合成生物學產業研究：未來已來，開啟“造物”時代

（報告出品方/作者：天風證券，楊松、吳立、唐婕）

1、合成生物學：跨時代驅動行業邁入新發展階段

合成生物學基本概念

合成生物學：設計、重構生命程序

合成生物學是對生物體進行有目標的設計、改造乃至重新合成。

“合成生物學”這一名詞最早出現於DNA重組技術發展的上世紀70年代，在2000年被Eric Kool重新定義為基於系統生物學的遺傳工程，標誌著這一學科的正式出現。合成生物學在工程學思想指導下，按照特定目標理性設計、改造乃至從頭重新合成生物體系，用以解決人類食品缺乏、能源緊缺、環境汙染、醫療健康等各方面的問題，是生物學、生物資訊學、計算機科學、化學、材料學等多學科交叉融合的學科。

合成生物學：構建全新人工生物體系，實現目標代謝物異源表達

合成生物學產品製造步驟：合成生物學制造產品是從原料到菌種再到產品的全鏈條設計和最佳化。合成生物學可以在改造和最佳化天然表達體系的同時，將動物源和植物源的代謝路徑構建到微生物體系中，重新合成全新的人工生物體系，最終實現目標代謝物的異源表達，將原料以較高的速率最大限度地轉化為產物。

合成生物學：類比計算機程式設計，DBTL迴圈助力菌種構建

合成生物學可以與計算機程式設計類比。

生物合成系統層次結構功能需要從下到上逐層實現。層次設計底部是DNA、RNA、蛋白質和代謝物，可與計算機工程中電晶體、電容器和電阻類比。上一層是操縱物理過程和調節資訊流動的生化反應，可與計算機工程中執行計算功能的邏輯閘類比。在模組層，不同生物元件庫被組裝成不同作用的複雜途徑，與積體電路類似。這些模組相互連接並且與宿主細胞融合，使合成生物學研究能夠以程式化的方式擴充套件或修改細胞的行為，類似於計算機網路的功能。

合成生物學：核心內容-生物元件、基因線路、基因組工程、代謝工程

合成生物學研究內容：合成生物學在工程化策略指導下有目的地設計合成標準化生物元件，具有不同功能的生物元件按照一定邏輯構建基因線路，不同基因線路組裝整合系統，獲得具有特定功能的人工生命系統。

合成生物學發展回顧

合成生物學：開啟生命科學革命之門的“金鑰匙”

萌芽期（2005年以前）：基因線路在代謝工程領域的應用是這一時期的代表。典型成果：青蒿素前體在大腸桿菌中的合成。

起步期（2005-2011年）：基礎研究快速發展，工程化理念日漸深入，使能技術平臺得到重視，方法以及工具不斷開發，“工程生物學”早期發展。

成長期（2011-2015年）：基因組編輯效率大幅提升，技術開發和應用不斷拓展，技術的應用從生物基化學品、生物能源拓展至疾病診斷、藥物和疫苗開發、作物育種、環境監測、生物新材料等諸多領域。

創新階段（2015年以後）：合成生物學“設計—構建—測試”（Design-Build-Test，DBT）迴圈拓展至“設計-構建-測試-學習” （Design-Build-Test-Learn，DBTL）。生物技術與資訊科技融合發展特點更加明顯，半導體合成生物學、工程生物學等理念相繼提出。

合成生物學：先進技術引領行業快速發展

生物技術的進步推動著合成生物學快速發展。

顛覆性使能技術是支撐合成生物學發展的關鍵，基因合成、基因編輯、蛋白質設計、細胞設計、高通量篩選等技術的發展對合成生物學的發展有著重要的支撐和推動作用，基因測序、DNA合成以及基因組編輯技術都是其核心使能技術。

合成生物學發展的政策推動

全球各國制定政策推動合成生物學產業發展。

合成生物學在全球範圍內受到廣泛關注，眾多國家/組織均出臺相關政策，推動合成生物學技術及應用快速發展。早在2006年，美國國家自然科學基金會便為合成生物學研究提供高額資助，並於2021年出臺《2021美國創新與競爭法案》，將合成生物學列舉為關鍵技術重點領域之一。歐盟在《面向生物經濟的歐洲化學工業路線圖》中，提出在 2030年將生物基產品或可再生原料替代份額增加到25%的發展目標。

合成生物學主要領域

合成生物學：三大優勢——替代+創新+迴圈

製造業革命，實現“替代+創新+迴圈”

合成生物學正在推動一場製造業革命，探索替代原料和原有生產工藝，並進一步延伸到效能更好的產品開發。由合成生物學驅動的下一代生物製造帶來新的優勢： ①替代原有製造路線（化學合成或者天然提取），提高生產效率和經濟效益； ②創造療效更好的藥品、效能優越的化學品或材料等新產品的潛力； ③實現可持續的“迴圈”生產模式，使用可再生生物質原料，顯著減少對化石燃料的依賴。

