洋天然产物，其中进入临床试验阶段的候选药物超过30个，已有15种海洋源新药获批上市（如抗肿瘤药曲贝替定、止痛药齐考诺肽、阿尔茨海默症药GV-971等）。尤为关键的是，海洋化合物的成药成功率约为2000:1，远高于陆地小分子化合物的10,000:1，这源于其高度复杂的空间结构与特异性靶向能力。例如，从加勒比海鞘中提取的埃克替尼定743（商品名Yondelis®）可精准嵌入DNA小沟，干扰转录修复，对软组织肉瘤疗效显著；而中国原创的甘露特钠（GV-971）则通过调节肠道菌群—脑轴，为阿尔茨海默症治疗开辟全新路径。

第二，驱动海洋经济高质量发展的核心引擎。

海洋经济正从传统的渔业、航运、油气开采向高技术、高附加值方向跃迁。海洋生物医药作为“蓝色经济”皇冠上的明珠，具有产业链长、带动性强、绿色低碳等优势。据《中国海洋经济统计公报（2024）》显示，2024年全国海洋药物和生物制品业实现增加值781亿元，同比增长12.3%，近五年年均增速达17.1%，远超GDP整体增速。浙江省凭借舟山海洋生物医药产业园、宁波杭州湾新区等载体，实现该领域增加值340亿元，稳居全国首位；山东、广东、福建等地亦形成特色产业集群。更值得关注的是，海洋生物医药正与海洋装备制造、深海探测、生物信息、高端医疗等产业深度融合，催生“深海采样—基因测序—AI筛选—合成制造—临床应用”的全链条新业态，成为沿海地区新质生产力培育的重要抓手。

第三，提升国家海洋科技实力的战略支点。

海洋生物医药的研发高度依赖深海探测、原位采样、极端环境微生物培养、高通量筛选、结构解析等尖端技术，其实质是国家综合科技能力的集中体现。美国依托“阿尔文号”“深海挑战者号”等载人深潜器，在太平洋热液喷口获取大量嗜热菌资源；日本“深海6500”号多次下潜至6500米，采集到具有抗癌活性的深海海绵；欧盟则通过“地平线2020”计划资助“康赛普特计划”项目，构建跨国海洋药物研发网络。中国近年来虽取得“蛟龙号”“奋斗者号”等重大突破，但在深海原位实验、超高压模拟培养、自动化样本处理等“卡脖子”环节仍存短板。因此，大力发展海洋生物医药，不仅关乎药物产出，更是倒逼深海科技体系升级、锻造国家战略科技力量的关键路径。

第四，维护国家海洋权益与生物安全的战略屏障。

在《生物多样性公约》《名古屋议定书》及正在谈判的《国家管辖范围以外区域海洋生物多样性协定》框架下，海洋遗传资源的勘探权、惠益分享权已成为国际博弈焦点。发达国家凭借技术先发优势，已在公海采集数万份深海生物样本并申请专利，形成事实上的“蓝色圈地”。若我国不能加快自主勘探与知识产权布局，将面临“资源在外、专利在他、市场受制”的被动局面。此外，海洋来源的抗辐射、抗创伤、抗感染、神经防护类物质，在军事卫勤、生物防御、应急救援等领域具有不可替代的军民两用价值。例如，海带多糖（海带多糖）被证实可显著提升受照机体的免疫功能，是潜在的核战伤防护剂；深海放线菌产生的新型抗生素二氮杂卓霉素对多重耐药菌抑制率达92%，远超现有临床药物。因此，海洋生物医药能力直接关联国家生物安全与国防安全。

（二）海洋生物医药与百年大变局的关系

“百年未有之大变局”不仅是地缘政治术语，更是科技—经济—生态复合系统的深刻重构。在此背景下，海洋生物医药的战略地位被空前抬升，呈现出三大新趋势：

首先，资源争夺从“陆地”转向“深蓝”，海洋生物资源成为大国竞争新前沿。

陆地矿产、耕地、淡水资源日趋紧张，而深海（水深>1000米）覆盖地球50%以上面积，蕴藏全球90%以上的未开发生物基因资源。据联合国估计，仅深海微生物就可能包含数亿个未知基因。这些基因编码的酶、毒素、信号分子等，是合成新型药物、工业催化剂、生物传感器的核心元件。美国国家海洋和大气管理局已启动“深海基因组计划”，目标是在2030年前完成10万种深海生物基因测序；日本海洋研究开发机构建立全球最大的深海微生物库，保藏超5万株菌种。中国虽拥有南海、西太平洋等富集区，但受限于深海装备自主率不足（关键部件进口依赖度超40%）、国际科考准入受限等问题，资源获取能力与大国地位不匹配。未来，谁掌握深海生物资源图谱与基因数据库，谁就掌握全球生物医药创新的“源头活水”。

