合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)生態(tài)覆蓋面龐大，不同技術(shù)和產(chǎn)業(yè)落地方向多元，且都有相當(dāng)?shù)氖袌鲆?guī)模。基于此，可以將整個(gè)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈分為大致的上、中、下游。

上游聚焦使能技術(shù)的開發(fā)，包括讀-寫-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)顛覆及提效降本。

中游是對生物系統(tǒng)及生物體進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造的技術(shù)平臺(tái)，核心技術(shù)為路徑開發(fā)，注重合成路線的選擇以及技術(shù)上跑通(如底盤細(xì)胞選擇及改造、培養(yǎng)條件優(yōu)化、純化方法開發(fā)等)，與下游企業(yè)相比，更強(qiáng)調(diào)技術(shù)平臺(tái)的通用性，潛在具備CRO屬性。

下游則涉及人類衣食住行方方面面的應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)品落地，核心技術(shù)在于大規(guī)模生產(chǎn)的成本、批間差及良品率等的把控，與中游企業(yè)相比，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。其中在大規(guī)模生產(chǎn)上，潛在具備CDMO屬性。

嚴(yán)格來說，合成生物中下游企業(yè)之間并無明確界限，但與中游企業(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?，F(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。

1.4合成生物學(xué)的應(yīng)用

合成生物學(xué)的發(fā)展帶來了一大批行業(yè)應(yīng)用場景，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境等多個(gè)方面。

據(jù)波士頓咨詢在2022年發(fā)布的報(bào)告，預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)，醫(yī)療健康、醫(yī)美、化工、農(nóng)業(yè)、食品等各行業(yè)將陸續(xù)受到影響，最后是采礦、能源和建筑等行業(yè)。

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)療健康領(lǐng)域的合成生物學(xué)終端產(chǎn)品市場規(guī)模為 23.3 億美元，占下游終端產(chǎn)品市場的 50%；預(yù)計(jì)到2026年該市場規(guī)模將達(dá)到53.5億美元，占比為31%，隨著合成生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，食品飲料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，但醫(yī)藥仍有望是是第一大終端產(chǎn)品市場。

本報(bào)告將在接下來各章，分別探討合成生物學(xué)各細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)與產(chǎn)業(yè)前景。

二、醫(yī)藥篇：創(chuàng)新重要抓手，原料藥企快速切入

市場上表現(xiàn)活躍的合成生物學(xué)概念股中，有不少屬于原料藥制造企業(yè)。此類公司憑借在原料藥、中間體生產(chǎn)方面形成的技術(shù)和產(chǎn)能優(yōu)勢，快速切入合成生物學(xué)賽道。

事實(shí)上，生物醫(yī)藥本身也是合成生物學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，并被認(rèn)為是合成生物學(xué)較具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

“醫(yī)藥企業(yè)向合成生物學(xué)轉(zhuǎn)型的最大動(dòng)力還在于，在政策引導(dǎo)和外部環(huán)境變化的雙重壓力下，傳統(tǒng)的利潤空間已經(jīng)被壓到了非常低的水平，企業(yè)只有走到創(chuàng)新的前列才有可能爭取更多的市場空間和市場溢價(jià)。”翰森制藥中樞神經(jīng)事業(yè)部市場總監(jiān)楊洋此前對第一財(cái)經(jīng)表示，在這樣的行業(yè)大背景之下，“不用新技術(shù)的醫(yī)藥產(chǎn)品注定會(huì)落后，這使得合成生物等一些正在迅速發(fā)展的新技術(shù)，成為藥企創(chuàng)新轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。”

2.1合成生物學(xué)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括兩大類

第一財(cái)經(jīng)在與醫(yī)藥行業(yè)從業(yè)人員交流過程中發(fā)現(xiàn)，目前部分創(chuàng)新藥企業(yè)對合成生物學(xué)的界定與常見定義并不一致。

據(jù)BCG與B Capital聯(lián)合推出的《中國合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》，合成生物學(xué)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括創(chuàng)新藥及創(chuàng)新療法、原料藥及中間體制造兩大類。其中，在創(chuàng)新藥領(lǐng)域的應(yīng)用又可以具體細(xì)分為細(xì)菌工程化改造、人工病毒/噬菌體和細(xì)胞基因治療。

但一位生物制品行業(yè)人士對第一財(cái)經(jīng)表示，國內(nèi)合成生物學(xué)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用更多是傳統(tǒng)化藥企業(yè)用于生產(chǎn)工藝的升級，通過將原有化學(xué)合成為主的生產(chǎn)方式改為生物合成，大幅降低成本并減少環(huán)境污染等問題，從而提升企業(yè)競爭力和盈利能力。

該人士稱，作為生物制藥企業(yè)，原本就是通過基因改造等先進(jìn)的生物技術(shù)進(jìn)行藥物生產(chǎn)，盡管技術(shù)上與合成生物有所交叉，但作為生物制藥企業(yè)運(yùn)用合成生物學(xué)并不旨在解決高成本和高污染等問題。

另一家CAR-T療法公司相關(guān)負(fù)責(zé)人也表示，并不認(rèn)為該公司現(xiàn)有細(xì)胞治療業(yè)務(wù)與合成生物有較為緊密的關(guān)聯(lián)，這與目前第三方關(guān)于合成生物概念的定義存在一定差異。

中科欣揚(yáng)研發(fā)總監(jiān)張巖峰則表達(dá)了另一種觀點(diǎn)，“合成生物學(xué)在新藥物和新療法的應(yīng)用上依然十分具有潛力。”他表示，隨著基因編輯技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，全球范圍內(nèi)合成生物學(xué)在創(chuàng)新藥領(lǐng)域的應(yīng)用也已漸趨成熟，有一些利用合成生物學(xué)技術(shù)將腸道菌群進(jìn)行改造，再注入體內(nèi)后參與部分疾病治療的療法已有項(xiàng)目進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。不過他同時(shí)也指出，由于國內(nèi)對于合成生物學(xué)應(yīng)用于食物、藥品等領(lǐng)域的監(jiān)管依然十分嚴(yán)格，國內(nèi)在這方面的研究進(jìn)展相對較慢。

2.2原料藥企與合成生物學(xué)一拍即合

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，國內(nèi)從事化藥原料藥/醫(yī)藥中間體生產(chǎn)等對降本增效訴求強(qiáng)烈的藥企的確更早在合成生物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行布局，如川寧生物（301301.SZ）等行業(yè)代表性企業(yè)均已形成規(guī)?？捎^的合成生物學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。而在前端藥物研發(fā)領(lǐng)域，由于細(xì)菌工程化改造、人工病毒/噬菌體等技術(shù)的研究尚處于概念驗(yàn)證階段，仍有待于技術(shù)的持續(xù)突破以及政策的進(jìn)一步支持。

中國是全球原料藥、中間體的最大供應(yīng)國，在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要地位。據(jù)仿制藥協(xié)會(huì)分析，中國原料藥企業(yè)數(shù)量占全球48%，產(chǎn)能占比30%。此外，中國的中間體產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的80%。

但由于多數(shù)企業(yè)依然停留在上游低附加值環(huán)節(jié)，國內(nèi)原料藥企業(yè)整體盈利能力并不強(qiáng)，加上2018年我國開始征收環(huán)境保護(hù)稅，環(huán)境污染較為嚴(yán)重的化藥原料藥盈利空間被持續(xù)壓縮。

當(dāng)前全球需求整體不振，多數(shù)原料藥價(jià)格處于歷史低位，使得原本不高的企業(yè)毛利率加速下滑，控制成本成為國內(nèi)原料藥企業(yè)穩(wěn)定盈利能力的重要手段。華創(chuàng)證券表示，盡管地緣政治對全球原料藥產(chǎn)業(yè)鏈分工帶來一定擾動(dòng)，但成本依然是原料藥行業(yè)競爭的首要因素。

在合成生物學(xué)的推動(dòng)下，原本原料藥、中間體的制造工藝將逐步由動(dòng)植物提取、化學(xué)合成或微生物發(fā)酵向酶法工藝、細(xì)胞工程過度。一些原有合成方式下成本較高、制備難度較大，但擁有較大市場需求的原料藥品種，有望通過合成生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)效率、節(jié)能減排等方面的較大提升，從而幫助企業(yè)形成更強(qiáng)的成本優(yōu)勢，這成為目前原料藥企業(yè)更熱衷于布局合成生物學(xué)的重要原因。

2.3合成生物原料藥市場重要參與者

目前國內(nèi)主要的大宗原料藥品種以抗生素、維生素、氨基酸、激素類藥物等為主，由于技術(shù)門檻較低，競爭激烈，毛利率也相對更較低，企業(yè)對于進(jìn)一步控制成本的需求更為強(qiáng)烈。也因此，有一批原料藥上市公司較早以前以自建方式對合成生物學(xué)進(jìn)行研究，并率先形成規(guī)模化效應(yīng)，幫助企業(yè)在細(xì)分賽道建立了競爭優(yōu)勢。

與此同時(shí)，隨著近年來合成生物學(xué)概念的快速興起，更多公司選擇以對外合作的方式，例如引入專業(yè)平臺(tái)公司或與科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，從而在較短時(shí)間內(nèi)切入賽道，同樣獲得了一定競爭優(yōu)勢。

A股公司中，川寧生物是科倫藥業(yè)（002422.SZ）旗下原料藥、醫(yī)藥中間體生產(chǎn)商，主營業(yè)務(wù)為抗生素中間體，其中青霉素類中間體、頭孢類中間體及硫氰酸紅霉素產(chǎn)能處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

近年來，該公司大力布局合成生物學(xué)，短期內(nèi)已有紅沒藥醇、5-羥基色氨酸、麥角硫因、依克多因等多個(gè)產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)、銷售階段，是國內(nèi)首批實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品交付的合成生物學(xué)企業(yè)。

