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發(fā)展合成生物學(xué)意義重大，醫(yī)療健康是第一大應(yīng)用市場(chǎng)

綠綿科技

　　體現(xiàn)客戶(hù)服務(wù)價(jià)值為宗旨

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合成生物學(xué)是一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，通過(guò)設(shè)計(jì)和建造新的生物元件、功能和系統(tǒng)，以構(gòu)建在自然界中并不存在的可控方式、生物邏輯和生產(chǎn)系統(tǒng)。發(fā)展合成生物學(xué)具有節(jié)能減排、有利于保障供應(yīng)鏈安全、顛覆全球供給格局等重要戰(zhàn)略和商業(yè)意義。全球多個(gè)國(guó)家出臺(tái)政策，紛紛鼓勵(lì)合成生物學(xué)發(fā)展，我國(guó)在 2022 年國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中多次提及合成生物學(xué)，政策推動(dòng)下行業(yè)有望迎來(lái)快速發(fā)展期。根據(jù) BCC Research 統(tǒng)計(jì)，2021 年全球合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模約為95 億美元，底層使能技術(shù)的不斷革新與各國(guó)政府的政策支持推動(dòng)行業(yè)高速發(fā)展，預(yù)計(jì) 2026 年行業(yè)規(guī)模將達(dá)到 332億美元，對(duì)應(yīng) 5 年復(fù)合增速約為 28%。 

合成生物學(xué)可以應(yīng)用于醫(yī)療健康、食品飲料、化工產(chǎn)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，其中醫(yī)療健康是第一大應(yīng)用市場(chǎng)。2021 年醫(yī)療健康合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模為 32.2 億美元，預(yù)計(jì) 2026 將達(dá)到 69 億美元，對(duì)應(yīng) 5 年復(fù)合增速約為 16%，龍頭公司具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，增速有望超過(guò)行業(yè)平均。合成生物學(xué)在醫(yī)藥行業(yè)中可應(yīng)用的領(lǐng)域眾多，包括細(xì)胞免疫療法、RNA 藥物、基因編輯療法等創(chuàng)新療法，以及體外檢測(cè)、醫(yī)療耗材、藥物成分生產(chǎn)和制藥用酶等多個(gè)細(xì)分賽道。 

1 發(fā)展合成生物學(xué)意義重大 

1.1 合成生物學(xué)是生物制造重要的平臺(tái)技術(shù) 

合成生物學(xué)是一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，旨在整合生命科學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)與化學(xué)等學(xué)科，通過(guò)設(shè)計(jì)和建造新的生物元件、功能和系統(tǒng)，以構(gòu)建在自然界中并不存在的可控方式、生物邏輯和生產(chǎn)系統(tǒng)。美國(guó)國(guó)會(huì)研究服務(wù)局于 2022年發(fā)布的《合成/工程生物學(xué)：國(guó)會(huì)議題》報(bào)告中指出，合成生物學(xué)作為平臺(tái)技術(shù)，在生物制造中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。生物制造利用生物系統(tǒng)生產(chǎn)重要的生物分子，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、材料、能源和制藥等諸多行業(yè)，根據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，未來(lái)全球 60%的物質(zhì)生產(chǎn)可通過(guò)生物制造方式實(shí)現(xiàn)，合成生物學(xué)在其中可以作為基礎(chǔ)技術(shù)，用來(lái)開(kāi)發(fā)其他應(yīng)用程序或生產(chǎn)工藝。 

狹義的合成生物學(xué)包括“自上而下“和“自下而上“兩大方向。“自上而下”指將全新功能引入活細(xì)胞等生命體或生物；“自下而上”則是在體外合成全新生命系統(tǒng)。廣義的合成生物學(xué)還包括任何對(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、無(wú)細(xì)胞合成、DNA 存儲(chǔ)等。與傳統(tǒng)路徑相比，合成生物學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的理念相契合,并且在生產(chǎn)過(guò)程所需的反應(yīng)條件更為溫和，產(chǎn)業(yè)鏈條更短、更加高效，整體具備一定的安全性。 

