醫(yī)療保健行業(yè)研究：造物致用合成生物賦能未來

請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分報(bào)告目錄2一、生物制造戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)、商業(yè)意義重大二、生物制造應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、市場(chǎng)空間廣闊三、合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈上下游布局各有側(cè)重四、政策加碼生物制造，資本助力國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展五、國(guó)內(nèi)生物制造現(xiàn)存挑戰(zhàn)六、風(fēng)險(xiǎn)提示請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分生物制造戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)、商業(yè)意義重大13什么是合成生物學(xué)合成生物學(xué)是一門以工程學(xué)思想為指導(dǎo)、多學(xué)科結(jié)合的新興領(lǐng)域，以“人工設(shè)計(jì)與編寫基因組”為核心，可針對(duì)特定需求從工程學(xué)角度設(shè)計(jì)構(gòu)建元器件或模塊。通過一系列重新設(shè)計(jì)與技術(shù)改造生物體或細(xì)胞以使其具有新的能力，在此過程中設(shè)計(jì)與構(gòu)建一系列新的標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件、組件與系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)理想的生物制造能力。合成生物學(xué)的本質(zhì)是讓細(xì)胞為人類工作生產(chǎn)想要的物質(zhì)。圖表1：合成生物學(xué)內(nèi)涵資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，國(guó)元證券研究所4請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分什么是合成生物學(xué)合成生物學(xué)區(qū)別于傳統(tǒng)生命科學(xué)的核心特征在于其“工程學(xué)本質(zhì)”，主要體現(xiàn)在其工程化的兩大方向：1）Top-down：應(yīng)用基因工程和代謝工程等技術(shù)，將全新功能引入活細(xì)胞等生命體；也包括在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)組裝的生物非生物混合系統(tǒng)——“自上而下”地“改造生命”；

2）Bottom-up：體外合成全新生命系統(tǒng)，如人工細(xì)胞等——“自下而上”地“創(chuàng)造生命”；廣義上講，合成生物學(xué)還包括了任何對(duì)生命有機(jī)體關(guān)鍵要素的創(chuàng)新應(yīng)用，如酶催化合成（催化單元）、無細(xì)胞合成（轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)）、DNA存儲(chǔ)（遺傳密碼）等。圖表2：結(jié)合DBTL循環(huán)的兩種微生物組工程設(shè)計(jì)策略（“自下而上”和“自上而下”）5請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分資料來源：《Guided

by

the

principles

ofmicrobiome

engineering:

Accomplishments

and

perspectivesforenvironmental

use》Hongzhi

Tang,

et

al.，國(guó)元證券研究所合成生物學(xué)的發(fā)展歷程千禧年以來，合成生物學(xué)的發(fā)展大體經(jīng)歷了4個(gè)階段：1.

創(chuàng)建時(shí)期（2000-2003年）：產(chǎn)生了許多具備領(lǐng)域特征的研究手段和理論，特別是基因線路工程的建立及其在代謝工程中的成功運(yùn)用；2. 擴(kuò)張和發(fā)展期（2004-2007年）：工程技術(shù)進(jìn)步較緩慢，領(lǐng)域有擴(kuò)大趨勢(shì)；快速創(chuàng)新和應(yīng)用轉(zhuǎn)化期（2008-2013年）：這一階段涌現(xiàn)出的新技術(shù)和工程手段使合成生物學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域大為拓展；發(fā)展新階段（2014年后）：工程化平臺(tái)的建設(shè)和生物大數(shù)據(jù)的開源應(yīng)用相結(jié)合，全面推動(dòng)生物技術(shù)創(chuàng)新以及相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)和商業(yè)化，代表技術(shù)包括人工密碼子及非天然氨基酸系統(tǒng)的開發(fā)、計(jì)算/AI蛋白結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)、DNA存儲(chǔ)等。圖表3：21世紀(jì)后合成生物學(xué)發(fā)展歷程資料來源：《全球合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)我國(guó)的啟示》王曉梅等，國(guó)元證券研究所6請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分合成生物學(xué)是最有潛力替代化學(xué)合成、天然提取的新興技術(shù)7請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分項(xiàng)目天然提取法傳統(tǒng)路徑化學(xué)合成法合成生物技術(shù)路徑體外合成生物學(xué)法 體內(nèi)合成生物學(xué)法原材料類型生物基石油基石油基、生物基生物基技術(shù)要求低低高高核心技術(shù)強(qiáng)酸水解等化學(xué)催化、化學(xué)拆分、天然提取等酶的設(shè)計(jì)、改造及高產(chǎn)表達(dá)基因編輯、合成途徑設(shè)計(jì)及高產(chǎn)表達(dá)工藝路線長(zhǎng)長(zhǎng)較短較短產(chǎn)品成本高高較低較低污染程度高高低低資料來源：奕柯萊招股書，華恒生物招股書，國(guó)元證券研究所以合成生物生產(chǎn)流程的特點(diǎn)，合成生物學(xué)被認(rèn)為是綠色、環(huán)保、高效、可循環(huán)可再生的生產(chǎn)方式，相比化學(xué)合成工藝、天然提取工藝，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是最有潛力替代化學(xué)合成、天然提取等成熟工藝的新興技術(shù)手段，被政府、資本屆和產(chǎn)業(yè)界賦予了厚望。天然產(chǎn)物是從自然界存在的動(dòng)物、植物、微生物中分離提取的有機(jī)化合物，被認(rèn)為是大自然賜予人類的瑰寶，也是開發(fā)藥物活性分子的重要源泉，但天然產(chǎn)物在生物體內(nèi)含量非常低，通過提取分離進(jìn)行大量制備存在很大難度，從而嚴(yán)重制約其開發(fā)和利用。而化學(xué)合成常受制于昂貴的化學(xué)試劑、苛刻的反應(yīng)條件、難控的立體選擇性、冗長(zhǎng)的合成路線以及較低的總合成效率等，同時(shí)伴有高污染，嚴(yán)重制約其實(shí)際規(guī)?；a(chǎn)和廣泛應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)路徑，合成生物技術(shù)路徑受原材料和反應(yīng)條件制約更小，全基因合成途徑與酶學(xué)機(jī)制，為構(gòu)建細(xì)胞工廠從頭異源合成天然產(chǎn)物提供了便利條件，同時(shí)也為合成生物學(xué)變革天然產(chǎn)物全合成提供契機(jī)。圖表4：合成生物學(xué)技術(shù)路徑優(yōu)于傳統(tǒng)路徑輕度修飾人工生物中度修飾人工生物重度修飾人工生物人造生物與人造生命生物基產(chǎn)品生物基產(chǎn)品生物基產(chǎn)品全天然全人工體外生物合成體系太陽能捕獲、光合固碳等功能元器件改造與模塊組裝單一基因元器件替換多基因途徑模塊的替換人工途徑創(chuàng)建和替換合成組裝非自然元件天然與非天然化合物途徑一批重大生物基產(chǎn)品以合成生物學(xué)為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)有機(jī)化學(xué)品的高效合成路線和人工生物體系，逐漸從天然生物的輕度修飾向全人工合成的生物或生命過渡，不僅可能高效利用原來不能利用的生物質(zhì)資源，也有可能高效合成原來不能生物合成、或者原來生物合成效率很低的產(chǎn)品。這將為突破自然生物體合成功能與范圍的局限，打通傳統(tǒng)化學(xué)品的生物合成通道，為發(fā)展先進(jìn)生物制造技術(shù)、促進(jìn)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)體系形成與發(fā)展，提供重大機(jī)遇。圖表5：合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)基因組設(shè)計(jì)、合成 底盤細(xì)胞8請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分資料來源：億歐智庫，國(guó)元證券研究所合成生物學(xué)有望突破自然生物體天然合成局限產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)向“降低產(chǎn)業(yè)成本”轉(zhuǎn)變兩三百年之內(nèi),石油產(chǎn)品或者礦石資源將會(huì)被消耗殆盡屆時(shí)需要尋找可以替代傳統(tǒng)石化工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的新型化工工業(yè)，否則將會(huì)沒有原料來合成各種各樣社會(huì)所需要的化工產(chǎn)品

