2024年中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之——合成生物產(chǎn)業(yè)全景圖譜(附產(chǎn)業(yè)規(guī)模、區(qū)域分布、企業(yè)布局和技術(shù)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(jià)值鏈及各環(huán)節(jié)毛利率分布;合成生物產(chǎn)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(chǎn)業(yè)工藝優(yōu)勢(shì);合成生物技術(shù)全景圖等

產(chǎn)業(yè)概述篇：合成生物產(chǎn)業(yè)鏈全景及價(jià)值鏈分布

——合成生物產(chǎn)業(yè)界定概述

合成生物學(xué)的思想最早出現(xiàn)在1978年波蘭遺傳學(xué)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(xué)”(Synthetic Biology)作為論文題目并發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊上，他用“合成生物學(xué)”描述通過重組基因組技術(shù)改造的細(xì)菌仍然能夠正常存活這一現(xiàn)象。2000年，庫爾等學(xué)者在美國化學(xué)年會(huì)上再一次用“合成生物學(xué)”描述生物系統(tǒng)中非天然存在的功能性有機(jī)分子的合成，至此合成生物學(xué)的概念才被學(xué)術(shù)界公認(rèn)并開始受到關(guān)注，但此時(shí)的合成生物學(xué)只是遺傳工程的延續(xù)，并未獨(dú)立發(fā)展。

現(xiàn)在的合成生物學(xué)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(xué)手段拼裝、搭建一個(gè)自然界中根本沒有的生命體系。因此，合成生物學(xué)是一門以工程學(xué)思想為指導(dǎo)、多學(xué)科結(jié)合的新興領(lǐng)域，通過一系列重新設(shè)計(jì)與技術(shù)改造生物體或細(xì)胞以使其具有新的能力，在此過程中設(shè)計(jì)與構(gòu)建一系列新的標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件、組件與系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)理想的生物制造能力。利用合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建微生物細(xì)胞工廠，可實(shí)現(xiàn)廉價(jià)原料到高價(jià)值化學(xué)品的高效生產(chǎn)，且生產(chǎn)過程清潔環(huán)保，具有巨大市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

合成生物學(xué)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(xué)的本質(zhì)是讓細(xì)胞為人類工作生產(chǎn)想要的物質(zhì)。該技術(shù)突破自然進(jìn)化的限制，以“人工設(shè)計(jì)與編寫基因組”為核心，可針對(duì)特定需求從工程學(xué)角度設(shè)計(jì)構(gòu)建元器件或模塊。通過這些元器件對(duì)現(xiàn)有自然生物體系進(jìn)行改造和優(yōu)化，或者設(shè)計(jì)合成全新可控運(yùn)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(xué)“自上而下”的“分析”理念相結(jié)合，利用自然界中已有物質(zhì)的多樣性，構(gòu)建具有可預(yù)測(cè)和可控制特性的遺傳、代謝或信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的合成成分。

——合成生物產(chǎn)業(yè)鏈全景圖：核心內(nèi)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(xué)的核心內(nèi)容是生物元件、基因線路、基因組工程及代謝工程。生物技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)著合成生物學(xué)快速發(fā)展，顛覆性使能技術(shù)是支撐合成生物學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵，基因測(cè)序、基因編輯、基因合成、細(xì)胞設(shè)計(jì)、高通量篩選等技術(shù)的發(fā)展對(duì)合成生物學(xué)的發(fā)展有著重要的支撐和推動(dòng)作用，基因測(cè)序、DNA合成以及基因組編輯技術(shù)都是其核心使能技術(shù)。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(chǎn)業(yè)中游包括平臺(tái)搭建和產(chǎn)品制造，平臺(tái)型企業(yè)主要負(fù)責(zé)原料選擇和底盤細(xì)胞選擇及優(yōu)化，產(chǎn)品制造企業(yè)則在各種平臺(tái)基礎(chǔ)上生產(chǎn)具體的產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈的延伸，兼具平臺(tái)搭建和產(chǎn)品制造能力。

合成生物產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用廣泛，目前比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域包括醫(yī)療健康、工業(yè)化學(xué)品、農(nóng)業(yè)、食品和能源，隨著合成生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來其下游應(yīng)用領(lǐng)域有望進(jìn)一步擴(kuò)展。

目前，我國合成生物產(chǎn)業(yè)上游基礎(chǔ)技術(shù)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(tái)搭建及產(chǎn)品制造企業(yè)眾多，代表性企業(yè)包括藍(lán)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(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈分布：基因重組環(huán)節(jié)價(jià)值鏈較高

從合成生物產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的傳導(dǎo)的情況來看，合成生物行業(yè)上游涉及基因工程，底盤細(xì)胞等原材料生產(chǎn)，由于科研含量較高，研發(fā)周期較長(zhǎng)，毛利率普遍更高，初步統(tǒng)計(jì)底盤細(xì)胞生產(chǎn)及基因重組上市企業(yè)的毛利率高達(dá)75%以及80%;中游涉及合成生物技術(shù)平臺(tái)以及生物儀器的供應(yīng)，相對(duì)而言毛利率有所下降，分別約為40%及50%;下游應(yīng)用市場(chǎng)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(dá)到60%，而化工及食品行業(yè)的附加值則偏低。