該公司表示，接下來的中期產(chǎn)品已聚焦氨基酸類、維生素類等需求量大、產(chǎn)值高的產(chǎn)品領(lǐng)域進(jìn)行了針對性的布局。同時(shí)，將利用合成生物學(xué)技術(shù)和AI技術(shù)來對現(xiàn)有的抗生素中間體生產(chǎn)菌種進(jìn)一步改造，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、提質(zhì)增效。

賽托生物（300583.SZ）是國內(nèi)甾體藥物原料的龍頭供應(yīng)商，也是國內(nèi)首家規(guī)模化采用合成生物法制取甾體藥物原料的生產(chǎn)商，早在2011年就運(yùn)用基因工程以及合成生物法實(shí)現(xiàn)了對雄烯二酮等甾體原料五大母核系列的覆蓋，用于開發(fā)糖皮質(zhì)激素類、性激素類、孕激素類和蛋白同化激素類甾體藥物

憑借合成生物、菌種改造等工藝的持續(xù)發(fā)展，該公司還依靠技術(shù)優(yōu)勢提升了高毛利、高附加值的高端中間體銷售比例，持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和盈利能力。中郵證券認(rèn)為，隨著甾體藥物行業(yè)集中度的逐步提升，賽托生物甾體中間體業(yè)務(wù)有望實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)增長，在細(xì)分領(lǐng)域的龍頭地位有望持續(xù)鞏固。

三、美護(hù)篇：助力突破原料瓶頸，國內(nèi)企業(yè)大力拓展商用

原料是美妝個(gè)護(hù)產(chǎn)品的靈魂，一款美護(hù)產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)功效并獲得市場認(rèn)可，配方中必須要有能夠起效的功效原料，如煙酰胺、二裂酵母、玻色因等，皆因在美護(hù)方面能夠?qū)崿F(xiàn)較為均衡的效果而備受消費(fèi)者及各大品牌青睞。

近年來國產(chǎn)美護(hù)品牌逐漸崛起，但產(chǎn)品原料的限制依然存在。長期以來我國美護(hù)產(chǎn)品原料的80%源自進(jìn)口，本土品牌在產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新上始終處于被動(dòng)局面。“國內(nèi)企業(yè)開始做自研原料也就是最近10年左右的事情，做得比較多的是植物提取，整體來看，近幾年美護(hù)產(chǎn)品原料市場依舊是外資品牌主導(dǎo)。”中科欣揚(yáng)研發(fā)總監(jiān)張巖峰告訴第一財(cái)經(jīng)。

原料的限制使得國內(nèi)美護(hù)產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，行業(yè)競爭持續(xù)激烈，合成生物學(xué)的應(yīng)用為行業(yè)創(chuàng)新帶來更多可能，有望推動(dòng)國內(nèi)美護(hù)市場迎來洗牌契機(jī)。

3.1合成生物學(xué)有助突破美護(hù)原料瓶頸

作為近年來快速發(fā)展的新興技術(shù)，合成生物學(xué)的加持不僅可以使美護(hù)產(chǎn)品在安全性、生產(chǎn)效率等方面有較大的提升，同時(shí)新的合成工藝也可以使原料實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)無法達(dá)到的功效。

華熙生物（688363.SH）相關(guān)負(fù)責(zé)人對第一財(cái)經(jīng)表示，合成生物學(xué)方法生產(chǎn)的化妝品原料來源于可再生、天然生物質(zhì)資源，主要通過基因編輯技術(shù)獲取和創(chuàng)造人類生命健康需要的各種物質(zhì)，因此安全性和生物相容性更高。特別是對于敏感肌膚和醫(yī)美后創(chuàng)口期的消費(fèi)者來說，合成生物學(xué)方法生產(chǎn)的原料更加安全溫和，能在發(fā)揮較強(qiáng)功效的同時(shí)，減少傳統(tǒng)方法可能產(chǎn)生的安全隱患和生物相容性差的問題。

該負(fù)責(zé)人還表示，傳統(tǒng)的美護(hù)產(chǎn)品原料生產(chǎn)多依賴于動(dòng)植物提取或化學(xué)合成，這些方法不僅效率低、成本高，而且可能對環(huán)境造成負(fù)面影響。合成生物學(xué)通過改造微生物底盤細(xì)胞，能夠以安全環(huán)保的方式定向生產(chǎn)高質(zhì)量化妝品原料，使生產(chǎn)過程環(huán)保和可持續(xù)的同時(shí)，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率，降低了成本。

“麥角硫因是合成生物法替代化學(xué)合成最經(jīng)典的案例。”張巖峰介紹道，“以往化學(xué)合成制造的麥角硫因單價(jià)約為2000萬一公斤，現(xiàn)在使用合成生物技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，價(jià)格已下降至一萬元一斤甚至更低。”他認(rèn)為，結(jié)合麥角硫因的案例來看，目前降本增效依然是合成生物學(xué)在化妝品領(lǐng)域應(yīng)用最核心的目標(biāo)之一。

已有越來越多美護(hù)品牌，尤其是國內(nèi)品牌開始布局合成生物技術(shù)，以生物合成法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的動(dòng)植物提取等方法已逐漸成為行業(yè)發(fā)展趨勢，同時(shí)美護(hù)行業(yè)也正成為合成生物重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

據(jù)CB Insights 和 B Capital 測算，至2028年合成生物在消費(fèi)品牌領(lǐng)域市場規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到36億美元，預(yù)計(jì)2023-2028年年均增長37%，占比約7.2%。

3.2商業(yè)化過程依然面臨挑戰(zhàn)

合成生物學(xué)在美護(hù)產(chǎn)品領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景，但從物質(zhì)合成，到功效確認(rèn)，再到商業(yè)化生產(chǎn)，諸多環(huán)節(jié)依然面臨著限制和挑戰(zhàn)。

華熙生物上述負(fù)責(zé)人表示，合成生物學(xué)主要通過改造微生物底盤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)化妝品原料的定向生產(chǎn)，雖然這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在DNA合成、基因編輯、代謝工程等方面取得了進(jìn)展，但在提高合成的精確性和合成效率方面依然面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，例如，如何確保基因編輯的精確性、如何提高代謝途徑的效率和穩(wěn)定性等。該負(fù)責(zé)人表示，生命體系極其復(fù)雜，涉及眾多的基因、蛋白質(zhì)、代謝途徑等。要完全模擬或合成一個(gè)生命系統(tǒng)，需要深入理解其復(fù)雜性和相互作用，這是目前科學(xué)尚未能完全達(dá)到的水平。

對此，張巖峰也表示，相對于物質(zhì)合成，化妝品新原料的商業(yè)化過程中可能遇到更多的困難。

“一些具有高價(jià)值的物質(zhì)，比如紫杉醇等，可能會(huì)吸引很多研究者的關(guān)注，得出的合成路徑也會(huì)很多，這樣利用合成生物技術(shù)去推動(dòng)這一原料的商業(yè)化生產(chǎn)，所需周期就很短。”他表示，在化妝品領(lǐng)域，對于新物質(zhì)的關(guān)注度就沒有那么高，光甘草定等一些篩選出的全新物質(zhì)，雖然在美白等方面功效十分出眾，但是其合成途徑尚需要科研人員從頭去解析并確定商業(yè)化生產(chǎn)工藝，最少需要五年以上的時(shí)間，“在化妝品這樣一個(gè)高度內(nèi)卷的賽道，誰也無法保證五年以后這一物質(zhì)是否還會(huì)受到消費(fèi)者和品牌的青睞，這時(shí)候研究就會(huì)陷入停滯。”

除此之外，合成生物企業(yè)還可能面臨諸如產(chǎn)品功效確認(rèn)、行業(yè)資質(zhì)認(rèn)證等一系列進(jìn)入壁壘。其中，如何判斷所合成物質(zhì)具有的價(jià)值是一個(gè)系統(tǒng)性的過程，需要通過對物質(zhì)進(jìn)行功效評估和市場接受度兩方面來進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、市場調(diào)研和競品分析等一系列復(fù)雜的手段。

不過，華熙生物在這方面已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成果。張巖峰稱，華熙生物通過直接運(yùn)營自有品牌，極大程度縮短了反饋的鏈條，能對客戶需求作出及時(shí)響應(yīng)，因此在C端市場獲得了很好的回報(bào)，“目前來看還沒有幾家企業(yè)能真正做到這一步。”

3.3國內(nèi)政策支持力度加大

政策層面上，2021年以來，我國對于化妝品原料創(chuàng)新的支持力度開始持續(xù)加大。

2021年5月，國家藥品監(jiān)督管理局發(fā)布的《化妝品新原料注冊備案資料管理規(guī)定》開始實(shí)施，由過去的“審批制”變?yōu)?ldquo;備案制”，僅對高風(fēng)險(xiǎn)新原料實(shí)施注冊管理。

此前在2004年至2021年4月，僅14個(gè)新原料獲批，并且其中6個(gè)是在2021年下半年完成備案。隨著新原料備案的放開，品牌企業(yè)在原料創(chuàng)新方面的積極性持續(xù)高漲，2022年至2023年累計(jì)有111個(gè)新原料完成備案，其中2023年提交備案的新原料數(shù)量達(dá)到69個(gè)。根據(jù)最新數(shù)據(jù)，截至2024年上半年，提交備案的新原料數(shù)量已達(dá)到46個(gè)，較去年同期增長近90%，且國內(nèi)企業(yè)占比依然維持在78%以上。

地方層面對于合成生物在美護(hù)產(chǎn)品原料領(lǐng)域應(yīng)用的支持力度也在持續(xù)加大。2023年9月，北京市商務(wù)局等9部門印發(fā)《關(guān)于支持美麗健康產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施》，其中提出支持化妝品新原料創(chuàng)新研發(fā)及應(yīng)用，鼓勵(lì)企業(yè)基于生物工程學(xué)、皮膚科學(xué)等科技成果，開發(fā)高品質(zhì)生物技術(shù)、化學(xué)新原料，并將對注冊備案化妝品新原料的企業(yè)、取得新功效化妝品注冊證的企業(yè)，分別給予獎(jiǎng)勵(lì)。