加而產(chǎn)出到達(dá)極限

資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所人類大量使用石化燃料極速加劇了全球變暖的過程盡快開發(fā)和建立一種全新的可持續(xù)發(fā)展的綠色的化工體系迫在眉睫，合成生物學(xué)就是解決該問題的理想途徑。相較于傳統(tǒng)化工生產(chǎn)工藝，己二酸、丁二酸、1,4

-丁二酸等通過合成生物技術(shù)生產(chǎn)將碳排放量降低了75-100%圖表7：溫室氣體排放及全球變暖資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)圖表6：21世紀(jì)中國(guó)石油消費(fèi)快速增迎合低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)、相較于傳統(tǒng)化工而言,合成生物技術(shù)能夠合成更多結(jié)構(gòu)復(fù)雜功能特異的小分子物質(zhì)以化工合成的抗癌神藥格力衛(wèi)是一個(gè)非常平面的分子，沒有手性中心,容易合成而紫杉醇有非常復(fù)雜的三維在某些產(chǎn)物的生產(chǎn)過程中，合成生物學(xué)在提升產(chǎn)出率、縮短反應(yīng)時(shí)間、降低成本等方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì)以母乳低聚糖為例，在1999年Aly等人利用化學(xué)合成法合成了乳酰-N-四糖和乳酰-N-新四糖，需經(jīng)歷34步反應(yīng)，最終的產(chǎn)出率僅為0.6%；2016年，基于酶類的合成法達(dá)到了95%的產(chǎn)出率可合成更多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)降低成本，提高產(chǎn)出率圖表8：1981年至2010年批準(zhǔn)的藥物按化合物類別進(jìn)行的主成分分析（PCA）構(gòu)象，在化學(xué)合成中很難解決

資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所圖表9：人乳低聚糖9請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所合成生物將對(duì)廣泛的領(lǐng)域產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)影響原則上全球經(jīng)濟(jì)物質(zhì)投入中的60%可由生物產(chǎn)生。根據(jù)麥肯錫分析，在2030-2040年，合成生物學(xué)在各領(lǐng)域的應(yīng)用預(yù)計(jì)將帶來每年2-4萬億美元的經(jīng)濟(jì)影響，并持續(xù)擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，在減少疾病負(fù)擔(dān)、提高質(zhì)量、降低成本、環(huán)境效益等方面帶來巨大的效益。分析表明，未來10-20年大多數(shù)價(jià)值出自4個(gè)領(lǐng)域，其中，在人類健康與性能和農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品兩個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，全球范圍內(nèi)每年直接產(chǎn)生的潛在影響約1.3-2.5萬億美元，占到潛在直接影響總額的70%左右；另外，合成生物學(xué)還可應(yīng)用在消費(fèi)品和服務(wù)、材料、化學(xué)品和能源、甚至生物機(jī)器和生物計(jì)算等領(lǐng)域，未來應(yīng)用前景非常廣闊。圖表10：按時(shí)間2020-2050合成生物學(xué)預(yù)計(jì)直接經(jīng)濟(jì)影響（萬億美元）資料來源：McKinsey

Global

Institute，國(guó)元證券研究所

注：預(yù)計(jì)生物學(xué)帶來的影響指合成生物學(xué)在

資料來源：McKinsey

Global

Institute，國(guó)元證券研究所全球經(jīng)濟(jì)物質(zhì)產(chǎn)生中創(chuàng)造的價(jià)值占所有方式產(chǎn)生創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)物質(zhì)價(jià)值的比例；評(píng)估是麥肯錫根據(jù)收集的400個(gè)按了潛在年度直接經(jīng)濟(jì)影響得出的，不包括生物計(jì)算機(jī)和生物機(jī)器界面的非經(jīng)濟(jì)影響。這些影響評(píng)估數(shù)值并不全面，估計(jì)的數(shù)值是相對(duì)于2020年的經(jīng)濟(jì)，不包括人口和通貨膨脹等變量的影響00.20.40.60.811.21.4人類健康與性能農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品消費(fèi)品和服務(wù)材料和能源其他圖表11：按領(lǐng)域2020-2040合成生物學(xué)預(yù)計(jì)直接經(jīng)濟(jì)影響（萬億美元）保守預(yù)測(cè) 積極預(yù)測(cè)30%60%70%0%10%20%30%40%50%60%70%80%01234562020-302030-402040-50保守預(yù)測(cè)積極預(yù)測(cè)預(yù)計(jì)生物學(xué)帶來的影響10請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分11生物制造應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、市場(chǎng)空間廣闊2合成生物產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，市場(chǎng)空間高速成長(zhǎng)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了一大批行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。5年內(nèi)工業(yè)化成果主要圍繞各大領(lǐng)域中先發(fā)探索話題的散點(diǎn)突破，如農(nóng)業(yè)和食品中的少數(shù)食品添加劑、植物基替代蛋白等；中期（5-10年）應(yīng)用進(jìn)一步拓展并實(shí)現(xiàn)部分全新子品類的技術(shù)突破和規(guī)?；a(chǎn)，如材料領(lǐng)域的高性能蛋白；遠(yuǎn)期（超10年）有望在當(dāng)前科研尚處早期或技術(shù)瓶頸較大的話題上實(shí)現(xiàn)工業(yè)化跑通，如活體功能材料、器官再生等，另外，也預(yù)期將在生物質(zhì)燃料、環(huán)保等新領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)揮作用。據(jù)CB

