2024合成生物学中国市场前景及产业链上中下游投资机会分析报告

4 主要内容 1.合成生物学：产业级别的投资机会 2.中国市场：三重关键&有利因素，共推产业从1至N迸发 3.上游：专业性强，把握技术创新周期和国产替代机遇 4.下游：产业化初期，医药、消费、能源领域进度领先 5.相关标的及风险提示 1.1合成生物学：重塑生物技术发展路径 ◼理论层面：合成生物学创新生命科学研究范式，从“格物致知”到“造物致知” •合成生物使用工程学方法认识和设计生命系统：（1）“自下而上”，设计、构造新的生物元件、组件至系统；（2）“自上而下”，对现有的、天然的生物系统进行优化和改造。 ◼应用层面：合成生物学“造物致用”，为生物经济发展提供底层支撑 •一方面，合成生物升级原有的生物技术至系统化、标准化高度，推动生物技术的平台化发展。另一方面，在学科交叉和技术整合的基础上孕育技术创新的飞跃。 ◼VS其他生产方式，合成生物是补充或颠覆性技术，在助力化工原料生产、改进传统发酵工艺、开发新型分子材料方面作用积极 资料来源：曾艳等《合成生物学工业应用的现状和展望》，申万宏源研究 1.2产品制造过程：正向循环、系统性强 ◼合成生物产品制造流程：正向循环、紧密相连、系统性工程 •①基于工程化平台（DBTL循环）确定合成生物解决方案。分细胞工厂、多酶级联体系、无细胞/类生命平台三种路线，后两者均为体外合成；②规模化生产，分生物发酵、酶催化两大工艺；③商业化落地。商业化能否成功的关键在于选准产品赛道，即在产品立项阶段充分考虑市场需求，全局规划。 •从工作全流程看，合成生物产品制造统筹考虑技术、设备、工艺、市场等维度，系统性强。 1.3产业纵向分工：逐步细化、渐成体系 ◼产业链分工明确、逐步细化： •支持型：工具层面的技术型公司，为研发设计提供基础设施，包括专业软件、仪器设备、自动化/智能化服务。 •技术服务型：整合相应技术、数据和资源提供高效且可复用的技术平台，侧重模拟设计、菌株构建、高通量测试、智能反馈，类比CRO模式，先发优势可以向竞争壁垒转换。 •产品型：利用合成生物学技术取代现有工艺或开拓新产品。现阶段，因菌株筛选、原料供给、产能和纯化能力等存在卡点，多数企业聚焦单品做重点开发。在技术创新持续和技术服务模式兴起的基础上，多管线布局企业增多。 •服务+产品型：一类是技术服务型企业孵化自有管线；另一类是产品型企业搭建使能平台。打通全产业链意味着打造合成生物“大平台”，构筑综合能力壁垒，有利于中长期可持续成长。 1.4使能技术创新迭代，驱动合成生物从概念走向产业 ◼使能技术是DBTL循环的基石，技术革新驱动非线性降本 ◼基因“读-改-写”技术持续迭代，菌株筛选技术发展相对缓慢 •“读”：基因测序技术超50年发展历史，从第一代基于双脱氧链终止法为原理的测序技术发展至可实现单分子测序与实时测序的第三代测序技术，推动测序成本超“摩尔定律”下降，测试长度、速度指数级提升； •“改”：CRISPR Cas系统是革命性的基因编辑技术，大幅提升编辑效率，除特定场景外，已取代ZFNs和TALENs方法。目前CRISPR工具箱仍在扩大，增强CRISPR技术的多功能性和精确性； •“写”：基因合成技术超60年发展历史，目前，基因合成的平均成本已经下降到最初成本的1%甚至更低。酶促DNA合成技术处于起步阶段，有望进一步提高单步合成效率。 •菌种筛选技术：主要通过人工驯化、诱变筛选、定向进化等方式提高生物系统鲁棒性，非工程化导向。也有业内领先企业搭建微生物资源库，储备具有特殊代谢能力或特定生产特性的菌株。 1.5生物铸造工厂提供集成式平台，加速创新落地 ◼使能技术+实验数据+菌株资源组成使能平台，推升技术服务需求 •DBTL循环大批量测试元件、线路和底盘组合，产生大量实验数据；数据资产进一步指导工程优化与理性设计，形成飞轮效应，铸就使能平台价值。 ◼引入加速技术构建生物铸造工厂，通常由中游技术服务型公司搭建 •加速技术包括自动化技术和机器学习技术。针对人工实验操繁琐、耗时、易错、难以规模化等问题,通过提升合成生物实验对象、方法、技术的标准化和模块化水平,实现DBTL闭环的自动化运行。因生物铸造工厂涉及大量的非标准化软硬件投入、持续的基础设施维护费用及运营人员费用，中游企业是平台建设主力。 1.6不同合成路径的产业化难点不同，均为技术壁垒 ◼菌种体系大规模量产的难点在于发酵工艺，多酶催化体系存在技术瓶颈 •发酵工艺：由于细胞中代谢网络复杂，许多代谢调控还不成熟，现阶段主要通过经验摸索优化生产工艺，主要涉及发酵工艺，通过多级发酵、串联反应、模块化设计等提高发酵规模。理想情况，一旦掌握微生物在大规模发酵中的生长代谢状态，即能颠覆现有发酵工业逻辑，转为“自下而上”理性设计。 •多酶级联催化：体外构建多酶催化体系的复杂程度低，反应条件易于控制，通常可以获得一些纯度更高的产物，目前主要用于生产高附加值的精细化学品、医药中间体。因人工系统中多酶反应的兼容性和协同性存在卡点，尚无法用于大规模生产。 资料来源：态创生物官网，申万宏源研究 1.7产品商业化落地需以终为始，找准产品赛道是关键 ◼为“技术”匹配“市场“，找准产品赛道是商业化成功关键 •首先，合成生物产品开发周期长（立项至商业化通常5年及以上），且涉及生产设备的一次性投入，优选行业天花板高or产品单价高的领域进入；•其次，公司技术能力决定产品替代存量or拓展增量。对于增量市场，技术传播度、营销能力等重于成本竞争；对于存量市场，注重产品接入产业链的能力和成本；•再者，部分行业可能长期面临严监管环境，如“转基因食品”，需要提前规避可能存在伦理道德问题的应用方向。 1.8产业化和规模化应用扩张，长期成长空间广阔 ◼2018-2023年全球合成生物产业规模CAGR达27% ◼预计至2028年市场体量近500亿美元，23-28年CAGR为24%，来自前期各领域先发探索话题的散点突破 •生物医药：创新细胞、基因疗法、原料药合成；食品和农业：食品添加剂、植物蛋白、发酵蛋白；化学工业：部分基础化学品、聚合物；消费品：部分功能性小分子、重组胶原蛋白技术。 ◼远期看（超过十年），理论技术与应用实践螺旋式发展，当前尚处科研早期或被技术“卡脖子”的领域有望陆续跑通产业化 •据麦肯锡McKinsey发布的报告《TheBio 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 主要内容 1.合成生物学：产业级别的投资机会2.中国市场：三重关键&有利因素，共推产业从1至N迸发3.上游：专业性强，把握技术创新周期和国产替代机遇4.下游：产业化初期，医药、消费、能源领域进度领先5.相关标的及风险提示 2.1生物制造是实现我国“双碳”目标的重要路径之一 ◼合成生物从减排（重点方向）、固碳、减碳三方面助力国家“双碳”目标 •碳减排瞄准重点行业。国内来自能源、工业的碳排放量占比最高，分别约40%、38%。其中，能源替代方案主要为电力结构转型；工业替代方案主要为原材料替代和绿色生产。合成生物在化石原料的替代、高能耗高物耗高排放工艺路线的替代及传统产业升级方面发挥重要作用。据KefengHuang等发表的论文统计，多种生物基材料减排比例超60%，最高超90%。 •固碳：合成生物通过改良自然的碳代谢路径，增强植物和微生物的固碳能力； •减碳：第三代生物能源技术利用微生物细胞工厂，将可再生能源和大气中的二氧化碳转化为燃料和化学物质，已有商业化案例。 2.2多国提高重视，合成生物成为国际科技竞争焦点 ◼合成生物立于前沿学科交叉点，终端开发潜力广阔，是国际科技竞争焦点 •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。