其次，气候变化催生“气候健康”新赛道，海洋生物医药提供独特解决方案。

全球变暖导致海洋酸化、珊瑚白化、有害藻华频发，不仅破坏生态系统，更直接威胁人类健康——如弧菌感染增加、贝类毒素污染、过敏性疾病上升等。然而，海洋生物在适应极端环境过程中进化出强大的应激保护机制。例如，南极冰鱼体内富含抗冻糖蛋白，可防止细胞冰晶损伤，其衍生物有望用于器官移植保存；红树林共生真菌产生的次级代谢物具有强效抗氧化与抗炎活性，可用于防治PM2.5引发的肺损伤；深海嗜压菌合成的特殊脂质膜结构，可稳定疫苗在常温下的活性，解决冷链运输难题。这些“气候适应性分子”为应对气候变化带来的新型健康风险提供了天然武器库，使海洋生物医药从“治疗疾病”拓展至“预防气候健康危害”的新维度。

第三，科技模式革命重塑研发逻辑，前沿技术融合成为制胜关键。

传统海洋药物研发周期长（10–15年）、成本高（>10亿美元）、失败率高。而百年大变局下的新一轮科技革命，正彻底改变这一局面：

AI制药：通过深度学习预测海洋化合物与靶点结合能力，将筛选效率提升千倍。如中国超蓝生物利用长短期记忆网络模型从160个牡蛎肽中精准锁定28个高活性序列，再通过AI组装设计出抗氧化能力提升7倍的新分子。

合成生物学：将海洋生物合成基因簇导入工程菌，实现“细胞工厂”规模化生产。中科院天津工生所已实现海洋源抗氧化肽的毕赤酵母高效表达，产量达34g/kg 牙科护理员。

基因编辑：成簇规律间隔短回文重复序列技术可敲除海洋模式生物（如海鞘、斑马鱼）的特定基因，快速验证药物靶点功能。

深海原位实验：美国环境样品处理器系统可在4000米海底直接进行基因表达检测，避免样本上浮失活。

这些技术的融合，使得海洋药物研发从“靠天吃饭”的随机筛选，迈向“理性设计+智能制造”的精准时代。各国竞相布局，力图在这一新模式中抢占规则制定权与标准主导权。

（三）海洋生物医药与海洋霸权的关联

海洋霸权，早已超越传统“制海权”概念，演变为对海洋空间、资源、数据、技术、规则的全维控制能力。海洋生物医药作为高技术密集型产业，成为衡量一国海洋霸权成色的关键指标：

第一，深海资源控制力是海洋霸权的“硬基石”。

深海是未来生物资源的战略储备库。美国凭借其遍布全球的科考船队（如亚特兰蒂斯号海洋考察船）和深潜器网络，在大西洋中脊、东太平洋隆起等热点区域长期布设采样点；日本通过“地球号”深海钻探船，在南海海槽实施多次生物取芯作业。这些行动不仅获取样本，更通过GPS坐标标记、环境参数记录，形成具有法律效力的“先占证据”。相比之下，中国虽拥有“深海一号”母船和“奋斗者号”万米载人舱，但在公海常态化科考能力、国际海域资源主张话语权方面仍有差距。更严峻的是，联合国海洋法公约即将生效，要求建立“海洋遗传资源惠益分享机制”，发达国家试图以“技术贡献”为由获取更大份额，而发展中国家则强调“共同继承财产”原则。这场规则之争，本质是未来海洋生物医药红利的分配权之争。

