合成生物學(xué)行業(yè)市場分析

合成生物學(xué)行業(yè)市場分析合成生物學(xué)是21世紀最值得關(guān)注的行業(yè)之一合成生物學(xué)發(fā)展迅猛，生物制造前景廣闊合成生物學(xué)是一門發(fā)展迅猛的前沿交叉學(xué)科。合成生物學(xué)（Syntheticbiology）是一門匯集生物學(xué)、基因組學(xué)、工程學(xué)和信息學(xué)等多種學(xué)科的交叉學(xué)科，其實現(xiàn)的技術(shù)路徑是運用系統(tǒng)生物學(xué)和工程學(xué)原理，以基因組和生化分子合成為基礎(chǔ)，綜合生物化學(xué)、生物物理和生物信息等技術(shù)，旨在設(shè)計、改造、重建生物分子、生物元件和生物分化過程，以構(gòu)建具有生命活性的生物元件、系統(tǒng)以及人造細胞或生物體。1980年，BarbaraHobom開始使用“合成生物學(xué)”這一概念來表述基因重組技術(shù)，隨著基因合成技術(shù)、基因測序技術(shù)等在20世紀八十年代、九十年代不斷成熟，對生命的研究進入了基因組時代，也為合成生物學(xué)的發(fā)展奠定了實質(zhì)性的、全面的物質(zhì)基礎(chǔ)。合成生物學(xué)在進入21世紀后發(fā)展迅猛，2004年美國MIT出版的《技術(shù)評論》就把合成生物學(xué)選為將改變世界的十大技術(shù)之一；2010年合成生物學(xué)位列《Science》雜志評出的十大科學(xué)突破第2名和《Nature》雜志盤點的12件重大科學(xué)事件第4名；2013年國際著名咨詢機構(gòu)麥肯錫公司將合成生物學(xué)評為能夠引起人類生活以及全球經(jīng)濟發(fā)生革命性進展的顛覆性科技。合成生物學(xué)類似于計算機編程，改造生命體相當于編寫新的“程序”。合成生物學(xué)借助生命體高效的代謝系統(tǒng)，通過基因編輯技術(shù)改造生命體以設(shè)計合成，使得在生物體內(nèi)定向、高效組裝物質(zhì)和材料。我們認為，合成生物學(xué)類似于計算機編程，細胞是生命體的結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位，而細胞代謝與基因表達密切相關(guān)，因此可以把基因組比作“造物主”編寫的“程序”，生命體的活動按照該“程序”運作，而人類通過生物技術(shù)和基因技術(shù)的進步對基因的理解不斷深化，直至能夠自行通過基因編輯設(shè)計代謝途徑，相當于對“造物主”的“程序”進行反向編譯，在理解“編程語言”后自行編寫能夠?qū)崿F(xiàn)特定目的的新“程序”。生物制造是合成生物學(xué)的重要應(yīng)用場景。合成生物學(xué)被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)業(yè)，在推動科學(xué)革命的同時，合成生物學(xué)技術(shù)正快速向?qū)嵱没a(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。合成生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用涵蓋平臺開發(fā)、醫(yī)藥、化工、能源、食品和農(nóng)業(yè)等重點領(lǐng)域，簡單來看，合成生物學(xué)能夠改造的生命體包括動物、植物、微生物（細胞），但是動物和植物都是更加復(fù)雜的生命系統(tǒng)，以目前的技術(shù)手段難以實現(xiàn)理想的結(jié)果，因此通過改造微生物（細胞）來進行發(fā)酵生產(chǎn)（即生物制造）成為合成生物學(xué)最先落地也是近年來最重要的應(yīng)用場景。生物制造有望成為對標化工的龐大產(chǎn)業(yè)。生物制造作為一種革命性的生產(chǎn)方式，以改造后生物體作為高效細胞微工廠，進行定向化、高效化、大規(guī)?；镔|(zhì)加工與轉(zhuǎn)化，為社會發(fā)展提供工業(yè)商品。根據(jù)麥肯錫的數(shù)據(jù)，原則上全球經(jīng)濟物質(zhì)投入中的60%可由生物產(chǎn)生，加之其生產(chǎn)過程綠色、條件溫和、原材料取得便利，未來發(fā)展空間非常廣闊。生物制造具有高效、清潔、可再生等特點，是綠色、低碳、可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展模式，在能源、化工等領(lǐng)域具有改變世界工業(yè)格局的潛力。根據(jù)白宮簡報《拜登總統(tǒng)將啟動國家生物技術(shù)和生物制造計劃》，到本世紀末，生物制造可能占全球制造業(yè)產(chǎn)出的三分之一以上，價值接近30萬億美元。盡管生物制造產(chǎn)業(yè)還有很長的路要走，但我們認為其有望發(fā)展成為對標化工的龐大產(chǎn)業(yè)。相比其他生產(chǎn)方式，生物制造的核心優(yōu)勢在于憑借助細胞工廠的高效代謝系統(tǒng)降低成本和減少排放。生產(chǎn)是通過若干物理過程或化學(xué)過程將原材料加工轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的過程，以某些流程復(fù)雜的化工生產(chǎn)為例，從原材料到最終產(chǎn)物往往要經(jīng)過數(shù)步化學(xué)反應(yīng)，其中每一步涉及的轉(zhuǎn)化率、催化劑、設(shè)備折舊、能源消耗等因素都將增加生產(chǎn)成本，因此對于這些生產(chǎn)過程，制造費用往往明顯高于原材料成本，而如果能構(gòu)建出高效的細胞工廠將原材料轉(zhuǎn)化成同樣的產(chǎn)品，將有效降低成本，因為原材料到產(chǎn)物的一系列化學(xué)反應(yīng)將在細胞內(nèi)進行（即借助代謝系統(tǒng)），只需要提供適宜發(fā)酵的條件，遠比自行進行反應(yīng)容易。打個比方，想要通過化學(xué)反應(yīng)將青草轉(zhuǎn)化成牛奶，無疑是十分困難的，而將青草喂給奶牛再擠出牛奶，顯然更容易，本質(zhì)是利用了奶牛的代謝系統(tǒng)。舉個實際例子，華恒生物構(gòu)建了以可再生葡萄糖為原料厭氧發(fā)酵生產(chǎn)L-丙氨酸的微生物細胞工廠，相比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，實現(xiàn)了降本減排。根據(jù)中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所統(tǒng)計，和石化路線相比，目前生物制造產(chǎn)品平均節(jié)能減排30%-50%，未來潛力將達到50%-70%，這對化石原料替代、高能耗高物耗高排放工藝路線替代以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級，將產(chǎn)生重要的推動作用。生物制造和傳統(tǒng)發(fā)酵的關(guān)鍵區(qū)別在于菌種。傳統(tǒng)發(fā)酵往往通過對野生菌種采取各種誘變方式，選育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)菌種，隨著下游各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品需求的多元化，天然存在的微生物中缺乏所需產(chǎn)物的代謝途徑，或其代謝途徑調(diào)控復(fù)雜，所需產(chǎn)物難以實現(xiàn)過量積累。盡管存在相對成熟的人工代謝調(diào)控方法—基因修飾如密碼子優(yōu)化、過量表達、競爭途徑敲除等和發(fā)酵條件控制如溫度、pH、供氧量、培養(yǎng)基碳氮比、前體物質(zhì)添加等，但是傳統(tǒng)改造屬于靜態(tài)調(diào)控，改造菌種往往遇到瓶頸。生物制造的核心在于用合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建高效細胞工廠，借助編輯工具和生物元件進行代謝通路的移植或動態(tài)調(diào)控。將合成生物學(xué)工具應(yīng)用于定向進化，能縮短菌種定向進化周期，增加突變體篩選效率，將其應(yīng)用于代謝工程，在將生物系統(tǒng)作為一個整體進行工程改造前提下，通過動態(tài)控制各復(fù)雜途徑表達量，可以迅速提升產(chǎn)品多樣性。底層技術(shù)不斷進步，助力合成生物學(xué)釋放潛力合成生物學(xué)的發(fā)展得益于多種底層技術(shù)的進步。合成生物學(xué)本身的發(fā)展和增長要歸功于多種技術(shù)的融合，包括DNA/RNA設(shè)計和合成、基因測序和基因編輯等基礎(chǔ)技術(shù)，以及一系列不斷擴展的技術(shù)，如計算、生物信息學(xué)、多組學(xué)、人工智能、自動化、3D生物打印和精密發(fā)酵等。近些年，生命科學(xué)領(lǐng)域的一系列技術(shù)創(chuàng)新，如CRISPR/Cas9基因編輯、干細胞重編程和單細胞測序等，正在為合成生物學(xué)提供新技術(shù)和工具，這些基礎(chǔ)技術(shù)和工具的發(fā)展和應(yīng)用加速了合成生物學(xué)的商業(yè)化落地進程。基因測序成本下降速度快于摩爾定律。