合成生物學：綠色環保、能耗少成本低

以可再生資源作為原料，反應條件溫和。合成生物學主要以可再生資源作為原料，包括澱粉等糧食原料、秸稈等農業廢棄物以及CO2、CH4等含碳氣體，符合可持續發展理念，且能使得原材料成本佔比降低，產業鏈長度以及生產週期縮短。相較於化學反應，合成生物學大部分反應在微生物或酶的作用下進行，反應條件更溫和，減少副產物和三廢生成，實現高效、環保生產。

應用場景廣泛：醫學領域

合成生物學在醫學領域的應用。合成生物學透過設計全新的細胞內代謝途徑，使醫藥產品能夠透過微生物細胞利用廉價糖類等原料進行合成，從而降低醫藥產品的生產成本，為綠色生產提供可能。在醫學應用中，合成生物學可根據不同的疾病和致病機制，進行人工設計、構建適宜的治療性基因迴路，在載體的協助下植入人體，透過糾正機體有功能缺陷的迴路，實現治療疾病的目的。

合成生物學：2021Q3單季度融資突破歷史記錄

融資額創歷史最高，開啟合成生物學元年：從一級市場投資變化可以看出，2021年Q1和Q2季度融資金額快速提升， 2021Q3季度全球合成生物學相關企業融資金額創單季度融資歷史新高，總金額高達61億美元，較前期歷史記錄提高 33%。截止2021Q3，合成生物學領域一級市場總融資金額合計高達150億美元。從歷年合成生物學融資變化趨勢可以看出，2021年已成為合成生物學領域最景氣的一年，有望開啟合成生物學研究和發展的元年。（報告來源：未來智庫）

2、主要相關公司介紹：技術賦能-產品應用

合成生物學產業鏈分類

從產業鏈上下游角度來劃分，上游為各類技術賦能公司，下游為各類產品應用型公司。

技術賦能公司：為該行業提供關鍵的技術及產品支援，例如DNA測序、合成、基因編輯、生物資訊學、細胞培養基產品以及菌株等生物合成所必須的生產資料與技術能力。

產品應用公司：產業型企業核心能力除了主營產品所涉及的菌種和基因等技術能力以外，還包括產業化生產和商業推廣能力，涵蓋工業化學品、醫療、食品、材料以及化妝品/護膚品等多個領域。

國內合成生物學公司分類-技術賦能型

技術賦能公司中，以合成生物學中基因編輯為技術核心代表的公司有博雅輯因、本導基因，泓訊科技和迪贏生物的生物元件技術是其核心技術，恩和生物是目前國內主要以合成生物學硬體/軟體為技術核心的公司。

合成生物學：國內合成生物學研究機構實力雄厚

合成生物學科研院所。深圳地區：以深圳合成生物學創新研究院（深圳合成院）為代表，深圳市政府投資7.5億元建設深圳合成院，目前擁有34位課題組長、4位傑出客座研究員和19位客座研究員。除此之外中科院合成所、農科院合成生物學中心也都位於深圳，合成生物學相關科研實力雄厚。

醫藥類公司：華東醫藥、弈柯萊、川寧生物

華東醫藥——工商美協同發展，深耕工業微生物板塊，開啟醫藥產業新紀元

華東醫藥成立於1993年，於2000年1月在深圳證券交易所上市，發展至今已成為業務覆蓋醫藥工業、醫藥商業、醫美領域的綜合性製藥企業。醫藥工業：聚焦抗腫瘤、內分泌和自身免疫三大核心治療領域的藥品研發佈局；醫藥商業：擁有中西藥、醫療器械、藥材參茸、健康產業等四大業務板塊，涵蓋醫藥流通全領域；醫美業務：2013年進入醫美領域，聚焦面部微整形和面板管理領域最新的產品和器械的研發、生產和銷售。

弈柯萊——國內合成生物學領域創新者

國內合成生物學領域新興領導者。弈柯萊生物科技（上海）股份有限公司成立於2015年，主要致力於合成生物學方法的研發並將其應用於規模化生產，先後於2018年、2019年以及2020年完成弘暉資本領投的A輪、華泰紫金領投的B輪、淡馬錫領投的C輪融資。

公司成功打造智慧設計、酶工程、細胞鑄造、合成測序、發酵工程、分離工程等10大技術創新平臺，酶、代謝途徑/ 網路及生物底盤的設計與改造相關經驗積累深厚，成功將合成生物學技術廣泛應用於生物醫藥、植被保護、營養健康、診斷試劑、環境治理、健康食品等領域，是目前國際上合成生物學產業化進展最快企業之一。