第二，核心技术自主可控是海洋霸权的“护城河”。

海洋生物医药产业链高度全球化，但关键环节仍被西方垄断：

上游：深海采样设备（如保压取芯器、原位过滤系统）90%依赖欧美；

中游：高分辨质谱、核磁共振仪、冷冻电镜等大型仪器基本由赛默飞、布鲁克等公司控制；

下游：美国食品药品监督管理局/欧洲药品管理局审批通道、国际多中心临床试验网络由跨国药企主导。

美国通过《出口管制条例》限制高精度深海传感器对华出口；欧盟《关键原材料法案》将海洋生物活性成分列为战略物资。这种“技术霸权”使得即使中国发现优质先导化合物，也可能因无法完成结构确证或国际注册而丧失市场。因此，打破装备—仪器—标准—认证的全链条封锁，是构建自主海洋生物医药体系、捍卫国家海洋科技主权的必由之路。

第三，产业集群与全球影响力是海洋霸权的“软实力”体现。

真正的海洋强国，不仅要有技术，更要有产业生态与规则影响力。目前全球形成三大海洋生物医药高地：

美国圣地亚哥—西雅图走廊：依托斯克里普斯研究所、世界卫生组织I等顶尖机构，聚集安菲斯塔治疗公司、马林诺美德生物科技公司等Biotech公司，主导全球70%以上海洋新药临床试验；

日本东京—神户湾区：以东京大学、理化学研究所为核心，形成“基础研究—中试放大—企业转化”无缝衔接体系；

中国环渤海—长三角带：青岛（中国海洋大学）、厦门（厦大）、上海（中科院药物所）初步形成集群，但国际化程度低、龙头企业缺失。

中国“蓝色药库”计划虽取得GV-971等突破，但在国际期刊话语权（《海洋药物》编委中中国学者占比不足10%）、国际标准参与度（ISO海洋生物标准主导权几乎为零）、跨国并购能力（尚无一家中国海洋药企进入全球Top50）等方面明显滞后。未来，能否通过“一带一路”海洋科技合作、发起国际大科学计划（如“全球深海基因组计划”）、建设国际认证的GLP实验室等方式，将产业优势转化为规则制定权，将是检验中国海洋霸权成色的关键标尺。

云阿云智库认为：在百年大变局与海洋霸权竞争交织的时代背景下，海洋生物医药已超越单一产业范畴，成为集科技竞争、资源争夺、国家安全、规则博弈于一体的“战略高地”。对中国而言，这既是前所未有的挑战，更是实现弯道超车、重塑全球海洋秩序的历史性机遇。唯有以国家战略意志统筹推进资源勘探、技术攻关、产业培育与国际合作，方能在深蓝时代赢得主动、赢得未来。

三、海洋生物医药技术创新与前沿发展方向

（一）深海资源开发技术进展与创新：从“看得见”到“采得准、养得活、用得好”

深海，作为地球上最后的未开发疆域，蕴藏着全球90%以上的未被认知生物种类和近乎无限的基因资源。其极端环境（高压、低温、无光、寡营养）迫使生物进化出独特的代谢路径与化学防御机制，从而合成结构新颖、活性显著的次级代谢产物，成为海洋生物医药创新的“源头活水”。然而，深海资源的获取长期受限于技术瓶颈——传统拖网、抓斗采样方式破坏性强、样本失活率高、目标性差；而将深海生物带回实验室后，又因无法模拟原位环境而难以培养。因此，深海资源开发技术的突破，是整个海洋生物医药产业发展的先决条件。

近年来，全球深海探测与原位实验技术迎来跨越式发展，正从“被动采集”迈向“主动干预+智能感知”的新阶段。

1. 深海探测装备体系实现国产化与智能化跃升

中国在深海装备领域已构建起以“三龙”（蛟龙号载人潜水器、海龙号无人缆控潜水器、潜龙号自主式水下航行器）为代表的全谱系深海作业平台，并向“多龙协同、空海一体”演进。

“蛟龙号”（最大下潜深度7062米）不仅完成了南海冷泉区、马里亚纳海沟等关键区域的生物采样任务，更通过搭载高清摄像、机械手、保压取样器等模块，实现了对热液喷口管状蠕虫、深海珊瑚等脆弱生物的无损采集。其国产化率超过80%，标志着我国具备独立设计制造万米级载人深潜系统的能力。

“海牛Ⅱ号”海底大孔深保压取芯钻机系统于2021年在南海2060米水深处成功下钻231米，刷新世界纪录。该系统可在高压环境下保持岩心孔隙水化学成分不变，为研究深海沉积物中厌氧微生物群落及其代谢产物提供了“活体样本”，彻底摆脱了对国外钻探技术的依赖。

