2024年中國戰(zhàn)略性新興產業(yè)之——合成生物產業(yè)全景圖譜(附產業(yè)規(guī)模、區(qū)域分布、企業(yè)布局和技術路線等)

行業(yè)主要上市公司：金斯瑞(HK.1548)、凱賽生物(688065.SH)、華熙生物(688363.SH)、華恒生物(688639.SH)、川寧生物(301301.SZ)等

本文核心數(shù)據(jù)：合成生物價值鏈及各環(huán)節(jié)毛利率分布;合成生物產業(yè)政策;合成生物企業(yè)布局現(xiàn)狀;合成生物區(qū)域布局現(xiàn)狀;合成生物產業(yè)工藝優(yōu)勢;合成生物技術全景圖等

產業(yè)概述篇：合成生物產業(yè)鏈全景及價值鏈分布

——合成生物產業(yè)界定概述

合成生物學的思想最早出現(xiàn)在1978年波蘭遺傳學家希巴爾斯基的一篇文章中;1980年，B.Hoborn第一次使用“合成生物學”(Synthetic Biology)作為論文題目并發(fā)表于學術期刊上，他用“合成生物學”描述通過重組基因組技術改造的細菌仍然能夠正常存活這一現(xiàn)象。2000年，庫爾等學者在美國化學年會上再一次用“合成生物學”描述生物系統(tǒng)中非天然存在的功能性有機分子的合成，至此合成生物學的概念才被學術界公認并開始受到關注，但此時的合成生物學只是遺傳工程的延續(xù)，并未獨立發(fā)展。

現(xiàn)在的合成生物學中更多地是在使用已有的或改造過的基因模塊通過工程學手段拼裝、搭建一個自然界中根本沒有的生命體系。因此，合成生物學是一門以工程學思想為指導、多學科結合的新興領域，通過一系列重新設計與技術改造生物體或細胞以使其具有新的能力，在此過程中設計與構建一系列新的標準化的生物元件、組件與系統(tǒng)，以實現(xiàn)理想的生物制造能力。利用合成生物學技術構建微生物細胞工廠，可實現(xiàn)廉價原料到高價值化學品的高效生產，且生產過程清潔環(huán)保，具有巨大市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

合成生物學具體包括生物元件、基因線路、代謝工程以及基因組工程。具體介紹如下。

合成生物學的本質是讓細胞為人類工作生產想要的物質。該技術突破自然進化的限制，以“人工設計與編寫基因組”為核心，可針對特定需求從工程學角度設計構建元器件或模塊。通過這些元器件對現(xiàn)有自然生物體系進行改造和優(yōu)化，或者設計合成全新可控運行的人工生物體系。它把“自下而上”的“建造”理念與系統(tǒng)生物學“自上而下”的“分析”理念相結合，利用自然界中已有物質的多樣性，構建具有可預測和可控制特性的遺傳、代謝或信號網絡的合成成分。

——合成生物產業(yè)鏈全景圖：核心內容是生物元件、基因線路、基因組工程及代謝工程

合成生物學的核心內容是生物元件、基因線路、基因組工程及代謝工程。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，基因測序、基因編輯、基因合成、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。除此之外，合成生物上游還包括葡萄糖、甘油和甲烷及其衍生物等原材料。

合成生物產業(yè)中游包括平臺搭建和產品制造，平臺型企業(yè)主要負責原料選擇和底盤細胞選擇及優(yōu)化，產品制造企業(yè)則在各種平臺基礎上生產具體的產品。值得一提的是，目前大多數(shù)合成生物企業(yè)均完成了產業(yè)鏈的延伸，兼具平臺搭建和產品制造能力。

合成生物產業(yè)下游應用廣泛，目前比較成熟的應用領域包括醫(yī)療健康、工業(yè)化學品、農業(yè)、食品和能源，隨著合成生物技術的不斷進步，未來其下游應用領域有望進一步擴展。