同一時(shí)間，杭州市政府印發(fā)了《支持合成生物產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施》，提出重點(diǎn)支持化妝品原料研發(fā)，并將對成功注冊或備案的合成生物化妝品新原料給與一定的資金獎(jiǎng)勵(lì)。

在一系列政策以及市場的雙重驅(qū)動(dòng)下，本土企業(yè)通過合成生物技術(shù)加快化妝品原料研發(fā)和創(chuàng)新的趨勢有望延續(xù)，從而持續(xù)推動(dòng)行業(yè)快速發(fā)展。

3.4國內(nèi)企業(yè)展開布局

合成生物在美護(hù)領(lǐng)域的樂觀應(yīng)用前景，使其越來越受到資本關(guān)注，相關(guān)企業(yè)也獲得眾多投資機(jī)構(gòu)追捧。

SynBioCon統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年12月10日，國內(nèi)共有52家合成生物學(xué)相關(guān)企業(yè)共完成了累計(jì)57起融資/募資事件，涉及美護(hù)項(xiàng)目的有近20個(gè)，其中，藍(lán)晶微生物在B4輪獲得融資規(guī)模超4億元。據(jù)了解，該公司主要利用合成生物技術(shù)幫助消費(fèi)品、食品、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等行業(yè)的B端客戶在行業(yè)內(nèi)開展差異化競爭，項(xiàng)目主要涉及生物可降解材料PHA、再生醫(yī)學(xué)材料、美妝新功能成分、新型食品添加劑、工程益生菌等。

上市公司中，也有越來越多企業(yè)布局合成生物在美護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

華熙生物在國內(nèi)合成生物領(lǐng)域處于第一陣營，2018年起該公司就將合成生物作為底層技術(shù)，致力于化妝品原料的開發(fā)?；诩夹g(shù)平臺(tái)優(yōu)勢，該公司在透明質(zhì)酸領(lǐng)域取得成功之后，還先后推出了麥角硫因、重組III型膠原蛋白等多款新原料。同時(shí)，該公司目前還建成了全球最大的中試轉(zhuǎn)化平臺(tái)，為新產(chǎn)品的商業(yè)化能力提供保障。該公司表示，未來將繼續(xù)圍繞功能糖、氨基酸、蛋白質(zhì)、多肽、核苷酸和天然活性化合物六大類物質(zhì)，全面布局生物活性物質(zhì)產(chǎn)業(yè)體系，深耕功能性護(hù)膚品及功能性食品等消費(fèi)領(lǐng)域。

巨子生物（02367.HK）于2009年在全球率先實(shí)現(xiàn)重組膠原蛋白護(hù)膚品產(chǎn)品的量產(chǎn)，目前重組膠原蛋白和稀有人參皂苷的年產(chǎn)能分別達(dá)到10880千克和630千克，均為全球最高水平。該公司旗下?lián)碛锌蓮?fù)美、可麗金、欣苷等品牌，涵蓋功效性護(hù)膚品、醫(yī)療器械、功能性食品及特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品三大產(chǎn)業(yè)方向。

錦波生物（832982.BJ）是國內(nèi)重組人源化膠原蛋白的頭部企業(yè)之一，該公司成功研發(fā)了重組III型人源化膠原蛋白，并開發(fā)了三類醫(yī)療器械產(chǎn)品“重組Ⅲ型人源化膠原蛋白凍干纖維”，產(chǎn)品于2021年6月獲得國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市，用于面部皺紋糾正。2023年，得益于重組人源化膠原蛋白為核心成分的植入劑產(chǎn)品銷售額大幅增長，錦波生物全年?duì)I收和歸母凈利潤同比分別增長99.96%和174.60%。

四、食品篇：監(jiān)管趨于改善，應(yīng)用前景廣闊

合成生物在食品領(lǐng)域的應(yīng)用被寄予厚望，不過從商業(yè)化情況來看，合成生物在食品領(lǐng)域的發(fā)展相對緩慢。這其中有法律法規(guī)嚴(yán)格管控的政策因素，也有民眾接受度相對較低等一些市場因素的存在。

對于行業(yè)發(fā)展前景，市場研究機(jī)構(gòu)依然表示樂觀。CB Insights數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)，到2028年，食品將成為合成生物領(lǐng)域僅次于醫(yī)療健康的第二大應(yīng)用，市場規(guī)模有望超過120億美元。

合成生物在食品領(lǐng)域的應(yīng)用潛力究竟體現(xiàn)在哪些方面？行業(yè)現(xiàn)階段面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？相關(guān)企業(yè)又該如何在其中找到生存發(fā)展之道？

4.1應(yīng)用前景具有想象空間

隨著人口數(shù)量的持續(xù)增長，以及可持續(xù)發(fā)展需求的提升，合成生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用潛力備受關(guān)注。

北京綠色康成生物技術(shù)有限公司總經(jīng)理陳家琦表示，合成生物在食品領(lǐng)域應(yīng)用的最大優(yōu)勢，是可以連續(xù)高效地進(jìn)行生產(chǎn)，更少受到環(huán)境變化、土地條件等因素的干擾；其次，合成生物技術(shù)生產(chǎn)的食品相對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)對資源的消耗和環(huán)境的污染更少，通過減少使用農(nóng)藥、抗生物素等生化藥劑，食品生產(chǎn)過程更為安全可控；最后，可以快速擴(kuò)產(chǎn)也是合成生物食品的一大優(yōu)勢，尤其在面對供應(yīng)短缺甚至突發(fā)災(zāi)害的情況下，工業(yè)化生產(chǎn)的合成生物食品可以迅速彌補(bǔ)需求缺口。

合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要有兩大類，一種是生產(chǎn)替代蛋白，即通過合成生物技術(shù)獲得非動(dòng)物來源的蛋白質(zhì)，主要應(yīng)用方向包括人造肉等；另一種則是用于食品添加劑、食品原料等的生產(chǎn)。

按照不同技術(shù)路徑和實(shí)現(xiàn)難度，替代蛋白分為植物蛋白、發(fā)酵蛋白和細(xì)胞培養(yǎng)蛋白，其中，通過細(xì)胞培養(yǎng)獲得的動(dòng)物蛋白更具市場前景，但目前工藝尚不成熟，由于成本和口感等問題，市場接受度也較低，尚處于商業(yè)化早期階段。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，由動(dòng)物細(xì)胞直接培養(yǎng)的替代蛋白要到2032年才能與相對昂貴的牛肉形成成本平價(jià)，之后才有望啟動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn)。

相比之下，基于大豆蛋白和豌豆蛋白研發(fā)的植物基蛋白在2023年就已實(shí)現(xiàn)與肉類生產(chǎn)成本持平，現(xiàn)階段商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展較快，如全球人造肉品牌Impossible Meat的素食漢堡肉相關(guān)產(chǎn)品已獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)入零售市場。據(jù)波士頓咨詢公司（BCG）分析，2025-2030年，植物蛋白市場年復(fù)合增長率有望達(dá)到16%左右，到2030年，植物蛋白市場消費(fèi)量為5000萬噸左右，

根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部預(yù)測，到2030年時(shí)，全球肉類消費(fèi)水平將達(dá)到3.58億噸。以植物肉為代表的合成生物替代蛋白在成本下降后，有望在人類蛋白供應(yīng)中扮演越來越重要的角色。

相比于替代蛋白，當(dāng)前合成生物在食品原料、食品添加劑領(lǐng)域的應(yīng)用落地更快，是現(xiàn)階段合成生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的主流應(yīng)用。

食品添加劑和食品原料包括營養(yǎng)強(qiáng)化劑、抗氧化劑、甜味劑、著色劑、新食品原料、功能性配料等多種物質(zhì)。在現(xiàn)代食品工業(yè)中，隨著全球食品飲料市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)容，對食品添加劑的需求不斷增長。

泰信基金研究員張振卓表示，相比傳統(tǒng)的化學(xué)法和發(fā)酵法，生物法食品添加劑在食品安全方面更有保障，在生產(chǎn)效率和創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)方面也更具優(yōu)勢。

據(jù)介紹，目前合成生物技術(shù)生產(chǎn)的食品添加物質(zhì)，既有L-丙氨酸、維生素E、番茄紅素等依靠動(dòng)植物提取或化學(xué)法合成能夠獲得并已被應(yīng)用于食品領(lǐng)域的產(chǎn)品，也包括HMO（低聚母乳糖）、赤蘚糖醇等原先無法合成的新產(chǎn)品，其中，HMO作為創(chuàng)新的營養(yǎng)強(qiáng)化配料，是當(dāng)前合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域相對有潛力的探索成果之一。

陳家琦也表示，在消費(fèi)品領(lǐng)域，尤其是在功能性營養(yǎng)品這樣一個(gè)細(xì)分賽道，消費(fèi)者對于創(chuàng)新原料的接受度更高，而對價(jià)格的敏感度更低。在強(qiáng)大技術(shù)的背書下，合成生物學(xué)開發(fā)的食品原料更容易得到認(rèn)可。

目前在全球范圍內(nèi)，帝斯曼是從傳統(tǒng)化學(xué)合成向生物合成轉(zhuǎn)型最成功的龍頭企業(yè)。2021年以來，生物基生產(chǎn)或從自然界提取的營養(yǎng)添加劑占該公司收入超過50%以上。

隨著帝斯曼等龍頭的多個(gè)食品添加劑專利陸續(xù)到期，國內(nèi)合成生物企業(yè)近年來逐漸在ARA（花生四烯酸）、蘋果酸、1.3丙二醇等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，華恒生物（688639.SH）、嘉必優(yōu)（688089.SH）為首的上市公司，以及綠色康成等初創(chuàng)企業(yè)迎來了重大發(fā)展機(jī)遇。

對于這一賽道的需求前景，陳家琦表示，2017年發(fā)布的國民營養(yǎng)計(jì)劃（2017-2030年）明確表達(dá)了對于保健食品、營養(yǎng)強(qiáng)化食品等新型營養(yǎng)健康食品的認(rèn)可和支持。目前國內(nèi)功能性食品的市場規(guī)模已突破6000億元，以合成生物學(xué)為基礎(chǔ)的功能性食品、營養(yǎng)強(qiáng)化食品未來的需求空間還是非常廣闊的。