川寧生物——抗生素中間體核心企業

國內主要抗生素中間體生產企業。川寧生物於2010年在國家級霍爾果斯經濟開發區伊寧園區成立，公司是國內主要抗生素中間體生產基地之一，產品包括硫氰酸紅黴素、青黴素類中間體（6-APA/青黴素G鉀鹽）、頭孢類中間體（7-ACA、D-7ACA、7- ADCA）、熊去氧膽酸粗品等。公司於2021年首次公開發行股票並在創業板申請上市，目前處於發行稽核階段。

化工類公司：華恆生物、凱賽生物

華恆生物——深耕合成生物學領域，主要產品丙氨酸系列技術領先

深耕合成生物領域，構建綠色低碳發展。華恆生物自成立以來經過多次改制重組，已經成為小品種氨基酸全球領先生產企業之一，主動承擔多項高新技術產業化專案，產品綠色環保可迴圈，廣受境內外眾多客戶認可。

凱賽生物——全球生物法生產長鏈二元酸領先企業

深耕合成生物領域20年，技術積累深厚。凱賽生物成立於2000年，主要從事新型生物材料的研發、生產及銷售業務，是全球領先的利用生物製造規模化生產新材料的企業之一。凱賽生物聚焦於聚醯胺產業鏈，主要產品包括可用於生物基聚醯胺生產的單體原料——系列生物法長鏈二元酸和生物基戊二胺，以及系列生物基聚醯胺等。公司總部及研發中心位於上海浦東張江高科技園區， 3個生產基地分別位於金鄉、烏蘇和太原（建設中）。

其他型別公司：嘉必優、溢多利、Amyris 、Zymergen

嘉必優——生物發酵營養素先行者

積極開拓市場，銷售地區廣泛。嘉必優成立於2004年，經過十多年的重組併購發展，公司已經成為國內營養素生產領先企業，獲得多項國家科學技術進步獎，構建了系統完整的技術平臺。

溢多利——國內生物酶製劑龍頭

深耕生物酶領域30年，中國首家生物酶試劑上市公司。廣東溢多利生物科技股份有限公司成立於1991年，2014年於深交所上市，成為中國首家生物酶試劑行業上市公司。上市同年，對鴻鷹生物成功收購；2015年至2018年間，與新合新、利華製藥，世唯科技等公司進行合併重組，成功進軍生物醫藥和生物農牧兩大領域，構造生物酶製劑、甾體激素原料藥和功能性飼料新增劑三大產品線。

Amyris——全球合成生物學龍頭

老牌合成生物學巨頭，擁有多個商業化品種。Amyris成立於2003年，是世界領先的合成生物學巨頭，主營領域涉及清潔健康和美容保健。公司利用生物技術平臺快速設計和構建微生物菌種，透過其代謝途徑利用可再生的、植物來源的糖，從而獲得高價值成分。透過生物技術平臺和工業發酵工藝的結合，公司已經成功開發、生產和商業化13種不同的分子，應用於數千個全球知名品牌產品的配方中。

Zymergen——平臺型合成生物學公司

從研發到生產的一體化合成生物學平臺。Zymergen是一家平臺型合成生物學公司，成立於2013年，總部位於加利福尼亞州埃默裡維爾，2021年4月22日正式於納斯達克上市。公司擁有世界最大的專有基因組資料庫，並利用合成生物學、機器學習、自動化等技術與資料庫形成協同合作，透過自建與收購多種渠道進行技術積累，逐步完善合成生物學前期菌種設計和改造平臺，現有產品管線涉及電子、消費者護理和農業三大領域。

3、合成生物學投資思考：以技術為基礎，以產品為導向

投資觀點：合成生物學——未來已來，開啟“造物”時代

合成生物學為什麼值得關注？

合成生物學正在推動一場製造業革命，探索替代原料和生產工藝，並進一步延伸到效能更好的產品開發，用以解決人類食品缺乏、能源緊缺、環境汙染、醫療健康等各方面的問題，對於全球可持續發展至關重要。根據 CB Insights 分析資料顯示，預計到 2024 年合成生物學市場規模將達 189 億美元，2019-2024年複合增長率達28.8%。合成生物製造過程兼具綠色環保與降本增效優勢，可降低工業過程能耗15-80%，原料消耗35%-75%，減少空氣汙染50%-90%，水汙染33%-80%。

為什麼現階段關注合成生物學？

合成生物學概念提出20年來，伴隨著生物學、生物資訊學、計算機科學、化學等學科快速發展，實現從簡單基因線路設計到基因組合成，多領域產品成功上市、以及過去一年全球內5家公司上市預示著合成生物學迎來新發展階段。高效基因組編輯技術與DNA合成技術等核心使能技術助力合成生物學行業加速發展，合成生物學一級市場投資熱度顯著上升，2021Q3季度全球合成生物相關企業創單季度融資的歷史新高，投資金額高達61億美元，從歷史資料來看，2021年已成為合成生物學領域最景氣一年，有望開啟合成生物學研究和發展元年。