2020年以来美国、英国、德国、日本等国家分别发布或更新生物经济战略，中国在22年发布《“十四五”生物经济发展规划》，在24年将“生物制造”写入政府工作报告并被列为新增长引擎之一。 •从文件表述看，各国顶层设计聚焦合成生物塑造经济生产力与核心竞争力、促进可持续发展、维护国家安全等的现实价值。 2.3我国专利布局意识不断增强，专利创新活动水平较高 ◼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，在国家政策支持力度扩大及基础研究发展的推动下，专利申请数量增速明显。 •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。 2.3我国专利布局意识不断增强，专利创新活动水平较高 ◼中国在新材料、生物质能、环保和环境修复等方面技术占优 •全球合成生物学专利技术以工业生物技术和生物医药为主，合成生物主要国家专利分布大体相同。中国在新材料、生物质能、环保和环境修复等方面技术占优，有望进一步攻克清洁生物能源与燃料、工程化的生物基材料与纳米材料、生物传感器与环境检测、微生物改造与污染物降解等方向应用难题。 2.4国内发酵工业基础扎实，能够较好承接合成生物技术 ◼中国发酵产业链完善，产能全球第一，具备合成生物技术落地的基础环境 •发酵产能规模：中国年均发酵品总产量超过3000万吨，约占全球70%发酵产能（据《2024易凯资本中国健康产业白皮书-合成生物学篇》介绍）；•发酵产业范围：在淀粉、纤维素、木质素、油脂、蛋白质等领域形成了系统的发酵产业链，在氨基酸工业（谷氨酸钠为代表）、有机酸工业（柠檬酸为代表）、酶制剂工业（淀粉酶为代表）、淀粉糖工业和酵母工业等领域形成了相当规模的发酵工业体系。 2.5中央高度重视，支持培育合成生物为新质生产力 ◼国家高度重视合成生物学发展，持续加码政策，支持培育其为新质生产力 •顶层设计：22年国家发改委发布《“十四五”生物经济发展规划》，明确包括合成生物学在内的生物经济是未来中国经济转型的新动力； •产业规划：在“十四五”工业、农业、医药、石化、轻工、信息化等行业规划中，分别明确合成生物学在医药绿色制造、生物化工、生物基材料、基因编辑动植物、未来食品等领域的产业化布局方向；在23年各部门印发的行业工作方案中，明确继续大力支持合成生物技术的应用渗透。 2.6多地加大合成生物扶持力度，升级产业发展目标 ◼多地加大合成生物产业扶持力度，升级产业发展目标，产业集群、产业集聚地、产业创新高地建设或将成为越来越多省市的工作重点 •2021年，北京、深圳、上海等地多将合成生物学列为重点关注或前沿科技领域，着重推进底层技术发展。自23年起，地方对合成生物的重视程度明显加强，包括上海、常州、北京、天津等具备较好产业基础的省市率先升级产业发展目标： •天津市：在24年6月，天津市科技局发布《天津市加快合成生物创新策源推动生物制造产业高质量发展的实施方案（征求意见稿）》，目标到2026年形成若干具有国际影响力的生物制造创新成果，带动生物制造相关产业产值超1000亿元。 •北京市：在24年1月启动建设“北京市合成生物制造技术创新中心和中关村合成生物制造产业集聚区”，并表示正在抓紧研究制定北京市合成生物制造产业发展规划、行动计划和若干措施，将紧扣首都城市战略定位打造具有全球影响力的合成生物制造产业创新策源地和产业创新高地。 •江苏省常州市：在23年10月发布关于支持合成生物产业高质量发展的若干措施，目标到2027年，将常州市打造成为长三角一流的合成生物产业创新高地，全市合成生物产业产值超1000亿元，带动绿色生物制造、产业装备及高附加值生物材料等形成产业集聚。 •上海市：在23年9