Insights、BCapital，全球合成生物學(xué)市場(chǎng)從2018年的53.0億美元預(yù)期增至2028年498.0億美元，期間CAGR超25.1%。易凱資本預(yù)測(cè)中國(guó)生物制造2023年整體規(guī)模不低于4139.2億元，2033年將達(dá)近2萬億元，期間CAGR為16.6%，市場(chǎng)將處于黃金高速發(fā)展期。圖表12：全球合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模（十億美元）資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所圖表13：合成生物學(xué)在主要領(lǐng)域的發(fā)展路徑圖資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所605040302010020182023E2028E醫(yī)療健康食品與農(nóng)業(yè)化學(xué)工業(yè)消費(fèi)品專業(yè)科研12請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分合成生物學(xué)未來具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景合成生物學(xué)通過對(duì)生物系統(tǒng)的人工構(gòu)建，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生命的更深刻認(rèn)知，從“格物致知”到“建物致知”的轉(zhuǎn)化，而且還可以“建物致用”，用綠色、可持續(xù)的方法去制造人類需要的產(chǎn)品。合成生物學(xué)的多學(xué)科融合和交叉特點(diǎn)使其在醫(yī)藥、化學(xué)品、材料、生物燃料、食品、環(huán)境等領(lǐng)域都表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。圖表14：生物制造產(chǎn)業(yè)主要應(yīng)用前景資料來源：億歐智庫，國(guó)元證券研究所13請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分食品與營(yíng)養(yǎng)：替代蛋白或顛覆傳統(tǒng)蛋白供給方式資料來源：中商情報(bào)網(wǎng)，國(guó)元證券研究所資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所在食品與營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域，合成生物學(xué)為大規(guī)模食品生產(chǎn)建立新方法，開發(fā)多種功能的替代蛋白、合成天然稀有產(chǎn)物，提供微生物油脂、生產(chǎn)食品添加劑和食品原料。相比化學(xué)合成法和天然產(chǎn)物提取法，全球食品業(yè)巨頭帝斯曼認(rèn)為合成生物學(xué)方法更可持續(xù)、成本更低，且具有質(zhì)量一致性和可靠性。據(jù)BCG，2023年全球食品飲料市場(chǎng)規(guī)模為6.6萬億美元，巨大的終端市場(chǎng)意味著食品添加劑和配料市場(chǎng)機(jī)會(huì)非常具有吸引力，2022年中國(guó)食品添加劑和配料行業(yè)產(chǎn)量達(dá)1530萬噸，同比增長(zhǎng)6.4%，銷售額達(dá)1441億元。另一個(gè)重要方向?yàn)樘娲鞍祝?020年全球消費(fèi)了約1300萬噸替代蛋白，僅占動(dòng)物蛋白市場(chǎng)的2%，隨著技術(shù)不斷演進(jìn)、替代蛋白市場(chǎng)認(rèn)可度逐漸提升，且替代蛋白的銷售成本快速下滑，相較傳統(tǒng)動(dòng)物蛋白成本優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯，未來替代蛋白市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2035年全球替代蛋白市場(chǎng)消費(fèi)量或達(dá)9700萬噸，滲透率將達(dá)11%。圖表15：中國(guó)食品添加劑主要品種銷售額（億元） 圖表16：替代蛋白全球消費(fèi)預(yù)測(cè)（百萬公噸） 圖表17：不同來源替代蛋白與傳統(tǒng)蛋白銷售成本預(yù)測(cè)資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所0%2%4%6%8%10%12%020406080100120替代蛋白消費(fèi)滲透率103514請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分1098116012201279134114411507160014001200100080060040020002016

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2023生物醫(yī)藥：助推創(chuàng)新型精準(zhǔn)醫(yī)療快速發(fā)展15請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分生物制藥產(chǎn)業(yè)加快創(chuàng)新發(fā)展步伐，抗腫瘤藥、抗體藥、疫苗、中藥現(xiàn)代化等技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展活躍、技術(shù)路線多元，市場(chǎng)需求旺盛。不斷有突破性進(jìn)展發(fā)生：中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心等單位合作開發(fā)的KH617新型制劑（主要成分是欖香烯），

獲得美國(guó)食品藥品管理局許可開展新藥臨床試驗(yàn)。該制劑的中國(guó)臨床試驗(yàn)申請(qǐng)也已獲國(guó)家藥品審評(píng)中心受理，有望成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)合成生物學(xué)來源的植物天然產(chǎn)物新藥，擬用于治療晚期實(shí)體瘤和復(fù)發(fā)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，實(shí)現(xiàn)中藥資源“不種而獲”的創(chuàng)新型開發(fā)利用。浙江琿達(dá)生物成功開發(fā)并向國(guó)內(nèi)外數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)商業(yè)化供應(yīng)純度高達(dá)98%以上的衣霉素(Tunicamycin)，衣霉素為放線菌代謝產(chǎn)生的一種核苷酸抗生素，具有阻斷生物被膜形成的作用，可用于抑制革蘭氏陽性菌、真菌和病毒的生長(zhǎng)和繁殖，還有望用于抗腫瘤治療。清華大學(xué)、北京理工大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用釀酒酵母構(gòu)建人參皂苷的高效從頭合成途徑，篩選7個(gè)具有高催化效率和底物特異性的關(guān)鍵酶，經(jīng)5L發(fā)酵罐發(fā)酵產(chǎn)量達(dá)528.0±18.0

mg/L，較此前報(bào)道高出37.4萬倍。雙虹生物宣布實(shí)現(xiàn)“天麻素”生物合成的全球首個(gè)商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。天麻素主要來源于化學(xué)合成和植物提取，工藝復(fù)雜且產(chǎn)量低，生物合成天麻素的規(guī)?；a(chǎn)將能有效降低生產(chǎn)成本并提高市場(chǎng)供給。中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與上海交通大學(xué)開展聯(lián)合研究，通過高通量自動(dòng)化篩選、菌株代謝改造等手段，構(gòu)建了靈芝酸在釀酒酵母中的高效異源生物合成途徑。II

型靈芝酸產(chǎn)量超過50

mg/L，較傳統(tǒng)人工栽培生產(chǎn)方式的生產(chǎn)效率提高2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，II型靈芝酸是中藥材靈芝主要活性成分之一。農(nóng)業(yè)：綠色高效農(nóng)業(yè)發(fā)展前景可期16資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分農(nóng)業(yè)是合成生物學(xué)近年來的重點(diǎn)研究方向之一，包括農(nóng)作物（包括糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物）、畜牧水產(chǎn)等主要領(lǐng)域。中國(guó)人均耕地面積少，生物科技的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。根據(jù)BCG研究，農(nóng)業(yè)排放占全球人類活動(dòng)溫室氣體排放總量的17%。合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用可以幫助減少肥料使用、減少碳排放、強(qiáng)化病害防控、提高生長(zhǎng)效率等，不過行業(yè)整體發(fā)展仍處于早期階段。圖表18：合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用抗蟲害開發(fā)微生物源殺蟲劑中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究團(tuán)隊(duì)中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王成樹研究組及辛秀芳研究組AgBiome(美國(guó))綠色細(xì)胞工廠上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院倪俊教授團(tuán)隊(duì)基因構(gòu)建存在“卡脖子”問題光自養(yǎng)生物作為生產(chǎn)平臺(tái)作物關(guān)鍵酶及代謝途徑改造構(gòu)建生物混合系統(tǒng)馬克斯·普朗克分子植物生理學(xué)研究所RalphBock團(tuán)隊(duì)（德國(guó)）長(zhǎng)鏈步驟中的限速和相互調(diào)控相關(guān)問題尚未解決萊斯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)（美國(guó)）實(shí)際應(yīng)用 方法機(jī)制 代表公司及團(tuán)隊(duì) 發(fā)展挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)育種李家洋院士團(tuán)隊(duì)拜耳公司（德國(guó)）野生植物馴化抗蟲抗藥作物改造提高果實(shí)質(zhì)量改造研發(fā)短板及創(chuàng)新不足大部分地區(qū)育種難以集約化推廣“轉(zhuǎn)基因作物”部分消費(fèi)市場(chǎng)認(rèn)可不足減少農(nóng)業(yè)合成肥使用基因組發(fā)展尚處較早期，且基因編輯費(fèi)時(shí)植物天然性狀改造仍是難題除部分成熟市場(chǎng)外，大型農(nóng)業(yè)公司較少，行業(yè)發(fā)展缺乏有力投資打造植物自身固氮作物聯(lián)合固氮作物共生固氮微生物群落構(gòu)建Cibus(美國(guó))Pivot