產(chǎn)業(yè)政策篇：合成生物產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境解讀

——全球合成生物產(chǎn)業(yè)政策：中國合成生物產(chǎn)業(yè)起步相對(duì)較晚

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

——中國合成生物產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)政策匯總：政策推動(dòng)與規(guī)范并行

近年來，工信部、科技部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等多部門都陸續(xù)印發(fā)了支持、規(guī)范合成生物學(xué)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展政策，內(nèi)容涉及利用合成生物學(xué)促進(jìn)節(jié)能減排、加強(qiáng)基因測(cè)序技術(shù)研究、設(shè)立專項(xiàng)計(jì)劃重點(diǎn)支持合成生物學(xué)研究等。

——中國合成生物產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)規(guī)劃：推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新

《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》對(duì)合成生物學(xué)行業(yè)指導(dǎo)集中在生物技術(shù)創(chuàng)新、生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展兩個(gè)方面。要求加快發(fā)展高通量基因測(cè)序技術(shù)，不斷提高基因測(cè)序效率、降低測(cè)序成本。推動(dòng)合成生物學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，突破生物制造菌種計(jì)算設(shè)計(jì)、高通量篩選、高效表達(dá)、精準(zhǔn)調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)。在生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，發(fā)展合成生物學(xué)技術(shù)，探索研發(fā)“人造蛋白”等新型食品，實(shí)現(xiàn)食品工業(yè)迭代升級(jí)，降低傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)帶來的環(huán)境資源壓力。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展篇

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

1990年，“人類基因組計(jì)劃”在美國首先啟動(dòng)，中國在1999年加入該項(xiàng)計(jì)劃，并承擔(dān)相關(guān)工作，自2003年該計(jì)劃宣布完成。20世紀(jì)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(guān)機(jī)構(gòu)。進(jìn)入21世紀(jì)，華大基因作為國內(nèi)基因研究領(lǐng)域的頭部企業(yè)，組織了一系列研究活動(dòng)，推動(dòng)中國在基因研究領(lǐng)域的發(fā)展，2005年，華大基因牽頭中華協(xié)作組，承擔(dān)的10%國際人類基因組單體型圖計(jì)劃(HapMap)在《Nature》發(fā)表。2008年，中國第一個(gè)合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——中國科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立，標(biāo)志著中國合成生物學(xué)正式起步。2014年-2021年，基因測(cè)序快速發(fā)展，為合成生物學(xué)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，2019年以來深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院、國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心相繼成立，中國合成生物學(xué)行業(yè)進(jìn)入新階段。2022年后，合成生物學(xué)的研究成果已逐步應(yīng)用到下游領(lǐng)域;另一方面，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)持續(xù)向下游行業(yè)滲透，合成生物學(xué)的研究范式亦有所改變，當(dāng)前，由AI賦能的數(shù)字合成生物學(xué)將會(huì)是未來發(fā)展的重要方向之一。

——合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀：2023年市場(chǎng)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(xué)市場(chǎng)規(guī)模約9.37億美元，預(yù)計(jì)未來將以23%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，由此測(cè)算2023年中國合成生物學(xué)市場(chǎng)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(lǐng)域，均有企業(yè)布局

工具型企業(yè)是為合成生物學(xué)制造提供基因測(cè)序、基因合成等基礎(chǔ)技術(shù)支持、提供合成生物學(xué)儀器設(shè)備的企業(yè)，目前我國合成生物學(xué)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(xué)從生物的基因編輯，到產(chǎn)品和服務(wù)的商業(yè)化落地，這之間存在著超長(zhǎng)的技術(shù)鏈條。將實(shí)驗(yàn)室中能夠用于解決實(shí)際問題的研究轉(zhuǎn)化和擴(kuò)大，需要對(duì)多種方向的專業(yè)技術(shù)進(jìn)行密集而深度的整合，建立前所未有的基礎(chǔ)設(shè)施和方法流程。合成生物平臺(tái)類公司，扮演了“生物基解決方案”設(shè)計(jì)師和開發(fā)者的角色，致力于通過大量的數(shù)據(jù)積累，對(duì)菌株實(shí)現(xiàn)篩選與改造，打造一個(gè)高通量、自動(dòng)化的技術(shù)平臺(tái)，為傳統(tǒng)企業(yè)開拓新的價(jià)值領(lǐng)域。目前我國合成生物學(xué)行業(yè)代表性平臺(tái)型企業(yè)包括恩和生物、弈柯萊生物和酶賽生物。

產(chǎn)品型公司注重規(guī)模化生產(chǎn)，也就是發(fā)酵等后續(xù)環(huán)節(jié)，這類企業(yè)有明確的產(chǎn)品產(chǎn)線規(guī)劃，致力于在短期內(nèi)生產(chǎn)出具有一定規(guī)模、能夠獲取利潤(rùn)的終端產(chǎn)品。目前中國合成生物學(xué)行業(yè)產(chǎn)品型企業(yè)包括藍(lán)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(jìng)爭(zhēng)格局：凱賽生物、華恒生物等位于第一梯隊(duì)

