（報告出品方/作者：天風證券，楊松、吳立、唐婕）

1、合成生物學：跨時代驅(qū)動行業(yè)邁入新發(fā)展階段

合成生物學基本概念

合成生物學：設計、重構生命進程

合成生物學是對生物體進行有目標的設計、改造乃至重新合成。

“合成生物學”這一名詞最早出現(xiàn)于DNA重組技術發(fā)展的上世紀70年代，在2000年被Eric Kool重新定義為基于系統(tǒng) 生物學的遺傳工程，標志著這一學科的正式出現(xiàn)。合成生物學在工程學思想指導下，按照特定目標理性設計、改造 乃至從頭重新合成生物體系，用以解決人類食品缺乏、能源緊缺、環(huán)境污染、醫(yī)療健康等各方面的問題，是生物學、 生物信息學、計算機科學、化學、材料學等多學科交叉融合的學科。

合成生物學：構建全新人工生物體系，實現(xiàn)目標代謝物異源表達

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

合成生物學：類比計算機編程，DBTL循環(huán)助力菌種構建

合成生物學可以與計算機編程類比。

生物合成系統(tǒng)層次結構功能需要從下到上逐層實現(xiàn)。層次設計底部是DNA、RNA、蛋白質(zhì)和代謝物，可與計算機工 程中晶體管、電容器和電阻類比。上一層是操縱物理過程和調(diào)節(jié)信息流動的生化反應，可與計算機工程中執(zhí)行計算 功能的邏輯門類比。在模塊層，不同生物元件庫被組裝成不同作用的復雜途徑，與集成電路類似。這些模塊相互連 接并且與宿主細胞融合，使合成生物學研究能夠以程序化的方式擴展或修改細胞的行為，類似于計算機網(wǎng)絡的功能。

合成生物學：核心內(nèi)容-生物元件、基因線路、基因組工程、代謝工程

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

合成生物學發(fā)展回顧

合成生物學：開啟生命科學革命之門的“金鑰匙”

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

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

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

創(chuàng)新階段（2015年以后）：合成生物學“設計—構建—測試”（Design-Build-Test，DBT）循環(huán)拓展至“設計-構建-測試-學習” （Design-Build-Test-Learn，DBTL）。生物技術與信息技術融合發(fā)展特點更加明顯，半導體合成生物學、工程生物學等理念相繼 提出。

合成生物學：先進技術引領行業(yè)快速發(fā)展

生物技術的進步推動著合成生物學快速發(fā)展。

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

合成生物學發(fā)展的政策推動

全球各國制定政策推動合成生物學產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

合成生物學在全球范圍內(nèi)受到廣泛關注，眾多國家/組織均出臺相關政策，推動合成生物學技術及應用快速發(fā)展。早 在2006年，美國國家自然科學基金會便為合成生物學研究提供高額資助，并于2021年出臺《2021美國創(chuàng)新與競爭法 案》，將合成生物學列舉為關鍵技術重點領域之一。歐盟在《面向生物經(jīng)濟的歐洲化學工業(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。

合成生物學主要領域

合成生物學：三大優(yōu)勢——替代+創(chuàng)新+循環(huán)

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

合成生物學正在推動一場制造業(yè)革命，探索替代原料和原有生產(chǎn)工藝，并進一步延伸到性能更好的產(chǎn)品開發(fā)。 由合成生物學驅(qū)動的下一代生物制造帶來新的優(yōu)勢： ①替代原有制造路線（化學合成或者天然提?。?，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益； ②創(chuàng)造療效更好的藥品、性能優(yōu)越的化學品或材料等新產(chǎn)品的潛力； ③實現(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，顯著減少對化石燃料的依賴。

合成生物學：綠色環(huán)保、能耗少成本低

以可再生資源作為原料，反應條件溫和。合成生物學主要以可再生資源作為原料，包括淀粉等糧食原料、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物以及CO2、CH4等含碳氣體，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)鏈長度以及生產(chǎn)周期縮短。相較于化學反應，合成生物學 大部分反應在微生物或酶的作用下進行，反應條件更溫和，減少副產(chǎn)物和三廢生成，實現(xiàn)高效、環(huán)保生產(chǎn)。