Bio(美國(guó))Dow

AgroSciences(美國(guó))馬克斯·普朗克植物育種研究所（德國(guó)）ConcentricAgriculture(加拿大)提高植物生長(zhǎng)及農(nóng)業(yè)產(chǎn)量促進(jìn)羧化反應(yīng)最小化光呼吸作用損失提高水分及光能利用部分地區(qū)市場(chǎng)對(duì)“轉(zhuǎn)基因糧食”認(rèn)可相對(duì)不足，存在反對(duì)聲浪中國(guó)等地區(qū)對(duì)光合作用的研究較美國(guó)相對(duì)零散化且與應(yīng)用存在脫節(jié)理論研究穩(wěn)步推進(jìn)，但應(yīng)用實(shí)踐研究大多仍處于較早期澳洲國(guó)立大學(xué)Maria

Ermakova研究團(tuán)隊(duì)(澳大利亞)中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張鵬研究團(tuán)隊(duì)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)彭新湘教授團(tuán)隊(duì)Gain4Crops(歐盟資助的項(xiàng)目)英國(guó)格拉斯哥大學(xué)一浙江大學(xué)合作團(tuán)隊(duì)RNA干擾 GreenLight

Biosciences(美國(guó))植物合成昆蟲信息素及植物源農(nóng)藥

Renaissance

BioScience(加拿大)因生態(tài)原因，中國(guó)等地區(qū)生物農(nóng)藥審批難，周期最長(zhǎng)可達(dá)8—10年目前基因組研究尚不成熟核心酶的活性提升工藝尚待完善農(nóng)業(yè)：中國(guó)農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)發(fā)展目標(biāo)清晰國(guó)際上提出了農(nóng)業(yè)合成生物學(xué)3個(gè)發(fā)展階段的戰(zhàn)略目標(biāo)，即推動(dòng)人工光合體系、固氮體系及生物抗逆體系3大方面的技術(shù)發(fā)展應(yīng)用，這3大技術(shù)發(fā)展方向同樣是中國(guó)在技術(shù)跨越階段（2020年-2025年）的首要目標(biāo)；中國(guó)還計(jì)劃在2026年-2030年進(jìn)入產(chǎn)業(yè)跨越階段，人工固氮和部分抗逆品種、新一代酶制劑與農(nóng)藥等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)研發(fā)水平躋身世界先進(jìn)行列；在2031年-2035年進(jìn)入整體跨越階段，中國(guó)農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化整體達(dá)到世界先進(jìn)水平。圖表19：合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所技術(shù)跨越階段（2020–2025）產(chǎn)業(yè)跨越階段（2026–2030）整體跨越階段（2031–2035）中國(guó)階段特點(diǎn)光合作用、生物固氮、生物抗逆、生物催化等相關(guān)的人工元器件和功能模塊在底盤生物中的適配提升新型高效智能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與裝配方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)整體研發(fā)水平處于發(fā)展中國(guó)家領(lǐng)先地位人工固氮和部分抗逆品種、新一代酶制劑與農(nóng)藥等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)研發(fā)水平躋身世界先進(jìn)行列中國(guó)農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化整體達(dá)到世界先進(jìn)水平相關(guān)目標(biāo)展望2025年建立標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、智能化的人工模塊和回路設(shè)計(jì)以及高適配底盤細(xì)胞改造創(chuàng)制新一代高效根際固氮微生物產(chǎn)品，在田間示范條件下替代化學(xué)氮肥25%光合效率提升30%，生物量提升20%農(nóng)作物耐受中度鹽堿化、耐旱節(jié)水15%開發(fā)非常規(guī)蛋白資源，主要霉菌毒素的生物降解率達(dá)到90%以上人造淀粉完成中試試驗(yàn)、人造肉奶規(guī)?；a(chǎn)工藝基本成熟2030年建立蛋白質(zhì)智能設(shè)計(jì)與定向進(jìn)化等技術(shù)平臺(tái)，開發(fā)新一代生物農(nóng)藥、飼用抗生素替代品等產(chǎn)品擴(kuò)大根瘤菌宿主范圍，構(gòu)建非豆科作物結(jié)瘤固氮的新體系，減少化學(xué)氮肥用量50%光合效率進(jìn)一步提升，產(chǎn)量提升10%農(nóng)作物耐受中度鹽堿化并增產(chǎn)5%–10%、耐旱節(jié)水20%建立人造淀粉工廠化車間模式、人造肉奶實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)2035年減少化學(xué)農(nóng)藥和肥料用量30

