醫(yī)藥生物行業(yè)合成生物學(xué)未來(lái)已來(lái)開(kāi)啟造物時(shí)代2022010996

1證券研究報(bào)告請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明上次評(píng)級(jí)：強(qiáng)于大市2022年01月09日行業(yè)評(píng)級(jí)：強(qiáng)于大市

（維持評(píng)級(jí)）醫(yī)藥生物合成生物學(xué)——未來(lái)已來(lái)，開(kāi)啟“造物”時(shí)代

作者：行業(yè)報(bào)告

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行業(yè)投資策略分析師

楊松分析師

吳立分析師

唐婕SAC執(zhí)業(yè)證書(shū)編號(hào)：S1110521020001SAC執(zhí)業(yè)證書(shū)編號(hào)：S1110517010002SAC執(zhí)業(yè)證書(shū)編號(hào)：S1110519070001

合成生物學(xué)為何值得關(guān)注？?

合成生物學(xué)對(duì)于全球可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要：合成生物學(xué)按照特定目標(biāo)理性設(shè)計(jì)、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(huán)境污染、醫(yī)療健康等各方面的問(wèn)題，對(duì)于全球可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，

根據(jù)

CB

Insights

分析數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到

2024

年合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)

189

億美元，2019-2024年復(fù)合增長(zhǎng)率

達(dá)28.8%。?

合成生物制造過(guò)程兼具綠色環(huán)保與降本增效優(yōu)勢(shì)：生物技術(shù)的應(yīng)用可以降低工業(yè)過(guò)程能耗15-80%，原料消耗

35%-75%，減少空氣污染50%-90%，水污染33%-80%。據(jù)世界自然基金會(huì)（WWF）預(yù)估，到2030年工業(yè)生物技術(shù)

每年將可降低10

億至

25

億噸二氧化碳排放。?

深受各國(guó)政府普遍重視：歐盟在《面向生物經(jīng)濟(jì)的歐洲化學(xué)工業(yè)路線圖》中提出，在2030年將生物基產(chǎn)品或可

再生原料替代份額增加到25%的發(fā)展目標(biāo)；2020年國(guó)家發(fā)改委在《關(guān)于擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長(zhǎng)

點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出支持合成生物學(xué)技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)。

為何現(xiàn)階段關(guān)注合成生物學(xué)？?

多領(lǐng)域產(chǎn)品+多家公司上市：合成生物學(xué)概念提出20年來(lái)，伴隨著生物學(xué)、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)等學(xué)

科快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單基因線路設(shè)計(jì)到基因組合成，多領(lǐng)域產(chǎn)品成功上市、以及過(guò)去一年內(nèi)全球5家公司上市

預(yù)示著合成生物學(xué)迎來(lái)新發(fā)展階段。?

先進(jìn)技術(shù)推動(dòng)行業(yè)快速發(fā)展：高效基因組編輯技術(shù)與DNA合成技術(shù)是合成生物學(xué)核心使能技術(shù)，CRISPR技術(shù)于

2020年獲得諾貝爾獎(jiǎng)，芯片合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)高通量基因合成，核心技術(shù)迭代更新帶來(lái)合成生物學(xué)行業(yè)加速發(fā)展。投資觀點(diǎn)：合成生物學(xué)——未來(lái)已來(lái)，開(kāi)啟“造物”時(shí)代mNqNtNzRpQqMrQrNnQmRzQ8OcMaQnPpPoMnPeRqQpOjMmNmM7NoPmRwMmPnRNZnNwP?

單季度融資創(chuàng)歷史新高：2021年合成生物學(xué)一級(jí)市場(chǎng)投資熱度顯著上升，2021年Q1和Q2投資額快速提升，

2021Q3全球合成生物相關(guān)企業(yè)融資額創(chuàng)單季度歷史新高，投資金額高達(dá)61億美元，比前期歷史記錄提高33%。

從歷年合成生物學(xué)投資變化可以看出，2021年已成為合成生物學(xué)領(lǐng)域最景氣一年，有望開(kāi)啟合成生物學(xué)研究和

發(fā)展元年。

哪些合成生物學(xué)公司值得關(guān)注？?

從產(chǎn)業(yè)鏈上下游角度來(lái)劃分，上游為各類技術(shù)賦能公司，下游為各類產(chǎn)品應(yīng)用型公司。?

技術(shù)賦能公司：為合成生物學(xué)行業(yè)提供關(guān)鍵的技術(shù)及產(chǎn)品支持，例如DNA測(cè)序、合成、基因編輯、生物信息學(xué)，

以及菌株構(gòu)建等生物合成所必須的生產(chǎn)資料與技術(shù)能力。產(chǎn)品應(yīng)用公司：產(chǎn)業(yè)型企業(yè)核心能力除了主營(yíng)產(chǎn)品所

涉及的菌種和基因等技術(shù)能力以外，還包括產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)推廣能力，涵蓋工業(yè)化學(xué)品、醫(yī)療、食品、材料

以及化妝品/護(hù)膚品等多個(gè)領(lǐng)域。?

從投資角度來(lái)看：對(duì)于產(chǎn)品應(yīng)用公司來(lái)說(shuō)，①首先需要重點(diǎn)考慮核心產(chǎn)品所在細(xì)分領(lǐng)域的市場(chǎng)空間，以及產(chǎn)品

性能、成本等核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；②其次需要判斷公司是否具備核心技術(shù)與持續(xù)研發(fā)能力；③最后也需要關(guān)注公司

的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)能力，是否具備穩(wěn)定生產(chǎn)能力以及強(qiáng)大市場(chǎng)推廣能力。對(duì)于技術(shù)賦能公司來(lái)說(shuō)，領(lǐng)先的技

術(shù)能力與先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái)是其核心競(jìng)爭(zhēng)力，①一方面可重點(diǎn)關(guān)注其核心技術(shù)的應(yīng)用廣度與成功應(yīng)用的產(chǎn)品案例，

②另外一方面也要持續(xù)關(guān)注其技術(shù)平臺(tái)的迭代研發(fā)能力。?

建議關(guān)注：華東醫(yī)藥，凱賽生物，華恒生物，嘉必優(yōu)、川寧生物（擬上市）投資觀點(diǎn)：合成生物學(xué)——未來(lái)已來(lái)，開(kāi)啟“造物”時(shí)代風(fēng)險(xiǎn)提示：產(chǎn)品銷售不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)；產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及技術(shù)迭代不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)；菌種泄露風(fēng)險(xiǎn)；市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇風(fēng)險(xiǎn)。???醫(yī)藥類公司：華東醫(yī)藥、弈柯萊、川寧生物化工類公司：華恒生物、凱賽生物其他類型公司：嘉必優(yōu)、溢多利、Amyris

、Zymergen01合成生物學(xué)：跨時(shí)代驅(qū)動(dòng)行業(yè)邁入新發(fā)展階段02主要相關(guān)公司介紹：技術(shù)賦能-產(chǎn)品應(yīng)用???合成生物學(xué)基本概念合成生物學(xué)發(fā)展回顧合成生物學(xué)主要領(lǐng)域03合成生物學(xué)投資思考：以技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為導(dǎo)向目錄5合成生物學(xué)：設(shè)計(jì)、重構(gòu)生命進(jìn)程

合成生物學(xué)是對(duì)生物體進(jìn)行有目標(biāo)的設(shè)計(jì)、改造乃至重新合成

?

“合成生物學(xué)”這一名詞最早出現(xiàn)于DNA重組技術(shù)發(fā)展的上世紀(jì)70年代，在2000年被Eric

Kool重新定義為基于系統(tǒng)

生物學(xué)的遺傳工程，標(biāo)志著這一學(xué)科的正式出現(xiàn)。合成生物學(xué)在工程學(xué)思想指導(dǎo)下，按照特定目標(biāo)理性設(shè)計(jì)、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(huán)境污染、醫(yī)療健康等各方面的問(wèn)題，是生物學(xué)、

生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科交叉融合的學(xué)科。

合成生物學(xué)的出現(xiàn)是多學(xué)科交叉發(fā)展的必然

?

對(duì)生物功能與基因和基因組關(guān)系的研究逐漸深刻，從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)與遺傳中心法則的闡明開(kāi)始，到大規(guī)模

測(cè)序技術(shù)推動(dòng)下越來(lái)越多基因組遺傳信息的解讀，加速推動(dòng)設(shè)計(jì)、改造和構(gòu)建生物體系的步伐。

?

生物學(xué)、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科在工程學(xué)思想引入下加速融合，推動(dòng)生物學(xué)的工程化從模

塊化、定量化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用性等角度系統(tǒng)展開(kāi)，形成合成生物學(xué)的研究領(lǐng)域。人工混合自然現(xiàn)有新興未來(lái)合成基因、底盤生物基因工程細(xì)胞合成生物學(xué)圖：合成生物學(xué)：從自然到人工

部分的、完全的

“人造生命”

圖：合成生物學(xué)的顛覆性打破了“非生命”與“生命”的界限化學(xué)物質(zhì)基因組

生

命人工細(xì)胞實(shí)現(xiàn)了生命科學(xué)由理解生命到創(chuàng)造生命的革命第一次革命的代表：發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)和中心法則第三次革命：生物學(xué)的工程化，即合成生物學(xué)第二次革命的代表：人類基因組計(jì)劃資料來(lái)源：《合成生物制造進(jìn)展》張媛媛，《合成生物學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)》溫欒，《合成生物學(xué)重要研究方向進(jìn)展》丁明珠等，BCC

research，天風(fēng)證券研究所6合成生物學(xué)：構(gòu)建全新人工生物體系，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)代謝物異源表達(dá)

合成生物學(xué)產(chǎn)品制造步驟：合成生物學(xué)制造產(chǎn)品是從原料到菌種再到產(chǎn)品的全鏈條設(shè)計(jì)和優(yōu)化。合成生物學(xué)可以在改造

和優(yōu)化天然表達(dá)體系的同時(shí)，將動(dòng)物源和植物源的代謝路徑構(gòu)建到微生物體系中，重新合成全新的人工生物體系，最終

實(shí)現(xiàn)目標(biāo)代謝物的異源表達(dá)，將原料以較高的速率最大限度地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。