4.2謹(jǐn)慎審批延緩應(yīng)用落地

我國對于食品安全高度重視，對于食品添加劑等產(chǎn)品審批嚴(yán)格，張振卓認(rèn)為，這在客觀上延緩了合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用速度。

“在食品應(yīng)用領(lǐng)域，涉及基因修飾微生物生產(chǎn)工藝的合成生物學(xué)產(chǎn)品，需要經(jīng)過農(nóng)業(yè)部、衛(wèi)健委等不同部委的安全認(rèn)證和審批之后，才能夠進(jìn)入市場。” 陳家琦向第一財(cái)經(jīng)介紹稱，這個(gè)過程中需要經(jīng)過大量的安全測試和審查，時(shí)間周期大約在1-2年。

此外合成生物食品在國內(nèi)還缺乏相匹配的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)工藝認(rèn)證，陳家琦表示，“如果要獲得食品及食品添加劑的生產(chǎn)許可證，企業(yè)就一定要遵循國家頒布的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及符合規(guī)定的生產(chǎn)工藝，但對于合成生物食品來說，其新型的生產(chǎn)工藝尚沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)可匹配，這就對生產(chǎn)許可證的申請?jiān)斐闪司薮蟮恼系K。”

通常國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定需要征詢業(yè)界廣泛的意見，對合成生物食品行業(yè)而言，要想打破發(fā)展瓶頸可能還需要一定時(shí)間的等待。不過陳家琦也透露，針對當(dāng)前行業(yè)現(xiàn)狀，已有相關(guān)機(jī)構(gòu)在積極推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的更新工作，并且已經(jīng)形成了明確的工作計(jì)劃，“目前合成生物在新食品添加劑領(lǐng)域的審批路徑已經(jīng)打通，后續(xù)其他細(xì)分領(lǐng)域的相關(guān)工作也在加快推進(jìn)，有望為合成生物食品推向市場奠定基礎(chǔ)。”

據(jù)悉，2023年10月7日，國家衛(wèi)生健康委員會(huì)批準(zhǔn)了2'-巖藻糖基乳糖和乳糖-N-新四糖作為食品添加劑新品種，用于嬰幼兒配方奶粉、調(diào)制乳粉（兒童用）以及特殊醫(yī)學(xué)嬰兒食品。同時(shí)，還有兩種HMOs正在征求意見中。

對此張振卓樂觀表示：“HMOs的獲批標(biāo)志著我國合成生物學(xué)食品原料監(jiān)管政策正在推進(jìn)，未來合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼜V泛的認(rèn)可和應(yīng)用 。”

4.3商業(yè)化待打破“規(guī)模-成本悖論”

基于更為嚴(yán)格的安全監(jiān)管，國內(nèi)合成生物食品原料及添加劑在商業(yè)化生產(chǎn)方面仍面臨挑戰(zhàn)。

根據(jù)國家相關(guān)法規(guī)要求，應(yīng)用于食品領(lǐng)域的相關(guān)原材料必須單獨(dú)建立更高安全標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)線，不能與其他工業(yè)品共線生產(chǎn)。這意味著合成生物企業(yè)在對市場多樣性需求快速反應(yīng)的同時(shí)，還需要針對同一類原料建立不同標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)線。陳家琦表示，這對于合成生物企業(yè)，尤其是初創(chuàng)企業(yè)而言，是一筆不小的開支，對企業(yè)拓展產(chǎn)品應(yīng)用形成了一定的阻礙。

除了產(chǎn)能建設(shè)，品牌建設(shè)、銷售團(tuán)隊(duì)搭建等方面也需要企業(yè)投入大量資源。據(jù)介紹，目前合成生物企業(yè)在市場銷售方面的投入普遍要達(dá)到整體運(yùn)營資金的20%-25%左右，一些To C的企業(yè)可能比例會(huì)更高。

具體到不同合成生物食品的商業(yè)化過程，部分新產(chǎn)品還面臨特殊問題。“商業(yè)化是打開下游應(yīng)用場景的核心，對大多數(shù)以產(chǎn)品為主的合成生物學(xué)公司來說，主要問題是‘規(guī)模-成本悖論’。” 張振卓表示，對于新產(chǎn)品而言，更低的價(jià)格和穩(wěn)定的供應(yīng)是下游客戶愿意嘗試的基礎(chǔ)，但規(guī)模起量需要足夠的商業(yè)化作為支持，也就是說必須有足夠的需求來支撐大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

不過他也表示，由于食品添加劑和營養(yǎng)品等領(lǐng)域市場空間足夠大，并且消費(fèi)者在價(jià)格方面相對不敏感，有利于合成生物學(xué)企業(yè)打破“規(guī)模-成本悖論”。“如果有合適的合成生物學(xué)技術(shù)或者新產(chǎn)品，并且有穩(wěn)定、成本相對低的供應(yīng)，合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域可能會(huì)有很大的發(fā)展空間。”

五、化工篇：成本優(yōu)勢突出，產(chǎn)業(yè)體量有巨大提升空間

由于生產(chǎn)過程更為環(huán)保，且對石油等自然資源依賴較少，用生物法替代化學(xué)法制造大宗化工品原料，一直是合成生物學(xué)應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。CB Insights預(yù)計(jì)，2023年全球合成生物市場中，化學(xué)工業(yè)市場規(guī)模達(dá)到34億美元，占比近20%。

相比于傳統(tǒng)的化工法，以合成生物為基礎(chǔ)的生物法使用可再生原料，酶法或發(fā)酵法等生物制造工藝的反應(yīng)條件更為溫和，因此研發(fā)及后期制造過程中的二氧化碳、廢水等污染物排放大幅減少，同時(shí)也降低了對于石油等石化資源的依賴和消耗。選擇生物制造的化工品，正成為企業(yè)應(yīng)對區(qū)域環(huán)保準(zhǔn)入門檻時(shí)的重要策略之一。

值得注意的是，目前合成生物可合成的大宗化工品數(shù)量仍相對有限，產(chǎn)業(yè)體量相對于整體化學(xué)品仍有巨大提升空間。凱賽生物（688065.SH）董秘臧慧卿表示，目前合成生物的應(yīng)用還處于相對早期，尤其在大宗化工原料生產(chǎn)的應(yīng)用整體規(guī)模依然較小，因此所產(chǎn)生的節(jié)能減排等正向影響還未在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中明顯體現(xiàn)，未來隨著合成生物在各方面應(yīng)用的持續(xù)鋪開，以及大規(guī)模產(chǎn)能的逐步落地，它在環(huán)保方面的價(jià)值才會(huì)逐漸顯現(xiàn)。“什么時(shí)候合成生物工廠的產(chǎn)值可以和一家差不多規(guī)模的煉油廠達(dá)到同等水平，才真正意味著合成生物法在生物制造領(lǐng)域所展現(xiàn)出的價(jià)值，可以與化學(xué)法相抗衡。”

5.1成本優(yōu)勢為重要競爭力

化學(xué)原料成本控制一直是化工產(chǎn)業(yè)鏈中，企業(yè)提升產(chǎn)品競爭力的重要手段，而降本增效恰恰是合成生物學(xué)的另一個(gè)重要優(yōu)勢。相比一些化工法動(dòng)輒數(shù)十道合成工藝，只要培育出合適的菌群，合成生物法僅需簡單的幾步就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)原料的合成與生產(chǎn)，因此在工藝難度和成本上具有較為顯著的優(yōu)勢。

長鏈二元酸市場的易主，是生物法替代化學(xué)法的一個(gè)絕佳案例。該物質(zhì)作為長鏈尼龍、涂料、潤滑劑、增塑劑以及農(nóng)藥等領(lǐng)域的重要原材料，全球主要市場份額原先一直掌握在杜邦、英威達(dá)等企業(yè)手中。凱賽生物戰(zhàn)略發(fā)展總監(jiān)鄭倩介紹，依托合成生物等工藝優(yōu)勢，凱賽生物憑借更低的成本實(shí)現(xiàn)對化學(xué)法同類產(chǎn)品的市場替代成為全球化工品領(lǐng)域以生物法替代化學(xué)法重要的成功案例。

不過她也指出，在化工品領(lǐng)域，合成生物法對化學(xué)法的替代依然受到諸多因素限制。一些通過石油簡單裂解后即可獲得的化工品，例如乙烯、丙烯等，其本身的工藝難度和成本均已處于極低水平，現(xiàn)階段的合成生物工藝并沒有辦法把成本做得更低，因此無法對傳統(tǒng)工藝形成替代。另一方面，一些小品種即使可以通過生物法實(shí)現(xiàn)更低成本，但有限的市場空間也注定鮮有合成生物企業(yè)愿意涉足這一領(lǐng)域。

“我們?nèi)栽诓煌５拿?，尋找具有巨大潛力的品種，但這是一個(gè)長期的過程，需要不斷的技術(shù)迭代和研發(fā)。”鄭倩表示。

5.2大規(guī)模商用仍存壁壘

推動(dòng)產(chǎn)品放量，目前仍是合成生物企業(yè)所需要面對的最重要的問題。

合成生物法在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率以及環(huán)境保護(hù)等方面的優(yōu)勢毋庸置疑，但在大宗化工品領(lǐng)域，從原材料到終端產(chǎn)成品，中間涉及環(huán)節(jié)較多，而合成生物企業(yè)一般只扮演上游原材料供應(yīng)商的角色，要完成對原有化學(xué)法產(chǎn)品的替代并投入大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)并不是一蹴而就的事。