以上，光合效率提升50

，產(chǎn)量提升10%–20%，飼用抗生素替代率達(dá)80%以上打通以二氧化碳和氮?dú)鉃樵现苯雍铣傻矸酆偷鞍椎母咝锿緩饺嗽斓矸蹖?shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)，植物和微生物源蛋白質(zhì)替代率達(dá)30%17請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分消費(fèi)個(gè)護(hù)：市場(chǎng)需求空間廣闊，開發(fā)方向多樣據(jù)BCG，2022年全球化妝品市場(chǎng)達(dá)約3780億美元，增速穩(wěn)定在5.8%左右，其生產(chǎn)成本中上游原料比重較高，以功效性護(hù)膚品為例，原料成本通常占成品銷售額的10-20%，且原料是影響產(chǎn)品功效和安全性的主要因素。據(jù)BCG、禾大，個(gè)護(hù)是從石油基轉(zhuǎn)變到生物基原料的重要行業(yè)之一，生物基產(chǎn)品目前占到整個(gè)行業(yè)的40%左右。以膠原蛋白和多肽類原料為典型代表的生物活性成分的開發(fā)和應(yīng)用帶動(dòng)了中國(guó)功效性護(hù)膚品市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。據(jù)BCG，中國(guó)膠原蛋白功效性護(hù)膚品市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2022年的94億元增至2027年的775億元；據(jù)BCG、弗若斯特沙利文，中國(guó)多肽化妝品原料市場(chǎng)將從2022年的14.6億元增至2027年的26.7億元。在化妝品領(lǐng)域，合成生物學(xué)產(chǎn)品開發(fā)主要有3條思路：針對(duì)高價(jià)值產(chǎn)品，開發(fā)全新生產(chǎn)路線，以傳統(tǒng)動(dòng)/植物提取物為典型代表，因目標(biāo)分子清晰、商業(yè)化潛力明確，成為目前產(chǎn)業(yè)的主要聚焦方向；聚焦環(huán)保主題，比如天然防曬劑、著色劑等，主要是國(guó)際巨頭如歐萊雅等關(guān)心的話題；尋找全新原料，但受限于缺乏明確的分子改造目標(biāo)和方向，研究進(jìn)展相對(duì)緩慢。圖表20：合成生物學(xué)在化妝品領(lǐng)域的開發(fā)思路資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所思路 代表產(chǎn)品舉例18請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分開發(fā)全新路線：針對(duì)高價(jià)值產(chǎn)品傳統(tǒng)路線較貴，使用合成生物學(xué)可有效降本傳統(tǒng)方法獲取困難，原料稀缺，使用合成生物學(xué)可顯著放量全世界產(chǎn)能高度集中，有產(chǎn)能替代的可能性動(dòng)/植物提取物：如玻尿酸、視黃醇、角鯊烯、膠原蛋白等化學(xué)合成：如煙酰胺、麥角硫因等其他，如甘油葡萄糖苷（被Bitop寡頭壟斷）開發(fā)全新路線：聚焦環(huán)保主題主要針對(duì)使用過程或生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境有潛在傷害的原輔料天然防曬劑：如類菌孢素氨基酸類（MAAs）分子，shinorine、porphyra-334等尋找全新原料：如環(huán)境友好防曬劑、更強(qiáng)的功效產(chǎn)品等，但難度大缺乏明確的分子設(shè)計(jì)目標(biāo)是當(dāng)下產(chǎn)品開發(fā)的最大挑戰(zhàn)高性能材料：有望顛覆基于化石能源的傳統(tǒng)化工制造體系合成生物技術(shù)通過以可再生的生物質(zhì)材料為原料，對(duì)石油、煤炭、天然氣等不可再生資源進(jìn)行替代，可提供環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的化工產(chǎn)品制造方法，能較大程度改變和顛覆以化石能源為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)化工制造體系。而經(jīng)過生物合成技術(shù)改良或優(yōu)化的新型材料又被統(tǒng)稱為生物基材料，生物基材料產(chǎn)業(yè)是一片廣闊新藍(lán)海，據(jù)易凱資本、OECD預(yù)計(jì)，目前生物基材料的替代率不到5%，潛在的替代規(guī)模接近6000億美元。中國(guó)生物基材料正處于科研開發(fā)走向產(chǎn)業(yè)化規(guī)模應(yīng)用關(guān)鍵時(shí)期，市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，2014-2021年期間CAGR達(dá)10.9%。2021年中國(guó)生物基材料產(chǎn)量700萬噸、產(chǎn)值超過1500億元，占化工行業(yè)總產(chǎn)值的2.3%，并在塑料制品、紡織纖維、醫(yī)藥器械、涂料、農(nóng)業(yè)物資、表面活性劑等方面得到廣泛應(yīng)用。合成生物學(xué)在高性能材料上的應(yīng)用在多種場(chǎng)景中具備商業(yè)化潛力，但多數(shù)仍處于初期研發(fā)階段。圖表21：合成生物學(xué)在高性能材料的應(yīng)用資料來源：易凱資本，國(guó)元證券研究所大類生物基產(chǎn)品子類涉及化合物及聚合物生物基塑料可生物降解不可生物降解聚己二酸(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚羥基烷酸酯(PHA)、聚己內(nèi)酯(PCL)等聚氨酯(PU)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)海洋生物基纖維海藻鹽酸纖維、卡拉膠纖維、殼聚糖纖維生物基纖維生物基可再生纖維檸檬烯、黃原膠、月桂醇、乙氧基化脂肪醇、硬脂醇、N-乙酰氨基葡萄糖、香蘭素、萜類化合物等生物基合成纖維聚乳酸纖維(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、生物基PTT、生物基PEF、系列生物基聚酰胺、生物基PDT、生物基PET生物基橡膠生物基合成橡膠衣康酸酯、生物基可降解聚酯橡膠生物基涂料/生物基改性瀝青卷材、生物基高分子防水卷材、生物基防水涂料生物基復(fù)合材料/至少一種成分來源于生物質(zhì)的生物基纖維復(fù)合材料生物基助劑生物基阻燃劑其他助劑含纖維素阻燃劑、含木質(zhì)素阻燃劑、含殼聚糖阻燃劑、含植酸阻燃劑、含環(huán)糊精阻燃劑、含淀粉阻燃劑生物基表面活性劑、生物基潤(rùn)滑劑、生物基增塑劑、生物基膠黏劑、生物基清潔劑生物基染料/生物基紫羅蘭素及其衍生物、微生物染料19請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分大宗化學(xué)品及生物能源：可再生生物能源是熱點(diǎn)方向目前，全球的化工材料絕大多數(shù)仍來自石油。然而，石油作為一種有限的資源，能源枯竭問題亟待解決，同時(shí)，傳統(tǒng)化工生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染矛盾也日漸突出。合成生物學(xué)在大宗商品上將聚焦成本節(jié)降，實(shí)現(xiàn)對(duì)原有生產(chǎn)方式的迭代，并能實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)、環(huán)境友好、資源節(jié)約等目標(biāo)。合成生物學(xué)可合成的大宗化學(xué)品僅幾十種，在整體基礎(chǔ)化學(xué)品中占比非常有限，提升空間巨大。不少大宗化學(xué)品合成生物學(xué)法降本明顯（約20%–40%），一旦技術(shù)取得突破，往往會(huì)經(jīng)由龍頭企業(yè)迅速搶占大量市場(chǎng)份額。生物能源方面，合成生物學(xué)將通過優(yōu)化碳源（如用纖維素代替糧食作物）、探索新生物能源形式作用于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前面臨高昂成本和低廉價(jià)值的矛盾，一旦單位熱值成本與化石燃料持平，其可再生特性將帶動(dòng)行業(yè)快速成長(zhǎng)。如纖維素乙醇、生物柴油、劣質(zhì)蛋白生產(chǎn)沼氣等可實(shí)現(xiàn)碳源優(yōu)化，生物脂肪烴、生物氫、生物電等可作為新生物能源。LanzaTech是全球第一家上市的合成生物學(xué)能源企業(yè)，已實(shí)現(xiàn)基于固廢循環(huán)使用合碳捕捉技術(shù)的低成本液態(tài)生物燃料制備，工業(yè)廢氣制造航天燃油和柴油技術(shù)正在研發(fā)中。

圖表22：合成生物學(xué)在大宗化學(xué)品及生物能源上的應(yīng)用 資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所開發(fā)現(xiàn)狀 產(chǎn)品舉例 代表企業(yè)大宗化學(xué)品合成生物學(xué)可合成的大宗化學(xué)品僅幾十種，在整體基礎(chǔ)化學(xué)品中的占比還非常有限，未來提升空間巨大大宗化學(xué)品合成生物學(xué)法降本明顯（約20%–40%），因此一旦技術(shù)取得突破，往往由龍頭企業(yè)迅速搶占大量市場(chǎng)份額合成生物學(xué)基本實(shí)現(xiàn)替代：乙醇、丙二醇等合成生物學(xué)逐步產(chǎn)業(yè)化/取得成本優(yōu)勢(shì)：乙二酸、丁二酸、1,4-丁二醇、乳酸等技術(shù)已突破，產(chǎn)業(yè)化在即：3-羥基丙酸、丙烯酸等華恒生物：丙氨酸市場(chǎng)全球占有率超過50凱賽生物：長(zhǎng)鏈二元酸全球占有率超過80Amyris：壟斷全球法尼烯，且甜菊糖市場(chǎng)占有率超過30生物能源20請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分合成生物學(xué)主要將通過優(yōu)化碳源（如用纖維素代替糧食作物）、探索新生物能源形式兩方面作用于生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展生物能源面臨高昂成本和低廉價(jià)值的矛盾，一旦單位熱值成本與化石燃料持平，其可再生特性將帶動(dòng)行業(yè)快速成長(zhǎng)碳源優(yōu)化：纖維素乙醇、生物柴油、劣質(zhì)蛋白生產(chǎn)沼氣新生物能源形式：生物脂肪烴、生物氫、生物電LanzaTech：全球第一家上市的合成生物學(xué)能源企業(yè)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基于固廢循環(huán)使用合碳捕捉技術(shù)的低成本液態(tài)生物燃料制備，同時(shí)工業(yè)廢氣制造航天燃油和柴油技術(shù)正在研發(fā)中合成生物技術(shù)不斷進(jìn)化，逐步深入滲透人類生產(chǎn)生活利用生物創(chuàng)新的速度和程度會(huì)因應(yīng)用領(lǐng)域的不同而不同。一些應(yīng)用已經(jīng)顯示出早期商業(yè)應(yīng)用的前景，例如CAR-T細(xì)胞療法2020年已經(jīng)證實(shí)商業(yè)上可行，雖然還在初期階段，但2020-2030年可能會(huì)迅速發(fā)展。還有一些應(yīng)用，例如通過基因工程植物隔離二氧化碳，雖然在科學(xué)研究中顯示出了希望，但距離其商業(yè)可能性的實(shí)現(xiàn)還有很長(zhǎng)的路要走。圖表23：合成生物學(xué)在各領(lǐng)域的應(yīng)用展望資料來源：McKinsey