應用場景廣泛：醫(yī)學領域

合成生物學在醫(yī)學領域的應用。合成生物學通過設計全新的細胞內(nèi)代謝途徑，使醫(yī)藥產(chǎn)品能夠通過微生物細胞利用廉價糖類等原 料進行合成，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)學應用中，合成生物學 可根據(jù)不同的疾病和致病機制，進行人工設計、構建適宜的治療性基因回路，在載體的協(xié)助下植 入人體，通過糾正機體有功能缺陷的回路，實現(xiàn)治療疾病的目的。

合成生物學：2021Q3單季度融資突破歷史記錄

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

2、主要相關公司介紹：技術賦能-產(chǎn)品應用

合成生物學產(chǎn)業(yè)鏈分類

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

技術賦能公司：為該行業(yè)提供關鍵的技術及產(chǎn)品支持，例如DNA測序、合成、基因編輯、生物信息學、細胞培養(yǎng) 基產(chǎn)品以及菌株等生物合成所必須的生產(chǎn)資料與技術能力。

產(chǎn)品應用公司：產(chǎn)業(yè)型企業(yè)核心能力除了主營產(chǎn)品所涉及的菌種和基因等技術能力以外，還包括產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和商 業(yè)推廣能力，涵蓋工業(yè)化學品、醫(yī)療、食品、材料以及化妝品/護膚品等多個領域。

國內(nèi)合成生物學公司分類-技術賦能型

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

合成生物學：國內(nèi)合成生物學研究機構實力雄厚

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

醫(yī)藥類公司：華東醫(yī)藥、弈柯萊、川寧生物

華東醫(yī)藥——工商美協(xié)同發(fā)展，深耕工業(yè)微生物板塊，開啟醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)新紀元

華東醫(yī)藥成立于1993年，于2000年1月在深圳證券交易所上市，發(fā)展至今已成為業(yè)務覆蓋醫(yī)藥工業(yè)、醫(yī)藥商業(yè)、醫(yī)美 領域的綜合性制藥企業(yè)。 醫(yī)藥工業(yè)：聚焦抗腫瘤、內(nèi)分泌和自身免疫三大核心治療領域的藥品研發(fā)布局；醫(yī)藥商業(yè)：擁有中西藥、醫(yī)療器械、藥材參茸、健康產(chǎn)業(yè)等四大業(yè)務板塊，涵蓋醫(yī)藥流通全領域；醫(yī)美業(yè)務：2013年進入醫(yī)美領域，聚焦面部微整形和皮膚管理領域最新的產(chǎn)品和器械的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

弈柯萊——國內(nèi)合成生物學領域創(chuàng)新者

國內(nèi)合成生物學領域新興領導者。弈柯萊生物科技（上海）股份有限公司成立于2015年，主要致力于合成生物學方法的研發(fā)并將其應用于規(guī)?；?產(chǎn) ，先后于2018年、2019年以及2020年完成弘暉資本領投的A輪、華泰紫金領投的B輪、淡馬錫領投的C輪融資。

公司成功打造智能設計、酶工程、細胞鑄造、合成測序、發(fā)酵工程、分離工程等10大技術創(chuàng)新平臺，酶、代謝途徑/ 網(wǎng)路及生物底盤的設計與改造相關經(jīng)驗積累深厚，成功將合成生物學技術廣泛應用于生物醫(yī)藥、植被保護、營養(yǎng)健 康、診斷試劑、環(huán)境治理、健康食品等領域，是目前國際上合成生物學產(chǎn)業(yè)化進展最快企業(yè)之一。

川寧生物——抗生素中間體核心企業(yè)

國內(nèi)主要抗生素中間體生產(chǎn)企業(yè)。川寧生物于2010年在國家級霍爾果斯經(jīng)濟開發(fā)區(qū)伊寧園區(qū)成立，公司是國內(nèi)主要抗生素中間體生產(chǎn)基地之一，產(chǎn)品 包括硫氰酸紅霉素、青霉素類中間體（6-APA/青霉素G鉀鹽）、頭孢類中間體（7-ACA、D-7ACA、7- ADCA）、熊去氧膽酸粗品等。公司于2021年首次公開發(fā)行股票并在創(chuàng)業(yè)板申請上市，目前處于發(fā)行審核階段。