據(jù)介紹，生物法生產(chǎn)的材料并不是單純復(fù)制化學(xué)法生產(chǎn)材料的性能，兩者存在一定的差異性、各有優(yōu)勢。因此，大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的后期加工過程中，需要從生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、技術(shù)參數(shù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行匹配，這將顯著增加企業(yè)的替換成本。臧慧卿表示，生物基材料要完成替代，產(chǎn)業(yè)鏈上每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要對產(chǎn)品形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，但當(dāng)前來看，下游客戶對于大宗原材料的應(yīng)用創(chuàng)新能力仍顯不足，這導(dǎo)致生物制造原材料的推廣需要大量市場教育，“僅僅是尼龍56在紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，我們就投入了大量的精力進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)和市場教育，但產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的廣泛接受需要一個(gè)過程，到目前為止下游應(yīng)用還未完全跑通。”

除了產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的溝通，合成生物化工品在部分領(lǐng)域的應(yīng)用還涉及到較為嚴(yán)格的資質(zhì)認(rèn)證，例如在乘用車及公共交通設(shè)備、光伏風(fēng)電等新能源設(shè)備等領(lǐng)域，合成生物材料要進(jìn)入相關(guān)市場還需要通過諸多資格認(rèn)證。“在乘用車領(lǐng)域，如果要進(jìn)入相關(guān)供應(yīng)鏈體系，平均周期可能是兩年，當(dāng)然好處是一旦進(jìn)入這個(gè)體系就會(huì)形成比較強(qiáng)的客戶粘性和較高的進(jìn)入壁壘，并給整個(gè)材料帶來非常強(qiáng)的背書作用。”鄭倩介紹道。

因此目前來看，至少在化工品領(lǐng)域，合成生物技術(shù)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用，不僅在選品時(shí)需要找到需求廣泛，且具有顯著成本優(yōu)勢的產(chǎn)品，也需要在產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)上得到上下游的一致認(rèn)可，可以預(yù)見仍將需要相當(dāng)長的時(shí)間周期和巨額投入，這對于目前國內(nèi)合成生物領(lǐng)域的民營企業(yè)而言，無疑是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

5.3國內(nèi)迎政策機(jī)遇期

隨著國家政策逐漸向生物制造產(chǎn)業(yè)傾斜，我國合成生物產(chǎn)業(yè)正迎來新的發(fā)展動(dòng)力。

我國對于合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持起步較晚，直到《十三五規(guī)劃》中，才明確提出要加快發(fā)展合成生物學(xué)技術(shù)，推動(dòng)創(chuàng)新以及行業(yè)應(yīng)用，之后在《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中，進(jìn)一步高頻率提及合成生物學(xué)，要求將該技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域，促進(jìn)其在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化工、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

從落地情況來看，央企有望作為相關(guān)支持政策的執(zhí)行方，成為我國合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推手。事實(shí)上，當(dāng)前經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，不少國有企業(yè)正在積極尋求轉(zhuǎn)型，試圖擺脫原先以金融、地產(chǎn)為主要收入的經(jīng)營模式，而在我國大力推進(jìn)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的當(dāng)下，合成生物自然成為這些企業(yè)轉(zhuǎn)型的重要抓手。目前有不少央企正通過設(shè)立投資基金、提供融資支持等方式，越來越多參與到了合成生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中。

凱賽生物于2023年披露定增預(yù)案，擬定增66億元引入招商集團(tuán)作為間接股東，通過后者提供的資金和資源優(yōu)勢，聯(lián)合布局生物基復(fù)合材料建設(shè)基地。該公司表示，達(dá)成合作后，公司的合成生物制品可應(yīng)用于招商局集團(tuán)下屬多個(gè)實(shí)業(yè)板塊，可以見這一合作模式將有助于合成生物企業(yè)迅速打開市場，對推動(dòng)產(chǎn)品放量帶來積極影響。

5.4國內(nèi)企業(yè)快速發(fā)展

海外合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早，并誕生了一系列行業(yè)頭部公司，其中AMYRIS被視為全球合成生物產(chǎn)業(yè)的鼻祖，2007年便以甘蔗為原料，成功利用合成生物法合成了法尼烯。法尼烯被認(rèn)為在美妝、食品、能源以及材料等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用前景。

Genomatica是一家專注于利用生物技術(shù)和代謝工程，將可再生原材料轉(zhuǎn)化為各種化學(xué)產(chǎn)品的合成生物公司。2008年，該公司率先使用合成生物技術(shù)產(chǎn)出1.4-丁二醇,開創(chuàng)了生物技術(shù)在石化產(chǎn)品領(lǐng)域替代傳統(tǒng)化工技術(shù)的先例。

此外，一些化工巨頭也較早在合成生物領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試，并先后在工業(yè)化生產(chǎn)方面取得突破。杜邦自2013年以來先后利用生物基工藝成功實(shí)現(xiàn)了1.4丁二醇、1.3-丙二醇等化工原料的工業(yè)化生產(chǎn)；巴斯夫作為化學(xué)中間體的重要生產(chǎn)商之一，通過開發(fā)可適應(yīng)不同原料的專利菌種，分別于2014年和2017年成功利用合成生物法實(shí)現(xiàn)了琥珀酸和1.4-丁二醇、Γ-丁內(nèi)酯等產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。

相比之下，國內(nèi)合成生物企業(yè)在大宗化工品的生產(chǎn)領(lǐng)域起步較晚，但發(fā)展迅速。華恒生物（688639.SH）是全球首個(gè)用微生物厭氧發(fā)酵法規(guī)?；a(chǎn)L-丙氨酸產(chǎn)品的企業(yè)，據(jù)該公司招股說明書，至2023年，公司L-丙氨酸的全球市場份額已躍居首位。

凱賽生物是國內(nèi)合成生物領(lǐng)域的另一代表性企業(yè)，分別于2003年和2014年實(shí)現(xiàn)生物法長鏈二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)突破，目前已成為全球長鏈二元酸市場的主導(dǎo)供應(yīng)商。

六、農(nóng)業(yè)篇：發(fā)展窗口期已至，育種、飼料領(lǐng)域進(jìn)展領(lǐng)先

此前人們通過大規(guī)模開發(fā)合成和天然肥料、優(yōu)化育種等策略，大力改善植物結(jié)構(gòu)和提高植物光合作用利用率，以獲得更高的產(chǎn)量。但傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)策略更側(cè)重于個(gè)體成分的調(diào)控，難以實(shí)現(xiàn)提升營養(yǎng)的目標(biāo)，且導(dǎo)致農(nóng)業(yè)排放中的甲烷及氮氧化物占比較高，不利于環(huán)境保護(hù)。

隨著合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的逐漸推廣，它在減少肥料使用、減少碳排放、強(qiáng)化病害防控、提高生長效率等方面的優(yōu)勢日益凸顯。

6.1農(nóng)業(yè)合成生物學(xué)市場持續(xù)擴(kuò)張

根據(jù)BCG（波士頓咨詢）與B Capital（波士頓投資）聯(lián)合推出的《中國合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》，國際上提出了農(nóng)業(yè)合成生物學(xué)三大重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，即推動(dòng)人工光合體系、固氮體系及生物抗逆體系方面的技術(shù)發(fā)展應(yīng)用。這三大技術(shù)發(fā)展方向同樣是中國在技術(shù)跨越階段（2020年-2025年）的首要目標(biāo)。

中國還計(jì)劃在2026年-2030年進(jìn)入產(chǎn)業(yè)跨越階段，人工固氮和部分抗逆品種、新一代酶制劑與農(nóng)藥等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)研發(fā)水平躋身世界先進(jìn)行列。在2031年-2035年進(jìn)入整體跨越階段，中國農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化整體達(dá)到世界先進(jìn)水平。

未來農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺(tái)35斗發(fā)布的《2023合成生物農(nóng)業(yè)食品應(yīng)用白皮書》預(yù)測，在 2025-2030年間，合成生物農(nóng)業(yè)食品各細(xì)分領(lǐng)域市場規(guī)模均超百億元。其中，創(chuàng)新食品和添加劑領(lǐng)域市場規(guī)模最大，預(yù)計(jì)2025年將超3000億元；動(dòng)植物育種領(lǐng)域種子基因編輯的市場規(guī)模也達(dá)到400億元；動(dòng)植物營養(yǎng)、動(dòng)植物健康、創(chuàng)新材料、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化等領(lǐng)域在2025年市場規(guī)模均達(dá)到百億級別；而食品安全檢測和綠色保鮮領(lǐng)域目前開發(fā)尚不充分，但在技術(shù)突破及政策和資本的加持下，預(yù)計(jì)將快速壯大。

根據(jù)CB insights的預(yù)測數(shù)據(jù)，隨著合成生物學(xué)在各領(lǐng)域應(yīng)用更加廣闊以及技術(shù)改善，合成生物學(xué)行業(yè)市場規(guī)模有望快速擴(kuò)容，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到387億美元。因動(dòng)植物選擇性育種、DTC基因測試、基于微生物美容產(chǎn)品等帶來的廣泛前景應(yīng)用，食品飲料和農(nóng)業(yè)將是增速最快的賽道，預(yù)計(jì)2022年至2027年的年復(fù)合增長率將達(dá)到45.4%和56.4%。

6.2育種、飼料等領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)展領(lǐng)先

從技術(shù)角度來看，合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用目前主要圍繞微生物改造、植物改造方面，在育種、肥料、飼料添加劑、農(nóng)藥等細(xì)分領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

以育種為例，合成生物學(xué)應(yīng)用主要分為三類：一是通過野生植物馴化，提升產(chǎn)量和質(zhì)量；二是提高果實(shí)質(zhì)量、固氮、抗蟲抗藥等性能改造；三是通過合成生物學(xué)來促進(jìn)羧化反應(yīng)，提高光能利用，降低光呼吸損失。

相比傳統(tǒng)育種技術(shù)，運(yùn)用合成生物技術(shù)通過高精度的基因編輯手段改造種子，在新作物開發(fā)、性狀開發(fā)等方面具有目標(biāo)明確、成本更低、耗時(shí)更短等明顯優(yōu)勢。相較于轉(zhuǎn)基因技術(shù)，基因編輯技術(shù)的門檻更低，并且基因編輯技術(shù)的育種速度更快，投入成本更低，在育種端可以開發(fā)的產(chǎn)品更多。