此外，合成生物學(xué)可以高效利用原來(lái)不能利用的生物質(zhì)資源，合成原來(lái)不能生物合成、或者原來(lái)生物合成效率很低的產(chǎn)品，不斷突破自然生物體合成功能與范圍的局限。加拿大的科研人員 2021 年 9 月發(fā)表的題為“下一代合成生物學(xué)的新興監(jiān)管挑戰(zhàn)”綜述指出，盡管合成生物學(xué)已經(jīng)取得一定的成就，目前的方法仍然受限于對(duì)現(xiàn)有生命系統(tǒng)“自上而下”的重編程，需要克服這些限制才能充分發(fā)揮合成生物的潛力。而“自下而上”設(shè)計(jì)的類(lèi)生命系統(tǒng)能夠在活細(xì)胞外（即無(wú)細(xì)胞合成生物學(xué)）發(fā)揮作用。 

無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)作為一種替代方案，提供了超越活細(xì)胞限制的類(lèi)似生命功能。與基于細(xì)胞的方法相比，無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)不受限于現(xiàn)有微生物，更有利于發(fā)揮主觀能動(dòng)性，創(chuàng)造新的“生命體”。由于較少受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速的“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”的循環(huán)周期。Surto Biopharma 使用無(wú)細(xì)胞合成平臺(tái)生產(chǎn) ADC，生產(chǎn)含有非天然氨基酸的蛋白質(zhì)，并將其與其它小分子進(jìn)行偶聯(lián)。凱萊英則將無(wú)細(xì)胞合成體系應(yīng)用于高通量酶篩選，在少量酶（如 200 個(gè)酶）制備方面，預(yù)計(jì)可節(jié)約 50%的人工和節(jié)約 90%的時(shí)間。

1.2 設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)（DBTL）循環(huán)在生產(chǎn)過(guò)程中持續(xù)迭代 

從合成生物學(xué)的解決路線方案角度分析，其體外路線主要采用酶法工藝，過(guò)程涉及到酶設(shè)計(jì)與改造、多酶級(jí)聯(lián)催化、無(wú)細(xì)胞/類(lèi)生命系統(tǒng)在體外實(shí)現(xiàn)生物合成；而其體內(nèi)路線采用生物發(fā)酵，涉及代謝通路改造，細(xì)胞工廠合成目標(biāo)產(chǎn)物，后續(xù)涉及提取純化等。 

底盤(pán)細(xì)胞在合成生物學(xué)中扮演著非常重要的角色，它們是合成生物學(xué)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)底盤(pán)細(xì)胞的精準(zhǔn)調(diào)控和優(yōu)化，可以提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)和環(huán)保的生物技術(shù)解決方案。常用的模式微生物有釀酒酵母、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、谷氨酸棒桿菌等。

合成生物學(xué)圍繞 DBTL 循環(huán)（Design-Build-Test-Learn），通過(guò)持續(xù)迭代，逐步提高微生物的性能，從而優(yōu)化微生物的代謝途徑，設(shè)計(jì)出更有效的基因裝置，獲得理想的人工菌株，以期達(dá)到更高的生產(chǎn)效率和更優(yōu)質(zhì)的最終產(chǎn)品。設(shè)計(jì)（Design）是合成生物學(xué) DBTL 策略的基礎(chǔ)，指遵循一定的規(guī)則，利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化生物元件對(duì)基因、代謝通路或基因組進(jìn)行設(shè)計(jì)；構(gòu)建（Build）階段旨在利用標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)和基因工程技術(shù)，構(gòu)建出新的菌株，包括DNA合成、大片段組裝以及基因編輯。測(cè)試（Test）階段通過(guò)分析測(cè)試基因構(gòu)建體或經(jīng)改良的生物體性能，對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，因?yàn)闊o(wú)論是酶、單個(gè)生物元件，還是邏輯線路及模塊化的代謝途徑，在設(shè)計(jì)后，都會(huì)存在大量的突變體或目標(biāo)候選物。學(xué)習(xí)（Learn）階段則使用軟件和/或機(jī)器學(xué)習(xí)分析數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，以提高菌株的性能，為下一個(gè)循環(huán)改進(jìn)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，過(guò)程中涉及數(shù)據(jù)收集整合、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果可視化和建模分析等。這些分析結(jié)果將反饋到新的設(shè)計(jì)中，通過(guò)不斷迭代獲得性能優(yōu)異的菌株，再結(jié)合發(fā)酵工程技術(shù)，利用淀粉等發(fā)酵底物進(jìn)行發(fā)酵，并通過(guò)分離純化過(guò)程，最終獲得所需的目標(biāo)產(chǎn)物。