Global

Institute，國(guó)元證券研究所現(xiàn)狀2020以前21請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分短期2020-2030中期2030-2040長(zhǎng)期2040以后人類健康和性能病原體篩查液體腫瘤的CAR-T細(xì)胞療法基因驅(qū)動(dòng)預(yù)防媒介傳播疾病干細(xì)胞產(chǎn)生的可移植器官無創(chuàng)產(chǎn)前檢查液體活檢實(shí)體瘤的CAR-T細(xì)胞療法用于醫(yī)學(xué)目的的胚胎編輯農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品標(biāo)記輔助育種

植物基蛋白質(zhì)培養(yǎng)肉通過增強(qiáng)光合作用加快生長(zhǎng)的基因工程作物

食品來源、安全性和真實(shí)性的遺傳追蹤作物微生物組診斷和益生菌治療可以更快生長(zhǎng)的基因工程動(dòng)物消費(fèi)品和服務(wù)DTC基因測(cè)試基于遺傳和微生物組的個(gè)性化膳食服務(wù)基于組學(xué)數(shù)據(jù)的個(gè)人健康、營(yíng)養(yǎng)和健康狀況的生物監(jiān)測(cè)傳感器基因治療（如皮膚衰老）DTC基因測(cè)試：關(guān)于健康和生活方式的特殊護(hù)理材料、化學(xué)品和能源藥物生產(chǎn)的新生物路線（如肽）新型材料：生物農(nóng)藥/生物肥料（如RNAi農(nóng)藥）新型材料：生物聚合物（如PLA、PET）生物太陽能電池和生物電池改善現(xiàn)有發(fā)酵工藝：食品和飼料成分（如氨基酸、有機(jī)酸）其他應(yīng)用用于法醫(yī)的DNA測(cè)序/封存CO2//生物修復(fù)污染/請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分22合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈上下游布局各有側(cè)重3合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)業(yè)布局各有側(cè)重合成生物學(xué)本身的發(fā)展和增長(zhǎng)受益于多種技術(shù)的融合，產(chǎn)業(yè)鏈可分為上、中、下游三個(gè)環(huán)節(jié)。上游聚焦使能技術(shù)的開發(fā)，包括讀—寫—編—學(xué)、自動(dòng)化/高通量化和生物制造等，關(guān)注底層技術(shù)顛覆及提效降本；中游是對(duì)生物系統(tǒng)及生物體進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造的技術(shù)平臺(tái)，核心技術(shù)為路徑開發(fā)，注重合成路線的選擇以及技術(shù)上跑通（如底盤細(xì)胞選擇及改造、培養(yǎng)條件優(yōu)化、純化方法開發(fā)等），與下游企業(yè)相比，更強(qiáng)調(diào)技術(shù)平臺(tái)的通用性，潛在具備CRO屬性；下游則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，核心技術(shù)在于大規(guī)模生產(chǎn)的成本、批間差及良品率等的把控，與中游企業(yè)相比，更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用領(lǐng)域的聚焦、產(chǎn)品的精細(xì)打磨及商業(yè)化放量。其中在大規(guī)模生產(chǎn)上，潛在具備CDMO屬性。中下游企業(yè)之間并無明確界限，現(xiàn)階段行業(yè)整體尚處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，不少生物技術(shù)公司實(shí)質(zhì)上為中下游一體化布局。圖表24：合成生物學(xué)上、中、下游產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所23請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分上游使能技術(shù)和產(chǎn)品及下游終端產(chǎn)品在價(jià)值鏈中產(chǎn)值占比高資料來源：全景財(cái)經(jīng)微信公眾號(hào)，BCC

Research，國(guó)元證券研究所產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值上看，上游使能技術(shù)和產(chǎn)品以及下游終端產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模較大、增速較快。根據(jù)全景財(cái)經(jīng)微信公眾號(hào)、BCC

Research數(shù)據(jù)，2021年，使能技術(shù)和產(chǎn)品、生物元件、整合系統(tǒng)、終端產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模分別為35.2億、8億、5.1億和46.9億美元，占比分別為37%、8%、5%和49%。預(yù)計(jì)到2026年，這些細(xì)分板塊的規(guī)模將分別達(dá)到123.3億、21.8億、14.8億和172.1億美元，2021年-2026年的復(fù)合增長(zhǎng)率分別為29%、22%、24%和30%。圖表25：使能技術(shù)和產(chǎn)品及終端產(chǎn)品是價(jià)值鏈中的重要部分（億美元） 圖表26：估測(cè)2026產(chǎn)業(yè)鏈中各板塊價(jià)值份額占比（%）資料來源：全景財(cái)經(jīng)微信公眾號(hào)，BCC

Research，國(guó)元證券研究所24請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，從合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的傳導(dǎo)的情況來看，合成生物學(xué)行業(yè)上游涉及基因工程，底盤細(xì)胞等原材料生產(chǎn)，由于科研含量較高，競(jìng)爭(zhēng)者較少，研發(fā)周期較長(zhǎng)，毛利率普遍更高，初步統(tǒng)計(jì)底盤細(xì)胞生產(chǎn)及基因重組上市企業(yè)的毛利率高達(dá)75%以及80%；中游涉及合成生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)以及生物儀器的供應(yīng)，相對(duì)而言毛利率有所下降，分別約為40%及50%;下游應(yīng)用市場(chǎng)由于行業(yè)的區(qū)別附加值有所區(qū)別，其中生物醫(yī)藥的毛利率更高，達(dá)到60%，而化工及食品行業(yè)的附加值則偏低。圖表27：合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈分析圖資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，國(guó)元證券研究所上游使能技術(shù)和產(chǎn)品及下游終端產(chǎn)品在價(jià)值鏈中毛利率更高25請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈-上游中外技術(shù)差距大，研發(fā)要求高當(dāng)前中國(guó)多項(xiàng)關(guān)鍵使能技術(shù)落后于海外，亟需快速追趕以掌握合成生物學(xué)上游話語權(quán)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，二代測(cè)序技術(shù)目前中外同步，三代測(cè)序技術(shù)國(guó)內(nèi)生物技術(shù)公司跟進(jìn)型研發(fā)起步較晚；此外，國(guó)內(nèi)企業(yè)高度依賴海外數(shù)據(jù)庫及工具進(jìn)行相關(guān)分析和設(shè)計(jì)。在構(gòu)建環(huán)節(jié)，中國(guó)在DNA拼接上已做到與海外同步，在酶切鏈接、Gibson鏈接、酵母同源重組等技術(shù)中外無代差；對(duì)于DNA合成和基因編輯也在快速追趕，逐步突破專利封鎖。在測(cè)試環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)以自動(dòng)化機(jī)械輔助的人工測(cè)試為主，中外當(dāng)前差距較大。在學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)外均處于發(fā)展初期，依賴人工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及學(xué)習(xí)，海外在預(yù)測(cè)算法準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)積累、不依賴注釋預(yù)測(cè)算法等領(lǐng)域領(lǐng)先。圖表28：合成生物學(xué)上游使能技術(shù)中外差距對(duì)比資料來源：《中國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》吳淳等，國(guó)元證券研究所26請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈-中游側(cè)重平臺(tái)型企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中游主要為平臺(tái)型企業(yè)，負(fù)責(zé)生物體構(gòu)建和自動(dòng)化，通過合成生物底層軟件技術(shù)、硬件設(shè)備以及相應(yīng)解決方案，是合成生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。作為中國(guó)合成生物第一股的凱賽生物在研發(fā)和商業(yè)化方面均具有領(lǐng)先地位。圖表29：合成生物平臺(tái)型企業(yè)業(yè)務(wù)方向資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所代表公司 應(yīng)用領(lǐng)域 核心技術(shù)平臺(tái) 業(yè)務(wù)/產(chǎn)品Ginkgo