整個(gè)生產(chǎn)鏈條可分為原料選擇、底盤細(xì)胞的選擇和優(yōu)化以及產(chǎn)品生產(chǎn)3個(gè)部分，其中底盤細(xì)胞的選擇和優(yōu)化是核心步驟。

底盤細(xì)胞由于其自身的代謝特性，更擅長(zhǎng)生產(chǎn)其代謝過(guò)程涉及的物質(zhì)，所以有必要對(duì)底盤細(xì)胞進(jìn)行理性設(shè)計(jì)改造。結(jié)合

終產(chǎn)品和底盤細(xì)胞代謝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品合成路徑，根據(jù)合成路徑中不同的反應(yīng)步驟，選取特定的元器件進(jìn)行拼接組裝，

進(jìn)而構(gòu)建合成模塊，在底盤生物上組裝，構(gòu)建具有特定功能的人工制造體系，以實(shí)現(xiàn)人工菌體發(fā)酵效率的最優(yōu)化（終端

產(chǎn)物生成速率高、生物量高、魯棒性好），之后進(jìn)行發(fā)酵分離純化、改性合成和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用等步驟。

圖：合成生物學(xué)產(chǎn)品制造步驟資料來(lái)源：《化學(xué)品綠色制造核心技術(shù)——合成生物學(xué)》肖文海等，天風(fēng)證券研究所7圖：生物是一臺(tái)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)器圖：合成生物學(xué)研究的“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”流程原材料電子元件邏輯處理電子路線、面板機(jī)器設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)ATGCGATTGCCCGTCCATTTTTAACGGATGCCAR啟動(dòng)子

終止子RBS

編碼基因

絕緣子光感受器S

細(xì)胞通訊轉(zhuǎn)換器

RXOR邏輯門系統(tǒng)、細(xì)胞DNA序列DNA生物元件生物裝置基因線路合成生物學(xué)：類比計(jì)算機(jī)編程，DBTL循環(huán)助力菌種構(gòu)建

合成生物學(xué)可以與計(jì)算機(jī)編程類比

?

生物合成系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)功能需要從下到上逐層實(shí)現(xiàn)。層次設(shè)計(jì)底部是DNA、RNA、蛋白質(zhì)和代謝物，可與計(jì)算機(jī)工

程中晶體管、電容器和電阻類比。上一層是操縱物理過(guò)程和調(diào)節(jié)信息流動(dòng)的生化反應(yīng)，可與計(jì)算機(jī)工程中執(zhí)行計(jì)算

功能的邏輯門類比。在模塊層，不同生物元件庫(kù)被組裝成不同作用的復(fù)雜途徑，與集成電路類似。這些模塊相互連

接并且與宿主細(xì)胞融合，使合成生物學(xué)研究能夠以程序化的方式擴(kuò)展或修改細(xì)胞的行為，類似于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能。

人工菌種構(gòu)建的“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”（DBTL）循環(huán)過(guò)程

?

DBLT循環(huán)四個(gè)階段循環(huán)往復(fù)，是最終實(shí)現(xiàn)合成生物系統(tǒng)預(yù)設(shè)功能的必經(jīng)之路：①設(shè)計(jì)：首先利用系統(tǒng)生物學(xué)工具建

立微生物的代謝模型，確定改進(jìn)目標(biāo)，確定參與的基因及其調(diào)控元件；②構(gòu)建：調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)，利用基因工程手

段進(jìn)行組裝與菌株構(gòu)建。③測(cè)試：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)合高通量分析或組學(xué)分析等手段對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估；④學(xué)習(xí)：

學(xué)習(xí)高通量分析等測(cè)試手段獲得的結(jié)果，并對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)。資料來(lái)源：公眾號(hào)金斯瑞生物，《微生物細(xì)胞工廠的設(shè)計(jì)構(gòu)建：從誘變育種到全基因組定制化創(chuàng)制》袁姚夢(mèng)，天風(fēng)證券研究所8合成生物學(xué)：核心內(nèi)容-生物元件、基因線路、基因組工程、代謝工程

合成生物學(xué)研究?jī)?nèi)容：合成生物學(xué)在工程化策略指導(dǎo)下有目的地設(shè)計(jì)合成標(biāo)準(zhǔn)化生物元件，具有不同功能的生物元件按

照一定邏輯構(gòu)建基因線路，不同基因線路組裝集成系統(tǒng)，獲得具有特定功能的人工生命系統(tǒng)。

生物元件：合成生物學(xué)的基礎(chǔ)“零件”

?

生物元件：復(fù)雜生命系統(tǒng)里最基礎(chǔ)、功能最簡(jiǎn)單的單元統(tǒng)稱。在遺傳系統(tǒng)中最基本、最簡(jiǎn)單的生物元件是具有特定

功能的氨基酸或核苷酸序列，可以在大規(guī)模的設(shè)計(jì)中與其他元件進(jìn)一步組合成具有特定生物學(xué)功能的生物學(xué)裝置。

生物元件通過(guò)挖掘、搜集、表征和標(biāo)準(zhǔn)化后從自然界中獲得。合成生物學(xué)的核心科學(xué)問(wèn)題之一是如何獲得功能表征

明確的最適生物元件來(lái)構(gòu)建目標(biāo)人工生命系統(tǒng)。

?

常見(jiàn)生物元件：調(diào)控元件、催化元件、結(jié)構(gòu)元件、操控和感應(yīng)元件等?；蚓庉嫽蚪M合成啟動(dòng)子RBS基因開(kāi)關(guān)

…基因表達(dá)調(diào)控生物元件廢物

產(chǎn)物酶1

合成

路徑酶2終止子

信息

基礎(chǔ)信息基礎(chǔ)邏輯信號(hào)門

…

設(shè)計(jì)

改造信息基礎(chǔ)圖：合成生物學(xué)研究?jī)?nèi)容

組合裝配基因線路基因組工程代謝工程圖：環(huán)形振蕩器圖：生物元件資料來(lái)源：

《合成生物學(xué)及其研究進(jìn)展》嚴(yán)偉等，《生物元件庫(kù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展》劉婉等，《合成生物學(xué):開(kāi)啟生命科學(xué)“會(huì)聚”研究新時(shí)代》趙國(guó)屏等，華南理工大學(xué)iGem團(tuán)隊(duì)，天風(fēng)證券研究所終止子啟動(dòng)子

細(xì)菌啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)圖：非門（NOT）9

基因線路：由基因元件組成的代謝或調(diào)控通路??基因線路：由啟動(dòng)子、阻遏子、增強(qiáng)子等調(diào)節(jié)元件及被調(diào)節(jié)基因構(gòu)成的遺傳裝置，同時(shí)也是生命體對(duì)自身生命過(guò)程控制的動(dòng)態(tài)調(diào)控系統(tǒng)。人工基因線路通過(guò)遺傳線路工程合成，主要分為基本型和組合型兩類：①基本型：依據(jù)生物學(xué)知識(shí)，借鑒電路的邏輯控制原理，設(shè)計(jì)并構(gòu)建基因開(kāi)關(guān)、放大器、振蕩器、邏輯門、計(jì)數(shù)器等合成器件。②組合型：以基本型人工基因線路作為基本元件搭建而成的用于模擬高級(jí)生命過(guò)程的遺傳裝置。圖：基因線路

代謝工程：設(shè)計(jì)改造已有代謝途徑??設(shè)計(jì)生物合成途徑：代謝工程對(duì)生化反應(yīng)進(jìn)行修飾，利用分子生物學(xué)手段比如DNA重組技術(shù)，合理設(shè)計(jì)與改造已有的代謝途徑和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，目的是合成新的產(chǎn)物、提高已有產(chǎn)物的合成能力或者賦予細(xì)胞新的功能。常用的構(gòu)建途徑：異源表達(dá)、細(xì)胞代謝反應(yīng)的構(gòu)建與調(diào)節(jié)。代謝工程產(chǎn)品組

合涵蓋簡(jiǎn)單化學(xué)物質(zhì)、非天然化合物以及具有復(fù)雜立體化學(xué)的大型生物分子。

基因組工程：從頭合成或重設(shè)計(jì)基因組??基因組工程：是一項(xiàng)能夠從頭合成或重設(shè)計(jì)基因組的技術(shù)，它的產(chǎn)生主要是由于基因組測(cè)序、基因編輯和基因合成等技術(shù)的迅速發(fā)展。從頭設(shè)計(jì)基因組的能力使人們可以根據(jù)任意設(shè)計(jì)原則對(duì)基因信息進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，從而開(kāi)辟了無(wú)需天然基因組作為模板即可構(gòu)建具有任何所需特性的細(xì)胞的可能性。拓寬應(yīng)用范圍：合成基因組技術(shù)為獲得大量全新的和復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)提供了可能。其設(shè)計(jì)功能是通過(guò)設(shè)計(jì)序列實(shí)現(xiàn)的，極大拓寬合成生命的應(yīng)用范圍，推動(dòng)其在能源、藥物和食品生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用。圖：代謝工程與合成生物學(xué)圖：人工基因組的設(shè)計(jì)、合成與應(yīng)用合成生物學(xué)：核心內(nèi)容-生物元件、基因線路、基因組工程、代謝工程資料來(lái)源：《

合成生物學(xué)及其研究進(jìn)展》嚴(yán)偉等，《代謝工程技術(shù)方法研究進(jìn)展》楊祖明等，公眾號(hào)欣貝萊生物，天風(fēng)證券研究所附：合成生物學(xué)制造過(guò)程10

向進(jìn)化改造的酶擴(kuò)大了反應(yīng)庫(kù)，新興DNA編輯/合成工具正在

加速生產(chǎn)宿主中代謝途徑的構(gòu)建。(D)

耐受性增強(qiáng)：通過(guò)理性或適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化（ALE）來(lái)增強(qiáng)菌

種耐受性，從ALE中分離出來(lái)的耐受性菌株可以為進(jìn)一步合理

地提高耐受性提供線索。(E)

代謝通量?jī)?yōu)化：系統(tǒng)生物學(xué)和進(jìn)化工程工具加速了代謝通量的

優(yōu)化，使目標(biāo)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率最大化。(F)

