未来每年可产生约2-4万亿美元直接经济影响的合成生物学产业，其发展正在不断提速。
01
合成生物产业势在必行
随着化石原料的日益消耗以及人类对发展可持续性和气候变化的关注，在环境污染和气候问题愈发严峻的今天，发展绿色经济已成为摆在人们面前的重要课题，全球多数国家从学科发展、政策制定和战略布局等多维度促进合成生物学发展。
合成生物学是当今生物学领域的前沿研究方向，合成生物学的发展和创新对经济以及社会将产生积极影响，并正在改变现有的生产工艺。与传统的化学合成相比，合成生物学技术具备反应原材料可再生、条件温和、效率高和环境友好等多种优势，因此合成生物学技术正在逐步取代传统化学合成成为全球医药、食品、材料等领域“绿色合成”的重要途径。
合成生物学产业核心技术包括底盘细胞的构建和生产规模放大。从最初的产品选择到最终的产品规模化生产，整体核心环节包括底盘细胞的构建和生产规模放大两个阶段。底盘细胞构建以“设计‐构建‐检验‐学习”循环为核心；生产规模放大的过程和传统发酵工程放大的过程类似，生产规模扩大的步骤是合成生物学产品是否能够实现工业化生产的关键环节。合成生物学研究实验室基础设施由使能技术+生命科学仪器+分析仪器+自动化设施平台+小试、中试平台组成使能技术发展由技术驱动+数据驱动。
合成生物学产业生态覆盖面庞大，不同技术和产业落地方向多元，且都有相当的市场规模，整个合成生物学产业分为大致的上、中、下游。其中，上游开发使能技术，包括DNA/RNA合成、测序与组学，以及数据相关的技术、产品和服务。DNA/RNA片段的测序、编辑和人工合成技术是整个合成生物学的底层基础技术；中游是对生物系统和生物体进行设计、开发的技术平台，
合成生物学从生物的基因编辑，到产品和服务的商业化落地，这之间存在着超长的技术链条。将实验室中能够用于解决实际问题的研究转化和扩大，需要对多种方向的专业技术进行密集而深度地整合，建立前所未有的基础设施和方法流程。合成生物平台类公司，扮演了“生物基解决方案”设计师和开发者的角色。
料来源：公司
合成生物学企业图谱资料来源：《合成生物学产业发展与投融资战略研究》
下游则涉及人类衣食住行方方面面的应用开发和产品落地，目前主要涵盖医药、化工、能源、食品和农业等重点领域。其中在医药领域应用主要涉及疾病诊断、疫苗、抗生素、药物、基因治疗、细胞工程等产品。美国合成生物学家Jay Keasling设计构建了能够生产抗疟药物青蒿素的人工酵母细胞，堪称合成生物技术的重大应用典范。在能源环境领域，利用微生物合成高能生物燃料或遗传改造微生物使其能将生物质转化为乙醇、蛋白质等。在食品领域，涉及人造肉、油、酒、蛋白质、食品添加剂和天然功能成分等。
资料来源：CB Insights，头豹研究院
02
市场体量百亿美元未来经济影响可达每年万亿
其中医疗健康仍然将是最大细分市场，市场规模有望达到103亿美元，占比达26.6%。食品和饮料及农业预计将是未来增速最快的赛道，因动植物选择性育种、DTC基因测试、基于微生物美容产品等带来的广泛前景应用，预计2022年至2027年的年复合增长率将分别为45.4%和56.4%。
据麦肯锡McKinsey发布的报告《The Bio Revolution》，原则上全球60%的产品可以采用生物法生产，到2030-2040年，全球合成生物学产业每年可产生约2-4万亿美元的直接经济影响。
而根据BCC Research统计，2021年全球合成生物学市场规模约为95亿美元，预计2026年达到332亿美元，对应2021-2026年五年复合增速约为28%，技术革新与政策支持促进合成生物学行业发展，行业前景广阔。
细分拉链，2021年，使能技术和产品、生物元件、整合系统、终端产品的市场规模分别为35.2亿、8亿、5.1亿和46.9亿美元，占比分别为37%、8%、5%和49%。预计到2026年，这些细分板块的规模将分别达到123.3亿、21.8亿、14.8亿和172.1亿美元，2021年-2026年的复合增长率分别为29%、22%、24%和30%。
产业价值（亿美元）资料来源：BCCResearch
03
政策支撑、技术突破产业发展不断提速
近日，韩国大型能源化工企业SK Innovation消息，由Goldwin(项目业主，日本，世界知名滑雪服企业)、三菱公司（日本，全球知名化工公司）、千代田公司（日本，世界知名综合工程企业）、SK Geo Centric(韩国)、Indorama Ventures(泰国，全球最大的再生PET生产商)、India Glycols(印度，全球知名化学品公司)和Neste(芬兰，全球最大的可再生柴油生产商)等来自五个国家的七家公司组成的联盟，共同建立了全球首个基于二氧化碳衍生材料（二氧化碳—一氧化碳—对二甲苯）以及可再生和生物基材料的可持续聚酯纤维供应链。