在全球范圍內(nèi)，基因編輯已經(jīng)在水稻、玉米、大豆、小麥和番茄等農(nóng)作物中廣泛應(yīng)用，糯玉米、高油酸大豆、抗褐變馬鈴薯、高GABA番茄、抗褐變蘑菇等基因編輯產(chǎn)品已陸續(xù)在美國、日本、英國等國家上市推廣。

第一財(cái)經(jīng)整理公開資料發(fā)現(xiàn)，目前多家育種企業(yè)如大北農(nóng)（002385.SZ）、隆平高科（000998.SZ）均已布局基因編輯育種。某育種企業(yè)相關(guān)人士表示，我國基因編輯育種企業(yè)已蓄勢待發(fā)，在技術(shù)端已經(jīng)處于領(lǐng)先水平。雖然目前國內(nèi)相關(guān)政策還沒有正式放開，但2022年1月，我國發(fā)布了《農(nóng)業(yè)用基因編輯植物安全評價(jià)指南（試行）》，對基因編輯植物的安全評價(jià)管理進(jìn)行了規(guī)范，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也密集就基因編輯技術(shù)征求意見，為下一步全面放開基因編輯市場打開通道奠定了政策基礎(chǔ)。

肥料方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量很大程度上依賴于化肥的大量使用，在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)，也嚴(yán)重威脅著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。近年來，國內(nèi)外的研究學(xué)者將目標(biāo)轉(zhuǎn)向了生物固氮途徑，通過構(gòu)建人工高效固氮植株體系為農(nóng)作物提供氮源，部分替代或大幅度減少化學(xué)氮肥的使用，開創(chuàng)了固氮合成生物學(xué)的新領(lǐng)域。

以固氮菌為例，據(jù)北京綠氮生物相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，原始土著固氮菌株存在天然缺陷，固氮效率低，且對環(huán)境適應(yīng)性差，對土壤氮敏感，固氮功能得不到有效發(fā)揮，導(dǎo)致大田測試效果不穩(wěn)定，通過合成生物學(xué)（基因編輯）的改造，可以突破固氮菌的固氮限制，增加其環(huán)境適應(yīng)性，保證其功能發(fā)揮的穩(wěn)定性。

飼料添加劑方面，據(jù)華西證券農(nóng)林牧漁行業(yè)首席分析師周莎介紹，從養(yǎng)殖業(yè)來看，蛋白為重要的飼料原料，豆粕為當(dāng)前飼料工業(yè)中的主流蛋白原料，由于我國大豆長期依賴進(jìn)口，飼料中豆粕添加受影響較大。國家前期出臺(tái)多項(xiàng)政策推動(dòng)我國大豆產(chǎn)量提升，并出臺(tái)《飼用豆粕減量替代三年行動(dòng)方案》以減少飼料中豆粕的添加，未來低成本合成蛋白替代是解決飼料中蛋白添加的重要途徑，且有望進(jìn)一步降低養(yǎng)殖成本。

農(nóng)藥方面，合成生物技術(shù)可賦能綠色生物農(nóng)藥制造，在突破綠色農(nóng)藥新靶標(biāo)和分子設(shè)計(jì)、植物免疫誘抗劑創(chuàng)制、生物農(nóng)藥合成生物學(xué)等核心技術(shù)的同時(shí)，利用合成生物智能制造平臺(tái)，建立綠色農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和高效化應(yīng)用技術(shù)、開展新型生物源農(nóng)藥研制已經(jīng)形成趨勢。此外，還可利用合成生物學(xué)來搭建光自養(yǎng)平臺(tái)，能覆蓋諸多產(chǎn)業(yè)，想象空間巨大。

6.3國內(nèi)企業(yè)探索創(chuàng)新應(yīng)用

對于產(chǎn)業(yè)而言，合成生物所帶來的是“造物革命”，將顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，同時(shí)降低能耗、減少碳排放。而對于企業(yè)而言，這種“造物”方式，有望進(jìn)一步放大企業(yè)成本優(yōu)勢。在國內(nèi)市場，一批領(lǐng)軍企業(yè)正聚焦動(dòng)植物健康、營養(yǎng)，利用合成生物學(xué)搭建技術(shù)平臺(tái)，并不斷探索技術(shù)創(chuàng)新在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

2023年4月，山東舜豐生物科技有限公司獲得我國第一張農(nóng)業(yè)用基因編輯生物安全證書（高油酸大豆安全證書），邁出國內(nèi)植物基因編輯由實(shí)驗(yàn)室向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要一步。2024年1月，舜豐生物研發(fā)的長童期大豆再獲植物基因編輯安全證書。

北京綠氮生物科技有限公司圍繞國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，致力于推動(dòng)合成生物固氮技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。據(jù)綠氮生物相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，公司基于高通量篩選、合成生物學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算建模技術(shù)，首創(chuàng)定向微生態(tài)理論（Directed Micro-Ecology/DME）及其應(yīng)用體系，推出固氮菌便攜式培菌箱（DME-05）、固氮菌專用培菌機(jī)，實(shí)現(xiàn)就地一步發(fā)酵培養(yǎng)，在20小時(shí)內(nèi)分別可實(shí)現(xiàn)＞5億及10-20億CFU/mL的擴(kuò)培。目前該培菌產(chǎn)品正在與高校院所、種子企業(yè)開展試點(diǎn)，進(jìn)行田間效果測試，未來將積極參與固氮菌的政采項(xiàng)目，計(jì)劃兩年內(nèi)完成市場布局，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)千萬元級以上的營業(yè)收入。

在A股市場中，亦有多家公司探索合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

瑞普生物（300119.SZ）2023年投資2000萬元與中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所等企事業(yè)單位合資成立天津國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司，旨在通過應(yīng)用生物合成學(xué)技術(shù)，攻關(guān)研發(fā)核酸疫苗、重組蛋白疫苗等獸用疫苗，酶制劑、益生元等生物制劑，以及獸用抗生素、飼料添加劑等。據(jù)該公司在互動(dòng)平臺(tái)表示，與中科院天津所聯(lián)合研發(fā)的動(dòng)物飼料維生素新產(chǎn)品已進(jìn)入驗(yàn)證階段。

據(jù)華西證券研報(bào)，2023年全國工業(yè)飼料總產(chǎn)量超過3億噸，飼用蛋白空間巨大；另外合成生物合成的蛋白也可以用于食品加工，應(yīng)用場景廣泛。未來瑞普生物“微生物蛋白規(guī)?；圃?rdquo;項(xiàng)目落地蛋白批量生產(chǎn)之后，有望為該公司貢獻(xiàn)新的收入和利潤。

播恩集團(tuán)（001366.SZ）此前在互動(dòng)平臺(tái)表示，2023年度，該公司獲授農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料合成生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。飼用氨基酸維生素合成生物技術(shù)是其重點(diǎn)研發(fā)方向之一，通過這些研發(fā)工作，公司擁有OEN效能營養(yǎng)、播恩雙酸清潔養(yǎng)殖模式、SFF（部分生物發(fā)酵技術(shù)）、播恩補(bǔ)鈣技術(shù)等獨(dú)有技術(shù)，并深耕幼小動(dòng)物營養(yǎng)，開發(fā)出SFF開心套餐（播恩TTT+SFF保育料）、播恩蛋雞料等產(chǎn)品。數(shù)據(jù)顯示，2023年度，該公司采用生物發(fā)酵技術(shù)的產(chǎn)品收入約占公司營業(yè)收入的六成。

富邦股份（300387.SZ）已在生物肥料與禾本科固氮、生物農(nóng)藥與根結(jié)線蟲防治、單產(chǎn)提升、綠色種植等領(lǐng)域布局。未來，公司將積極運(yùn)用CRISPR基因編輯技術(shù)、同源重組等技術(shù)，利用分子生物學(xué)、合成生物學(xué)等方法，在生物農(nóng)業(yè)領(lǐng)域不斷展開研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、低碳降碳、降本增效、提質(zhì)增產(chǎn)的目標(biāo)而努力。

在L-草銨膦生產(chǎn)制造方面，利民股份（002734.SZ）以合成生物學(xué)技術(shù)為核心，利用細(xì)胞及其組分介導(dǎo)物質(zhì)加工，并融合工程學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等理論和方法，可實(shí)現(xiàn)近100％轉(zhuǎn)化率，且無中間物殘留，真正做到了實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的增效減量和生產(chǎn)過程減碳。該公司表示，合成生物學(xué)為新型生物農(nóng)藥的研發(fā)提供了無限可能，公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)可以通過基因編輯技術(shù)創(chuàng)造新的生物活性物質(zhì)或者改良現(xiàn)有的殺蟲基因，隱形基因簇的表達(dá)能發(fā)現(xiàn)新的候選化合物，從而開發(fā)出更有效、更安全的生物農(nóng)藥。

蔚藍(lán)生物（603739.SH）也已經(jīng)設(shè)立了合成生物技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，主要用于研發(fā)飼料用功能性蛋白、食品用甜味劑等。據(jù)該公司內(nèi)部人士透露，該實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)備的研發(fā)項(xiàng)目較少，目前仍處于前期菌種實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，距離規(guī)?；糯筮€有較大差距，尚不具備產(chǎn)業(yè)化條件。

七、能源篇：未來能源戰(zhàn)略必爭之地，產(chǎn)業(yè)化尚有距離

合成生物能源是以農(nóng)林廢物資源、城市有機(jī)垃圾資源，甚至合成氣和CO2等為原料，利用人工設(shè)計(jì)的合成生物生產(chǎn)獲得的能源產(chǎn)品，符合低碳環(huán)保的發(fā)展要求。

合成生物能源包括生物乙醇、生物柴油、高級醇、生物沼氣（甲烷）、生物氫氣及生物電等不同產(chǎn)品類型。

與化石能源相比，合成生物能源因生產(chǎn)原料主要來自可再生的生物質(zhì)資源，燃燒產(chǎn)生CO2不僅不會(huì)增加排放，甚至可以降低溫室氣體的凈排量。發(fā)展合成生物能源對于保障能源安全、改善生態(tài)環(huán)境、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)等具有重要意義，已成為全球“未來能源”的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域。