發(fā)酵：發(fā)酵過(guò)程與菌種開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行，提供數(shù)據(jù)反饋。(G)

產(chǎn)品回收和純化：根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)選擇合適的純化路徑，并且優(yōu)

化純化條件。(H)

放大：根據(jù)發(fā)酵和回收/純化的數(shù)據(jù)對(duì)代謝通量進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，路線設(shè)計(jì)圖：合成生物學(xué)制造過(guò)程

底盤細(xì)胞選擇底盤細(xì)胞代謝途徑重建耐受性增強(qiáng)代謝通量?jī)?yōu)化發(fā)酵

回收和純化以實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模到商業(yè)化生產(chǎn)的放大。

放大

系統(tǒng)代謝工程的出現(xiàn)加快具有工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的菌株開(kāi)發(fā)：

(A)

路線設(shè)計(jì)：根據(jù)產(chǎn)品和原料特點(diǎn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)路線。

(B)

底盤細(xì)胞選擇：選擇一個(gè)性狀優(yōu)良的底盤細(xì)胞，也就是用于該

產(chǎn)品生產(chǎn)的宿主細(xì)胞。

(C)

代謝途徑重建：通過(guò)設(shè)計(jì)/構(gòu)建/驗(yàn)證策略來(lái)設(shè)計(jì)代謝途徑。定資料來(lái)源：《Systems

Metabolic

Engineering

Strategies:

Integrating

Systems

and

Synthetic

Biology

with

Metabolic

Engineering》Kyeong

RokChoi，天風(fēng)證券研究所???醫(yī)藥類公司：華東醫(yī)藥、弈柯萊、川寧生物化工類公司：華恒生物、凱賽生物其他類型公司：嘉必優(yōu)、溢多利、Amyris

、Zymergen01合成生物學(xué)：跨時(shí)代驅(qū)動(dòng)行業(yè)邁入新發(fā)展階段02主要相關(guān)公司介紹：技術(shù)賦能-產(chǎn)品應(yīng)用???合成生物學(xué)基本概念合成生物學(xué)發(fā)展回顧合成生物學(xué)主要領(lǐng)域03合成生物學(xué)投資思考：以技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為導(dǎo)向目錄合成生物學(xué)：開(kāi)啟生命科學(xué)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(lǐng)域的應(yīng)用是這一時(shí)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(chǔ)研究快速發(fā)展，工程化理念日漸深入，使能技術(shù)平臺(tái)得到重視，方法以及工具不斷開(kāi)發(fā)，“工程

生物學(xué)”早期發(fā)展。

成長(zhǎng)期（2011-2015年）：基因組編輯效率大幅提升，技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不斷拓展，技術(shù)的應(yīng)用從生物基化學(xué)品、生物能源拓展至

疾病診斷、藥物和疫苗開(kāi)發(fā)、作物育種、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物新材料等諸多領(lǐng)域。

創(chuàng)新階段（2015年以后）：合成生物學(xué)“設(shè)計(jì)—構(gòu)建—測(cè)試”（Design-Build-Test，DBT）循環(huán)拓展至“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”

（Design-Build-Test-Learn，DBTL）。生物技術(shù)與信息技術(shù)融合發(fā)展特點(diǎn)更加明顯，半導(dǎo)體合成生物學(xué)、工程生物學(xué)等理念相繼12200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018

2019年基于群體效應(yīng)的細(xì)胞間的通信線路2002—2003年發(fā)展用于轉(zhuǎn)錄研究的合成線路

提出。

最早實(shí)現(xiàn)遺傳網(wǎng)第一個(gè)合成開(kāi)

絡(luò)的組合合關(guān)—

生物開(kāi)關(guān)

成和壓縮振蕩子大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)青蒿素前體途徑的工程化RNA

裝置用于基因表達(dá)的調(diào)節(jié)模塊SB

1.0：第一

次合成生物學(xué)國(guó)際會(huì)議麻省理工學(xué)院舉行第一屆iGEM競(jìng)賽大腸桿菌中的光傳感電路設(shè)計(jì)由RNA調(diào)控的可編程的基因表達(dá)生成多細(xì)胞模式的線路利用工程菌侵入癌細(xì)胞改造噬菌體水解細(xì)菌的生物膜快速、可調(diào)節(jié)的合成基因振蕩器利用大腸桿菌中氨基酸的代謝生產(chǎn)生物燃料可用于邏輯運(yùn)算的RNA

裝置邊緣檢測(cè)的合成，邊緣檢測(cè)線路的工程化Gibson等對(duì)DNA組裝的研究MAGE的研究設(shè)計(jì)可計(jì)算的線路利用基因時(shí)鐘同步細(xì)胞群的耦合振動(dòng)波可編輯控制微生物致死的開(kāi)關(guān)可編輯控制微生物致死的開(kāi)關(guān)在大腸桿菌中建立一套完整的布爾邏輯門人工合成酵母的部分基因組利用動(dòng)態(tài)的代謝流控制生物柴油的生產(chǎn)設(shè)計(jì)出復(fù)雜的多層基因環(huán)路Amyris公司利用酵母菌株商業(yè)化生產(chǎn)青蒿素人工合成酵母染色體擴(kuò)展生命遺傳密碼2000設(shè)計(jì)合成酵母菌使其能合成嗎啡合成人造細(xì)胞膜改寫轉(zhuǎn)基因微生物，建立安全防護(hù)體系計(jì)算設(shè)計(jì)人工蛋白人造胰島

β

細(xì)胞人工合成最小細(xì)菌制造出“穩(wěn)定”的半合成有機(jī)體在DNA中儲(chǔ)存數(shù)碼信息重新設(shè)計(jì)合成了5條酵母染色體人工合成首例單染色體

酵母菌株人工細(xì)胞的光引擎自動(dòng)調(diào)節(jié)的負(fù)反饋路線技術(shù)或文化里程碑（深灰）；

線路工程（深橙）；代謝工程中的合成生物學(xué)（黃）；治療性應(yīng)用（淺灰）；全基因組工程（橙）

2000—2005

年萌芽期研究手段和理論基礎(chǔ)的積淀

2005—2011

年起步期領(lǐng)域擴(kuò)大、工程技術(shù)進(jìn)步2011—2015

年創(chuàng)新和應(yīng)用轉(zhuǎn)化

新技術(shù)和工程手段涌現(xiàn)

2015+創(chuàng)新階段全面提升、展現(xiàn)出口在酵母中完成大麻素的合成合成蛋白線路設(shè)計(jì)僅利用二氧化碳作為唯一碳源的自養(yǎng)型大腸桿菌全合成具有61個(gè)密碼子的大腸桿菌資料來(lái)源：

《合成生物學(xué):開(kāi)啟生命科學(xué)“會(huì)聚”研究新時(shí)代》趙國(guó)屏等，《從全球?qū)＠治隹春铣缮飳W(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》陳大明等，天風(fēng)證券研究所13合成生物學(xué)：從非理性誘變到定制化細(xì)胞工廠

微生物細(xì)胞工廠（MCFs）構(gòu)建經(jīng)歷三個(gè)階段：從非理性誘變到定制化MCFs????早期的非理性誘變及篩選耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大。20世紀(jì)90年代之前，主要通過(guò)天然微生物的篩選和非理性誘變育種技術(shù)獲得目標(biāo)產(chǎn)物高產(chǎn)菌株，這種策略往往花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、工作量大。但其應(yīng)用歷史悠久、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣，非理性策略至今仍然是微生物育種研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的常用平臺(tái)技術(shù)。分子生物學(xué)以及基因工程技術(shù)的逐步引入創(chuàng)立了經(jīng)典代謝工程，效率得到顯著提升。隨著技術(shù)手段的發(fā)展，代謝工程能夠利用重組DNA技術(shù)對(duì)生物體已知的代謝途徑進(jìn)行有目的設(shè)計(jì)，更好地理解和利用細(xì)胞途徑，并對(duì)細(xì)胞內(nèi)的基因網(wǎng)絡(luò)和調(diào)節(jié)過(guò)程進(jìn)行調(diào)控和優(yōu)化。經(jīng)典代謝工程以DBTL循環(huán)為基本流程，MCFs改造效率得到顯著提升。生物信息學(xué)和各種組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，系統(tǒng)代謝工程的構(gòu)建進(jìn)一步加快效率。隨著生物信息學(xué)和各種組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，系統(tǒng)代謝工程的建立進(jìn)一步使得研究者能夠結(jié)合組學(xué)和生物信息學(xué)手段獲取生物學(xué)知識(shí)，從系統(tǒng)層次進(jìn)行MCFs設(shè)計(jì)，加快MCFs構(gòu)建效率?；驕y(cè)序和基因組編輯技術(shù)的飛躍，使得未來(lái)全基因組水平定制化細(xì)胞工廠成為可能。未來(lái)有望通過(guò)將高通量技術(shù)在全基因組范圍基因型空間的挖掘與改造相結(jié)合，以更低的開(kāi)發(fā)成本、更短的研發(fā)周期獲得生產(chǎn)效率更為高效的下一代定制化MCFs。資料來(lái)源：《微生物細(xì)胞工廠的設(shè)計(jì)構(gòu)建：從誘變育種到全基因組定制化創(chuàng)制》袁姚夢(mèng)等，天風(fēng)證券研究所14合成生物學(xué)：先進(jìn)技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)快速發(fā)展

生物技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)著合成生物學(xué)快速發(fā)展

?

顛覆性使能技術(shù)是支撐合成生物學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵，基因合成、基因編輯、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)、細(xì)胞設(shè)計(jì)、高通量篩選等技術(shù)

的發(fā)展對(duì)合成生物學(xué)的發(fā)展有著重要的支撐和推動(dòng)作用，基因測(cè)序、DNA合成以及基因組編輯技術(shù)都是其核心使能

技術(shù)。

?

基因測(cè)序技術(shù)：基因測(cè)序技術(shù)已經(jīng)從第一代發(fā)展至第三代技術(shù)，利用這一技術(shù)能夠加速發(fā)掘合成生物學(xué)中使用的生

物元件。

?

