生物制造系列报告①：把握合成生物发展趋势，聚焦产业链上下游突破

把握合成生物发展趋势，聚焦产业链上下游突破 ■合成生物学：从“格物致知”到“造物致用”，推动产业技术变革和生物经济发展。合成生物学汇聚了多学科发展，基于工程化的设计理念，对生物体进行有目标地设计、改造乃至重新合成，甚至创建赋予非自然功能的“人造生命”，推动了从认识生命到设计生命的跨越，正在引领产业技术变革和生物经济发展。合成生物学在医药、化工材料、食品农业以及生物能源等多领域展现了颠覆性、渗透性作用，以其绿色、低碳和循环特点，具备引领“第四次工业革命”潜力。 ■政策与技术发展双轮驱动，伴随下游市场逐步成熟，市场规模快速增长。 《2024年国务院政府工作报告》提出加快发展新质生产力，生物制造作为战略性新兴产业被定义为经济新增长引擎，建设生物制造产业集群已成为多省市工作重点。在底层技术开发方面，低成本高通量测序、DNA合成技术、基因组编辑以及发酵技术等取得重要进展，加快从认识、改造生命向设计、创造生命跨越。在政策以及技术推动下，伴随下游市场逐步成熟，合成生物学迎来高速发展。据麦肯锡分析，预计在2030-2040年，合成生物学每年带来的经济影响将达到1.8至3.6万亿美元。据CB Insights的预测，2019年全球合成生物学市场规模约为53亿美元，到2024年将扩容至约189亿美元，2019-2024CAGR为28.8%。 相关研究报告 ■聚焦合成生物产业链，重点关注下游重磅品种突破。合成生物从产业链角度，主要分为原料层、工具层、技术平台层以及下游应用层。原料层：目前正从第一代碳源往二三代碳源升级，农业产业化下秸秆是较有潜力的原料升级方向，远期有望在风能、光能、水能等可再生能源驱动下，以CO₂、甲烷、CO等一碳化合物作为原料，去实现高附加值产品的生物合成。工具层：分散化创新，未形成较为成熟的产业化形态。技术平台层：当前技术平台层仍存在与下游脱离的情况，尚未完全成熟，部分技术平台层企业转型应用开发型。下游应用层：下游在医药、大宗化学品、农业以及生物能源已部分突破，是当前关注的重点。下游市场空间广阔，已形成初步产业化效应，规模化快，具备优秀的产业布局价值。 ■业务机会及风险提示。（本部分有删减，招商银行各行部请联系研究院，或登录“招银智库”查阅）。 目录 一、合成生物：造物致用，推动产业技术变革和生物经济发展..............................................1（一）合成生物学的定义以及战略意义................................................................1（二）合成生物学发展史............................................................................2（三）合成生物产业链概况：主要分为原料层、工具层、技术平台层以及应用层............................3（四）合成生物应用场景：赋能医药、化工材料、能源以及农业食品等领域发展............................4二、政策与技术发展双轮驱动，伴随下游应用逐步成熟，市场规模快速增长..................................6（一）政策端：碳中和背景下生物制造已成为国家战略.................................................6（二）技术发展：核心技术突破加速催化下游应用成熟.................................................7（三）伴随下游应用逐步成熟，合成生物市场规模快速增长..............................................9三、全产业链分析合成生物产业，重点关注上下游突破...................................................11（一）原料：由第一代碳源往二三代碳源升级，重点关注非粮碳源与合成气体方向........................11（二）工具：分散化创新，未形成较为成熟的产业化形态..............................................13（三）技术平台：仍存在与下游脱节问题，部分技术平台层企业转型应用开发型..........................15（四）应用：从“替代”到“颠覆”，重点关注医药、化工、食品农业以及能源等领域选品与突破..........161、医药医疗：原料药主要为环保与低成本替代，创新疗法仍需关注技术与市场匹配性..................162、化工材料：性能与成本平衡是商业化成功关键因素..............................................173、消费品领域：聚焦高附加值产品，胶原蛋白、玻尿酸等重磅品种率先落地..........................194、农业：技术壁垒较高，国内整体仍处于商业化初期..............................................205、食品工业：待培育的广阔市场，当前处于科研向商业化转化阶段..................................216、生物能源：生物燃料目前开发成本较高，实现规模下的成本优势是商业化成功关键..................23四、业务机会及风险提示............................................................................26 图目录 图1：合成生物学研发及生产过程...................................................................1图2：中国制造业转型升级路径.....................................................................2图3：合成生物学发展史...........................................................................3图4：合成生物学产业链概况.......................................................................4图5：合成生物学技术突破路径.....................................................................9图6：全球合成生物市场风投及私募股权投资活动....................................................10图7：中国合成生物市场风投及私募股权投资活动....................................................10图8：合成生物全球市场规模......................................................................11图9：2020-2050合成生物学预计每年直接经济影响（万亿美元）......................................11图10：2030-2040合成生物学细分领域预计每年直接经济影响（万亿美元）.............................11图11：合成生物学碳源来源及发展前景分析.........................................................12图12：合成气体发酵示意图.......................................................................14图13：生物基化学产品概况.......................................................................18图14：合成生物在农业领域应用...................................................................21图15：基于合成生物学的未来食品制造.............................................................22图16：2023年生物柴油全球产量结构..............................................................24图17：2023年生物燃料乙醇产量结构..............................................................24 表目录 表1：合成生物子行业及其应用场景................................................................5表2：生物制造相关政策..........................................................................7表3：玉米与秸秆可利用性对比...................................................................13表4：合成生物学工具层概况.....................................................................15表5：合成生物学中游转化平台概况...............................................................16表6：医药化工领域合成生物应用概况.............................................................17表7：合成生物在化工材料领域应用...............................................................19表8：合成生物在消费个护领域应用...............................................................20表9：合成生物在食品工业领域应用优势与挑战.....................................................23表10：生物燃料技术路径及发展现状..............................................................25 一、合成生物：造物致用，推动产业技术变革和生物经济发展 （一）合成生物学的定义以及战略意义 合成生物学在生物学研究中汇聚了工程、物理、化学、数学、计算机等学科的进展，基于工程化的设计理念，对生物体进行有目标地设计、改造乃至重新合成，甚至创建赋予非自然功能的“人造生命”，推动了从认识生命到设计生命的跨越，正在引领产业技术变革和生物经济发展。合成生物学受益于基因测序、合成以及编辑等领域内的长足进步，逐渐发展成了以“设计-构建-测试-学习”（DBTL循环）为核心的研发模式和发酵为主导的放大生产模式。合成生物学由于存在多学科交叉、对技术、成本控制、研发人员要求高，具有强壁垒属性。根据麦肯锡研究，生物制造的产品可以覆盖60%化学制造的产品，有望对未来医药、化工、食品、能源、材料、农业等传统行业带来巨大影响。 资料来源：《从全球专利分