解析基因組中的信息是現(xiàn)代生物學(xué)研究的基礎(chǔ)，發(fā)起于1990年的“人類基因組計劃”歷時13年、耗資約30億美元，完成了人類基因圖譜的測繪。然而，只有當基因測序變得足夠快捷和便宜時，人類所知的各種生物的基因圖譜的潛力才能被充分釋放出來。隨著下一代測序技術(shù)（高通量測序）和第三代測序技術(shù)（單分子測序）的發(fā)展，目前基因測序成本的下降速度已經(jīng)快于摩爾定律，2019年在美國人類個體全基因組測序的價格已低于1000美元，并且這一價格有望在未來10年內(nèi)降至100美元以下。測序的成本下降和通量提升帶動了生物數(shù)據(jù)的大量產(chǎn)生，以便人類能夠更好地理解生物學(xué)。以CRISPR系統(tǒng)為代表的新型基因編輯技術(shù)飛速發(fā)展，在諸多生物學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用?；蚓庉嬀褪菍δ繕嘶蚣捌滢D(zhuǎn)錄產(chǎn)物進行編輯（定向改造），實現(xiàn)特定DNA片段的加入、刪除，特定DNA堿基的缺失、替換等，以改變目的基因或調(diào)控元件的序列、表達量或功能。CRISPR/Cas技術(shù)是新涌現(xiàn)的基因編輯工具，能夠完成RNA導(dǎo)向的DNA識別及編輯，它使用一段序列特異性向?qū)NA引導(dǎo)核酸內(nèi)切酶到靶點處，從而進行基因編輯，其開發(fā)更是為構(gòu)建更高效的基因定點修飾技術(shù)提供了全新的平臺。與傳統(tǒng)基因編輯工具相比較，CRISPR系統(tǒng)作為一種新型編輯工具，具有省時間、易構(gòu)建、精度高等特點，成為近年基因組編輯的熱門工具，當前已被廣泛應(yīng)用于基因敲除、基因沉默和基因激活等方面，極大擴展了基因編輯技術(shù)的應(yīng)用范圍。DNA合成技術(shù)歷經(jīng)四代，成本下降空間仍很大。DNA合成技術(shù)可分為柱合成技術(shù)、芯片合成技術(shù)、超高通量芯片合成技術(shù)和酶促合成技術(shù)，其中酶DNA合成則在合成速度、長度、效率及成本等方面擁有化學(xué)合成無法比擬的潛力，成為DNA合成技術(shù)發(fā)展的前沿方向。根據(jù)NHGRIGenomeSequencingProgram和Synthesis，近15年測序成本下降超10000倍，oligo合成（一般20-200nt長度）成本只下降約10倍，目前長鏈DNA（一般200nt以上長度）的單堿基合成成本是其測序成本的1億倍，DNA合成的高成本使得快速測序的價值降低，市場上缺乏高質(zhì)量、低成本、按需合成DNA的解決方案。隨著DNA合成技術(shù)的進步，DNA合成的成本及門檻都會進一步降低，為合成生物學(xué)的發(fā)展提供支持。人工智能有望加速菌種改造DBTL循環(huán)。隨著代謝負擔的增加和生物反應(yīng)器條件的壓力變化，底盤細胞生理特性往往變得不可預(yù)測，研發(fā)人員需要從大量的實驗數(shù)據(jù)以及舊文獻中的“教訓(xùn)”中學(xué)習(xí)。在微生物菌種開發(fā)過程中，通常涉及到設(shè)計-構(gòu)建-測試-學(xué)習(xí)（DBTL）循環(huán)，這種方法集成了菌株計算設(shè)計、基因工程改造、發(fā)酵測試和組學(xué)分析，以提升菌種性能，解決生產(chǎn)瓶頸。然而，DBTL可能會進入無效循環(huán)，其眾多的工程周期只會產(chǎn)生大量的信息，而不會導(dǎo)致產(chǎn)品性能的突破。將將人工智能納入DBTL循環(huán)有助于加速菌種開發(fā)，從長遠來看，知識挖掘和標準數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、人工智能與代謝網(wǎng)絡(luò)等機理模型的集成將減少實驗室在DBTL方面的工作量，將主要工作負擔從人類轉(zhuǎn)移到計算機，加快微生物細胞工廠的開發(fā)。全基因組規(guī)模定制工程有望進一步提升菌種的構(gòu)建效率和性能。早期的誘變育種采取非理性手段進行菌種改造，是典型的“以時間（人力）換水平”的策略。隨著生物學(xué)知識的積累，經(jīng)典代謝工程的發(fā)展使得對生物代謝網(wǎng)絡(luò)進行理性/半理性設(shè)計成為可能，以DBTL循環(huán)為基本流程，菌種改造效率得到顯著提升。系統(tǒng)代謝工程的建立進一步使得研發(fā)人員能夠結(jié)合組學(xué)和生物信息學(xué)手段獲取生物學(xué)知識，從系統(tǒng)層次進行菌種的設(shè)計，進一步加快菌種的構(gòu)建效率。然而，由于微生物代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其調(diào)控機制的復(fù)雜性和“生命暗物質(zhì)”的廣泛存在，目前代謝工程主流采用的DBTL循環(huán)，通常從菌種概念設(shè)計到滿足實際應(yīng)用需求，需要50-300人年和數(shù)億美元的投入。隨著高通量研究技術(shù)的發(fā)展，由數(shù)據(jù)驅(qū)動的全基因組規(guī)模定制工程化有望克服這些難題，通過將高通量技術(shù)在全基因組范圍基因型空間的挖掘與改造相結(jié)合，有望以更低的開發(fā)成本、更短的研發(fā)周期獲得生產(chǎn)效率更為高效、生產(chǎn)性能更加優(yōu)越的下一代定制化菌種。合成生物學(xué)是21世紀最值得關(guān)注的行業(yè)之一。美國ODASA（OfficeoftheDeputyAssistantSecretaryoftheArmy）發(fā)布的《2016-2045年新興科技趨勢報告》中明確提出，合成生物學(xué)的進步將推動人類跨入生物科技的新紀元。馬斯克在2022年G20峰會上和印尼教育、文化、研究和技術(shù)部長交流時表示“可持續(xù)能源、人工智能、合成生物學(xué)是最令人激動、最被需要的三大領(lǐng)域”。我們認為在物理、化學(xué)、生物三大學(xué)科中，人類對生物學(xué)的探索最慢：經(jīng)典物理學(xué)在16-17世紀開始發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)等分支學(xué)科相繼成熟，為第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命打下基礎(chǔ)；近代化學(xué)在18世紀開始發(fā)展，拉瓦錫用定量化學(xué)實驗闡述了燃燒的氧化學(xué)說，19世紀近代原子論和分子學(xué)說相繼提出，20世紀開始化工產(chǎn)業(yè)才迎來大規(guī)模發(fā)展；細胞學(xué)說、達爾文進化論、孟德爾遺傳定律等生物學(xué)里程碑事件發(fā)生在19世紀，1953年發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)后，生物學(xué)迎來蓬勃發(fā)展，21世紀的生物革命將改變經(jīng)濟、社會和人們的生活。應(yīng)用領(lǐng)域分布廣泛，合成生物學(xué)是萬億級賽道當前產(chǎn)品類公司更佳，萬億級賽道如日方升上中游技術(shù)成熟尚需時日，下游產(chǎn)品類公司是產(chǎn)業(yè)鏈上的核心盈利環(huán)節(jié)。合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)生態(tài)覆蓋面龐大，不同技術(shù)和產(chǎn)業(yè)落地方向多元，且都有相當?shù)氖袌鲆?guī)模?；诖耍梢詫⒄麄€合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)分為大致的上、中、下游。其中，上游開發(fā)使能技術(shù)，包括DNA/RNA合成、測序與組學(xué)，以及數(shù)據(jù)相關(guān)的技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)；中游是對生物系統(tǒng)和生物體進行設(shè)計、開發(fā)的技術(shù)平臺；下游是涉及人類衣食住行方方面面的應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)品落地。就我們對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的判斷，上中游的“賣水人”也許在未來能夠高效率、低成本地提供菌種設(shè)計和構(gòu)建解決方案后將在產(chǎn)業(yè)鏈上占據(jù)核心位置，但這可能是數(shù)十年后的事情，當前技術(shù)的成熟度和下游“挖礦人”的規(guī)模不足以支撐上中游企業(yè)尤其是平臺類公司單靠“賣水”盈利，因此我們預(yù)計在未來數(shù)年內(nèi)產(chǎn)品類公司（通過自主研發(fā)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等方式獲取優(yōu)質(zhì)菌種并實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化銷售）將是產(chǎn)業(yè)鏈上的核心盈利環(huán)節(jié)。