基因編輯技術(shù)：基因組編輯技術(shù)是一種能夠定向修改基因序列的強(qiáng)有力工具，在合成生物學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，包

括以ZFN和TALEN為代表的早期基因組編輯技術(shù)，以及新型CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)。

?

DNA合成技術(shù)：DNA化學(xué)合成法是當(dāng)前主流的商業(yè)化合成方法，經(jīng)歷了從柱式合成到芯片合成的變革發(fā)展，并得到了廣泛的市場(chǎng)化應(yīng)用。圖：近十年推動(dòng)合成生物學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)進(jìn)展資料來(lái)源：《The

second

decade

of

synthetic

biology:

2010–2020》Fankang

Meng

，

《合成生物學(xué):開(kāi)啟生命科學(xué)“會(huì)聚”研究新時(shí)代》趙國(guó)屏等，天風(fēng)證券研究所15圖：基因測(cè)序技術(shù)的速度提升圖：三代基因測(cè)序技術(shù)對(duì)比圖：基因測(cè)序技術(shù)成本下降合成生物學(xué)：先進(jìn)技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)快速發(fā)展

基因測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步加速生物元件發(fā)掘速度

?

生物元件大都來(lái)源于自然界，基因測(cè)序能力的快速提高使得物種序列信息指數(shù)增長(zhǎng)，同時(shí)利用生物信息學(xué)和系統(tǒng)生

物學(xué)識(shí)別與鑒定，發(fā)掘生物元件的能力也顯著提升，越來(lái)越多合成生物學(xué)中使用的生物元件被發(fā)掘。

基因測(cè)序：效率提升，成本下降

?

基因測(cè)序技術(shù)從第一代發(fā)展到第三代，提升基因測(cè)序效率的同時(shí)顯著降低基因測(cè)序成本。在早期只有第一代測(cè)序技

術(shù)時(shí)，第一個(gè)人類基因組測(cè)序花費(fèi)近30億美元，而2019年人類全基因組測(cè)序的成本已降至1000美元以下，預(yù)計(jì)在未

來(lái)十年內(nèi)其成本可能低于100美元?；驕y(cè)序技術(shù)迭代更新帶來(lái)的測(cè)序成本下降與效率提升，為其大范圍使用打下

堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。代際公司測(cè)序平臺(tái)測(cè)序原理檢測(cè)方法

讀

長(zhǎng)（堿基數(shù)

）優(yōu)點(diǎn)相對(duì)局限性第一代貝克曼

GeXP遺傳

桑格-毛細(xì)管

熒光/光學(xué)

分析系統(tǒng)

電泳測(cè)序法600-1000高讀長(zhǎng);準(zhǔn)確；

通量低；成本高

易小型化4第二代

Roche/45

基因組測(cè)序儀FLX系統(tǒng)焦磷酸測(cè)序法光學(xué)230-400量較高高讀長(zhǎng);

測(cè)序通

樣品制備難；錯(cuò)誤累積高；儀器昂貴第二代Illumina

HiSeq2000,Hiseq250

0/Miseq物和合成測(cè)

序法可逆鏈終止

熒光/光學(xué)2×150高通量?jī)x器昂貴；費(fèi)用高學(xué)公司第三代

全基因組

GeXP遺傳分析系統(tǒng)雜交和連接

技術(shù)復(fù)合探針錨

熒光/光學(xué)10第三代中通量最高；成本低；錯(cuò)

誤率低低讀長(zhǎng)；樣品制備難；尚無(wú)商業(yè)

化儀器第三代

IonTorrent個(gè)人基因

合成測(cè)序法

離子敏感場(chǎng)

測(cè)序儀

效應(yīng)晶體管（PGM）

檢測(cè)pH值100-200可直接測(cè)定摻入

核酸堿基;自然

條件下進(jìn)行錯(cuò)誤累積高；閱讀高重復(fù)和同種

多聚序列困難第三代

牛津納米

GridION

孔公司納米孔外切

酶測(cè)序電流尚未定量高讀長(zhǎng)潛力；無(wú)

需光學(xué)手段;錯(cuò)誤高；裝置生

產(chǎn)難第四代

牛津納米

孔公司資料來(lái)源：McKinsey

Global

Institute，《合成生物學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)》溫欒等，公眾號(hào)國(guó)際兒童精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中心，天風(fēng)證券研究所MinION納米孔測(cè)序技術(shù)電流60-300檢測(cè)堿基修飾、

不可通過(guò)測(cè)序深實(shí)時(shí)測(cè)序監(jiān)控、

度彌補(bǔ)，可通過(guò)

檢測(cè)結(jié)構(gòu)變異

Illumina

read糾錯(cuò)設(shè)計(jì)依賴上下游序列、脫靶率高、具有細(xì)胞毒性16??基因組編輯技術(shù)，是指對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行編輯或修飾的基因工程技術(shù)，是一種能夠定向修改基因組的強(qiáng)有力工具。合成生物學(xué)對(duì)于DNA等遺傳物質(zhì)的合成、組裝和編輯等操作有著巨大的需求，因此基因組編輯技術(shù)在合成生物學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，并加速了合成生物學(xué)的發(fā)展。應(yīng)用最為廣泛的3種技術(shù)：鋅指蛋白核酸酶（ZFN)、類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶（TALEN)以及CRISPR/Cas系統(tǒng)。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)通常由一系列CRISPR相關(guān)基因與CRISPR陣列組成，因其易于構(gòu)建、編輯效率高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為應(yīng)用最為廣

泛的基因組編輯工具。

CRISPR系統(tǒng)：精準(zhǔn)、方便、廉價(jià)，應(yīng)用場(chǎng)景豐富?在合成生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化以及模塊化發(fā)展過(guò)程中，CRISPR系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用：能夠精準(zhǔn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控，被廣泛應(yīng)用于基因動(dòng)態(tài)過(guò)程的調(diào)控以及細(xì)胞命運(yùn)的操縱；介導(dǎo)微生物基因編輯，對(duì)特定基因或者同時(shí)對(duì)合成通路里的多個(gè)基因進(jìn)行編輯，達(dá)到改良菌種的目的；在活細(xì)胞中動(dòng)態(tài)更改遺傳信息，并利用基因組DNA強(qiáng)大承載力對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。表：三種基因編輯技術(shù)的比較ZFNTALENCRISPR系統(tǒng)識(shí)別模式蛋白質(zhì)—DNA蛋白質(zhì)—DNARNA—DNA

靶向元件

切割元件

識(shí)別長(zhǎng)度識(shí)別序列特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

ZF

array蛋白

Fok

I

蠶白

(3-6)*3*2

bp

以3

bp為單位平臺(tái)成熟、效率高于被動(dòng)同源

重組

TALE

array蛋白

Fok

I

蠶白

(12-20)*2

bp

5

'前T2為

T設(shè)計(jì)較ZFN簡(jiǎn)單、特異性高

sgRNA蛋白

Cas9蛋白

20

bp

3

'序列為NGC靶向精確、脫靶率低、細(xì)胞毒

性低、廉價(jià)缺點(diǎn)細(xì)胞毒性、模塊組裝過(guò)程繁瑣、靶區(qū)前無(wú)PAM則不能切割、需要大型測(cè)序工作、一般大型

特異性不高、NHEJ依然會(huì)產(chǎn)

公司才有能力開(kāi)展、成本高

生隨機(jī)毒性

能否多靶點(diǎn)編輯

能否編輯RNA是否可對(duì)任何基因位

點(diǎn)進(jìn)行編輯

難不可以

是

難不可以

是

容易

可以否，受限于PAM圖：CRISPR系統(tǒng)在合成生物學(xué)中的應(yīng)用合成生物學(xué)：先進(jìn)技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)快速發(fā)展

基因編輯技術(shù)是定向改造基因組的強(qiáng)有力工具資料來(lái)源：《基因組編輯技術(shù)及其在合成生物學(xué)中的應(yīng)用》曹中正等，公眾號(hào)解碼合成生物、中國(guó)科學(xué)院院刊、絡(luò)繹科學(xué)、源古紀(jì)，天風(fēng)證券研究所IDT、賽默飛世金斯瑞、生爾工17圖：當(dāng)前主要基因合成技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比圖：DNA合成技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用合成生物學(xué)：先進(jìn)技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)快速發(fā)展

DNA合成技術(shù)是合成生物學(xué)核心使能技術(shù)之一

?

DNA是遺傳信息的主要載體，而DNA合成技術(shù)則是人類探索生命奧秘過(guò)程中的必要工具，大規(guī)模基因組DNA設(shè)計(jì)和

合成賦予我們改造細(xì)胞功能甚至創(chuàng)造人工生命的能力。DNA化學(xué)合成經(jīng)歷了從柱式合成到芯片合成的變革發(fā)展，并

得到了廣泛的市場(chǎng)化應(yīng)用。

技術(shù)迭代更新，芯片合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)高通量合成

?

寡核苷酸的化學(xué)合成始于20世紀(jì)50年代，于80年代開(kāi)發(fā)出亞磷酰胺三酯化學(xué)合成法，并應(yīng)用于柱式合成鏈。該技術(shù)

發(fā)展至今，自動(dòng)化合成設(shè)備已逐步成熟，但其低效率、低通量、高成本的限制日益凸顯。與柱式合成相比，在進(jìn)行

大規(guī)?；蚝铣蓵r(shí)，芯片合成法占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。芯片作為DNA合成固相載體，以高密度、集成方式在其表面特定位

點(diǎn)上進(jìn)行合成反應(yīng)，能夠在節(jié)省試劑的同時(shí)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高通量合成，顯著提升基因合成效率、降低合成成本。資料來(lái)源：《DNA合成、組裝與糾錯(cuò)技術(shù)研究進(jìn)展》彭凱等，《人工DNA合成技術(shù)：DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基石》黃小羅等，動(dòng)脈網(wǎng)公眾號(hào)，天風(fēng)證券研究所技術(shù)類別技術(shù)原理技術(shù)特點(diǎn)國(guó)外供應(yīng)商

國(guó)內(nèi)供應(yīng)商限制性因素柱式合成技術(shù)亞磷酸胺三酯

化學(xué)合成法自動(dòng)化設(shè)備成熟，

成本高，通量小，

方便靈活，應(yīng)用

長(zhǎng)度不超過(guò)

范圍廣

200~300nt芯片合成技術(shù)噴墨法低成本，高通量，

長(zhǎng)鏈合成Twist、Agilent無(wú)工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘高，不適合小規(guī)?；蚝铣晒饣瘜W(xué)法電化學(xué)法低成本，高通量，Affymetrix（賽

長(zhǎng)鏈合成

默飛世爾）低成本，高通量，

CustomArray

長(zhǎng)鏈合成

（金斯瑞）

無(wú)金斯瑞酶合成技術(shù)生物合成法非模板或者少模

板依賴研究階段研究階段技術(shù)成熟度低，

成本高資料來(lái)源：公眾號(hào)解碼合成生物，《合成生物制造進(jìn)展》張媛媛等，天風(fēng)證券研究所18合成生物學(xué)發(fā)展的政策推動(dòng)

全球各國(guó)制定政策推動(dòng)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

?