與海外相比，中國(guó)的發(fā)酵能力更強(qiáng)、供應(yīng)鏈更完整。美國(guó)基礎(chǔ)研究比中國(guó)出現(xiàn)早，也相對(duì)較強(qiáng)，表現(xiàn)在菌種設(shè)計(jì)的通量，細(xì)胞工廠構(gòu)建的迭代快。而中國(guó)的供應(yīng)鏈則相對(duì)完整，同時(shí)擁有一個(gè)需求大且支付能力強(qiáng)的廣闊市場(chǎng)。特別地，中國(guó)是全球發(fā)酵大國(guó)，并且新技術(shù)、新產(chǎn)品商業(yè)化速度較快。展開(kāi)看，就生產(chǎn)過(guò)程中的 DBTL 循環(huán)而言，其中的設(shè)計(jì)和構(gòu)建環(huán)節(jié)中外已經(jīng)處于同步發(fā)展階段，“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)較小，真邁生物、齊碳科技、金斯瑞生物科技、輝大基因等在該領(lǐng)域有所布局。而在測(cè)試階段，中外相比仍有一些差距；在學(xué)習(xí)階段，行業(yè)整體仍在發(fā)展的早期，中外差距有望不斷縮小。

（在“設(shè)計(jì)”與“構(gòu)建”環(huán)節(jié)，中國(guó)技術(shù)水平快速追趕）

1.3 技術(shù)革新驅(qū)動(dòng)合成生物學(xué)行業(yè)發(fā)展 

合成生物學(xué)自 2000 年左右誕生以來(lái)，經(jīng)歷了四個(gè)重要的發(fā)展階段。2000-2003 年是合成生物學(xué)的創(chuàng)建時(shí)期，研究者們開(kāi)發(fā)出多種具有領(lǐng)域特征的研究手段和理論，這個(gè)時(shí)期的典型成果是在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)青蒿素前體途徑的工程化。 

2004 年至 2007 年是合成生物學(xué)的擴(kuò)張和發(fā)展期，合成生物學(xué)概念迅速推廣，該領(lǐng)域第一個(gè)國(guó)際性會(huì)議“合成生物學(xué) 1.0”大會(huì)于 2004 年成功舉辦，合成生物學(xué)領(lǐng)域知名賽事 iGEM 競(jìng)賽也在該年首次舉行。技術(shù)研發(fā)上從轉(zhuǎn)錄調(diào)控?cái)U(kuò)展到轉(zhuǎn)錄后和翻譯調(diào)控，2006 年利用工程菌首次侵入癌細(xì)胞，成為工程化活體療法的先驅(qū)。 

2008 年至 2013 年，合成生物學(xué)迎來(lái)了創(chuàng)新和應(yīng)用轉(zhuǎn)化期，底層技術(shù)效率的大幅提升，推動(dòng)了合成生物學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的不斷拓展。2009 年和 2012 年轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALEN）和成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列及其相關(guān)蛋白基因（CRISPR/Cas）技術(shù)的相繼問(wèn)世，基因編輯技術(shù)效率大幅提升，從而進(jìn)一步推動(dòng)了合成生物學(xué)領(lǐng)域向前邁進(jìn)。在代謝工程領(lǐng)域，2008 年利用大腸桿菌中氨基酸的代謝產(chǎn)物成功生產(chǎn)了生物燃料。2013 年，Amyris 公司利用酵母菌株成功商業(yè)化生產(chǎn)青蒿素。 

自 2014 年以后，隨著生物大數(shù)據(jù)的開(kāi)源應(yīng)用與生物工程化平臺(tái)相結(jié)合，合成生物學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。合成生物學(xué)的“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試”循環(huán)逐步擴(kuò)展至“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”循環(huán)。同時(shí)，“半導(dǎo)體合成生物學(xué)”、“工程生物學(xué)”等新理念或?qū)W科的提出，為合成生物學(xué)的發(fā)展注入了新的活力。 