短期來看，MarketsandMarkets預(yù)計2026年全球合成生物學(xué)市場規(guī)模達到307億美元，對應(yīng)2021-2026年CAGR為26.5%。根據(jù)DeepTech，全球合成生物學(xué)市場規(guī)模由2016年的35.3億美元增長至2021年的73.7億美元，對應(yīng)2016-2021年CAGR為83.6%，其中醫(yī)療健康領(lǐng)域是第一大應(yīng)用領(lǐng)域且增速最快，2021年全球醫(yī)療健康領(lǐng)域合成生物學(xué)市場規(guī)模為68.7億美元，對應(yīng)2016-2021年CAGR為105.6%。此外，工業(yè)化學(xué)品是醫(yī)療健康外第二大應(yīng)用領(lǐng)域，2021年對應(yīng)市場規(guī)模為18.2億美元。根據(jù)MarketsandMarkets，2021年全球合成生物學(xué)市場規(guī)模高達95億美元（不同機構(gòu)的統(tǒng)計口徑不同，導(dǎo)致市場規(guī)模有差異），該機構(gòu)預(yù)計2026年達到307億美元，對應(yīng)2021-2026年CAGR為26.5%。中長期來看，合成生物學(xué)每年帶來的經(jīng)濟影響或超萬億美元。根據(jù)麥肯錫發(fā)布的《生物革命：創(chuàng)新改變經(jīng)濟、社會和人們的生活》，其收集到大約400個實用案例，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建未來初步可預(yù)見的管線。麥肯錫主要通過4個價值增益驅(qū)動因素評估生物科學(xué)的進步及其應(yīng)用對經(jīng)濟和社會的直接影響，包括減少疾病負擔、提高質(zhì)量、降低成本、環(huán)境效益，預(yù)計在未來10-20年，這些應(yīng)用可能每年對全球產(chǎn)生2-4萬億美元的直接經(jīng)濟影響。盡管并非全部案例均與合成生物學(xué)相關(guān)，但顯然合成生物學(xué)貢獻了絕大部分，因此我們預(yù)計2030-2040年合成生物學(xué)每年帶來的經(jīng)濟影響或超萬億美元。我們認為當前時點醫(yī)療健康和化工領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進度相對領(lǐng)先。盡管合成生物學(xué)在眾多下游領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景，但受限于技術(shù)成熟度和市場拓展等因素，下游各領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進度（結(jié)合通過產(chǎn)業(yè)化案例數(shù)和對應(yīng)的市場規(guī)模判斷）各不相同，其中醫(yī)療健康和化工領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進度相對領(lǐng)先，我們認為原因主要是：1）醫(yī)療健康領(lǐng)域本身就是建立在生物技術(shù)之上的，前沿的生物技術(shù)也會首先在醫(yī)療健康領(lǐng)域得到應(yīng)用，此外在醫(yī)療健康領(lǐng)域產(chǎn)品效果的重要性大于產(chǎn)品價格，因此成本往往不會成為產(chǎn)業(yè)化的限制因素；2）化工領(lǐng)域?qū)档统杀镜脑V求非常強烈，因此一旦生物制造在某類產(chǎn)品上展現(xiàn)出成本優(yōu)勢，往往能迅速替代現(xiàn)有競品實現(xiàn)放量，此外大企業(yè)不斷加強對環(huán)保、低碳、可持續(xù)的重視，也有利于合成生物學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化。歸根結(jié)底，限制合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化的本質(zhì)是技術(shù)，整體上看合成生物學(xué)的產(chǎn)業(yè)化進度還處于初期，隨著未來各環(huán)節(jié)技術(shù)的進步，下游各領(lǐng)域的發(fā)展前景和市場空間均非常廣闊。醫(yī)療健康：制藥與治療過程將更具經(jīng)濟性和高效性合成生物學(xué)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用最為深入。目前合成生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)主要有兩種方式：一種是對微生物進行設(shè)計和改造，使微生物可以生產(chǎn)某種藥物分子，或其本身作為活性藥物，實現(xiàn)治療疾病的功能；另外一種是基于合成生物學(xué)的工程化思維和設(shè)計理念，對哺乳動物細胞進行改造，使其具備相應(yīng)的功能，如用于器官移植、細胞治療和疫苗生產(chǎn)等。生物藥在醫(yī)藥市場中占據(jù)越來越重要的地位。生物制藥是指從生物來源中制造、提取、或半合成藥品，早期主要是直接從動植物中提取，如牛胰島素，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)在20世紀80年代興起，現(xiàn)代生物制藥技術(shù)逐漸發(fā)展為以生物工程為主導(dǎo)、發(fā)酵工程為中心的包括細胞工程、酶工程的現(xiàn)代生物體系，由于改造基因和蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)方式已經(jīng)達到了技術(shù)和經(jīng)濟的瓶頸，合成生物學(xué)就成為關(guān)鍵的新工具。和傳統(tǒng)的化學(xué)藥相比，生物藥屬于大分子，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理化性質(zhì)不穩(wěn)定，生產(chǎn)運輸條件較高，研發(fā)和生產(chǎn)的難度、成本都較高，但是生物藥的治療靶點更為精確，經(jīng)常能帶來更好的療效和更低的毒副作用。隨著技術(shù)的進步，生物藥研發(fā)和生產(chǎn)的難點被逐漸克服，可靠的功效使其在醫(yī)藥市場中的重要性不斷提升。根據(jù)Frost&Sullivan預(yù)測（轉(zhuǎn)引自奧浦邁招股說明書），全球醫(yī)藥CDMO市場規(guī)模將由2020年的424億美元增長至2025年的856億美元，其中生物藥CDMO占比由42.5%提升至53.7%，對應(yīng)全球生物藥CDMO市場規(guī)模2020-2025年的CAGR為20.7%；中國醫(yī)藥CDMO市場規(guī)模將由2020年的317億元增長至2025年的937億元，其中生物藥CDMO占比由28.7%提升至48.9%，對應(yīng)中國生物藥CDMO市場規(guī)模2020-2025年的CAGR為38.1%。預(yù)計2020-2030年全球和中國生物藥市場規(guī)模CAGR分別為10.5%和14.1%。根據(jù)Frost&Sullivan（轉(zhuǎn)引自珈創(chuàng)生物招股說明書），憑借生物藥卓越的療效、生物科技的顯著發(fā)展以及研發(fā)投入不斷增加，全球和中國生物藥市場規(guī)模在2020年分別達到2979億美元和3457億元，該機構(gòu)預(yù)計在2030年分別達到8049億美元和12943億元，對應(yīng)2020-2030年的CAGR分別為10.5%和14.1%。得益于可支付能力的提高、患者群體的增長以及醫(yī)保覆蓋范圍的擴大，中國市場增速更快。醫(yī)療健康領(lǐng)域與生物技術(shù)息息相關(guān)，將受到合成生物學(xué)深遠的影響。一方面，合成生物學(xué)融合了基因療法和細胞療法，將轉(zhuǎn)染了具有治療功能的人工合成基因回路的工程化細胞植入生物體內(nèi)以實現(xiàn)治療疾病的目的，是臨床治療手段的重大變革。另一方面，與傳統(tǒng)治療方式（如藥物治療、放射治療以及手術(shù)治療等）相比，合成生物學(xué)可在更大的時空范圍內(nèi)，通過影響機體的特定生物學(xué)過程而重建生命內(nèi)穩(wěn)態(tài)，以達到治療疾病的目的，更是一種醫(yī)學(xué)模式和治療理念的轉(zhuǎn)變。化工：低成本+可持續(xù)，化工產(chǎn)品的制造將被重塑相比傳統(tǒng)化工，生物制造具有低成本+可持續(xù)優(yōu)勢。合成生物學(xué)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用主要包含材料、化學(xué)品、化工用酶、油類和潤滑劑等多方面。如利用改造后的酵母或其他微生物生產(chǎn)化學(xué)品、材料和油類，通過定向進化結(jié)合高通量篩選尋找在高溫高酸等特殊場景擁有高活性的酶等。根據(jù)OECD的報告，生物制造可以降低工業(yè)過程能耗、物耗，減少廢物排放與空氣、水及土壤污染，以及大幅度降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。例如通過生物制造生產(chǎn)1，3-丙二醇，與石油路線相比，CO2減排63%，原料成本下降37%，能耗減少30%，成功創(chuàng)造了一個化纖原料擺脫石油價格體系的范例。