Bio食品、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等軟件、硬件、生物設(shè)計(jì)平臺(tái)DNA

合

成、測(cè)

序

、基因編輯等；設(shè)計(jì)合成生物元件和集成系統(tǒng)Zymergen國(guó)際

化工、醫(yī)療、企業(yè) 農(nóng)業(yè)生物設(shè)計(jì)平臺(tái)聚酰亞胺薄膜、粘合劑、涂料等電子產(chǎn)品材料；害蟲管理Amyris健康領(lǐng)域

、香精香料

、清潔洗護(hù)自動(dòng)化菌株改造平臺(tái)運(yùn)用發(fā)酵甘蔗汁工程酵母生產(chǎn)青蒿素、維生素E、藥物、角鯊?fù)楫a(chǎn)品等恩和生物中國(guó)企業(yè)化工、食品、制藥和農(nóng)業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)化、高通量、自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過生物催化、生物轉(zhuǎn)化和生物合成提供化工、食品、制藥和農(nóng)業(yè)等技術(shù)解決方案凱賽生物工業(yè)新型生物基平

長(zhǎng)鏈二元酸、生物基戊二臺(tái) 胺、生物基聚酰胺藍(lán)晶微生物工業(yè)、生物醫(yī)

數(shù)字化原生平化工原材料、消費(fèi)品材料、臺(tái)、數(shù)字化生

醫(yī)用材料，生物基新分子

藥、食品

物反應(yīng)器平臺(tái)

和生物基新材料等

森瑞斯生物CBD、CBG、液體橡

膠、醫(yī)藥等生物設(shè)計(jì)平臺(tái)農(nóng)業(yè)納米材料、生物護(hù)膚品、小分子藥物、航空航天材料等圖表30：合成生物平臺(tái)型企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 27請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所合成生物平臺(tái)型企業(yè)主要通過合成生物底層軟件技術(shù)、硬件設(shè)備以及相應(yīng)解決方案，是合成生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。以Ginkgo

Bioworks、Zymergen為代表的國(guó)際企業(yè)下游涉及應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括化工、食品、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等；中國(guó)平臺(tái)型企業(yè)以恩和生物、凱賽生物和藍(lán)晶微生物為代表，凱賽生物作為合成生物第一股，專注于工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，處于行業(yè)領(lǐng)先地位，并在產(chǎn)品數(shù)量及專利數(shù)量方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。恩和生物和藍(lán)晶微生物涉及領(lǐng)域相對(duì)廣泛，具有穩(wěn)定的資本支持。合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈-下游考驗(yàn)企業(yè)的選品能力資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，國(guó)元證券研究所選品要評(píng)估市場(chǎng)空間及需求剛性，成功工業(yè)化生產(chǎn)后商業(yè)化推廣過程中是否會(huì)發(fā)生生產(chǎn)力過?；虍a(chǎn)品市場(chǎng)需求低的問題。選品是合成生物學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的第一個(gè)門檻，需要理性評(píng)估目標(biāo)產(chǎn)品利用生物合成途徑生成的難度，并與其他生成路徑進(jìn)行比較。選品還需要采用合適的方法，面臨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合成路線環(huán)節(jié)難度大的產(chǎn)品可以考慮構(gòu)建生物合成與化學(xué)合成相結(jié)合的方法，提高合成生物學(xué)技術(shù)的效率，提升規(guī)?；a(chǎn)成功率。除了成本及生產(chǎn)難度等因素，在碳中和的大背景下，環(huán)境效益也可納入選品的考量范圍內(nèi)。錯(cuò)誤的選品在進(jìn)入后期商業(yè)化開發(fā)階段后失敗帶來的代價(jià)較大。圖表31：選品時(shí)需考慮的因素28請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分產(chǎn)業(yè)鏈下游-具備選品眼光與量產(chǎn)能力的企業(yè)更易脫穎而出29請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分選品失敗案例Amyris-全球首家合成生物學(xué)上市企業(yè)Amyris是以研究青蒿素起家的上市公司，2005年實(shí)現(xiàn)酵母生產(chǎn)青蒿素的技術(shù)突破，并規(guī)劃了100立方米的工業(yè)發(fā)酵裝置，每年可生產(chǎn)1億次-1.5億次的瘧疾治療藥物，約占全球總需求的一半；然而，2013年起由于商業(yè)化進(jìn)度不達(dá)預(yù)期，向消費(fèi)護(hù)膚品生產(chǎn)轉(zhuǎn)型；2023年8月宣布破產(chǎn)。失敗原因主要有兩個(gè)，一方面是需求下降，隨全球衛(wèi)生環(huán)境改善，瘧疾發(fā)生率逐年下降，青蒿素行業(yè)發(fā)展進(jìn)入下滑期；另一方面是成本相比傳統(tǒng)方案不具優(yōu)勢(shì)，隨非洲大面積種植黃花蒿成功，植物提取成本下降，酵母生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)不復(fù)存在。Zymergen–合成生物學(xué)自動(dòng)化平臺(tái)獨(dú)角獸Zymergen公司由Joshua

Hoffman于2013年創(chuàng)立，主營(yíng)業(yè)務(wù)為利用機(jī)器學(xué)習(xí)，大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)手段，與產(chǎn)業(yè)界合作，開發(fā)從農(nóng)業(yè)到電子產(chǎn)品，從消費(fèi)者保健到制藥等行業(yè)的材料和產(chǎn)品。Zymergen于2021年4月在納斯達(dá)克IPO，上市首日市值約36億美元。然而，僅僅四個(gè)月后，Zymergen公司就發(fā)布了一條驚人的消息，承認(rèn)主打產(chǎn)品光學(xué)膜存在“技術(shù)問題”，推出時(shí)間被延遲了（上市前曾表示，它的第一個(gè)產(chǎn)品，用于可折疊LED屏幕的光學(xué)薄膜，正在進(jìn)行資格認(rèn)證，將會(huì)在2021年下半年給公司帶來收入）。另外，公司的首席執(zhí)行官霍夫曼出局，基因組測(cè)序巨頭Illumina的前首席執(zhí)行官杰伊代替霍夫曼接任了臨時(shí)首席執(zhí)行官一職。Zymergen公司的股票在報(bào)告公布的當(dāng)天下跌了69%，市場(chǎng)價(jià)值損失了近25億美元。產(chǎn)業(yè)鏈下游-具備選品眼光與量產(chǎn)能力的企業(yè)更易脫穎而出30請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分選品成功案例華恒生物–厭氧發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)