另一端，晓星TNC宣布将在越南投资10亿美元，建设20万吨生物基1,4-丁二醇(Bio-BDO)工厂。该工厂是亚洲第一个利用从甘蔗中提取的糖发酵生产BDO的设施，再用BDO生产生物基氨纶纤维，全球合成生物产业正不断推进。
全球合成生物学专利技术以中美两国为主导，技术研究主力也集中在中美两国。
根据江洪等发表的论文统计，全球合成生物学专利申请人主要来自美国(32.01%)、中国(31.77%)、日本(7.55%)、德国(4.03%)和韩国(4.01%)等，其他国家专利申请量占比均在2%以下。从趋势看，中国技术萌芽晚于全球约7~10年，在国家全球50+国家和地区战略部署，北美、欧洲、亚太是主要投入地区。
从全球专利申请数量前十主体看，江南大学、美国INBIOSE公司、麻省理工学院、加州大学、哈佛大学等机构发挥引领性作用。
对比中美两国申请主体类型，中国多为高校科研机构，产业化水平有待提升，但目前基石越来越稳固。首先在政策方面，生物制造是我国建设科技强国的重点发展产业之一，从2010年国务院把生物制造列为生物产业的重要内容。2022年5月，国家发展和改革委员会发布《“十四五”生物经济发展规划》，提出“紧紧围绕生命科学和生物技术发展变革趋势，聚焦面向人民群众在医疗健康、食品消费、绿色低碳、生物安全等领域更高层次需求和大力发展生物经济的目标，充分考虑生物技术赋能经济社会发展的基础和条件，优先发展四大重点领域。”2024年政府工作报告中再次强调生物制造未经济增长的新引擎之一。
而在技术方面，近年来合成生物学公司所使用的研究工具和技术出现了很多突破，使得微生物细胞工厂构建和测试的能力得到显著提升，为提高菌种构建效率以满足市场快速变化和多样的需求提供了重要的机遇。
此外，自动化合成生物技术的出现，不但可以快速积累大批优质基因功能模块，建立标准化的合成生命工艺流程，还可以获得高质量的海量实验数据，从而采用数据驱动的方式开发并优化对合成生命进行系统设计和功能预测的计算模型。二代测序和基因组编辑的技术飞跃，特别是融合AI技术和自动化工具组使得成本大幅度下降，基因测序成本以超摩尔速度下降，使得从全基因组层次设计和构建微生物细胞工厂成为可能。与此同时，更多针对合成生物行业的设备和工具被开发出来，促进了行业加速发展。
04
相关上市企业有哪些？
华恒生物是合成生物学平台型龙头企业，产品拓展至新材料中间体。华恒生物氨基酸系列产品为公司提供具备成长性的现金流。未来产品线布局PDO与丁二酸等，PDO下游为PTT纤维，替代纤维市场空间大；丁二酸下游可合成PBS或丁二醇，合成生物学方法具有成本优势。
凯赛生物是全球领先的合成生物学企业，公司目前实现商业化生产的产品主要聚焦聚酰胺产业链，为生物基聚酰胺以及可用于生物基聚酰胺生产的原料，包括DC12（月桂二酸）、DC13（巴西酸）等生物法长链二元酸系列产品和生物基戊二胺，是全球领先的利用生物制造规模化生产新型材料的企业之一，公司与杜邦、艾曼斯、赢创、诺和诺德等国际知名企业建立了合作关系，公司生产的生物法长链二元酸系列产品在全球市场处于主导地位。
川宁生物是国内抗生素中间体领域规模领先、产品类型齐全、生产工艺较为先进和生物发酵技术产业化应用规模较大的企业，其成立了子公司锐康生物聚焦合成生物学技术研发。红没药醇、5-羟基色氨酸、麦角硫因、依克多因等多个产品进入生产、销售阶段。
富祥药业建设年产20万吨微生物蛋白及资源综合利用项目，进入合成生物学赛道。微生物蛋白在替代蛋白领域空间广阔，公司已经接到微生物蛋白产品订单1200吨，未来有望持续放量。金城医药进行了合成生物学布局，重点开发烟碱、吡咯喹啉醌二钠盐、虾青素等产品的研发和下游应用。
嘉必优是国内生物发酵营养素龙头。公司基于生物技术，通过微生物合成制造方式，为全球营养与健康领域客户提供产品。公司的主营业务包括花生四烯酸（ARA）、二十二碳六烯酸（DHA）、β-胡萝卜素（BC）及N-乙酰神经氨酸（SA）等多个系列产品，主要应用于婴幼儿配方食品、膳食营养补充剂、营养健康食品、特殊医学用途配方食品、宠物营养食品、经济动物饲料以及个人护理及化妆品等领域。
华东医药在工业微生物领域已深耕40余年，已有多年的微生物药物生产经验，既生产过抗生素等大宗原料药，也生产过环孢素、达托霉素、他克莫司等高难度高附加值药品。此外，公司在微生物药物研发方面也取得了显著的成就。环孢素和阿卡波糖两个产品分别荣获国家科技进步二等奖。
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