更值得关注的是新一代 “奋斗者号”全海深载人潜水器（2020年坐底马里亚纳海沟10909米），其配备的机械手可精准抓取毫米级生物样本，并集成原位质谱仪，实现深海化合物的实时分析。

与此同时，国际上亦加速布局：美国“俄耳甫斯医疗公司”系列微型自主水下航行器可集群作业，绘制深海生物分布热力图；欧盟“欧洲联合科考船队计划”计划整合14国科考船资源，开展跨洋盆生物勘探。未来，深海装备将向 “小型化、集群化、智能化” 发展——通过AI算法规划最优采样路径，利用仿生机械手实现柔性抓取，结合5G/卫星通信实现数据实时回传，真正实现“所见即所得”。

2. 深海原位探测与实验技术：让实验室“沉入深海”

传统“采样—上浮—实验室分析”模式导致90%以上的深海微生物因压力骤降、温度变化而死亡或代谢停滞。为此，科学家提出“将实验室搬入深海”的革命性理念，催生了一系列原位实验装备。

最具代表性的是美国蒙特利湾水族馆研究所研发的 深海环境样品处理器。该装置可在4000米水深下自动完成：

微生物富集（通过微滤膜捕获目标菌群）；

细胞裂解与核酸提取；

实时定量PCR扩增；

基因芯片检测。

2018年，环境样品处理器在加利福尼亚海岸成功监测到有害藻华相关基因的表达动态，预警精度提前72小时。类似地，日本海洋研究开发机构开发的 “深海培养舱” 可在原位维持高压（>50 MPa）、低温（2–4℃）环境，连续数月培养嗜压菌，并实时监测其代谢产物分泌。

中国亦在该领域取得突破：中科院深海所研制的 “深海原位微生物培养系统” 已在南海冷泉区成功富集甲烷氧化古菌，并分离出新型抗肿瘤化合物；青岛海洋科学与技术试点国家实验室部署的 “深海原位实验平台” 集成多参数传感器与微流控芯片，可同步监测pH、溶解氧、硫化物浓度与微生物活性，为解析深海化能合成生态系统提供数据支撑。

未来，原位技术将进一步融合 微流控、单细胞测序、拉曼光谱 等前沿手段，实现从“群体水平”到“单细胞水平”的功能解析，真正揭开深海微生物“黑箱”。

3. 资源获取效率革命：从“大海捞针”到“精准挖掘”

即便获得深海样本，如何高效识别其药用价值仍是巨大挑战。传统方法依赖随机筛选，耗时耗力。而 基因组挖掘与合成生物学 的兴起，正在重塑这一流程。

以海洋放线菌为例，其基因组中平均含有20–50个次级代谢基因簇，但多数在实验室条件下处于“沉默”状态。通过抗生元簇分析工具、 次级代谢产物识别与注释整合工具等生物信息学工具，可预测潜在活性分子结构；再利用 成簇规律间隔短回文重复序列激活、启动子工程、共培养诱导 等手段“唤醒”沉默基因簇。2022年，德国科学家从深海链霉菌中激活一个未知BGC，成功获得新型抗生素氯硫酰胺，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌抑制率达99%。

中国科学院天津工业生物技术研究所吴信团队则开创 “AI+合成生物学”双轮驱动模式：

首先利用长短期记忆网络神经网络从160个天然牡蛎肽序列中预测抗氧化活性；

再通过强化学习算法设计最优融合蛋白架构；

最终在毕赤酵母中实现高产表达（34 g/kg DCW），产物SOPs的ABTS自由基清除能力达天然肽的7倍，并证实其可通过激活PPARα通路改善非酒精性脂肪肝。

这一模式将传统“提取—纯化—测试”的线性流程，转变为“计算设计—生物合成—功能验证”的闭环系统，效率提升百倍以上。

此外，宏基因组学技术使科学家无需培养即可直接从环境DNA中挖掘功能基因。深圳华大基因已建立全球最大的海洋宏基因组数据库，包含超10万份样本、500 TB数据，成功鉴定出数千个新型糖苷水解酶、卤化酶等工具酶，为海洋药物绿色合成提供“分子工具箱”。

数据来源：北京云阿云智库・数据库