OECD預(yù)計2023年世界上35%的化工產(chǎn)品將被生物制造產(chǎn)品所取代，生物制造產(chǎn)業(yè)將逐步形成可再生資源持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟形態(tài)?？沙掷m(xù)已經(jīng)成為企業(yè)不可忽視的重要因素。越來越多的企業(yè)正在做出多種類型的可持續(xù)承諾，其中大部分是化學(xué)和材料企業(yè)，麥肯錫2021年的調(diào)查發(fā)現(xiàn)近50%的領(lǐng)先企業(yè)承諾減少“范圍3”溫室氣體排放，包括與原料和原料上游生產(chǎn)相關(guān)的排放，同時承諾企業(yè)數(shù)量從2016年到2021年以34%的CAGR增長，比2006年到2015年的14%顯著增加。針對“范圍3”做出的承諾正在對化學(xué)品和材料下游行業(yè)超過4萬億美元的收入產(chǎn)生影響，涉及到的化學(xué)品和材料的產(chǎn)值約5000億美元，在這種趨勢下，生物制造的可持續(xù)優(yōu)勢不僅僅有利于企業(yè)自身，對整個產(chǎn)業(yè)鏈更加重要。生物可降解材料有望替代傳統(tǒng)塑料。塑料作為石化產(chǎn)業(yè)重要的下游領(lǐng)域之一，其制造所需要的石油消耗量占據(jù)全球石油產(chǎn)量的8%。根據(jù)NRDC預(yù)測，如果按照目前的趨勢發(fā)展，2050年全球塑料將消耗全世界20%的石油。塑料污染問題逐漸成為僅次于氣候變化的全球第二大環(huán)境議題，塑料一旦泄漏到土壤、水體等自然環(huán)境中，便難以降解，會造成視覺污染、土壤污染、水體污染等各種環(huán)境破壞，處置方式不當還會影響溫室氣體排放，給脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來持久性危害。另外，微塑料進入食物鏈也可能對人體健康帶來嚴重危害。各國相繼出臺限塑政策，第五屆聯(lián)合國環(huán)境大會上175個國家和地區(qū)通過了《終止塑料污染決議（草案）》，將在2024年底前完成首個全球“限塑令”，同時塑料污染治理和可循環(huán)包裝應(yīng)用也成為全球主要快速消費品公司亟需解決的重要ESG議題。生物可降解材料具有類似塑料的物理和機械性能，結(jié)合了傳統(tǒng)塑料的優(yōu)點，同時又具有白色污染難降解的解決方案，有望成為傳統(tǒng)塑料的最佳替代。PHA是最具前景的生物可降解材料。生物可降解材料分為石油基和生物基，主要的可降解材料如PBAT、PBS、PLA、PHA等的單體（PBAT的己二酸和丁二醇、PBS的丁二酸、PLA的乳酸）或聚合物本身（PHA）理論上均可通過生物制造的方式生產(chǎn)?？紤]到原材料的可持續(xù)性和生產(chǎn)過程的安全性，生物基可降解材料更有優(yōu)勢，根據(jù)EuropeanBioplastics預(yù)測，2027年全球生物基塑料產(chǎn)能將達到629萬噸，可降解塑料占到56.5%，其中PLA和PHA分別占37.9%和11.8%。相對于其他可降解材料，PHA在降解性能和應(yīng)用領(lǐng)域方面均更優(yōu)：降解性能上，PHA的降解范圍更廣，可以在淡水、海水、土壤、堆肥、甚至有機污泥中生物降解，還可以通過與其他材料共混來提高終產(chǎn)品的可降解性；物理性能上，PHA是系列聚合物，既可以對共聚物的單體結(jié)構(gòu)進行選擇搭配，亦可以與其他可降解材料復(fù)配，提升共混物的物理機械性能。根據(jù)《PHA生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)白皮書》（普華永道，2022年）預(yù)測，短期內(nèi)，PHA生產(chǎn)成本仍將高于PLA，其市場需求主要為不便于回收、易泄漏到環(huán)境中的場景，市場規(guī)模約629億元；長期看，隨著PHA生產(chǎn)成本不斷下探，其有望在包裝領(lǐng)域完全替代PP、PE，市場規(guī)模達到1.2萬億元?？春梦磥砩镏圃煸诨ゎI(lǐng)域突破大體量產(chǎn)品。生物制造在一些細分領(lǐng)域已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)化工，例如，長鏈二元酸是是一類用途極其廣泛的重要精細化工產(chǎn)品，針對長久以來化學(xué)合成長鏈二元酸技術(shù)的不足，凱賽生物以石油中的副產(chǎn)物正烷烴為原料，采用微生物發(fā)酵的方法生產(chǎn)長鏈二元酸，顯著降低了成本和污染，是世界上首個使用生物法產(chǎn)品取代石油化學(xué)法產(chǎn)品的商業(yè)成功案例。但無論是凱賽生物的長鏈二元酸、華恒生物的丙氨酸、杜邦的1，3-丙二醇，都是需求在十萬噸級或更小的產(chǎn)品，而在百萬噸級需求的化工產(chǎn)品中尚未有成功替代的案例，我們認為隨著合成生物學(xué)技術(shù)的進步，生物制造必然會在化工領(lǐng)域突破大體量產(chǎn)品。目前已經(jīng)有公司取得進展，東麗株式會社開發(fā)出一種100%生物基己二酸的生物合成方法，并已經(jīng)開始探討擴大研究規(guī)模，目標在2030年左右實現(xiàn)該技術(shù)的實用化。農(nóng)業(yè)和食品：更高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和更綠色健康的食品合成生物學(xué)有望改善人類面臨的糧食短缺困境。全球人口從1961年的30.7億增長到2020年的78.2億，在此期間全球人均耕地卻減少約一半，原因除人口因素外還包括工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程加快以及氣候問題。人類生存所面臨的糧食危機越來越嚴重，聯(lián)合國糧農(nóng)組織預(yù)計至2050年全球糧食產(chǎn)量需增產(chǎn)70%才能滿足需求，以快速且可持續(xù)的方式在更少的土地上生產(chǎn)更多的糧食是農(nóng)業(yè)界所面臨的巨大挑戰(zhàn)。隨著合成生物學(xué)的快速發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用如作物增產(chǎn)、牲畜和動物飼料及添加劑、害蟲防治等方面和在食品領(lǐng)域的應(yīng)用如肉類和乳制品、飲品、食品安全、調(diào)味劑和添加劑等方面的潛力日益凸顯。合成生物學(xué)能夠從多個方面提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，其比轉(zhuǎn)基因技術(shù)更加高級。對于植物作物，利用合成生物學(xué)可以提高光合作用效率來增加產(chǎn)量、促進自主固氮來減少化肥使用、重塑代謝通路來改良農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)以及高效防治蟲害；對于牲畜，主要是利用合成生物學(xué)高效提供蛋白飼料。合成生物學(xué)技術(shù)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用有一部分重疊，前者是建立在后者基礎(chǔ)之上的，兩者主要不同是轉(zhuǎn)基因技術(shù)將個別外源基因轉(zhuǎn)移到某生物基因組內(nèi)，使之能表達有益的蛋白質(zhì)，而合成生物學(xué)則一方面是從頭設(shè)計和構(gòu)建自然界中不存在的人工生物體系，另一方面從對現(xiàn)有生物的重新設(shè)計和改造的角度看，其通常是轉(zhuǎn)移一組基因，因而要在更大規(guī)模更多層次上涉及到細胞網(wǎng)絡(luò)，如代謝網(wǎng)絡(luò)等。因此，合成生物學(xué)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的影響和帶來的前景將超過轉(zhuǎn)基因技術(shù)。預(yù)計2026年全球微生物肥料市場規(guī)模將達到44.7億美元。微生物肥料是指以微生物的生命活動為核心，使農(nóng)作物獲得特定的肥料效應(yīng)的一類肥料制品，從傳統(tǒng)的菌種篩選到菌種改造設(shè)計、多高效復(fù)合菌系制造、肥料菌株功能挖掘等技術(shù)的應(yīng)用，合成生物學(xué)實現(xiàn)了肥料菌株研發(fā)的多樣性、調(diào)控性和精確性。根據(jù)MarketsandMarkets，北美是全球使用微生物肥料最多的地區(qū)，其次是歐洲，2020年美國的微生物肥料使用比例高達60-70%，歐洲許多國家達到45-60%。MarketsandMarkets預(yù)計全球微生物肥料市場規(guī)模將在2021年達到22.5億美元，并以11.9%的CAGR增長，在2026年達到44.7億美元。隨著合成生物學(xué)技術(shù)不斷進步，微生物肥料的增產(chǎn)效果、方便程度、生產(chǎn)成本都將持續(xù)改善，為解決人類面臨的糧食危機做出貢獻。傳統(tǒng)畜牧業(yè)存在諸多問題，植物肉提供優(yōu)質(zhì)解決方案。隨著全球的肉類消費需求增長，傳統(tǒng)畜牧業(yè)規(guī)模擴張導(dǎo)致動物疫情頻發(fā)、濫用抗生素、溫室氣體排放等問題。