目前，我國合成生物產業(yè)上游基礎技術企業(yè)包括華大智造、金斯瑞生物科技、新格元生物科技、擎科生物等，中國平臺搭建及產品制造企業(yè)眾多，代表性企業(yè)包括藍晶微生物、凱賽生物、華恒生物、欣貝萊生物、華熙生物、酶賽生物、弈柯萊生物。

——合成生物產業(yè)價值鏈分布：基因重組環(huán)節(jié)價值鏈較高

從合成生物產業(yè)價值鏈的傳導的情況來看，合成生物行業(yè)上游涉及基因工程，底盤細胞等原材料生產，由于科研含量較高，研發(fā)周期較長，毛利率普遍更高，初步統(tǒng)計底盤細胞生產及基因重組上市企業(yè)的毛利率高達75%以及80%;中游涉及合成生物技術平臺以及生物儀器的供應，相對而言毛利率有所下降，分別約為40%及50%;下游應用市場由于行業(yè)的區(qū)別附加值有所區(qū)別，其中生物醫(yī)藥的毛利率更高，達到60%，而化工及食品行業(yè)的附加值則偏低。

產業(yè)政策篇：合成生物產業(yè)政策環(huán)境解讀

——全球合成生物產業(yè)政策：中國合成生物產業(yè)起步相對較晚

對比中國與歐美等發(fā)達國家的政策歷程，中國合成生物產業(yè)起步相對較晚，但是發(fā)展速度驚人，從“十三五”開始，合成生物學被列為戰(zhàn)略前瞻性重大科學問題和前沿共性生物技術，國家出臺了一系列政策支持合成生物學的發(fā)展。

——中國合成生物產業(yè)重點政策匯總：政策推動與規(guī)范并行

近年來，工信部、科技部、農業(yè)農村部等多部門都陸續(xù)印發(fā)了支持、規(guī)范合成生物學及相關行業(yè)的發(fā)展政策，內容涉及利用合成生物學促進節(jié)能減排、加強基因測序技術研究、設立專項計劃重點支持合成生物學研究等。

——中國合成生物產業(yè)重點規(guī)劃：推動技術創(chuàng)新

《“十四五”生物經濟發(fā)展規(guī)劃》對合成生物學行業(yè)指導集中在生物技術創(chuàng)新、生物農業(yè)產業(yè)發(fā)展兩個方面。要求加快發(fā)展高通量基因測序技術，不斷提高基因測序效率、降低測序成本。推動合成生物學技術創(chuàng)新，突破生物制造菌種計算設計、高通量篩選、高效表達、精準調控等關鍵技術。在生物農業(yè)產業(yè)發(fā)展方面，發(fā)展合成生物學技術，探索研發(fā)“人造蛋白”等新型食品，實現(xiàn)食品工業(yè)迭代升級，降低傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)帶來的環(huán)境資源壓力。

產業(yè)發(fā)展篇

——合成生物產業(yè)發(fā)展歷程：數(shù)字合成生物學是重要發(fā)展方向

1990年，“人類基因組計劃”在美國首先啟動，中國在1999年加入該項計劃，并承擔相關工作，自2003年該計劃宣布完成。20世紀90年代末，中國成立了遺傳所人類基因組中心、北京華大基因研究中心等相關機構。進入21世紀，華大基因作為國內基因研究領域的頭部企業(yè)，組織了一系列研究活動，推動中國在基因研究領域的發(fā)展，2005年，華大基因牽頭中華協(xié)作組，承擔的10%國際人類基因組單體型圖計劃(HapMap)在《Nature》發(fā)表。2008年，中國第一個合成生物學重點實驗室——中國科學院合成生物學重點實驗室成立，標志著中國合成生物學正式起步。2014年-2021年，基因測序快速發(fā)展，為合成生物學奠定了技術基礎，2019年以來深圳合成生物學創(chuàng)新研究院、國家合成生物技術創(chuàng)新中心相繼成立，中國合成生物學行業(yè)進入新階段。2022年后，合成生物學的研究成果已逐步應用到下游領域;另一方面，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新興信息技術持續(xù)向下游行業(yè)滲透，合成生物學的研究范式亦有所改變，當前，由AI賦能的數(shù)字合成生物學將會是未來發(fā)展的重要方向之一。