L-丙氨酸的工藝技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先安徽華恒生物科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“華恒生物”）是一家以合成生物為核心的高新技術(shù)企業(yè)，專注綠色科技創(chuàng)新和綠色價(jià)值創(chuàng)造，主要產(chǎn)品包括氨基酸、維生素和生物基材料單體等，廣泛應(yīng)用于中間體、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)、日化護(hù)理、植物營(yíng)養(yǎng)和功能食品與營(yíng)養(yǎng)等領(lǐng)域。華恒生物通過自主研發(fā)創(chuàng)新與產(chǎn)學(xué)研合作的緊密結(jié)合，已形成高效運(yùn)轉(zhuǎn)的研發(fā)體系。目前取得了一系列技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)了L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸、D-泛酸鈣、α-熊果苷等產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)，獲得了良好的產(chǎn)業(yè)化效益。公司的氨基酸系列產(chǎn)品包括丙氨酸系列、L-纈氨酸、異亮氨酸、色氨酸、精氨酸等，L-丙氨酸是公司銷量最多的丙氨酸產(chǎn)品，主要用作生產(chǎn)新型綠色螯合劑

MGDA、維生素

B6

以及食品添加劑等。公司突破厭氧發(fā)酵技術(shù)瓶頸，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(xì)胞工廠，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了微生物厭氧發(fā)酵規(guī)?；a(chǎn)

L-丙氨酸產(chǎn)品，同時(shí)具備較強(qiáng)的生物制造技術(shù)工藝升級(jí)和迭代能力，大幅降低能源消耗及產(chǎn)品成本，有效拓展了下游應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)了產(chǎn)品的規(guī)?；瘧?yīng)用。公司發(fā)酵法

L-丙氨酸生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，技術(shù)成熟，發(fā)酵過程無二氧化碳排放，同時(shí)使得

L-丙氨酸產(chǎn)品成本降低約

50%，與傳統(tǒng)工藝相比，發(fā)酵法工藝下每生產(chǎn)

1

噸

L-丙氨酸可減少

0.5

噸二氧化碳排放量，順應(yīng)了綠色低碳、可持續(xù)的發(fā)展理念，環(huán)境效益顯著。據(jù)觀研天下網(wǎng)，2022年，全球丙氨酸市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到20.41億元，預(yù)計(jì)全球丙氨酸市場(chǎng)容量將以2.3%的年復(fù)合增速增長(zhǎng)到2028年達(dá)到23.89億元。2019年全球丙氨酸系列產(chǎn)品需求約5.0萬噸，其中L-丙氨酸全球市場(chǎng)需求約3.8-4.2萬噸，2022年L-丙氨酸市場(chǎng)銷售額達(dá)到1.4億美元，預(yù)計(jì)2029年將達(dá)到2.0億美元。華恒生物作為全球范圍內(nèi)規(guī)模最大的丙氨酸系列產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)之一，現(xiàn)擁有

L-丙氨酸產(chǎn)能

2.3

萬噸/年，全球市占率接近50%。請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分31政策加碼生物制造，資本助力國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展4合成生物政策發(fā)展歷程：中國(guó)合成生物產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚對(duì)比中國(guó)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的政策歷程，中國(guó)合成生物產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚，但是發(fā)展速度驚人，從“十三五”開始，合成生物學(xué)被列為戰(zhàn)略前瞻性重大科學(xué)問題和前沿共性生物技術(shù)，國(guó)家出臺(tái)了一系列政策支持合成生物學(xué)的發(fā)展。圖表32：各國(guó)關(guān)于合成生物政策的發(fā)展歷程資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，國(guó)元證券研究所32請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分政策多地加大合成生物產(chǎn)業(yè)扶持力度，升級(jí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)33請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分聚焦地方，北京、上海、天津、江蘇、廣東等地，均明確提出了合成生物學(xué)方向的規(guī)劃和布局，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。北京市：2021年11月，發(fā)布《北京市“十四五”時(shí)期國(guó)際科技創(chuàng)新中心建設(shè)規(guī)劃》，重點(diǎn)研發(fā)一批高效遺傳轉(zhuǎn)化、精準(zhǔn)基因編輯、合成生物技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)代化生物育種技術(shù)體系，培育一批重大動(dòng)植物新品種，為保障國(guó)家糧食安全和食品安全提供品種與技術(shù)儲(chǔ)備。天津市：2021年8月發(fā)布的《天津市科技創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃》中17次提到合成生物學(xué)，天津目標(biāo)成為全球合成生物技術(shù)的原始創(chuàng)新策源地以及合成生物產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略高地。江蘇?。?021年9月江蘇省政府發(fā)布《江蘇省“十四五”科技創(chuàng)新規(guī)劃》，將合成生物學(xué)作為14個(gè)戰(zhàn)略性前瞻性重大科學(xué)問題之一，并強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)發(fā)展農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)2022年以來，蘇州、常州等地接連推出支持合成生物學(xué)發(fā)展的相關(guān)政策。上海市：2023年9月27日發(fā)布《上海市加快合成生物創(chuàng)新策源，打造高端生物制造產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)方案（2023-2025年）》，提出到2030年建設(shè)合成生物全球創(chuàng)新策源高地、國(guó)際成果轉(zhuǎn)化高地和國(guó)際高端智造高地，基本建成具有全球影響力的高端生物制造產(chǎn)業(yè)集群。廣東?。?021年發(fā)布《廣東省科技創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃》，提出將合成生物學(xué)領(lǐng)域作為“前沿技術(shù)和顛覆性技術(shù)研究”實(shí)施研發(fā)專項(xiàng)，以及加快建設(shè)合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等；深圳市更是從2021年起，陸續(xù)持續(xù)推出多條支持合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的行動(dòng)方案。目前國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)領(lǐng)航生物制造發(fā)展并各有特色圖表33：中國(guó)各地關(guān)于生物制造產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域的代表性情況資料來源：河北省工業(yè)和信息化廳《2023年生物制造產(chǎn)業(yè)白皮書》，國(guó)元證券研究所經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)生物制造細(xì)分子行業(yè)門類逐步增多，企業(yè)基本覆蓋各省級(jí)行政區(qū)，其中：長(zhǎng)三角地區(qū)成為重點(diǎn)企業(yè)聚集最多的地區(qū)；依托科研、人才等要素優(yōu)勢(shì)，北京、廣東等省份在原始技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域占有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，也聚集了一批行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)；華北、華中地區(qū)，湖北、河北、安徽等省份骨干企業(yè)數(shù)量較多，具有發(fā)展的良好潛力；西部地區(qū)以聚焦特色天然產(chǎn)物生物制造、食品配料的生物科技企業(yè)為主。34請(qǐng)務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分全球合成生物投資火爆，22年后相對(duì)冷靜但仍資金充沛2020年和2021年，合成生物成為全球資本市場(chǎng)追捧熱點(diǎn)，到達(dá)投融資高峰，2022年投融資金額下降至103億美元，回歸商業(yè)理性。2023年全球合成生物學(xué)方面投融資持續(xù)呈下降趨勢(shì)，投資走向理性、精準(zhǔn)化。中國(guó)不斷加大合成生物學(xué)的頂層布局、技術(shù)投入和政策支持，目前已有18個(gè)省（市）將“合成生物”寫進(jìn)“十四五”規(guī)劃。中國(guó)合成生物投融資經(jīng)歷了2021年激增后，2022年呈下降趨勢(shì)，逐漸回歸商業(yè)理性。圖表34：全球合成生物學(xué)投融資金額，2017-2023Q1（億美元）資料來源：頭豹研究院，國(guó)元證券研究所圖表35：中國(guó)合成生物學(xué)投融資，2017-2023M1-M5（億元人民幣，起）資料來