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)，2015年全球畜牧業(yè)溫室氣體排放約為7.1Gt二氧化碳當量，占人類活動溫室氣體排放總量的15%左右。在此背景下人造肉作為畜牧產(chǎn)品的替代品被開發(fā)出來，人造肉分為細胞肉和植物肉，目前細胞肉由于技術(shù)難、成本高等因素無法規(guī)模量產(chǎn)，植物肉以植物蛋白、氨基酸和脂肪為基礎(chǔ)，添加經(jīng)合成生物學(xué)技術(shù)改造的酵母合成的植物性血紅蛋白而制成，已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。相比傳統(tǒng)畜牧業(yè)，每生產(chǎn)1公斤植物肉，為環(huán)境節(jié)省了93%的土地浪費與破壞、99%的生產(chǎn)用水和90%的溫室氣體排放，除此之外，根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的研究，普通肉類中含有的激素等，會導(dǎo)致癌癥、心臟病等疾病患病風(fēng)險大幅增加。從營養(yǎng)學(xué)角度，植物肉具有零膽固醇、零激素、零反式脂肪酸、零抗生素，富含人體必需氨基酸等優(yōu)點，更符合人們對飲食健康的要求。根據(jù)《2021中國植物肉行業(yè)洞察白皮書》（星期零，彭博商業(yè)周刊），目前植物蛋白肉的研究以及專利申請主要集中于植物蛋白纖維化加工技術(shù)、血紅蛋白的生產(chǎn)與應(yīng)用、風(fēng)味物質(zhì)的生產(chǎn)與應(yīng)用三方面，其中后兩者均依靠合成生物學(xué)實現(xiàn)。一方面，采用經(jīng)改造的微生物生產(chǎn)的血紅蛋白，可以賦予植物蛋白類似肉制品的顏色，并且可以彌補植物蛋白鐵元素含量不足的問題；另一方面，采用經(jīng)改造的微生物生產(chǎn)多種脂肪、維生素、風(fēng)味物質(zhì)，并結(jié)合熱加工處理方法，使植物蛋白肉的口感接近于真實肉制品。環(huán)保健康生活是大勢所趨，預(yù)計2025年全球人造肉市場規(guī)模達到279億美元。環(huán)保方面，根據(jù)普華永道的數(shù)據(jù)，如果全世界用植物肉取代10%的動物肉消費，人類將節(jié)約1.76億噸二氧化碳排放，相當于27億棵樹的吸收量；將釋放3800萬公頃土地，相當于云南省的面積；將減少86億立方米用水，相當于渭河一年的總流量。健康方面，根據(jù)《美國心臟協(xié)會》發(fā)表的研究《CenteredDietandRiskofIncidentCardiovascularDiseaseDuringYoungtoMiddleAdulthood》（YuniChoi，NicoleLarson，LynMSteffen等），最常吃植物性食物的人患心血管疾病，如心臟病、中風(fēng)、心力衰竭和其他疾病的風(fēng)險降低了16%，他們死于心血管疾病的風(fēng)險也降低了31%到32%。環(huán)保和健康的生活方式是人類發(fā)展的趨勢，也是消費者選擇植物肉的重要原因。MarketsandMarkets預(yù)計2025年全球人造肉市場規(guī)模達到279億美元，對應(yīng)2021-2025年的CAGR為14.9%。消費品：創(chuàng)造多元化的選擇和更美好的生活合成生物學(xué)正在為消費者提供多元化的產(chǎn)品。合成生物學(xué)在消費品領(lǐng)域的應(yīng)用主要包含人類營養(yǎng)、寵物食品、皮革、護膚品等多方面。如利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)動物蛋白食品來滿足寵物營養(yǎng)和健康需求，利用菌絲體或微生物發(fā)酵生產(chǎn)皮革，通過改造微生物來生產(chǎn)香料、保濕劑和活性成分等用于護膚品。Amyris以甘蔗為原料進行酵母發(fā)酵合成法尼烯，再以法尼烯為原料通過化學(xué)反應(yīng)合成角鯊烯和角鯊?fù)?，替代了鯊魚肝油和高精度橄欖油的提取技術(shù)路線，提供更加環(huán)保、更加純凈的可持續(xù)化妝品原料。合成生物學(xué)助力嬰幼兒配方奶粉營養(yǎng)素添新品。HMOs（母乳低聚糖）是母乳中僅次于乳糖的第二大類碳水化合物成分和第三大營養(yǎng)成分，與母乳中其他活性營養(yǎng)相比，HMOs的含量是乳鐵蛋白的12倍，免疫球蛋白的6倍。HMOs的結(jié)構(gòu)超過200多種，目前已確定結(jié)構(gòu)的30多種，每一種結(jié)構(gòu)的HMO都有獨特的功能性，人類對HMOs的研究超過130年，在合成生物學(xué)技術(shù)的加持下，2016年前后才實現(xiàn)商業(yè)化。目前，在HMOs生產(chǎn)工藝上，實現(xiàn)量產(chǎn)的制備方法包括酶法和發(fā)酵法。根據(jù)《母乳低聚糖（HMOs）行業(yè)市場調(diào)研》（恒魯生物），2021年全球HMOs市場規(guī)模為3.8億美元，仍處于導(dǎo)入期階段；隨著產(chǎn)品價格逐步降低，其在嬰幼兒配方奶粉、功能食品和飲料、營養(yǎng)補充劑等領(lǐng)域的滲透率將不斷提升，在保守/中性/樂觀三種情景下，預(yù)計2027年全球HMOs市場規(guī)模分別達到9.57/13.60/18.38億美元，對應(yīng)2022-2027年CAGR分別為14.1%/22.4%/30.0%。合成生物學(xué)助力重組膠原蛋白滲透率快速提升。膠原蛋白是用于化妝品領(lǐng)域的關(guān)鍵生物活性成分，主要功效是皮膚修護和抗衰老，膠原蛋白可分為重組膠原蛋白（合成生物學(xué)制造）和動物源性膠原蛋白（動物組織提?。Ｖ亟M膠原蛋白具有包括生物活性及生物相容性更高、免疫原性更低、漏檢病原體隱患風(fēng)險更低、水溶性更佳、無細胞毒性以及可進一步加工優(yōu)化等內(nèi)在優(yōu)勢，在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸普及。根據(jù)Frost&Sullivan預(yù)測（轉(zhuǎn)引自巨子生物招股說明書），中國重組膠原蛋白產(chǎn)品市場規(guī)模將由2021年的108億元增長至2027年的1083億元，對應(yīng)2021-2027年CAGR為46.8%；中國重組膠原蛋白在整個膠原蛋白市場中的滲透率將由2021年的37.7%提升至2027年的62.3%，在主要下游市場中，功效性護膚品/醫(yī)用敷料/肌膚煥活應(yīng)用領(lǐng)域重組膠原蛋白滲透率均明顯提升。能源：生物燃料+生物制氫，幫助人類擺脫化石能源依賴環(huán)保和減排壓力下生物能源再受重視。目前合成生物學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用主要包含生物乙醇、柴油和丁醇等方向，能源類合成生物學(xué)公司是整個合成生物學(xué)行業(yè)中起落較大的一個類別。2010-2020年，隨著國際環(huán)境的變化，加上頁巖油開采的商業(yè)化落地，使得國際原油價格劇烈波動，這無疑擊穿了一眾該類別公司的生物燃料夢想。根據(jù)IEA，2021年全球石油消耗的產(chǎn)業(yè)占比中，交通用汽柴油和航空用油合計占比54%，通過開發(fā)生物能源來減少燃料用油的意義重大，而且其發(fā)展的最大推動力已經(jīng)不再是比化石能源廉價，而是比化石能源環(huán)保。IEA的一項分析指出，為了阻止全球的升溫超過2℃，生物能源在總能源需求中的占比需要從2015年的4.5%提高到2060年的17%，但是截至目前，生物能源的產(chǎn)量遠低于達到這個目標所需的速度。生物能源推廣加速，預(yù)計2025年生物柴油市場空間超3000億元。根據(jù)《StatisticalReviewofWorldEnergy2022》（BP），全球生物燃料消費量由2011年的117萬桶/天增長到2021年的184萬桶/天，生物燃料消費量占石油燃料（汽油+柴油+煤油+燃油）消費量的比例由2011年的1.90%提高到2021年的2.95%，提升空間巨大。各國對于交通運輸領(lǐng)域的生物能源使用都有指標，歐盟的2021年修訂版RED（可再生能源指令）中，要求2030年成員國交通運輸部門中生物燃料占總?cè)剂系谋壤蜕锬茉凑伎偰茉吹谋壤哪繕朔謩e提高到26%和40%。生物柴油摻混入化石柴油中制成混合柴油在減少有害氣體排放的同時無需額外改動，有效降低了使用門檻。根據(jù)卓越新能招股說明書披露，北歐國家如瑞典、芬蘭、挪威等2020年目標生物柴油摻混比例均達到20%及以上，歐洲主要經(jīng)濟體德國、法國、英國等也在設(shè)置更高的要求。隨著生物柴油摻混比例的政策性提升，OECD-FAO預(yù)計2025年全球生物柴油需求量將達到5122萬噸，按照6000元/噸的價格保守測算，市場空間可達3073億元。盡管目前生物柴油主要采用化學(xué)法生產(chǎn)，但未來具有反應(yīng)條件溫和、無污染排放等優(yōu)點的生物酶法、發(fā)酵法將扮演越來越重要的角色。合成生物學(xué)實現(xiàn)從二氧化碳到生物燃料的直接轉(zhuǎn)化，有望解決成本問題。生物煉制是利用農(nóng)業(yè)廢棄物、植物基淀粉、木質(zhì)纖維素等生物基原料生產(chǎn)各種化學(xué)品、燃料的過程，第一代生物煉制主要以植物油、廢棄食用油等為原料來合成生物燃料，第二代生物煉制原料主要為非糧食生物質(zhì)，包括谷物秸稈、甘蔗渣等。