合成生物學(xué)的三大基礎(chǔ)使能技術(shù)——基因測(cè)序（“讀”）、基因編輯（“改”）和基因合成（“寫(xiě)”）的快速發(fā)展及其所帶來(lái)的成本下降是推動(dòng)合成生物學(xué)行業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)因素。在過(guò)去的幾十年里，DNA 測(cè)序技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，從最初的 Sanger 測(cè)序技術(shù)逐步演進(jìn)到第二代和第三代測(cè)序技術(shù)，較大地提高了我們解讀基因組序列的能力。基因合成技術(shù)方面，成熟的柱式合成法存在依賴(lài)于危險(xiǎn)試劑和溶劑，效率和通量低，成本較高的問(wèn)題。而超高通量芯片合成技術(shù)，以芯片作為 DNA 合成的載體，能夠在一次操作中合成超過(guò)十萬(wàn)條寡核苷酸，成本相對(duì)于柱式合成法大幅下降。 

迄今，基因編輯技術(shù)已經(jīng)歷了從鋅指蛋白技術(shù)（ZFP）到轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶技術(shù)（TALEN），再到成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列及其相關(guān)蛋白基因技術(shù)（CRISPR/Cas）三代技術(shù)的革新。其中，第三代技術(shù)中的 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)采用 RNA-DNA 識(shí)別機(jī)制，能夠廣泛地選擇切割位點(diǎn)，基因編輯效率顯著提高。 

底層技術(shù)的成本不斷下降也是驅(qū)動(dòng)合成生物學(xué)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。人類(lèi)基因組測(cè)序完成以后，基因測(cè)序的成本急劇下降，下降速度超過(guò)摩爾定律。根據(jù) NIH 數(shù)，2020 年人類(lèi)全基因組測(cè)序的成本已由 2007 年時(shí)的 100 萬(wàn)美元，降低到 1000 美元以下。目前，華大智造推出的超高通量基因測(cè)序儀 T20，已將單人全基因測(cè)序成本降低至 100 美元以?xún)?nèi)。同樣地，基因合成成本也大幅下降，由2000 年前的約 1 美元/bp 降低至 2020 年的 0.001 美元/bp 以下。 

2 合成生物學(xué)具有廣闊市場(chǎng)，上游與下游產(chǎn)值占比高 

2.1 合成生物學(xué)行業(yè)正在經(jīng)歷高速成長(zhǎng)，五年復(fù)合增速約 28% 

合成生物學(xué)市場(chǎng)潛力較大，正在經(jīng)歷高速成長(zhǎng)。根據(jù) BCC Research 統(tǒng)計(jì)，2021 年全球合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模約為 95 億美元，預(yù)計(jì) 2026 年達(dá)到 332 億美元，對(duì)應(yīng) 2021-2026 年五年復(fù)合增速約為 28%，技術(shù)革新與政策支持促進(jìn)合成生物學(xué)行業(yè)發(fā)展，行業(yè)前景廣闊。合成生物學(xué)可以應(yīng)用于醫(yī)療健康、食品飲料、化工產(chǎn)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，其中醫(yī)療健康是第一大應(yīng)用市場(chǎng)。2021 年醫(yī)療健康合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模為 32.2 億美元，預(yù)計(jì) 2026 將達(dá)到 69 億美元，對(duì)應(yīng) 5 年復(fù)合增速約為 16%，龍頭公司具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，增速有望超過(guò)行業(yè)平均。 

目前合成生物學(xué)市場(chǎng)主要由歐美主導(dǎo)，從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，首先是北美市場(chǎng)、其次是歐洲市場(chǎng)，亞太則是全球第三大市場(chǎng)。2021 年北美、歐洲、亞太地區(qū)和世界主要其他地區(qū)（ROW）合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模為 56.8 億美元、23.4 億美元、12.1億美元和 2.9 億美元，分別占比 60%、25%、13%和 3%。 