從融資角度來看，目前合成生物學(xué)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(jīng)上市，從資金實(shí)力上來說最強(qiáng);藍(lán)晶微生物、弈柯萊、引航微生物融資輪次在B輪以后，資金實(shí)力稍弱，位于我國合成生物學(xué)第二梯隊(duì)，而其他企業(yè)融資輪次均在B輪及B輪以前，資金實(shí)力最弱，位于我國合成生物學(xué)企業(yè)第三梯隊(duì)。

——合成生物企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)路線：企業(yè)主要專注自身領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)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(jìng)爭(zhēng)路線來評(píng)估合成生物學(xué)領(lǐng)先企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展強(qiáng)度情況，不難看出合成生物學(xué)代表性企業(yè)當(dāng)前依舊處在發(fā)展自身，強(qiáng)化自身產(chǎn)品業(yè)務(wù)條線，擴(kuò)大經(jīng)營范疇的階段，主要專注自身領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)營，當(dāng)前依舊較少出現(xiàn)向產(chǎn)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(gè)省市出臺(tái)了合成生物學(xué)相關(guān)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(gè)省市出臺(tái)了合成生物學(xué)相關(guān)支持、規(guī)范類政策，內(nèi)容廣泛，主要從節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)藥產(chǎn)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(lǐng)域

2022年5月，我國出臺(tái)了《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展迎來歷史機(jī)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(xué)方向的規(guī)劃和布局，陸續(xù)出臺(tái)支持合成生物學(xué)產(chǎn)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(shù)產(chǎn)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(dāng)前，我國合成生物學(xué)產(chǎn)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(xué)產(chǎn)業(yè)鏈僅在我國東部沿海地帶形成了較大的規(guī)模。

產(chǎn)業(yè)技術(shù)篇

——合成生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點(diǎn)：合成生物是典型的交叉學(xué)科

合成生物是典型的交叉學(xué)科。從技術(shù)過程來看，經(jīng)歷了上游底盤設(shè)計(jì)、菌種構(gòu)建;中游的發(fā)酵條件優(yōu)化;以及下游的分離提取。當(dāng)中不僅運(yùn)用到了分子生物學(xué)技術(shù)、AI深度學(xué)習(xí)、高通量篩選等方法，還用到了發(fā)酵工藝放大、流體力學(xué)、分離提取制備等技術(shù)。

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

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

——合成生物技術(shù)全景圖：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在合成生物學(xué)中發(fā)揮了重要作用

總體來看，合成生物學(xué)技術(shù)主要由代謝工程學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)構(gòu)成，其中代謝工程學(xué)包括代謝通路優(yōu)化技術(shù)、代謝途徑模擬和模型構(gòu)建技術(shù)、基因工程技術(shù)以及代謝產(chǎn)物分離和純化技術(shù);而系統(tǒng)生物學(xué)包括了組學(xué)技術(shù)、生物信息學(xué)技術(shù)、細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)以及模式生物學(xué)技術(shù);除此之外，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)亦在合成生物學(xué)中發(fā)揮了重要作用，主要包括計(jì)算生物學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)和遺傳算法技術(shù)等。

趨勢(shì)前景篇

——發(fā)展趨勢(shì)：各領(lǐng)域未來產(chǎn)品將會(huì)充分涌現(xiàn)

合成生物學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要包括醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、食品、其他消費(fèi)品、能源環(huán)境等等，目前中國合成生物學(xué)行業(yè)已經(jīng)在部分領(lǐng)域取得較好的成果，部分領(lǐng)域發(fā)展較慢，具有明顯的層次化特點(diǎn)。如醫(yī)藥、化工領(lǐng)域發(fā)展基礎(chǔ)較好，未來仍充當(dāng)引領(lǐng)者的角色;農(nóng)業(yè)、食品領(lǐng)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(lǐng)域也將進(jìn)一步發(fā)展。總體而言，目前各大領(lǐng)域均處于發(fā)展初期，產(chǎn)品類型較少，未來產(chǎn)品將會(huì)充分涌現(xiàn)。

——發(fā)展前景：預(yù)計(jì)到2029年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到40億美元

當(dāng)前，我國合成生物學(xué)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(chǎng)持續(xù)擴(kuò)張的情況下，中國亦成為發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮氖袌?chǎng)之一，2023年中國合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模約11.5億美元，預(yù)計(jì)未來將以23%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，綜合以上數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2029年中國合成生物學(xué)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到40億美元。

更多本行業(yè)研究分析詳見前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國合成生物學(xué)行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》。

同時(shí)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院還提供產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)招商、產(chǎn)業(yè)圖譜、智慧招商系統(tǒng)、行業(yè)地位證明、IPO咨詢/募投可研、專精特新小巨人申報(bào)、十五五規(guī)劃等解決方案。如需轉(zhuǎn)載引用本篇文章內(nèi)容，請(qǐng)注明資料來源（前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）。

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