第三代生物煉制旨在利用微生物細胞工廠將可再生能源和二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)品，微生物是第三代生物煉制的核心，其中自養(yǎng)微生物是一種以二氧化碳作為主要或唯一的碳源，以無機氮化物作為氮源，通過細菌光合作用或化能合成作用獲得能量的微生物。目前采用一些經(jīng)過合成生物學(xué)改造的光能或化能自養(yǎng)微生物，已經(jīng)可以實現(xiàn)從二氧化碳合成生產(chǎn)燃料和化學(xué)品，產(chǎn)業(yè)化落地后有望解決制約生物能源發(fā)展的成本問題。生物制氫有望成為未來最理想的能源解決方案之一。氫氣憑借清潔高效、熱值高、可持續(xù)、應(yīng)用廣泛等突出優(yōu)勢，被譽為“21世紀的終極能源”，制氫的主要技術(shù)路線分為五種：石油、煤炭、天然氣等化石能源重整制氫；電解水制氫；利用冶金、焦化、氯堿等過程中的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫；太陽能光解水制氫以及生物制氫。目前傳統(tǒng)化石能源制氫技術(shù)仍在全球范圍內(nèi)占據(jù)絕對主流位置，根據(jù)《2022年中國氫能行業(yè)白皮書》，中國制氫來源中化石能源制氫占比接近2/3。但在綠色能源轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標的時代背景下，以化石能源產(chǎn)“灰氫”的方式終究只能作為暫時的過渡性手段，以生物制氫為代表的可再生能源制“綠氫”技術(shù)被認為是屬于未來的、最為理想的能源解決方案之一。但受限于技術(shù)尚未成熟、設(shè)備及儲運設(shè)施不完善等因素，生物制氫生產(chǎn)成本較高，短期內(nèi)是制約其實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題。合成生物學(xué)將成為生物制氫突破的關(guān)鍵。根據(jù)2022年科技部、國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等9部門發(fā)布的《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022-2030年）》，前沿和顛覆性低碳技術(shù)包括新型綠色氫能技術(shù)，即研究基于合成生物學(xué)、太陽能直接制氫等綠氫制備技術(shù)。通過合成生物學(xué)技術(shù)從提升菌種光能吸收效率、提高菌種產(chǎn)氫率、改用廉價原料等方面取得突破，生物制氫有望逐步具有經(jīng)濟性。中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，2050年中國氫能需求量將達到近6000萬噸，假設(shè)屆時生物制氫占比10%，產(chǎn)氫量約為600萬噸，我們按照2萬元/噸的價格測算，市場規(guī)模高達1200億元。行業(yè)即將迎來加速發(fā)展，投資遵循三條主線資本市場融資火熱+各國支持政策頻出，合成生物學(xué)即將迎來加速發(fā)展全球合成生物學(xué)初創(chuàng)公司融資火熱。近年來，隨著相關(guān)技術(shù)不斷成熟，合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)百花齊發(fā)，全球范圍內(nèi)大量初創(chuàng)公司如雨后春筍般出現(xiàn)，也帶動了資本市場對這一創(chuàng)新浪潮的關(guān)注。根據(jù)SynBioBeta統(tǒng)計，2019-2021年全球合成生物學(xué)初創(chuàng)公司融資額達到31/78/180億美元，其中2021年融資額幾乎相當于從2009-2020年所有融資額的總和。可以說2021年是合成生物學(xué)初創(chuàng)公司最好的一年。從融資的領(lǐng)域看，應(yīng)用端（即產(chǎn)品類公司）占比達到77.4%（SynBioBeta數(shù)據(jù)），保持絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，生物體工程平臺排名第二，也印證了前文“當前階段產(chǎn)品類公司更佳”的判斷。2022年中國合成生物學(xué)投融資方興未艾。根據(jù)新道藍谷及各公司官網(wǎng)，中國在合成生物學(xué)領(lǐng)域的投融資起步較晚，2015-2020年，每年中國合成生物學(xué)領(lǐng)域投融資數(shù)量僅有個位數(shù)，直到2021年實現(xiàn)爆發(fā)，僅一年就有16例。2022年國內(nèi)合成生物學(xué)賽道依然備受關(guān)注，多家頭部投資機構(gòu)紛紛布局，藍晶微生物、引航生物、中科欣揚、柯泰亞生物等企業(yè)相繼完成一級市場融資，近岸蛋白、巨子生物、川寧生物等企業(yè)相繼完成IPO登陸A股。整體上看，產(chǎn)品研發(fā)公司的數(shù)量和融資額多于技術(shù)服務(wù)公司。各國政府高度重視合成生物學(xué)，相繼出臺多項支持政策。近年來，合成生物學(xué)得到世界各國的高度重視，全球主要國家政府陸續(xù)出臺合成生物學(xué)相關(guān)扶持政策，國際合成生物學(xué)科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛。全球主要國家相繼建立合成生物學(xué)研究中心，形成了遍布全球的合成生物學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)，以美國、英國為主導(dǎo)的國外發(fā)達國家在合成生物學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展進程較快。歐盟最早通過第六研究框架計劃從政策層面、以項目資助的方式促進合成生物學(xué)發(fā)展，法國、德國等成員國針對合成生物學(xué)及相關(guān)技術(shù)分別制定了針對本國的研究發(fā)展戰(zhàn)略。英國政府于2012年和2016年相繼發(fā)布《合成生物學(xué)路線圖》和《英國合成生物學(xué)戰(zhàn)略計劃》，是首個在國家層面通過路線圖方式推動合成生物學(xué)發(fā)展的國家。美國從多個維度來推動合成生物學(xué)的發(fā)展，自2019年開始連續(xù)3年發(fā)布了《工程生物學(xué)：下一代生物經(jīng)濟的研究路線圖》、《微生物組工程：下一代生物經(jīng)濟研究路線圖》和《工程生物學(xué)與材料科學(xué)：跨學(xué)科創(chuàng)新研究路線圖》等合成生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究路線圖。中國政府也高度重視合成生物學(xué)的發(fā)展，2008年香山會議首次探討了合成生物學(xué)背景、進展和展望，并連續(xù)多年開展了合成生物學(xué)專題學(xué)術(shù)討論，2022年《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確將合成生物學(xué)列為重點發(fā)展方向。2022年以來國內(nèi)出臺三項合成生物學(xué)相關(guān)重要政策。2022年5月10日，國家發(fā)改委印發(fā)了《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，指出合成生物學(xué)作為前沿生物技術(shù)，要加強原創(chuàng)性、引領(lǐng)性基礎(chǔ)研究，推動合成生物學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，突破生物制造菌種計算設(shè)計、高通量篩選、高效表達、精準調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)，有序推動在新藥開發(fā)、疾病治療、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、物質(zhì)合成、環(huán)境保護、能源供應(yīng)和新材料開發(fā)等領(lǐng)域應(yīng)用。2022年8月18日，科技部等九部門聯(lián)合印發(fā)了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》，其中前沿顛覆性低碳技術(shù)創(chuàng)新行動中涉及到新型綠色氫能技術(shù)、二氧化碳高值化轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，需要以合成生物學(xué)為基礎(chǔ)進行創(chuàng)新。2023年1月9日工信部等六部門聯(lián)合印發(fā)了《加快非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展三年行動方案》，提出以非糧生物質(zhì)開發(fā)利用技術(shù)突破為基礎(chǔ)，深化生物化工與傳統(tǒng)化工耦合、工業(yè)與農(nóng)業(yè)融合，以技術(shù)、模式創(chuàng)新為動力，促進生物基材料優(yōu)性能、降成本、增品種、擴應(yīng)用，提升生物基材料產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新、規(guī)模生產(chǎn)、市場滲透能力，推動非糧生物基材料產(chǎn)業(yè)加快創(chuàng)新發(fā)展。