2.2 發(fā)展合成生物學(xué)具有重要戰(zhàn)略意義，多國(guó)紛紛出臺(tái)政策支持 

發(fā)展合成生物學(xué)具有節(jié)能減排、有利于保障供應(yīng)鏈安全、顛覆全球供給格局等重要戰(zhàn)略和商業(yè)意義。首先，發(fā)展合成生物學(xué)可以促進(jìn)替代化石原料，達(dá)到節(jié)能減排的效果。根據(jù)世界資源研究所的統(tǒng)計(jì)，全球二氧化碳排放的主要來(lái)源是化石燃料的燃燒，占碳排放總量的 75.6%。為了實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》中要求的 2050 年全球凈零碳排放的目標(biāo)，需要減少對(duì)化石能源的投資。在原料端，我們可以使用清潔的生物質(zhì)或二氧化碳作為碳源，以替代傳統(tǒng)的高污染化石原料；在生產(chǎn)端，可以采用高效的體外生物催化體系統(tǒng)或細(xì)胞工廠，以替代傳統(tǒng)的多步化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。此外，發(fā)展替代性生物燃料也有利于減少石油價(jià)格波動(dòng)的影響。例如，第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)引發(fā)了原油價(jià)格的上漲，美國(guó)政府為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，推出了一系列生物產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼措施，旨在激勵(lì)企業(yè)利用合成生物學(xué)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出能夠替代石油的生物能源。與石油化工路線相比，目前生物制造產(chǎn)品平均節(jié)能減排 30%至 50%，這一比例預(yù)計(jì)未來(lái)有望提高到 50%-70%。 

其次，發(fā)展合成生物藥也有助于保障供應(yīng)鏈安全，打破原料或產(chǎn)品的進(jìn)口依賴(lài)。華恒生物作為全球首家采用發(fā)酵法生產(chǎn)丙氨酸的企業(yè)，成功地打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)路線對(duì)石油基原料的依賴(lài)。凱賽生物建立了全球代表性的合成生物學(xué)長(zhǎng)鏈二元酸生產(chǎn)平臺(tái)，有效地打破了國(guó)內(nèi)以往對(duì)長(zhǎng)鏈二元酸全部依賴(lài)進(jìn)口的局面，增強(qiáng)了國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的自給自足能力，并提升了國(guó)家在全球生物制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。 

第三，發(fā)展合成生物學(xué)，有望推動(dòng)行業(yè)集中度提升，在全球形成產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。例如，華熙生物通過(guò)對(duì)于發(fā)酵種子的培養(yǎng)及產(chǎn)量?jī)?yōu)化，其玻尿酸產(chǎn)率從成立之初的不足 3g/L，發(fā)展到現(xiàn)在的 12-14g/L，遠(yuǎn)超國(guó)際平均水平，其玻尿酸市占率提升至 40%以上。類(lèi)似的，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)巨子生物和錦波生物在重組膠原蛋白領(lǐng)域全球供給份額超過(guò) 95%。凱賽生物在全球長(zhǎng)鏈二元酸市場(chǎng)中的供給份額超過(guò)80%，打破了中國(guó)以往對(duì)此類(lèi)原料的進(jìn)口依賴(lài)。華恒生物作為全球首家采用發(fā)酵法生產(chǎn)丙氨酸的企業(yè)，其全球供給份額超過(guò) 50%。 

基于合成生物學(xué)重要的戰(zhàn)略意義，全球多個(gè)國(guó)家推出鼓勵(lì)合成生物學(xué)的政策。美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）從 2006 年開(kāi)始支持合成生物學(xué)研究，隨后其他機(jī)構(gòu)如國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）、國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）、能源部（DOE）、國(guó)防部（DOD）等也加入支持。2019-2021 年，美國(guó)工程生物學(xué)研究聯(lián)盟（EBRC）相繼發(fā)布《工程生物學(xué)：下一代生物經(jīng)濟(jì)的研究路線圖》、《微生物組工程：下一代生物經(jīng)濟(jì)研究路線圖》、《工程生物學(xué)與材料科學(xué)：跨學(xué)科創(chuàng)新研究路線圖》等。 

英國(guó)也是較早關(guān)注合成生物學(xué)的國(guó)家之一。2009 年英國(guó)皇家工程院（RAE）發(fā)布了《合成生物學(xué)：范圍、應(yīng)用和啟示》報(bào)告，強(qiáng)調(diào)國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃的重要性。2012 年，英國(guó)商業(yè)、創(chuàng)新與技能部（BIS）發(fā)布《英國(guó)合成生物學(xué)路線圖》，提出了基礎(chǔ)科學(xué)與工程、負(fù)責(zé)任的研發(fā)與創(chuàng)新、用于商業(yè)的技術(shù)、應(yīng)用與市場(chǎng)、國(guó)際合作 5 個(gè)核心主題。2016 年，BIS 支持成立的合成生物學(xué)領(lǐng)導(dǎo)理事會(huì)（SBLC）又推出“英國(guó)合成生物學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃”，提出了 2030 年實(shí)現(xiàn)英國(guó)合成生物學(xué)上百億歐元市場(chǎng)的目標(biāo)。此外，德國(guó)、法國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家在合成生物學(xué)方面也在積極布局，紛紛發(fā)布支持性政策，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。 