7.1全球生物能源市場規(guī)模逐年增長

在19世紀(jì)中后期，生物沼氣和生物乙醇實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。之后19 世紀(jì)70 年代爆發(fā)的石油危機(jī)導(dǎo)致生物能源發(fā)展被廣泛關(guān)注，客觀上加速了各類生物能源研發(fā)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

2000年以來，隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的關(guān)注疊加合成生物學(xué)逐步興起和發(fā)展，包括纖維素乙醇、高級醇、脂肪烴、生物沼氣、生物氫和生物電在內(nèi)的新一代合成生物能源技術(shù)逐步發(fā)展，為生物能源市場空間的拓展注入了新動(dòng)力。

根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，全球生物質(zhì)能源市場規(guī)模2014年至2019年年均增長率約4.6%，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到5000億美元，其中，生物質(zhì)電力將成為主導(dǎo)，生物燃料市場預(yù)計(jì)增速最高。另據(jù)國金證券援引statista數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2024年，全球生物燃料市場規(guī)模超過1200億美元，2021至2030年行業(yè)年均增長率可達(dá)5.4%。

7.2合成生物能源歷經(jīng)三代革新

從技術(shù)迭代的角度來看，合成生物能源歷經(jīng)三代革新。第一代主要以植物油、廢棄食用油等為原料來合成生物燃料；第二代原料發(fā)展為非糧食類生物質(zhì)，包括谷物秸稈、甘蔗渣等；第三代以大氣中的CO2為原料進(jìn)行微生物利用，生產(chǎn)燃料與化學(xué)品。目前，第三代生物合成已經(jīng)取得了初步進(jìn)展。

以生物乙醇為例，第一代生物乙醇以糖/淀粉作物為原料，已在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，美國（以玉米生產(chǎn)為主）和巴西（以甘蔗生產(chǎn)為主）是最主要的兩大生產(chǎn)國，產(chǎn)量規(guī)模合計(jì)占全球80%左右。第二代生物乙醇以農(nóng)業(yè)廢棄物和木質(zhì)纖維素材料為原料，在合成生物學(xué)等先進(jìn)生物技術(shù)推動(dòng)下正趨于成熟，全球各國陸續(xù)建設(shè)了纖維素燃料乙醇生產(chǎn)示范項(xiàng)目。第三代生物乙醇則以微藻為原料，尚處培育階段，多個(gè)能源公司正加速推進(jìn)研發(fā)布局，如能源巨頭道達(dá)爾能源與威立雅集團(tuán)（Veolia）正聯(lián)手推進(jìn)二氧化碳培養(yǎng)微藻的技術(shù)研究。

生物柴油是一類長鏈脂肪酸甲酯（FAMEs）/乙酯（FAEEs），由植物、動(dòng)物或微生物源油脂與短鏈醇（甲醇和乙醇）通過酯交換反應(yīng)生成。早在20世紀(jì)30年代，人們就嘗試?yán)弥参镉蛠碇苽渖锊裼?。與化學(xué)催化相比，酶法酯交換反應(yīng)條件溫和，環(huán)境友好，易于分離副產(chǎn)物甘油等，是綠色化工的發(fā)展趨勢。近年來，基于大腸桿菌和酵母生產(chǎn)生物柴油的代謝工程也取得了一定進(jìn)展，以外源添加或內(nèi)源合成的脂肪酸、乙醇為原料合成生物柴油的效率不斷提升。

從成本效益的角度來看，微生物全細(xì)胞介導(dǎo)的生物柴油生產(chǎn)也更具吸引力。據(jù)悉，印度國家科學(xué)研究所（INRS）的研究人員開發(fā)了一種利用微生物、污水污泥和生物燃料副產(chǎn)物的生物柴油生產(chǎn)新方法，可以將生產(chǎn)成本降低至0.72美元 / L（傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝價(jià)格約為6.78 美元/ L）。此外，微生物細(xì)胞從頭合成生物柴油可以利用多種原料，包括葡萄糖碳源、甘油、木糖、稻草水解物、廢油，甚至木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。

氫能方面，在綠色能源轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標(biāo)背景下，化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)物制氫等傳統(tǒng)制氫方式因不可持續(xù)性只能作為氫氣制備的過渡性技術(shù)手段，以生物制氫為代表的“綠氫”技術(shù)被視為未來發(fā)展綠色氫能的最佳方式之一。通過合成生物技術(shù)改造工程菌、優(yōu)化過程調(diào)控等，生物制氫效率得以大幅提升。

此外，在合成生物學(xué)推動(dòng)下，BPV（biophotovoltaics，生物光伏）開發(fā)取得重大突破性進(jìn)展。研究人員通過在遺傳﹑環(huán)境和裝置層面的設(shè)計(jì)﹑改造和優(yōu)化，構(gòu)建出合成微生物組（雙菌、四菌等），有效提升了BPV系統(tǒng)的電能輸出。

例如，中國科學(xué)院微生物所朱華偉、李寅團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的雙菌BPV系統(tǒng)最大功率密度比單菌BPV系統(tǒng)提高10倍以上，可穩(wěn)定產(chǎn)電40天以上；四菌BPV系統(tǒng)最大功率密度最高可達(dá)1700mW/m2，打破了長期以來BPV效率低、壽命短的技術(shù)瓶頸，為進(jìn)一步推動(dòng)BPV開發(fā)利用奠定了重要基礎(chǔ)。

朱華偉等在研究論文中稱，合成生物學(xué)在微生物組和材料學(xué)方向的拓展有望助力開發(fā)出更多元的高效BPV 系統(tǒng)，特別是合成微生物組生物光伏已經(jīng)在功率密度和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面顯示出較大的發(fā)展?jié)摿?。理論上，只要初級能量載體能夠持續(xù)再生，合成微生物組就可以持續(xù)產(chǎn)電，能量載體通量越大，輸出功率越高。目前，合成微生物組還存在能量載體通量低和持續(xù)合成能力不足等問題。未來應(yīng)強(qiáng)化能量載體的合成速率，解決因細(xì)胞生理調(diào)控引發(fā)的代謝停滯問題，突破能量載體持續(xù)合成關(guān)鍵技術(shù)。

總體來說，合成生物技術(shù)已在生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與利用、細(xì)胞工廠與生物催化劑的開發(fā)與優(yōu)化、全新能量轉(zhuǎn)化路線的設(shè)計(jì)與構(gòu)建等方面實(shí)現(xiàn)變革性突破，為生物能源的高效制備與生產(chǎn)提供了有效手段。

7.3產(chǎn)業(yè)化仍有距離但趨勢已明晰

從原料到技術(shù)再到產(chǎn)品，任何一環(huán)都不可能孤立存在。因此，判斷一個(gè)產(chǎn)業(yè)成熟的關(guān)鍵，主要是看其“是否打通了供應(yīng)鏈上下游，是否形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈”。而在目前的生物能源供應(yīng)鏈中，無論是上端原料資源的供應(yīng)、還是下端的產(chǎn)業(yè)需求都尚未成熟。

《中國合成生物學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》中提出，合成生物能源面臨高昂生產(chǎn)成本和低廉產(chǎn)品價(jià)值之間的矛盾、巨大市場需求和較低技術(shù)成熟度之間的矛盾，這兩種矛盾是當(dāng)前合成生物能源技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。因此，需要研究生物發(fā)酵工藝優(yōu)化、智能發(fā)酵控制、發(fā)酵產(chǎn)品分離純化等，實(shí)現(xiàn)合成生物能源的高效低成本生產(chǎn)，從而在與石化能源的競爭中取得優(yōu)勢。

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所副所長王欽宏建議，未來需要優(yōu)先發(fā)展以下5個(gè)方向：纖維素生物燃料整合生物煉制系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)建、利用含碳?xì)怏w人工生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)制備生物燃料、生物甲烷高效轉(zhuǎn)化的多細(xì)胞體系設(shè)計(jì)構(gòu)建、高效生物產(chǎn)氫體系的設(shè)計(jì)組裝、便攜式與植入式生物燃料電池系統(tǒng)創(chuàng)制。

王欽宏認(rèn)為，未來要實(shí)現(xiàn)生物資源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，一方面需要加強(qiáng)生物能源的原料技術(shù)研究、提高轉(zhuǎn)化效率并形成規(guī)模化產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢；另一方面，還需要建立生物質(zhì)資源從收集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)浇灰椎娜轿簧虡I(yè)模式。

7.4國內(nèi)外持續(xù)探索應(yīng)用落地

能源類的合成生物學(xué)公司可謂整個(gè)行業(yè)中起落最大的類別，有過早期的輝煌，也經(jīng)歷過行業(yè)泡沫破滅、大量公司“死亡”的時(shí)刻。

這里，不得不提起合成生物鼻祖Amyris的教訓(xùn)。Amyris于2003年成立，總部位于美國加州。在成功利用微生物合成青蒿酸之后，這家公司就把目光轉(zhuǎn)向了利用基因工程細(xì)菌將糖轉(zhuǎn)化為石油的實(shí)踐。

Amyris的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種細(xì)菌，將甘蔗汁轉(zhuǎn)化為法尼烯（Farnesene, C15H24）。經(jīng)過簡單的化學(xué)步驟（氫化），法尼烯就能夠變成高度可燃的燃料，特質(zhì)與柴油幾乎一樣，并且這和化石燃料不同，燃燒不會(huì)排放出污染環(huán)境的廢氣，是實(shí)打?qū)嵉木G色能源。這項(xiàng)技術(shù)獲得了蓋茨基金會(huì)的支持，并吸引了硅谷風(fēng)投的關(guān)注。2010年，Amyris成功登錄納斯達(dá)克。