合成生物學(xué)在全球范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注，眾多國(guó)家/組織均出臺(tái)相關(guān)政策，推動(dòng)合成生物學(xué)技術(shù)及應(yīng)用快速發(fā)展。早

在2006年，美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)便為合成生物學(xué)研究提供高額資助，并于2021年出臺(tái)《2021美國(guó)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)法

案》，將合成生物學(xué)列舉為關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域之一。歐盟在《面向生物經(jīng)濟(jì)的歐洲化學(xué)工業(yè)路線圖》中，提出在

2030年將生物基產(chǎn)品或可再生原料替代份額增加到25%的發(fā)展目標(biāo)。

表：美國(guó)及歐盟關(guān)于合成生物學(xué)的政策/項(xiàng)目公布地區(qū)

美國(guó)公布時(shí)間

2006

2011

2014

2014

2015

2015

政策/項(xiàng)目名稱

新成立合成生物學(xué)工程研究中心

“生命鑄造廠”（Living

Founderies）

《向國(guó)會(huì)報(bào)告：合成生物學(xué)》

《國(guó)防部科技優(yōu)先事項(xiàng)》

《技術(shù)評(píng)估：合成生物學(xué)》啟動(dòng)敏捷生物鑄造廠（Agile

BioFoundry，

ABF）聯(lián)盟計(jì)劃

政策公文/預(yù)計(jì)效果

美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)為其提供十年3900萬(wàn)美元的資助

專注于合成生物學(xué)項(xiàng)目的投資與開(kāi)發(fā)

響應(yīng)美國(guó)國(guó)會(huì)關(guān)于“聯(lián)邦政府支持的研究和開(kāi)發(fā)活動(dòng)的綜合合成生物學(xué)計(jì)劃的要求”

合成生物學(xué)被列為了21世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展的六大顛覆性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域之一“合成生物學(xué)有潛力影響與國(guó)防部相關(guān)的廣泛領(lǐng)域，……由于工程生物現(xiàn)有的和有希望

的未來(lái)能力，該評(píng)估發(fā)現(xiàn)合成生物空間為國(guó)防部提供了一個(gè)重大機(jī)會(huì)”

在生物化學(xué)品、生物燃料的生物制造領(lǐng)域投入巨資開(kāi)展研發(fā)項(xiàng)目，啟動(dòng)敏捷生物鑄造

廠（Agile

BioFoundry，

ABF）聯(lián)盟計(jì)劃，并于

2020

年新建生物工業(yè)制造和設(shè)計(jì)生態(tài)

系統(tǒng)（BioMADE）2017NSF宣布征集“用于信息處理和存儲(chǔ)技術(shù)的半

布局半導(dǎo)體與合成生物學(xué)的前沿交叉，目標(biāo)是利用半導(dǎo)體技術(shù)整合合成生物學(xué)來(lái)創(chuàng)建

導(dǎo)體合成生物學(xué)（SemiSynBio）”

存儲(chǔ)系統(tǒng)合成生物學(xué)名列幾大關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域之一。同時(shí)，該法案對(duì)其所有政府部門的指導(dǎo)

中，均著重強(qiáng)調(diào)了配合發(fā)展“合成生物學(xué)/工程生物學(xué)”歐盟20212013《2021美國(guó)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)法案》

《戰(zhàn)略創(chuàng)新與研究議程》2019《面向生物經(jīng)濟(jì)的歐洲化學(xué)工業(yè)路線圖》

生物基產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟計(jì)劃提出在

2030

年將生物基產(chǎn)品或可再生原料替代份額增加到

25%

的發(fā)展目標(biāo)

持續(xù)資助生物制造產(chǎn)品的研發(fā)和行業(yè)發(fā)展資料來(lái)源：公眾號(hào)解碼合成生物，天風(fēng)證券研究所19合成生物學(xué)發(fā)展的政策推動(dòng)

全球各國(guó)制定政策推動(dòng)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

表：全球各國(guó)關(guān)于合成生物學(xué)的政策/項(xiàng)目公布地區(qū)

英國(guó)

日本

德國(guó)

法國(guó)澳大利亞

公布時(shí)間

2012

2016

20182019-2020

2020

2010

2009

2010

2011

2015

2021

政策/項(xiàng)目名稱

《英國(guó)合成生物學(xué)戰(zhàn)略路線圖2012》

《英國(guó)合成生物學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃》

《至

2030

年國(guó)家生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》

《生物戰(zhàn)略2019》文部科學(xué)省發(fā)布JST（日本科學(xué)技術(shù)振興

機(jī)構(gòu)）戰(zhàn)略目標(biāo)“創(chuàng)新植物分子設(shè)計(jì)”

《生物技術(shù)2020+計(jì)劃》

《國(guó)家研究與創(chuàng)新戰(zhàn)略》

成立合成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)與合成生物

學(xué)研究所

成立合成生物學(xué)工作組

合成生物學(xué)澳大拉西亞（Synthetic

Biology

Australasia,

SBA）成立

《國(guó)家合成生物學(xué)路線圖》

政策公文/預(yù)計(jì)效果提出了英國(guó)合成生物學(xué)發(fā)展的5格關(guān)鍵建議。在合成生物學(xué)路線圖和戰(zhàn)略規(guī)劃的引導(dǎo)下，英國(guó)

政府專門成立了合成生物學(xué)領(lǐng)導(dǎo)理事會(huì)，并持續(xù)加大對(duì)合成生物學(xué)的投入和支持

提出了加速生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、商品化、新興創(chuàng)意轉(zhuǎn)化以及促進(jìn)國(guó)際共創(chuàng)等五條建議，旨在到

2030年實(shí)現(xiàn)英國(guó)合成生物學(xué)100億歐元的市場(chǎng)

著力發(fā)展合成生物學(xué)研究的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，建立和完善合成生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)式布局，推

動(dòng)國(guó)家工業(yè)戰(zhàn)略的實(shí)施提出到

2030

年建成“世界最先進(jìn)的生物經(jīng)濟(jì)社會(huì)”，并圍繞生物制造技術(shù)發(fā)展等重要主題制

定了《生物戰(zhàn)略

2020》的基本措施

明確提出“開(kāi)發(fā)有助于修改和創(chuàng)造生物合成途徑的合成生物學(xué)方法

馬克思普朗克學(xué)會(huì)發(fā)起推動(dòng)的合成生物學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)“MaxSynBio”、項(xiàng)目“SynBioDesign-合

成生物學(xué)用于設(shè)計(jì)復(fù)雜天然物質(zhì)生物系統(tǒng)”

將新興學(xué)科“合成生物學(xué)”列為了“優(yōu)先挑戰(zhàn)”

用以普及和推動(dòng)本國(guó)合成生物學(xué)發(fā)展

指出法國(guó)可以在該領(lǐng)域“爭(zhēng)取在全球排名第二或第三”

與澳大利亞政府研究機(jī)構(gòu)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工程研究組織（CSIRO）舉辦會(huì)議

自2016年以來(lái)，澳大利亞在合成生物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了大量投資，公共投資總額超過(guò)8000萬(wàn)美元新加坡2018新加坡國(guó)立研究基金會(huì)宣布資助一項(xiàng)國(guó)

未來(lái)五年內(nèi)投入2500萬(wàn)新元，優(yōu)先布局三個(gè)領(lǐng)域：開(kāi)發(fā)合成大麻素，生產(chǎn)稀有脂肪酸和開(kāi)發(fā)

家合成生物學(xué)研發(fā)計(jì)劃

可用于生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品的新微生物菌株加拿大2020《加拿大工程生物學(xué)白皮書(shū)：推動(dòng)經(jīng)濟(jì)

復(fù)蘇和生物制造現(xiàn)代化的技術(shù)平臺(tái)》在該白皮書(shū)中，加拿大專家們強(qiáng)調(diào)了合成生物學(xué)對(duì)加拿大的重要性。資料來(lái)源：各省市政府網(wǎng)站，澎湃新聞，天風(fēng)證券研究所20合成生物學(xué)發(fā)展的政策推動(dòng)

國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)相關(guān)政策陸續(xù)出臺(tái)

?