——合成生物產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀：2023年市場規(guī)模突破11億美元

根據(jù)Research and Markets的數(shù)據(jù)，2022年中國合成生物學市場規(guī)模約9.37億美元，預計未來將以23%的增長率增長，由此測算2023年中國合成生物學市場規(guī)模約11.5億美元。按照7.1匯率折算，折合人民幣約81.65億元。

企業(yè)布局篇

——合成生物企業(yè)布局現(xiàn)狀：合成生物不同類型領域，均有企業(yè)布局

工具型企業(yè)是為合成生物學制造提供基因測序、基因合成等基礎技術支持、提供合成生物學儀器設備的企業(yè)，目前我國合成生物學行業(yè)代表性工具型企業(yè)包括華大制造、新格元生物、金斯瑞等。

合成生物學從生物的基因編輯，到產品和服務的商業(yè)化落地，這之間存在著超長的技術鏈條。將實驗室中能夠用于解決實際問題的研究轉化和擴大，需要對多種方向的專業(yè)技術進行密集而深度的整合，建立前所未有的基礎設施和方法流程。合成生物平臺類公司，扮演了“生物基解決方案”設計師和開發(fā)者的角色，致力于通過大量的數(shù)據(jù)積累，對菌株實現(xiàn)篩選與改造，打造一個高通量、自動化的技術平臺，為傳統(tǒng)企業(yè)開拓新的價值領域。目前我國合成生物學行業(yè)代表性平臺型企業(yè)包括恩和生物、弈柯萊生物和酶賽生物。

產品型公司注重規(guī)?；a，也就是發(fā)酵等后續(xù)環(huán)節(jié)，這類企業(yè)有明確的產品產線規(guī)劃，致力于在短期內生產出具有一定規(guī)模、能夠獲取利潤的終端產品。目前中國合成生物學行業(yè)產品型企業(yè)包括藍晶微生物、凱賽生物、瑞德林、欣貝萊生物等。

——合成生物企業(yè)競爭格局：凱賽生物、華恒生物等位于第一梯隊

從融資角度來看，目前合成生物學行業(yè)企業(yè)中，華熙生物、凱賽生物、華恒生物、華大智造等企業(yè)已經上市，從資金實力上來說最強;藍晶微生物、弈柯萊、引航微生物融資輪次在B輪以后，資金實力稍弱，位于我國合成生物學第二梯隊，而其他企業(yè)融資輪次均在B輪及B輪以前，資金實力最弱，位于我國合成生物學企業(yè)第三梯隊。

——合成生物企業(yè)競爭路線：企業(yè)主要專注自身領域的發(fā)展經營

從一體化戰(zhàn)略、密集型戰(zhàn)略以及多元化戰(zhàn)略三大核心競爭路線來評估合成生物學領先企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展強度情況，不難看出合成生物學代表性企業(yè)當前依舊處在發(fā)展自身，強化自身產品業(yè)務條線，擴大經營范疇的階段，主要專注自身領域的發(fā)展經營，當前依舊較少出現(xiàn)向產業(yè)鏈上下游延伸的情況。

區(qū)域布局篇

——主要省市合成生物政策情況：多個省市出臺了合成生物學相關支持、規(guī)范類政策

在地方層面，2022年包括廣東、上海、河南、山東等多個省市出臺了合成生物學相關支持、規(guī)范類政策，內容廣泛，主要從節(jié)能減排、環(huán)境保護、生物醫(yī)藥產業(yè)發(fā)展、發(fā)展生物基材料等方面展開規(guī)劃。