國(guó)家層面與多地地方政府也陸續(xù)出臺(tái)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)支持政策。2022 年 5月，國(guó)家發(fā)改委印發(fā)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，多次提及合成生物學(xué)，覆蓋醫(yī)療健康、食品消費(fèi)兩大領(lǐng)域。此外，2024 年 3 月，國(guó)務(wù)院總理李強(qiáng)在十四屆全國(guó)人民代表大會(huì)第二次會(huì)議上的政府工作報(bào)告中指出：2024 年要加快發(fā)展“新質(zhì)生產(chǎn)力”，積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)濟(jì)等產(chǎn)業(yè)作為經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)引擎。北京、江蘇、深圳、上海、重慶等多地政府陸續(xù)出臺(tái)支持合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的配套政策。 

在國(guó)家大力支持下，合成生物學(xué)研發(fā)熱情高漲，科研項(xiàng)目數(shù)量不斷攀升。2010年，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973 計(jì)劃”）首個(gè)合成生物學(xué)項(xiàng)目啟動(dòng)，至 2015年連續(xù)支持了 10 個(gè)項(xiàng)目，為我國(guó)合成生物學(xué)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。2018 年，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“合成生物學(xué)”專(zhuān)項(xiàng)正式發(fā)布，重點(diǎn)方向圍繞醫(yī)藥健康、環(huán)境與能源、農(nóng)業(yè)與食品、工程材料等。 

報(bào)名 iGEM（國(guó)際基因工程機(jī)器大賽）賽事的人數(shù)也在節(jié)節(jié)攀升。iGEM 是一個(gè)在合成生物學(xué)領(lǐng)域備受矚目的年度競(jìng)賽，它為全球的本科生、研究生和高中生提供了一個(gè)展示才華和創(chuàng)新思維的平臺(tái)。參賽者們運(yùn)用 BioBricks 這一標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件庫(kù)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建各種基因工程系統(tǒng)。競(jìng)賽項(xiàng)目覆蓋了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，從簡(jiǎn)單的生物電路設(shè)計(jì)到復(fù)雜的農(nóng)業(yè)解決方案，再到環(huán)境保護(hù)等全球性問(wèn)題。

iGEM 始于 2003 年，由麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)起，參賽隊(duì)伍從 2004 年的 5 支隊(duì)伍增加至 2021 年的 350 支隊(duì)伍。許多參賽的學(xué)生在畢業(yè)后進(jìn)入該領(lǐng)域工作，甚至成立公司，例如美國(guó)生物技術(shù)公司 Ginkgo Bioworks 的創(chuàng)始人湯姆·奈特（Tom Knight），同時(shí)也是 iGEM 的創(chuàng)始人之一。 

2.3 上游使能技術(shù)和產(chǎn)品以及下游終端產(chǎn)品在價(jià)值鏈中產(chǎn)值占比高 

合成生物學(xué)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(kāi)發(fā)，包括讀-寫(xiě)-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)革新以及研發(fā)上的降本增效，包括測(cè)序、DNA 合成、DNA 拼接、基因編輯、定向進(jìn)化、設(shè)備自動(dòng)化/高通量化、虛擬測(cè)試、AI 賦能等。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)，核心在于路徑開(kāi)發(fā)，合成路線的選擇以及技術(shù)上的跑通，例如底盤(pán)細(xì)胞選擇及改造、培養(yǎng)條件優(yōu)化、純化方法開(kāi)發(fā)等。中游企業(yè)與下游企業(yè)相比，更強(qiáng)調(diào)技術(shù)平臺(tái)的通用性，具備潛在 CRO 屬性。下游則側(cè)重應(yīng)用開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品落地，核心技術(shù)則在于大規(guī)模生產(chǎn)的成本、批間差及良品率等的把控，涵蓋醫(yī)藥、能源、化工、農(nóng)業(yè)、消費(fèi)品等諸多行業(yè)。其中，在醫(yī)藥行業(yè)中合成生物學(xué)可應(yīng)用的領(lǐng)域眾多，包括細(xì)胞免疫療法、RNA 藥物、基因編輯療法等創(chuàng)新療法，以及體外檢測(cè)、醫(yī)療耗材、藥物成分生產(chǎn)和制藥用酶等多個(gè)細(xì)分賽道。與中游企業(yè)相比，下游企業(yè)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。中下游企業(yè)之間并無(wú)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。 