初創(chuàng)公司面臨“考核期”，合成生物學(xué)料即將迎來加速發(fā)展。在資本市場和各國政策的孵化下，合成生物學(xué)初創(chuàng)公司如雨后春筍般出現(xiàn)，但是他們的“蜜月期”馬上將要結(jié)束，投資者的關(guān)注點從概念和故事轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的落地，我們預(yù)計在這個過程中將有眾多初創(chuàng)公司被淘汰，存活下來的公司也需要不斷去研發(fā)和落地新產(chǎn)品來支撐估值，最終脫穎而出的初創(chuàng)公司或許會成為新的標桿。預(yù)計未來，越來越多的初創(chuàng)公司會登陸二級市場，越來越多的上市公司會布局合成生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，在機遇和挑戰(zhàn)當中，合成生物學(xué)賽道將迎來加速發(fā)展?？春弥袊镏圃炱髽I(yè)競爭力，影響估值的核心因素是成長性國外企業(yè)集中在美國，上中游環(huán)節(jié)較多且領(lǐng)先。Amyris和GinkgoBioworks是國外合成生物學(xué)企業(yè)的標桿：Amyris是合成生物學(xué)領(lǐng)域第一家在納斯達克上市（2010年）的企業(yè)，同時也是平臺型公司的鼻祖和典型代表，經(jīng)過長期的產(chǎn)業(yè)探索，其逐步成為頗有影響力的法尼烯和長鏈碳氫化合物生產(chǎn)商。另一家代表性公司是GinkgoBioworks，2021年5月宣布以175億美元的價格通過SPAC方式正式上市，2022年完成對Zymergen的收購以整合Zymergen強大的自動化和軟件能力，以及其在多種生物工程方法上的豐富經(jīng)驗，來顯著增強GinkgoBioworks的合成生物學(xué)平臺。除此之外，其他合成生物學(xué)企業(yè)也大多來自美國。整體上看，國外使能技術(shù)類、平臺類合成生物學(xué)企業(yè)較多且技術(shù)領(lǐng)先。中國主要是產(chǎn)品類公司，商業(yè)化成功案例較多。凱賽生物和華恒生物是國內(nèi)合成生物學(xué)企業(yè)的標桿：凱賽生物以石油中的副產(chǎn)物正烷烴為原料，采用微生物發(fā)酵的方法生產(chǎn)長鏈二元酸，顯著降低了成本和污染，是世界上首個使用生物法產(chǎn)品取代石油化學(xué)法產(chǎn)品的商業(yè)成功案例；華恒生物突破厭氧發(fā)酵技術(shù)瓶頸，在國際上首次成功實現(xiàn)了微生物厭氧發(fā)酵規(guī)?；a(chǎn)L-丙氨酸產(chǎn)品，是行業(yè)內(nèi)擁有厭氧發(fā)酵法生產(chǎn)L-丙氨酸完整知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)勢企業(yè)之一。此外，巨子生物、軒凱生物、引航生物、首鋼朗澤等一眾國內(nèi)產(chǎn)品類公司都取得了單個或多個合成生物學(xué)產(chǎn)品商業(yè)化的成功。得益于理論研究和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，看好中國生物制造企業(yè)競爭力。簡單來講，生物制造的成功關(guān)鍵在于菌種設(shè)計和構(gòu)建、大規(guī)模發(fā)酵工藝兩點，前者取決于合成生物學(xué)的理論研究，后者取決于發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的能力。根據(jù)WebofScience，核心合集中以合成生物學(xué)為主題的全球論文發(fā)表量自2000年開始不斷增加，其中中國論文發(fā)表量自2008年開始快速增加，2022年中國占比已經(jīng)超過美國，位居世界第一。根據(jù)中國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會，中國生物發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量由2015年的2426萬噸提升至2019年的3065萬噸，出口量由2015年的344萬噸提升至2019年的527萬噸，我國生物發(fā)酵產(chǎn)品中氨基酸、有機酸、淀粉糖及多元醇等產(chǎn)能和產(chǎn)量多年穩(wěn)居世界第一位。因此，得益于深厚的理論研究和堅實的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，我們現(xiàn)階段看好中國生物制造企業(yè)的競爭力。美國平臺類公司經(jīng)營情況不佳，中國產(chǎn)品類公司穩(wěn)定增長。由于研發(fā)投入和包括股權(quán)激勵在內(nèi)各類費用導(dǎo)致營業(yè)支出過高，2019年至2022Q1-Q3，GinkgoBioworks和Amyris的凈利潤和經(jīng)營活動凈現(xiàn)金流均為負值，相比之下凱賽生物和華恒生物的歸母凈利潤和經(jīng)營活動凈現(xiàn)金流整體呈增長態(tài)勢。美國平臺類龍頭公司財務(wù)表現(xiàn)遠差于中國產(chǎn)品類龍頭公司，再次驗證我們“當前階段產(chǎn)品類公司更佳”的判斷。美國平臺類公司的股價和估值對國內(nèi)產(chǎn)品類公司不具備參考價值。2008年初Amyris計劃以甘蔗為原料每年生產(chǎn)10億加侖的生物燃料，每桶價格可低至60美元，然而原油價格暴跌、頁巖油開采的商業(yè)化落地以及其自身產(chǎn)業(yè)化不達預(yù)期使得Amyris股價暴跌。2021年GinkgoBioworks以175億美元的價格通過SPAC方式正式上市，如今市值約縮水為1/5。平臺類公司享受了各種概念和投資故事的估值溢價，在沒有如預(yù)期般兌現(xiàn)業(yè)績后，泡沫必然破裂，相較之下國內(nèi)的產(chǎn)品類公司的商業(yè)模型更加穩(wěn)健，因此美國平臺類公司的股價和估值對國內(nèi)產(chǎn)品類公司來說不具備參考價值。中國產(chǎn)品類公司的高估值本質(zhì)是成長邏輯。截至2023年1月20日，合成生物學(xué)公司華恒生物、凱賽生物、嘉必優(yōu)的PE（2023）分別為43.0、40.4、33.1，顯著高于傳統(tǒng)發(fā)酵公司金丹科技、中糧科技、梅花生物，我們認為產(chǎn)品類公司的高估值是有業(yè)績增速支撐的，按照PEG=PE（2023）/g（2022E-2024E）計算，華恒生物、凱賽生物、嘉必優(yōu)的PEG分別為1.11、1.21、0.85，高于CS成長板塊公司PEG的平均值0.82且在其中位于前列，國內(nèi)產(chǎn)品類公司的高估值本質(zhì)是成長邏輯。重點公司分析華恒生物：產(chǎn)學(xué)研結(jié)合+產(chǎn)業(yè)化能力打造多產(chǎn)品管線華恒生物是全球領(lǐng)先的小品種氨基酸供應(yīng)商。華恒生物是一家以合成生物學(xué)技術(shù)為核心，通過生物制造方式，主要從事生物基產(chǎn)品，如氨基酸和維生素產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的高新技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品包括丙氨酸系列產(chǎn)品（L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸）、L纈氨酸、D-泛酸鈣和熊果苷（α-熊果苷和β-熊果苷）等，可廣泛應(yīng)用于日化、醫(yī)藥及保健品、食品添加劑、飼料等眾多領(lǐng)域。經(jīng)過多年的創(chuàng)新發(fā)展，華恒生物已經(jīng)成為全球領(lǐng)先的通過生物制造方式規(guī)?；a(chǎn)小品種氨基酸產(chǎn)品的企業(yè)之一。2021年華恒生物L(fēng)-纈氨酸產(chǎn)品開始放量，對收入和利潤形成明顯貢獻，2022年Q1-Q3華恒生物實現(xiàn)營業(yè)收入9.84億元，同比增長58.4%；實現(xiàn)歸母凈利潤2.17億元，同比增長112.6%。根據(jù)其2022年度業(yè)績預(yù)增公告，華恒生物預(yù)計2022年實現(xiàn)歸母凈利潤3.00-3.25億元，同比增長78.3%-93.2%。華恒生物實現(xiàn)L-丙氨酸和L-纈氨酸的厭氧發(fā)酵生產(chǎn)，奠定細分領(lǐng)域龍頭地位。日化領(lǐng)域的需求量占L-丙氨酸總需求量的50%以上，受益于MGDA市場快速發(fā)展，丙氨酸需求保持10%以上增速。華恒生物突破厭氧發(fā)酵技術(shù)瓶頸，在國際上首次成功實現(xiàn)了微生物厭氧發(fā)酵規(guī)?；a(chǎn)L-丙氨酸產(chǎn)品，全球市占率約50%。L-纈氨酸主要應(yīng)用于飼料及保健品領(lǐng)域，近年來由于飼料原料如豆粕價格升高等因素，氨基酸精確配方飼料迎來了很大發(fā)展，L-纈氨酸在飼料里的添加量大幅增長，L-纈氨酸需求保持20%以上增速。