合成生物學(xué)重要性日漸凸顯，國(guó)內(nèi)對(duì)于合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)的支持力度也在不斷加大。2020年國(guó)家發(fā)改委在《關(guān)于擴(kuò)大

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長(zhǎng)點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出支持合成生物學(xué)技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)，北京、江蘇、

深圳、上海、天津等多地政府陸續(xù)出臺(tái)支持合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的落地政策。

表：國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)相關(guān)政策公布時(shí)間發(fā)布部門政策名稱合成生物學(xué)相關(guān)條款2020年9月18日2020年9月27日中華人民共和

國(guó)發(fā)改委江蘇省發(fā)改委2021年1月18日《關(guān)于擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興

系統(tǒng)規(guī)劃國(guó)家生物安全風(fēng)險(xiǎn)防控和治理體系建設(shè)，加大生物安全與應(yīng)急領(lǐng)域投資，加強(qiáng)國(guó)家生物產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增

制藥檢驗(yàn)檢定創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)、支持遺傳細(xì)胞與遺傳育種技術(shù)研發(fā)中心、合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心、長(zhǎng)點(diǎn)增長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》

生物醫(yī)藥技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)，促進(jìn)生物技術(shù)健康發(fā)展。

《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料

聚焦產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣需求，圍繞低成本聚乳酸、生物基合成材料、新一代生物醫(yī)用塑料等可降解塑

污染治理的實(shí)施意見(jiàn)》

料相關(guān)技術(shù)方向，加快突破技術(shù)瓶頸，為后續(xù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣提供技術(shù)儲(chǔ)備和支撐。

《中國(guó)(北京)自由貿(mào)易

結(jié)合人工智能技術(shù)以及臨床研究?jī)?yōu)勢(shì)，重點(diǎn)圍繞細(xì)胞基因治療、合成生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、高端北京市發(fā)改委

試驗(yàn)區(qū)科技創(chuàng)新片區(qū)海醫(yī)療器械、智能醫(yī)療服務(wù)布局重大產(chǎn)業(yè)平臺(tái)和重點(diǎn)項(xiàng)目：圍繞“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”，為互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療、智能醫(yī)院建設(shè)提供科技支撐。2021年6月9日

淀組團(tuán)實(shí)施方案》《深圳市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社深圳市人民政

會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)

生物育種方面，重點(diǎn)圍繞組學(xué)技術(shù)、合成生物學(xué)、植物基因?qū)W、動(dòng)物基因?qū)W、生態(tài)基因?qū)W、食品

府

劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目

科學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

標(biāo)綱要》2021年6月23日上海市人民政

府辦公廳《上海市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十

四五”規(guī)劃》基因編輯、拼裝、重組技術(shù)以及人工組織器官構(gòu)建等合成生物學(xué)技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，以

推動(dòng)合成生物學(xué)技術(shù)工業(yè)應(yīng)用以及相關(guān)技術(shù)臨床應(yīng)用。2021年6月26日天津市人民政

府《制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

為發(fā)展生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，將布局建設(shè)合成生物學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中

“十四五”規(guī)劃》

心等創(chuàng)新平臺(tái)，加快“生物制造谷”、“細(xì)胞谷”建設(shè)。山西省人民政

《山西省“十四五”14府個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》公布時(shí)間發(fā)布部門政策名稱合成生物學(xué)相關(guān)條款2021年7月9日2021年8月4日上海市人民政

《上海市衛(wèi)生健康發(fā)展

支持醫(yī)學(xué)與新興學(xué)科交叉融合發(fā)展，推進(jìn)工程生物學(xué)、半導(dǎo)體合成生物學(xué)等在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，

府辦公廳

“十四五”規(guī)劃》

發(fā)展智能細(xì)胞、腦機(jī)融合等前沿技術(shù)。

開(kāi)展合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究和生物基高分子新型材料、仿生材料等應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，加速合成生物產(chǎn)

業(yè)生態(tài)園區(qū)、生物降解聚酯等重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)，重點(diǎn)發(fā)展生物基聚酰胺、生物降解聚酯、生物碳纖

維復(fù)合材料等產(chǎn)品，推動(dòng)人源化膠原蛋白產(chǎn)業(yè)化。2021年9月1日上海市科學(xué)技

術(shù)委員會(huì)《上海市重點(diǎn)領(lǐng)域（科技創(chuàng)新類）“十四五”

緊缺人才開(kāi)發(fā)目錄》在發(fā)布的緊缺人才目錄中，生命科學(xué)領(lǐng)域人才十分緊缺。包括，代謝組學(xué)研究人才、微生物菌群

和健康評(píng)估研究人才、合成科學(xué)和生命創(chuàng)制研究人才、細(xì)菌學(xué)研究人才等。2021年9月2日江蘇省人民政

《江蘇省“十四五”科

府

技創(chuàng)新規(guī)劃》超前部署生物表型、農(nóng)業(yè)合成生物、智慧農(nóng)業(yè)等農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)和關(guān)鍵共性技術(shù)，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)建設(shè)，完善農(nóng)業(yè)科技社會(huì)化服務(wù)體系，為我省鄉(xiāng)

村全面振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。2021年10月15日深圳市光明區(qū)

政府《光明區(qū)關(guān)于支持合成支持合成生物戰(zhàn)略科技力量建設(shè)、創(chuàng)新鏈建設(shè)、產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)、生態(tài)鏈建設(shè)以及合成生物界定等

，生物創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈融合

其中對(duì)承接國(guó)家省市重點(diǎn)科技專項(xiàng)、新建改造

GMP

廠房、用房租金、建設(shè)產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)臺(tái)等四

發(fā)展的若干措施》

個(gè)方面的合成生物企業(yè)最高給予

1000

萬(wàn)元支持?；客ㄖ?/p>

國(guó)家發(fā)展改革

《關(guān)于推動(dòng)原料藥產(chǎn)業(yè)

加快合成生物技術(shù)、連續(xù)流微反應(yīng)、連續(xù)結(jié)晶和晶型控制等先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。重點(diǎn)發(fā)展合成2021年11月12日

委&工業(yè)和信息

高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案的

生物技術(shù)、酶催化、生物催化劑（酶）篩選與制備、連續(xù)流微反應(yīng)、連續(xù)結(jié)晶和晶型控制、高效分離純化、藥物微量雜質(zhì)控制、過(guò)程分析等先進(jìn)技術(shù)。合成生物學(xué)發(fā)展的政策推動(dòng)

國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)相關(guān)政策陸續(xù)出臺(tái)

表：國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)相關(guān)政策資料來(lái)源：各省市政府網(wǎng)站，澎湃新聞，天風(fēng)證券研究所

21???醫(yī)藥類公司：華東醫(yī)藥、弈柯萊、川寧生物化工類公司：華恒生物、凱賽生物其他類型公司：嘉必優(yōu)、溢多利、Amyris

、Zymergen01合成生物學(xué)：跨時(shí)代驅(qū)動(dòng)行業(yè)邁入新發(fā)展階段02主要相關(guān)公司介紹：技術(shù)賦能-產(chǎn)品應(yīng)用???合成生物學(xué)基本概念合成生物學(xué)發(fā)展回顧合成生物學(xué)主要領(lǐng)域03合成生物學(xué)投資思考：以技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為導(dǎo)向目錄23合成生物學(xué)：三大優(yōu)勢(shì)——替代+創(chuàng)新+循環(huán)

制造業(yè)革命，實(shí)現(xiàn)“替代+創(chuàng)新+循環(huán)”

?

合成生物學(xué)正在推動(dòng)一場(chǎng)制造業(yè)革命，探索替代原料和原有生產(chǎn)工藝，并進(jìn)一步延伸到性能更好的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

?

由合成生物學(xué)驅(qū)動(dòng)的下一代生物制造帶來(lái)新的優(yōu)勢(shì)：

①替代原有制造路線（化學(xué)合成或者天然提取），提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益；

②創(chuàng)造療效更好的藥品、性能優(yōu)越的化學(xué)品或材料等新產(chǎn)品的潛力；

③實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的“循環(huán)”生產(chǎn)模式，使用可再生生物質(zhì)原料，顯著減少對(duì)化石燃料的依賴。圖：體內(nèi)生物催化和代謝工程實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的循環(huán)與可持續(xù)性

圖：維生素B12從頭生物合成資料來(lái)源：合成生物學(xué)期刊公眾號(hào)，

《從化學(xué)合成到生物合成——天然產(chǎn)物全合成新趨勢(shì)》張發(fā)光等，天風(fēng)證券研究所24圖：合成生物制造以可再生資源為原料

項(xiàng)目工業(yè)過(guò)程能耗成本節(jié)約

15-80%

原料消耗

空氣污染

生產(chǎn)成本

項(xiàng)目化學(xué)品和相關(guān)產(chǎn)

品

二氧化碳排放

35-75%

33-80%

9-90%

預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

全球制造占比35%

（2030E）每年降低10-25億噸

（2030E）合成生物學(xué)：綠色環(huán)保、能耗少成本低

以可再生資源作為原料，反應(yīng)條件溫和

?

合成生物學(xué)主要以可再生資源作為原料，包括淀粉等糧食原料、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物以及CO2、CH4等含碳?xì)怏w，符

合可持續(xù)發(fā)展理念，且能使得原材料成本占比降低，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)度以及生產(chǎn)周期縮短。相較于化學(xué)反應(yīng)，合成生物學(xué)

大部分反應(yīng)在微生物或酶的作用下進(jìn)行，反應(yīng)條件更溫和，減少副產(chǎn)物和三廢生成，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保生產(chǎn)。

合成生物學(xué)有助于減少能耗、降低成本

?

世界經(jīng)濟(jì)合作組織發(fā)表的報(bào)告表明合成生物制造可以降低工業(yè)過(guò)程能耗、物耗，減少?gòu)U物排放與空氣、水及土壤污

染，以及大幅度降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。研究數(shù)據(jù)表明，生物技術(shù)的應(yīng)用可以降低工業(yè)過(guò)程能耗15-80%，

原料消耗35%-75%；減少空氣污染50%-90%，水污染33%-80%；降低生產(chǎn)成本9%-90%。

?