就產(chǎn)值而言，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) 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%。 

在上游使能技術(shù)和產(chǎn)品中，基因編輯和 DNA 測(cè)序是主要的細(xì)分領(lǐng)域。根據(jù)BCC Research 數(shù)據(jù)，2021 年基因編輯和基因測(cè)序的市場(chǎng)規(guī)模分別為 23.6 億美元與 4.8 億美元，分別占上游使能技術(shù)和產(chǎn)品的 67%和 14%。預(yù)計(jì)到 2026 年基因編輯和基因測(cè)序的市場(chǎng)規(guī)模將分別達(dá)到 94.5 億美元與 13.4 億美元，分別占上游使能技術(shù)和產(chǎn)品的 77%和 11%。 

就下游終端產(chǎn)品而言，醫(yī)療健康是第一大應(yīng)用領(lǐng)域。2021 年醫(yī)療健康的合成生物學(xué)終端產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模為 23.3 億美元，占下游終端產(chǎn)品市場(chǎng)的 50%；預(yù)計(jì)到 2026 年該市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 53.5 億美元，占比為 31%，隨著合成生物學(xué)學(xué)科的發(fā)展，在食品飲料、農(nóng)業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷延伸，然而醫(yī)藥依然是第一大終端產(chǎn)品市場(chǎng)。 

從毛利率水平來(lái)看，參考華大智造測(cè)序儀業(yè)務(wù)與金斯瑞生命科學(xué)服務(wù)及產(chǎn)品相關(guān)業(yè)務(wù)，使能技術(shù)的毛利率約在 50%-60%；而通過(guò)參考川寧生物與奕柯萊毛利率水平，我們預(yù)計(jì)下游原料藥和中間體的毛利率約在 30%左右。仿制藥毛利率約在 50%左右，創(chuàng)新藥行業(yè)的毛利率相對(duì)較高，在 70%-90%左右。

2.4 具備選品眼光與量產(chǎn)能力的企業(yè)更容易脫穎而出 

選品和量產(chǎn)能力是產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵。選品考驗(yàn)公司的戰(zhàn)略眼光和市場(chǎng)敏銳度，同時(shí)具備量產(chǎn)能力的企業(yè)可能更具有成本優(yōu)勢(shì)，從而在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。 

Amyris——法尼烯量產(chǎn)失敗造成股價(jià)波動(dòng) 

Zymergen——Hyaline 產(chǎn)品失敗造成股價(jià)波動(dòng) 

杜邦公司——1,3-丙二醇量產(chǎn)成功后獲得行業(yè)壟斷地位 

Ginkgo Bioworks——以輕資產(chǎn)模式運(yùn)營(yíng)，為客戶(hù)研發(fā)出合適的分子 

藍(lán)晶微生物——通過(guò)合成生物技術(shù)顯著降低 PHA 生產(chǎn)成本 

3 建議

我們積極看好合成生物學(xué)未來(lái)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，看好具備產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、在商業(yè)化階段有所突破的企業(yè)：（1）中上游使能技術(shù)及研發(fā)相關(guān)龍頭企業(yè)，如金斯瑞生物科技、華大智造等；（2）下游具有商業(yè)化產(chǎn)品研發(fā)和銷(xiāo)售能力的代表性企業(yè)，如川寧生物、華東醫(yī)藥等。（3）與產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的生物反應(yīng)器、生物樣本存儲(chǔ)等行業(yè)也值得關(guān)注，如海爾生物、東富龍等。

H.E.L致力于工藝篩選優(yōu)化、反應(yīng)量熱和絕熱加速量熱

在反應(yīng)過(guò)程安全和反應(yīng)放大中的解決方案

過(guò)程安全與反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)｜電池絕熱量熱儀

化學(xué)合成與高壓催化｜生物反應(yīng)器系統(tǒng)