——主要省市合成生物布局情況：各地區(qū)均積極布局合成生物領域

2022年5月，我國出臺了《“十四五”生物經濟發(fā)展規(guī)劃》，生物經濟發(fā)展迎來歷史機遇期。天津、山東、上海、浙江、河南等地，均明確提出了合成生物學方向的規(guī)劃和布局，陸續(xù)出臺支持合成生物學產業(yè)發(fā)展的落地政策。目前，天津、上海和深圳代表了我國合成生物技術產業(yè)的三大陣地。

——合成生物企業(yè)區(qū)域布局情況：我國東部沿海地帶企業(yè)分布較多

當前，我國合成生物學產業(yè)鏈在浙江、江蘇、廣東、上海、北京等省市具有較為完善的布局，而新疆、山東以及安徽等省份則存在涌現(xiàn)了部分代表性企業(yè)，但總體而言，我國合成生物學產業(yè)鏈僅在我國東部沿海地帶形成了較大的規(guī)模。

產業(yè)技術篇

——合成生物產業(yè)技術特點：合成生物是典型的交叉學科

合成生物是典型的交叉學科。從技術過程來看，經歷了上游底盤設計、菌種構建;中游的發(fā)酵條件優(yōu)化;以及下游的分離提取。當中不僅運用到了分子生物學技術、AI深度學習、高通量篩選等方法，還用到了發(fā)酵工藝放大、流體力學、分離提取制備等技術。

——合成生物產業(yè)工藝優(yōu)勢：綠色、環(huán)保、高效、可循環(huán)可再生

以合成生物生產流程的特點，合成生物被認為是綠色、環(huán)保、高效、可循環(huán)可再生的生產方式。相比化學合成工藝、天然提取工藝，有著明顯的優(yōu)勢。因此，合成生物被認為是最有潛力替代化學合成、天然提取等成熟工藝的新型技術手段。合成生物也被政府、資本界和產業(yè)界賦予了厚望。

——合成生物技術全景圖：計算機科學技術在合成生物學中發(fā)揮了重要作用

總體來看，合成生物學技術主要由代謝工程學、系統(tǒng)生物學以及計算機科學技術構成，其中代謝工程學包括代謝通路優(yōu)化技術、代謝途徑模擬和模型構建技術、基因工程技術以及代謝產物分離和純化技術;而系統(tǒng)生物學包括了組學技術、生物信息學技術、細胞生物學技術以及模式生物學技術;除此之外，計算機科學技術亦在合成生物學中發(fā)揮了重要作用，主要包括計算生物學、數(shù)據(jù)挖掘和機器學習和遺傳算法技術等。

趨勢前景篇

——發(fā)展趨勢：各領域未來產品將會充分涌現(xiàn)

合成生物學應用領域廣泛，主要包括醫(yī)藥、化工、農業(yè)、食品、其他消費品、能源環(huán)境等等，目前中國合成生物學行業(yè)已經在部分領域取得較好的成果，部分領域發(fā)展較慢，具有明顯的層次化特點。如醫(yī)藥、化工領域發(fā)展基礎較好，未來仍充當引領者的角色;農業(yè)、食品領域在政策支持下，有望優(yōu)先吸引資源投入，成為行業(yè)快速發(fā)展的新生力量;其余領域也將進一步發(fā)展?？傮w而言，目前各大領域均處于發(fā)展初期，產品類型較少，未來產品將會充分涌現(xiàn)。

——發(fā)展前景：預計到2029年市場規(guī)模將達到40億美元

當前，我國合成生物學行業(yè)正處于高速發(fā)展的階段，根據(jù)Research and Markets的數(shù)據(jù)，在全球市場持續(xù)擴張的情況下，中國亦成為發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮氖袌鲋唬?023年中國合成生物學市場規(guī)模約11.5億美元，預計未來將以23%的增長率增長，綜合以上數(shù)據(jù)，預計2029年中國合成生物學市場規(guī)模將達到40億美元。

更多本行業(yè)研究分析詳見前瞻產業(yè)研究院《中國合成生物學行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》。

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