華恒生物實現(xiàn)厭氧發(fā)酵法生產(chǎn)L-纈氨酸技術(shù)，菌種性能高效，發(fā)酵技術(shù)先進，產(chǎn)能位居行業(yè)前列，市場占有率逐步提升。華恒生物通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合+產(chǎn)業(yè)化能力打造多產(chǎn)品管線。華恒生物堅持和發(fā)展已有的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)合作創(chuàng)新模式，與中科院天工所、中科院微生物研究所、北京化工大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)等高?？蒲袡C構(gòu)建立長期的合作關(guān)系，在新產(chǎn)品研發(fā)方向上，華恒生物堅持“成本優(yōu)勢”和“綠色低碳”兩大原則，一方面繼續(xù)在氨基酸領(lǐng)域橫向拓展（異亮氨酸）、縱向延伸（D-泛酸鈣），發(fā)揮自身一體化優(yōu)勢；另一方面進入到體量更大的化工新材料等領(lǐng)域（1，3-丙二醇、丁二酸、蘋果酸），并向產(chǎn)業(yè)鏈上游延伸，從玉米深加工做起，實現(xiàn)核心原材料葡萄糖的自產(chǎn)。華恒生物拓展的生物制造新產(chǎn)品與核心產(chǎn)品丙氨酸、纈氨酸的厭氧發(fā)酵法相比，在關(guān)鍵技術(shù)、工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備等方面有著諸多共通之處，華恒生物可以將既有的工業(yè)菌種創(chuàng)制、發(fā)酵過程智能控制、高效后提取、產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)環(huán)節(jié)等技術(shù)優(yōu)勢和生產(chǎn)經(jīng)驗復(fù)制于新產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)過程，形成與現(xiàn)有主要產(chǎn)品的協(xié)同發(fā)展。華恒生物現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)劃有望實現(xiàn)約60億元收入，成長確定性較高。我們預(yù)計2023年公司1.6萬噸三支鏈氨基酸（纈氨酸和異亮氨酸）項目和7000噸β-丙氨酸衍生物（D泛酸鈣）項目將投產(chǎn)，2024年5萬噸1，3-丙二醇、丁二酸、蘋果酸項目投產(chǎn)，當前已有產(chǎn)能和規(guī)劃產(chǎn)能的7個主要產(chǎn)品2025年對應(yīng)市場空間約200億元，華恒生物現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)劃有望取得30%市場份額，即對應(yīng)約60億元收入，未來的成長空間、路徑和速度的確定性較高。嘉必優(yōu)：新國標落地+帝斯曼專利到期，配方奶粉營養(yǎng)素龍頭啟航嘉必優(yōu)是國內(nèi)嬰幼兒配方奶粉營養(yǎng)素龍頭。嘉必優(yōu)以生物技術(shù)為立足之本，集成工業(yè)菌種定向優(yōu)化技術(shù)、發(fā)酵精細調(diào)控技術(shù)、高效分離純化制備技術(shù)，通過可持續(xù)的微生物合成制造方式，為全球營養(yǎng)與健康領(lǐng)域的客戶提供高品質(zhì)的營養(yǎng)素產(chǎn)品與創(chuàng)新的解決方案。嘉必優(yōu)的主營業(yè)務(wù)包括多不飽和脂肪酸ARA和藻油DHA以及SA、天然β-胡蘿卜素等多個系列產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于嬰幼兒配方食品、膳食營養(yǎng)補充劑、營養(yǎng)健康食品、特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品、寵物營養(yǎng)食品、經(jīng)濟動物飼料以及個人護理及化妝品等領(lǐng)域。2018年至2022年Q1-Q3嘉必優(yōu)營業(yè)收入穩(wěn)健增長，由于原材料漲價、產(chǎn)品降價、客戶和業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)變化等因素毛利率有所下滑，導(dǎo)致2021年和2022年Q1-Q3歸母凈利潤承壓。我們預(yù)計隨著募投項目2023年投產(chǎn)爬坡，嘉必優(yōu)業(yè)績有望快速釋放。嘉必優(yōu)市場份額提升空間巨大。ARA及藻油DHA對于嬰幼兒的大腦和視網(wǎng)膜發(fā)育具有重要的意義，已經(jīng)成為全球嬰幼兒配方奶粉企業(yè)普遍選擇添加的營養(yǎng)素，因此嬰幼兒配方奶粉行業(yè)對于ARA和藻油DHA的持續(xù)需求將為行業(yè)市場容量增長奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)CoherentMarketInsights預(yù)計，2026年全球及中國ARA和藻油DHA的市場容量分別將達到12.26億美元和2.15億美元，分別對應(yīng)2018-2026年CAGR為13.45%和16.47%。目前嘉必優(yōu)ARA及藻油DHA產(chǎn)品在全球市場的份額不到10%，與行業(yè)龍頭帝斯曼仍然存在較大的差距，隨著募投項目2023年如預(yù)期投產(chǎn)爬坡，嘉必優(yōu)市占率有望提升。新國標落地+帝斯曼專利到期打開國內(nèi)外市場空間，募投項目投產(chǎn)短期放量確定性強。2021年3月18日，嬰幼兒配方食品新國家標準正式頒布，并將于2023年2月22日正式實施。相較于2010年標準，新國標對嬰幼兒奶粉營養(yǎng)素的要求做了較大的調(diào)整，對在嬰兒和較大嬰兒配方食品中DHA的添加量新增了關(guān)于下限值的規(guī)定，即每100kJ食品中DHA添加量下限值為3.6mg，提高了DHA、ARA添加量的上限值，明確DHA與ARA的比例不得低于1:1。我們預(yù)測中國嬰幼兒配方奶粉ARA/DHA市場規(guī)模有望受益于新國標實施而明顯增長。嘉必優(yōu)與帝斯曼就專利糾紛達成和解，嘉必優(yōu)海外銷售范圍和數(shù)量受限制，但獲得了帝斯曼的采購或者現(xiàn)金補償?shù)臋?quán)利，并贏得了發(fā)展的時間。2023年，帝斯曼ARA相關(guān)專利在各個國家的保護期均會到期，屆時嘉必優(yōu)生產(chǎn)和銷售ARA產(chǎn)品將不再受到限制，有望迎來提高境外市場ARA份額的機會。預(yù)計嘉必優(yōu)募投項目將于2023年Q1投產(chǎn)，ARA和藻油DHA合計產(chǎn)能將翻倍，為短期放量提供產(chǎn)能基礎(chǔ)。以合成生物學(xué)為底層技術(shù)，新產(chǎn)品布局豐富。嘉必優(yōu)重點落地“三拓展”發(fā)展戰(zhàn)略（即拓展產(chǎn)品品類、拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域、拓展產(chǎn)品市場區(qū)域），著力構(gòu)建“一主兩翼”業(yè)務(wù)格局（“一主”即人類營養(yǎng)領(lǐng)域，“兩翼”即動物營養(yǎng)領(lǐng)域、個人護理及化妝品領(lǐng)域），截至2022年上半年，基于構(gòu)建的合成生物學(xué)技術(shù)平臺，嘉必優(yōu)開展了2'-FL、3'-SL、蝦青素、依克多因、EPA、麥角硫因等高附加值產(chǎn)品的開發(fā)。凱賽生物：深耕聚酰胺產(chǎn)業(yè)鏈，百萬噸產(chǎn)能蓄勢待發(fā)凱賽生物是全球領(lǐng)先的生物制造新材料企業(yè)。凱賽生物是一家以合成生物學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，利用生物制造技術(shù)，從事新型生物基材料的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的高新技術(shù)企業(yè)，是全球領(lǐng)先的利用生物制造規(guī)?；a(chǎn)新材料的企業(yè)之一。凱賽生物通過生物制造方法生產(chǎn)長鏈二元酸系列產(chǎn)品，既能滿足下游聚合要求的質(zhì)量標準，同時經(jīng)濟性及綠色環(huán)保優(yōu)勢突出，在市場競爭中將以英威達為代表的傳統(tǒng)化學(xué)法長鏈二元酸擠出市場。隨著凱賽生物生物基戊二胺產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的突破，通過生物基戊二胺與各種二元酸或二元酸的組合物縮聚，可生產(chǎn)系列生物基聚酰胺產(chǎn)品，包括PA56、PA510、PA5X等，進一步打開凱賽生物的成長空間。受到疫情反復(fù)、化工法聚酰胺降價等因素影響，凱賽生物的生物基聚酰胺市場開拓不及預(yù)期，2022年Q1-Q3凱賽生物實現(xiàn)營業(yè)收入18.38億元，同比增長4.8%；實現(xiàn)歸母凈利潤4.86億元，同比增長2.2%。長鏈二元酸全球龍