　　HEL電池產(chǎn)品線現(xiàn)在是當(dāng)之無(wú)愧的第yi品牌

　　反應(yīng)量熱儀是測(cè)量化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中熱量變化的專(zhuān)業(yè)儀器。主要用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)。當(dāng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)中的物質(zhì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，這種能量通常以熱的形式釋放或吸收。反應(yīng)量熱儀可以準(zhǔn)確測(cè)量和記錄這種熱量變化，從而提供有關(guān)反應(yīng)熱力學(xué)性質(zhì)的重要信息，如反應(yīng)熱、活化能、反應(yīng)速率等。

　　反應(yīng)量熱儀的工作原理是基于熱平衡原理。它通過(guò)精確控制和監(jiān)測(cè)反應(yīng)體系與環(huán)境之間的能量交換來(lái)計(jì)算反應(yīng)的熱效應(yīng)。根據(jù)不同的應(yīng)用要求和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，反應(yīng)熱量計(jì)可分為多種類(lèi)型，如等溫RC、絕熱RC、加速RC、微量熱計(jì)等。

　　根據(jù)QYR（恒州博智）的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)，2023年全球反應(yīng)量熱儀市場(chǎng)銷(xiāo)售額達(dá)到了1.58億美元，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到2.26億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為4.4%（2024-2030）。

　　電池量熱儀

　　用于工程與技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科、能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的電子測(cè)量?jī)x器電池量熱儀是一種用于工程與技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科、能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的電子測(cè)量?jī)x器

新能源電池、新能源汽車(chē)公司、檢測(cè)中心、材料供應(yīng)商、科研單位已經(jīng)成為HEL的加速絕熱量熱儀ARC的客戶(hù),HEL電池產(chǎn)品線現(xiàn)在是當(dāng)之無(wú)愧的第yi品牌。

　　新能源電池寧德時(shí)代（CATL）、比亞迪（BYD）、中創(chuàng)新航（原名：中航鋰電）、國(guó)軒、國(guó)聯(lián)汽車(chē)等

　　新能源汽車(chē)企業(yè)比亞迪（BYD）、小鵬、蔚來(lái)汽車(chē)（NIO）、三一重工、北汽福田、華為中央研究院瓦特實(shí)驗(yàn)室、一汽大眾等

　　國(guó)家級(jí)別的檢測(cè)中心如廈門(mén)質(zhì)檢、上海機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)中心、招商局機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)中心、中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司、中國(guó)北方車(chē)輛研究所、湖南機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)技術(shù)有限公司等

　　材料供應(yīng)商：多氟多新能源科技有限公司、中信國(guó)安盟固利動(dòng)力科技有限公司等

　　化工安全領(lǐng)域已經(jīng)成為HEL的客戶(hù)：中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院、浙江化安安全技術(shù)研究院有限公司、中化集團(tuán)、中石油、沈陽(yáng)化工研究院、山東京博石油化工有限公司、海洋化工研究院、中寧化集團(tuán)、北京石油化工學(xué)院、青島安全工程研究院、山西煤炭化學(xué)研究所等

　　高?？蒲性核呵迦A大學(xué)、浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、山東大學(xué)、青島科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所、北京工業(yè)大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所、中國(guó)工程物理研究院、江漢大學(xué)等

　　H.E.L——Hazard Evaluation Laboratories成立于1987年，總部設(shè)在倫敦，在中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于2020年在北京設(shè)立。

　　關(guān)于綠綿科技

　　2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)：綠綿科技)以體現(xiàn)客戶(hù)服務(wù)價(jià)值為宗旨，以專(zhuān)業(yè)精神和技能為廣大實(shí)驗(yàn)室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確分析和管理的全面解決方案，致力于協(xié)助客戶(hù)提高分析檢測(cè)的效率和水平。

　　主要代理產(chǎn)品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機(jī)租賃業(yè)務(wù)/LUMTECH循環(huán)制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/Knauer研發(fā)，中試和生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒（LNP)碰撞噴射混合器系統(tǒng)/冰點(diǎn)滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀、在線SPE液相色譜儀/法國(guó)F-DGSi氮?dú)猓呒儦錃鈿怏w發(fā)生器，液氮發(fā)生器/Cytiva生命科學(xué)設(shè)備/LabOS實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)/MassWorks準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)測(cè)定及分子式識(shí)別系統(tǒng)/MsMetrix氣質(zhì)香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農(nóng)殘凈化柱/制藥企業(yè)質(zhì)量回顧性報(bào)告系統(tǒng)（QRS)/英國(guó)赫伊爾生物反應(yīng)器，電池絕熱量熱、催化劑合成。