化工類公司：華恒生物、凱賽生物

華恒生物——深耕合成生物學領域，主要產(chǎn)品丙氨酸系列技術領先

深耕合成生物領域，構建綠色低碳發(fā)展。華恒生物自成立 以來經(jīng)過多次改制重組，已經(jīng)成為小品種氨基酸全球領先 生產(chǎn)企業(yè)之一，主動承擔多項高新技術產(chǎn)業(yè)化項目，產(chǎn)品 綠色環(huán)?？裳h(huán)，廣受境內(nèi)外眾多客戶認可。

凱賽生物——全球生物法生產(chǎn)長鏈二元酸領先企業(yè)

深耕合成生物領域20年，技術積累深厚。凱賽生物成立于2000年，主要從事新型生物材料的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售業(yè)務，是全球領先的利用生物制造規(guī)模化生產(chǎn) 新材料的企業(yè)之一。凱賽生物聚焦于聚酰胺產(chǎn)業(yè)鏈，主要產(chǎn)品包括可用于生物基聚酰胺生產(chǎn)的單體原料——系列生 物法長鏈二元酸和生物基戊二胺，以及系列生物基聚酰胺等。公司總部及研發(fā)中心位于上海浦東張江高科技園區(qū)， 3個生產(chǎn)基地分別位于金鄉(xiāng)、烏蘇和太原（建設中）。

其他類型公司：嘉必優(yōu)、溢多利、Amyris 、Zymergen

嘉必優(yōu)——生物發(fā)酵營養(yǎng)素先行者

積極開拓市場，銷售地區(qū)廣泛。嘉必優(yōu)成立于2004年，經(jīng)過十多年的重組并購發(fā)展，公司已經(jīng)成為國內(nèi)營養(yǎng)素生產(chǎn)領 先企業(yè)，獲得多項國家科學技術進步獎，構建了系統(tǒng)完整的技術平臺。

溢多利——國內(nèi)生物酶制劑龍頭

深耕生物酶領域30年，中國首家生物酶試劑上市公司。廣東溢多利生物科技股份有限公司成立于1991年，2014年于深交所上市，成為中國首家生物酶試劑行業(yè)上市公司。 上市同年，對鴻鷹生物成功收購；2015年至2018年間，與新合新、利華制藥，世唯科技等公司進行合并重組，成 功進軍生物醫(yī)藥和生物農(nóng)牧兩大領域，構造生物酶制劑、甾體激素原料藥和功能性飼料添加劑三大產(chǎn)品線。

Amyris——全球合成生物學龍頭

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

Zymergen——平臺型合成生物學公司

從研發(fā)到生產(chǎn)的一體化合成生物學平臺。Zymergen是一家平臺型合成生物學公司，成立于2013年，總部位于加利福尼亞州埃默里維爾，2021年4月22日正 式于納斯達克上市。公司擁有世界最大的專有基因組數(shù)據(jù)庫，并利用合成生物學、機器學習、自動化等技術與數(shù)據(jù) 庫形成協(xié)同合作，通過自建與收購多種渠道進行技術積累，逐步完善合成生物學前期菌種設計和改造平臺，現(xiàn)有產(chǎn) 品管線涉及電子、消費者護理和農(nóng)業(yè)三大領域。

3、合成生物學投資思考：以技術為基礎，以產(chǎn)品為導向

投資觀點：合成生物學——未來已來，開啟“造物”時代

合成生物學為什么值得關注？

合成生物學正在推動一場制造業(yè)革命，探索替代原料和生產(chǎn)工藝，并進一步延伸到性能更好的產(chǎn)品開發(fā)，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題，對于全球可持續(xù)發(fā)展至關重要。根據(jù) CB Insights 分析數(shù)據(jù)顯示，預 計到 2024 年合成生物學市場規(guī)模將達 189 億美元，2019-2024年復合增長率達28.8%。合成生物制造過程兼具綠色環(huán)保與降 本增效優(yōu)勢，可降低工業(yè)過程能耗15-80%，原料消耗35%-75%，減少空氣污染50%-90%，水污染33%-80%。

為什么現(xiàn)階段關注合成生物學？

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

報告節(jié)選：

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。