據(jù)OECD預(yù)測(cè)，到2030年35%的化學(xué)品及相關(guān)產(chǎn)品將通過(guò)生物技術(shù)制造。據(jù)世界自然基金會(huì)（WWF）估測(cè)，到2030

年，工業(yè)生物技術(shù)每年將降低10

億至

25

億噸二氧化碳排放。圖：合成生物學(xué)制造過(guò)程能耗節(jié)約

生物技術(shù)

生物技術(shù)

工業(yè)生物技術(shù)資料來(lái)源：《合成生物制造進(jìn)展》張媛媛等，北京化工大學(xué)袁其朋-合成生物學(xué)：從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化-《合成生物學(xué)》前沿論壇天風(fēng)證券研究所2017201820192024E醫(yī)療健康科研工業(yè)化學(xué)品食品和飲料農(nóng)業(yè)消費(fèi)品

行業(yè)/方向

醫(yī)療健康

科研工業(yè)化學(xué)品食品和飲料

農(nóng)業(yè)2019年-2024年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)

18.9%

21.7%

27.5%

64.6%

64.2%消費(fèi)品43.9%全球合成生物學(xué)28.8%合成生物學(xué)：應(yīng)用范圍不斷拓寬，市場(chǎng)空間廣闊

隨著合成生物學(xué)在理論和技術(shù)上不斷取得突破，疊加其綠色環(huán)保、能耗少成本低等優(yōu)勢(shì)，合成生物學(xué)的應(yīng)用范圍不斷拓

寬，對(duì)醫(yī)療健康、科研、化學(xué)品、食品和飲料、環(huán)境監(jiān)控及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

根據(jù)

CB

Insights

分析數(shù)據(jù)顯示，全球合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模2019年為53億美元，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)189億美元，年復(fù)

合增長(zhǎng)率為28.8%。醫(yī)療健康領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模最大，預(yù)計(jì)將由2017年17億美元增長(zhǎng)至2024年50億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率

為18.9%。隨著全國(guó)科研投入的不斷加大以及DNA測(cè)序等技術(shù)成本降低，合成生物學(xué)科研領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，

2017-2024年合成生物學(xué)科研市場(chǎng)需求預(yù)計(jì)持續(xù)穩(wěn)居第二位。食品和飲料、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域增長(zhǎng)速度最快，2019年-2024年

年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)分別為64.6%和64.2%。圖.2017-2024E合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模（單位：百萬(wàn)美元）圖.2019-2024E合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)資料來(lái)源：公眾號(hào)九合創(chuàng)投，天風(fēng)證券研究所26??Januvia，又稱西格列汀或者佳糖維，通過(guò)抑制二肽基肽酶-4（DPP-4）活性降低血糖水平。西格列汀擁有13.5億美金的年銷售額，在現(xiàn)有大約107個(gè)處方中，西格列汀的開(kāi)方數(shù)量排名在95位。西格列汀使用化學(xué)方法較難合成，往往需要重金屬和高壓的條件，原因是其分子結(jié)構(gòu)中具有立體構(gòu)象專一的氨基。默克公司利用多輪定向優(yōu)化酶的催化活性，最終實(shí)現(xiàn)西格列汀超99.95％的生產(chǎn)純度。從節(jié)桿菌屬具有右旋選擇性的轉(zhuǎn)氨酶開(kāi)始，利用模型模擬打開(kāi)轉(zhuǎn)氨酶與底物的結(jié)合口袋，最終通過(guò)27個(gè)氨基酸突變獲得高轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)氨酶。

表：合成生物學(xué)在蛋白質(zhì)和多肽領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域

蛋白質(zhì)

和多肽

企業(yè)名稱Bristol-MyersSquib

Gilead

Sciences

Astrazeneca

Codexis

Ambrx

Spiber

Azargen

Biotechnologies

Bolt

Threads

Geltor國(guó)家（地區(qū)）

美國(guó)

美國(guó)

英國(guó)

美國(guó)

美國(guó)

日本

南非

美國(guó)

美國(guó)

成立年份

1887

19871999（合

并而來(lái)）

2002

2003

2007

2009

2009

2015典型技術(shù)或產(chǎn)品（在研或已上市）

蛋白表達(dá)操縱系統(tǒng)

MMP9

結(jié)合蛋白

γ-羧化的蛋白質(zhì)

CodeEvolver

平臺(tái)

（蛋白質(zhì)篩選生產(chǎn)）

非天然多肽

蜘蛛絲

肺表面活性蛋白

MICROSILK（蜘蛛纖維）

B-SILKT（絲蛋白）

膠原蛋白

技術(shù)內(nèi)容（及說(shuō)明）

操縱和/或控制多肽的蛋白質(zhì)品質(zhì)

編碼結(jié)合基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP9）的細(xì)胞表達(dá)需要γ-羧化的重組蛋白、維生素

K

環(huán)氧化

還原酶和γ-谷氨酰羧化酶的細(xì)胞

編碼工程化轉(zhuǎn)氨酶多肽的多核苷酸

合成、克隆、轉(zhuǎn)化和篩選多核苷

酸變體的大型多樣文庫(kù)的方法

正交氨?；?/p>

tRNA

合成酶（O-RS）

表達(dá)大壺腹腺蛛絲蛋白的基因線路

用植物細(xì)胞表達(dá)肺表面活性蛋白

合成啟動(dòng)子

具有長(zhǎng)精確重復(fù)單元的長(zhǎng)多肱的基因

高分泌產(chǎn)量的重組蛋白

利用機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)膠原多肽的非天然合成方案應(yīng)用場(chǎng)景廣泛：醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

合成生物學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用?合成生物學(xué)通過(guò)設(shè)計(jì)全新的細(xì)胞內(nèi)代謝途徑，使醫(yī)藥產(chǎn)品能夠通過(guò)微生物細(xì)胞利用廉價(jià)糖類等原

料進(jìn)行合成，從而降低醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，為綠色生產(chǎn)提供可能。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，合成生物學(xué)

可根據(jù)不同的疾病和致病機(jī)制，進(jìn)行人工設(shè)計(jì)、構(gòu)建適宜的治療性基因回路，在載體的協(xié)助下植

入人體，通過(guò)糾正機(jī)體有功能缺陷的回路，實(shí)現(xiàn)治療疾病的目的。

默克公司糖尿病藥物：Januvia資料來(lái)源：《合成生物制造進(jìn)展》張媛媛等，《從全球?qū)＠治隹春铣缮飳W(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》陳大明等，

《從化學(xué)合成到生物合成——天然產(chǎn)物全合成新趨勢(shì)》張發(fā)光等

，天風(fēng)證券研究所27??凱賽生物利用合成生物學(xué)手段，獲取具有產(chǎn)業(yè)化價(jià)值的用于生物轉(zhuǎn)化的高效菌種，例如針對(duì)C10烷烴對(duì)菌種抑制問(wèn)題，開(kāi)發(fā)具備商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)力的DC10菌種，其生物法長(zhǎng)鏈二元酸系列產(chǎn)品產(chǎn)能將達(dá)到7.5萬(wàn)噸，在全球市場(chǎng)處于主導(dǎo)地位。凱賽生物的生物制造法能夠生產(chǎn)從九碳到十八碳的各種鏈長(zhǎng)二元酸，傳統(tǒng)化工生產(chǎn)僅限于以十碳和十二碳二元酸為主；生物制造方法生產(chǎn)的反應(yīng)過(guò)程溫和，三廢排放少，原料部分利用可再生生物質(zhì)原料；生產(chǎn)收率接近99%，優(yōu)化后生物法長(zhǎng)鏈二元酸的熱穩(wěn)定性從60%提升到95%以上，使得其應(yīng)用于高端聚合物領(lǐng)域成為可能。

表：合成生物學(xué)在化學(xué)品、生物材料、生物能源領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用場(chǎng)景廣泛：化學(xué)品、生物材料、生物能源領(lǐng)域

合成生物學(xué)在化學(xué)品、生物材料、生物能源等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用?隨著合成生物學(xué)快速發(fā)展，對(duì)細(xì)胞代謝和調(diào)控認(rèn)知的深入以及技術(shù)手段的進(jìn)步，使得優(yōu)化改造、從頭設(shè)計(jì)合成高效生產(chǎn)菌種成

為可能，可再生化學(xué)品與聚合材料的生產(chǎn)能力與效率大大提升，與此同時(shí)可大幅減少原材料和能源消耗，大幅降低生產(chǎn)成本。

凱賽生物公司生物法長(zhǎng)鏈二元酸系列產(chǎn)品制造應(yīng)用領(lǐng)域化學(xué)品、生物材料、

生物能源

企業(yè)名稱

Calysta

Biosyntia

VersalisZymergen國(guó)家（地區(qū)）

美國(guó)

丹麥

意大利

美國(guó)成立年份

2012

2012

2012

2013

典型技術(shù)或產(chǎn)品

（在研或已上市）

FeedKind（用天然氣制蛋白質(zhì)或其他化合物）

維生素

B1

纖維素的降解

工業(yè)菌株

技術(shù)內(nèi)容（及說(shuō)明）以天然氣或甲烷為原料，利用重組

C1

代謝微生物，制備脂肪酰-輔酶

A.脂肪醛、脂肪醇、脂肪酯蠟、烷類和酮類等極長(zhǎng)碳鏈化合

物（長(zhǎng)于

C24

）

合成硫胺素的大腸埃希氏菌細(xì)胞工廠

含淀粉水解酶等元件

葡萄糖通透酶基因，及其受天然谷氨酸棒桿菌啟動(dòng)子或由其衍生

的突變啟動(dòng)子控制的表達(dá)線路

Zymochem

Antheia

String

Bio

Industral

Microbes

20N

Labs

ColorifixLumen

Bioscience美國(guó)美國(guó)印度美國(guó)美國(guó)英國(guó)美國(guó)2013201320132013201320162017

生物基化學(xué)品

生物堿

琥珀酸

以甲烷為原料的化

合物制造系統(tǒng)有機(jī)物合成的開(kāi)源平臺(tái)

微生物染色織物

甘油三酯表達(dá)己二酸途徑酶，6-氨基己酸途徑酶，ε-己內(nèi)酰胺途徑酶，6-

羥基己酸途徑酶等的基因線路

工程化的差向異構(gòu)酶

以有機(jī)廢物/生物氣/甲烷為原料生產(chǎn)的微生物

可溶性甲烷單加氧酶系統(tǒng)

生物合成對(duì)乙酰氨基酚、對(duì)氨基酚和對(duì)氨基苯甲酸

合成色素的生物線路

編碼二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶等的藍(lán)細(xì)菌基因線路資料來(lái)源：《合成生物制造進(jìn)展》張媛媛等，《從全球?qū)＠治隹春铣缮飳W(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》陳大明等，

《從化學(xué)合成到生物合成——天然產(chǎn)物全合成新趨勢(shì)》張發(fā)光等，凱賽生物招股書(shū)，天風(fēng)證券研究所28?Pivot

Bio公司利用合成生物學(xué)方法重塑KV137基因組（一種具有固氮基因的細(xì)菌，可作用于玉米根部），使其表達(dá)固氮相關(guān)基因，進(jìn)而開(kāi)發(fā)了基于γ-變形桿菌（KV137）的玉米生物肥料PROVEN。液體肥料PROVEN的活性成分是KV137細(xì)菌，

PROVEN的使用可將化學(xué)肥料的需求量減少12公斤/英畝（1英畝約等于6.07畝），將產(chǎn)量提高147公斤，2020年P(guān)ROVEN的使用面積達(dá)25萬(wàn)英畝，后續(xù)有望持續(xù)擴(kuò)大使用面積。

表：合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域

農(nóng)業(yè)

企業(yè)名稱

KWS

SAAT

SE

先正達(dá)/中化

Cibus

Arcadia

Biosciences

Agrivida

Recombinetics

Benson

Hill

Biosysitems

Agrimetis

G+Flas

Life

Sciences

EgenesisTropic

Biosciences

UK國(guó)家（地區(qū)）

德國(guó)

瑞士/中國(guó)

美國(guó)

美國(guó)

美國(guó)

美國(guó)

美國(guó)

美國(guó)

韓國(guó)

美國(guó)

英國(guó)

成立年份

18562000（合并而來(lái)）

/2019

2001

2002

2003

2008

2012

2014

2014

2015

2016

典型技術(shù)或產(chǎn)品

（在研或已上市）

植物育種

植物調(diào)節(jié)序列

RTDS（植物育種）

高γ-亞麻酸紅花高效氮源利用的單子葉植物

用于畜牧營(yíng)養(yǎng)的

GRAINZYME

基因編輯的動(dòng)物

CropOS

作物設(shè)計(jì)

L-草胺膦

植物表達(dá)系統(tǒng)

可移植豬器官

熱帶作物改造

技術(shù)內(nèi)容（及說(shuō)明）

病原體-誘導(dǎo)合成啟動(dòng)子將目標(biāo)的編碼蛋白的多核苷酸的表達(dá)導(dǎo)向非花粉組織（不導(dǎo)向花粉組

織）

寡核苷酸介導(dǎo)的基因修復(fù)，提高靶向基因修飾效率

γ-亞麻酸的生物合成途徑

通過(guò)遺傳構(gòu)造修飾以增加丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶表達(dá)水平

內(nèi)含肽修飾的蛋白酶

利用靶向性核酸酶和同源性定向修復(fù)（HDR）的編輯

轉(zhuǎn)錄因子（TF）的表達(dá)

D-氨基酸氯化酶（DAAO）酶、轉(zhuǎn)氨酶（TA）等

使用

CRISPR

系統(tǒng)的植物基因組缺失和替換方法產(chǎn)生豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）元件的多重遺傳修飾動(dòng)物的方法

香蕉樹(shù)的基因組編輯應(yīng)用場(chǎng)景廣泛：農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用?合成生物學(xué)的發(fā)展能夠幫助提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、改良作物、降低生產(chǎn)成本以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)能夠改造植物光合作用增

加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、利用微生物或代謝工程手段減少農(nóng)業(yè)化肥使用以及重塑代謝通路改良作物等，帶來(lái)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)能與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的突

破性增長(zhǎng)。

Pivot

Bio公司的生物玉米氮肥：PROVEN資料來(lái)源：《合成生物學(xué)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與前景》吳杰等，《從全球?qū)＠治隹春铣缮飳W(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》陳大明等，

《從化學(xué)合成到生物合成——天然產(chǎn)物全合成新趨勢(shì)》張發(fā)光等，天風(fēng)證券研究所29應(yīng)用領(lǐng)域企業(yè)名稱

國(guó)家（地區(qū)）成立年份

典型技術(shù)或產(chǎn)品（在研或已上市）

技術(shù)內(nèi)容（及說(shuō)明）食品味之素日本1909L-氨基酸ybjE

基因的增強(qiáng)表達(dá)L-谷氨酸yggB

基因的表達(dá)調(diào)控L

賴氨酸和

L-蘇氨酸埃希氏菌的生物線路C-Lecta德國(guó)2004海藻糖熱穩(wěn)定的海藻糖磷酸化酶Ardra

Bio加拿大2016香料用醛縮酶制反式-2-不飽和醛、δ

-內(nèi)酯和γ-內(nèi)酯Biocapital美國(guó)2016甜菊糖苷合成甜菊糖苷的生物線路類胡蘿卜素合成類胡蘿卜素的生物線路Impossble

Foods美國(guó)2011人造肉轉(zhuǎn)錄激活因子與甲醇誘導(dǎo)型啟動(dòng)

子元件連接應(yīng)用場(chǎng)景廣泛：食品領(lǐng)域

合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

?

合成生物學(xué)的發(fā)展能夠幫助發(fā)掘動(dòng)、植物的營(yíng)養(yǎng)以及功能成分合成的關(guān)鍵遺傳基因元件，有可能對(duì)跨種屬的基因進(jìn)

行組合，采用人工元件對(duì)合成通路進(jìn)行改造，優(yōu)化和協(xié)調(diào)合成途徑中各蛋白的表達(dá)，構(gòu)建新的細(xì)胞工廠，顛覆現(xiàn)有

的食品生產(chǎn)與加工方式。

Impossible

Foods公司的人造肉漢堡

?

Impossible

Foods采用DNA合成、DNA組裝、遺傳元件庫(kù)建設(shè)以及基因線路設(shè)計(jì)來(lái)改造優(yōu)化巴斯德畢赤酵母菌種，

將其生產(chǎn)的大豆血紅蛋白添加到人造肉餅中改善漢堡風(fēng)味。

?

合成生物學(xué)方法與傳統(tǒng)牛肉餅生產(chǎn)方式相比不需要養(yǎng)殖真正的肉牛，所需土地減少96％，溫室氣體減少89％。在全

球范圍內(nèi)，其產(chǎn)品已經(jīng)在超過(guò)30000家餐廳和15000個(gè)雜貨店中售賣。

表：合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用資料來(lái)源：《合成生物制造進(jìn)展》張媛媛等，《從全球?qū)＠治隹春铣缮飳W(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》陳大明等，

《從化學(xué)合成到生物合成——天然產(chǎn)物全合成新趨勢(shì)》張發(fā)光等，天風(fēng)證券研究所30圖.

2021Q1-Q3合成生物學(xué)領(lǐng)域投資力度大幅提升（單位：百萬(wàn)美元）資料來(lái)源：Synbiobeta，天風(fēng)證券研究所圖.

2021Q1-Q3合成生物學(xué)領(lǐng)域投資交易量不斷攀升（單位：百萬(wàn)美元）合成生物學(xué)：2021Q3單季度融資突破歷史記錄

融資額創(chuàng)歷史最高，開(kāi)啟合成生物學(xué)元年：從一級(jí)市場(chǎng)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(xué)相關(guān)企業(yè)融資金額創(chuàng)單季度融資歷史新高，總金額高達(dá)61億美元，較前期歷史記錄提高

33%。截止2021Q3，合成生物學(xué)領(lǐng)域一級(jí)市場(chǎng)總?cè)谫Y金額合計(jì)高達(dá)150億美元。從歷年合成生物學(xué)融資變化趨勢(shì)可以

看出，2021年已成為合成生物學(xué)領(lǐng)域最景氣的一年，有望開(kāi)啟合成生物學(xué)研究和發(fā)展的元年。31資料來(lái)源：Synbiobeta，天風(fēng)證券研究所圖.2021Q1-Q3醫(yī)療健康領(lǐng)域相關(guān)公司獲融資額度最高（單位：百萬(wàn)美元）圖.2021Q1-Q3醫(yī)療健康領(lǐng)域相關(guān)公司獲交易熱度最高（單位：筆數(shù)）4Q1Q

4

2

行業(yè)

農(nóng)業(yè)自動(dòng)化硬件

化學(xué)藥品2Q

2

2

23Q

4

4

1合計(jì)

10

8

31

消費(fèi)品DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)111

DNA合成

能源環(huán)境食品及營(yíng)養(yǎng)品

基因編輯

基因工程

健康及醫(yī)藥

材料

多部門應(yīng)用

生物工程

蛋白質(zhì)工程

軟件

合計(jì)

1

214

125

3

2

1

1

259

2

8

211

1

1

2

235

3

214

128

2

1

2

2

167

6

4

36

2

2

64

6

4

5

3

5160合成生物學(xué)：2021前三季度醫(yī)療健康領(lǐng)域公司投資熱度高醫(yī)療健康領(lǐng)域融資活躍度高：從投資領(lǐng)域來(lái)看，2021Q1-Q3每個(gè)季度醫(yī)療健康領(lǐng)域獲得的融資金額均大幅領(lǐng)先其它領(lǐng)

域。2021Q3醫(yī)療健康領(lǐng)域相關(guān)生物合成公司獲28筆交易總計(jì)27億美元的融資，截至2021年前三個(gè)季度融資總額高達(dá)

67億美元，不管是從融資金額還是從交易數(shù)量上來(lái)看，醫(yī)療健康領(lǐng)域受到一級(jí)市場(chǎng)更高的投資熱度。農(nóng)業(yè)、能源/環(huán)境等

應(yīng)用領(lǐng)域也受到較高的關(guān)注度，融資額分別為5.92億美元和3.93億美元。目錄???醫(yī)藥類公司：華東醫(yī)藥、弈柯萊、川寧生物化工類公司：華恒生物、凱賽生物其他類型公司：嘉必優(yōu)、溢多利、Amyris

、Zymergen01合成生物學(xué)：跨時(shí)代驅(qū)動(dòng)行業(yè)邁入新發(fā)展階段02主要相關(guān)公司介紹：技術(shù)賦能-產(chǎn)品應(yīng)用???合成生物學(xué)基本概念合成生物學(xué)發(fā)展回顧合成生物學(xué)主要領(lǐng)域03合成生物學(xué)投資思考：以技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為導(dǎo)向

新藥開(kāi)發(fā)植物天然代

謝產(chǎn)物生物材料

精細(xì)化工品

工業(yè)酶

食品/飲料

生物基化學(xué)品

生物農(nóng)藥技術(shù)

DNA元件設(shè)計(jì)軟件高通量、自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室工具

DNA/RNA合成DNA測(cè)序、DNA元件庫(kù)

基因治療

微生物藥

新藥發(fā)現(xiàn)云端生物鑄造廠（BioFoundry）微流控、大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)

模