然而，從實(shí)驗(yàn)室到規(guī)?；a(chǎn)的跨越充滿挑戰(zhàn)。Amyris在巴西建立了工廠，但量產(chǎn)過程中遇到酵母細(xì)胞死亡和轉(zhuǎn)化率不足的問題。盡管Amyris的生物燃料在技術(shù)上可行，但2011年后，美國頁巖油革命，油價(jià)下降，對比之下，生物燃料的高成本使其商業(yè)化之路變得艱難，最終，也未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量目標(biāo)。隨后盡管Amyris在產(chǎn)品方向上不斷謀求轉(zhuǎn)型，但依然未能挽回頹勢，于2023年8月申請破產(chǎn)。

在利用藻類生產(chǎn)生物能源方面，代表公司是美國的LanzaTech。該公司主要利用微生物將廢氣（如二氧化碳或甲烷）轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)物質(zhì)。在國內(nèi)，LanzaTech與首鋼集團(tuán)合資成立首鋼朗澤，將自主研發(fā)的合成生物與CCUS有機(jī)結(jié)合技術(shù)，可將含碳工業(yè)尾氣直接轉(zhuǎn)化為生物乙醇及微生物蛋白等高價(jià)值產(chǎn)品。首鋼朗澤是全世界第一個(gè)實(shí)現(xiàn)以鋼鐵工業(yè)尾氣制飼料蛋白和燃料乙醇的企業(yè)，目前已投產(chǎn)運(yùn)行項(xiàng)目4個(gè)，形成乙醇產(chǎn)能21萬噸/年、飼料蛋白產(chǎn)能2.5萬噸/年。

與工業(yè)尾氣直接燃燒相比，首鋼朗澤一代技術(shù)可實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排33%以上，氮氧化物減排90%以上；二代技術(shù)可實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，且每噸乙醇直接消耗二氧化碳0.5噸。與燃燒發(fā)電比，同樣的原料氣產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是發(fā)電的2倍以上。

中糧科技（000930.SZ）2023年年報(bào)顯示，該公司已構(gòu)建了以玉米燃料乙醇為主，靈活使用木薯和不宜食用的水稻、小麥等原料的燃料乙醇生產(chǎn)線，已建成并持續(xù)優(yōu)化纖維素燃料乙醇中試線，具備非糧生物質(zhì)乙醇生產(chǎn)技術(shù)儲(chǔ)備。

與乙醇相比，高級醇可以以更高的體積混合，但多數(shù)生物醇的工業(yè)化生產(chǎn)仍有待開發(fā)。其中Butamax（BP和杜邦的合資企業(yè)）和Gevo已經(jīng)開始著手實(shí)現(xiàn)異丁醇生物生產(chǎn)的商業(yè)化。

當(dāng)然，在合成生物能源研究及應(yīng)用探索方面，高校/研究所仍然是第一主力。

例如，中國工程院任南琪院士團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“發(fā)酵法生物制氫技術(shù)”，通過培養(yǎng)高效產(chǎn)氫新菌屬、開展生產(chǎn)規(guī)模試驗(yàn)等加快生物制氫降本增效，逐步推動(dòng)暗發(fā)酵生物制氫技術(shù)進(jìn)入中試放大階段。依托于其團(tuán)隊(duì)最新科研成果，國內(nèi)首個(gè)生物制氫及發(fā)電一體化項(xiàng)目于2023年2月在哈爾濱市啟動(dòng)試運(yùn)行。該項(xiàng)目以秸稈、廚余、有機(jī)廢水等為發(fā)酵底物，以高效厭氧產(chǎn)氫菌為生產(chǎn)者，實(shí)現(xiàn)了在處理廢棄物的同時(shí)回收大量的清潔能源氫，有力推動(dòng)了生物制氫技術(shù)的示范推廣和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

八、合成生物+AI：創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，雙向奔赴

合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)近年來快速發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式的探索步伐也持續(xù)加快。其中，合成生物與AI技術(shù)的融合逐漸成為一種新趨勢。從全球頭部公司Ginkgo到國內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)凱賽生物，引入AI技術(shù)正成為越來越多合成生物企業(yè)的新議題。

AI+合成生物，兩大前沿學(xué)科的相互奔赴將碰撞出什么樣火花？AI技術(shù)又將如何賦能合成生物企業(yè)，甚至創(chuàng)造全新業(yè)態(tài)？

8.1AI與合成生物融合發(fā)展加速

同樣是高速發(fā)展的前沿領(lǐng)域，AI技術(shù)與合成生物學(xué)融合發(fā)展的趨勢日趨明顯。

2024年2月，全球合成生物領(lǐng)域的頭部企業(yè)之一Ginkgo宣布收購兩家AI驅(qū)動(dòng)的藥物發(fā)現(xiàn)初創(chuàng)公司 Reverie Labs 和 Patch Biosciences。此時(shí)，Ginkgo正因?yàn)?ldquo;沒有核心技術(shù)”的質(zhì)疑市值大幅縮水，較巔峰時(shí)期跌落近90%。經(jīng)過一系列嘗試之后，并購AI公司被其視為彌補(bǔ)核心技術(shù)缺失和產(chǎn)品不足的重要手段之一。

Ginkgo并不是第一家并購AI公司的合成生物學(xué)公司，在此之前，Amyris、Twist Bioscience等合成生物領(lǐng)先企業(yè)均有類似布局。

國內(nèi)企業(yè)中，凱賽生物于2023年初投資了AI 蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)平臺(tái)公司分子之心，并在此后展開了一系列合作。凱賽生物創(chuàng)始人劉修才多次表示，AI技術(shù)將在合成生物領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。

除了投資并購，合成生物企業(yè)與AI公司的合作也不斷增加。全球范圍內(nèi)，特種礦物和材料公司ICL與農(nóng)業(yè)科技公司Lavie Bio 7月宣布，雙方在生物刺激素上的合作取得了重要里程碑，將進(jìn)一步利用AI技術(shù)推動(dòng)合成生物產(chǎn)品開發(fā)。國內(nèi)市場上，川寧生物今年簽署了與金珵科技的戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方擬利用AI輔助合成生物學(xué)研發(fā)并合作開發(fā)新產(chǎn)品；朗坤環(huán)境7月宣布與華為云、軟通動(dòng)力簽署三方合作協(xié)議，共同推進(jìn)生物智造與人工智能、數(shù)字孿生等領(lǐng)域的合作。

“從合成生物產(chǎn)業(yè)本身出發(fā)，對AI技術(shù)產(chǎn)生需求是必然的結(jié)果。”元星智藥董事長王梅杰接受第一財(cái)經(jīng)采訪時(shí)表示，AI技術(shù)與合成生物的結(jié)合是大勢所趨，“只要有數(shù)據(jù)產(chǎn)生，任何行業(yè)最終都會(huì)需要AI技術(shù)的支持，合成生物的底層邏輯是通過基因編輯等技術(shù)去尋找新的原材料以及新的生產(chǎn)工藝，在不斷嘗試的過程中會(huì)產(chǎn)生大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而對海量數(shù)據(jù)的處理就必然會(huì)催生對AI技術(shù)的需求。” 元星智藥是一家專注于將AI與生命科學(xué)相結(jié)合的代謝藥物研發(fā)商。

通過AI技術(shù)對所設(shè)計(jì)蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能預(yù)測，可以大大提升蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)效率，降低研發(fā)成本，而這只是AI技術(shù)在合成生物領(lǐng)域所發(fā)揮眾多作用中的一種。王梅杰介紹，目前在幫助合成生物企業(yè)設(shè)計(jì)新的分子結(jié)構(gòu)或者新的研發(fā)方案、幫助理解靶點(diǎn)作用機(jī)制、進(jìn)行酶等催化劑的設(shè)計(jì)、幫助完成基因編輯或者菌群篩選工作等方面，AI技術(shù)都有較大的發(fā)揮空間，“用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的Alphafold已更新至第三代，該項(xiàng)技術(shù)平臺(tái)的發(fā)展直接驅(qū)動(dòng)了蛋白設(shè)計(jì)的進(jìn)步，尤其是酶的設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，進(jìn)一步改善了合成生物生產(chǎn)發(fā)酵的工藝，這是AI技術(shù)驅(qū)動(dòng)合成生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展最直觀案例。”

另一方面，合成生物大量試驗(yàn)所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)一步促進(jìn)垂直領(lǐng)域AI模型的升級迭代，從而進(jìn)一步加深對合成生物技術(shù)的理解，“長期來看，AI技術(shù)在整個(gè)合成生物領(lǐng)域一定會(huì)得到廣泛且深度的應(yīng)用。”王梅杰如是表示。

8.2創(chuàng)新是AI+合成生物快速發(fā)展動(dòng)力

現(xiàn)階段AI技術(shù)在合成生物領(lǐng)域的應(yīng)用更多是提升研發(fā)效率、降低成本，以持續(xù)壓低合成生物產(chǎn)品價(jià)格，提升市場競爭力，但在材料結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面的成果還相當(dāng)有限。

王梅杰認(rèn)為，導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的主要原因，是以往合成生物企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)思路都是從上游技術(shù)端向下游應(yīng)用端線性推進(jìn)，產(chǎn)品研發(fā)完成后才去尋找市場，而這與合成生物企業(yè)原有的發(fā)展目標(biāo)背向而馳，“從解決下游應(yīng)用端需求出發(fā)主導(dǎo)上游技術(shù)創(chuàng)新方向，才是合成生物企業(yè)應(yīng)有的研發(fā)思路。”

她表示，之所以無法從解決下游應(yīng)用需求的角度出發(fā)，是因?yàn)橐揽咳祟愃季S邏輯和創(chuàng)新能力無法設(shè)計(jì)出滿足需求的材料結(jié)構(gòu)，而這正是AI技術(shù)可以切入的痛點(diǎn)。“通過海量的數(shù)據(jù)、更強(qiáng)的計(jì)算能力，AI技術(shù)可以為解決問題創(chuàng)造更多可能性，這才是AI技術(shù)在合成生物領(lǐng)域最主要的應(yīng)用場景。”

較早引入AI技術(shù)的凱賽生物，對于AI在合成生物創(chuàng)新領(lǐng)域的作用寄予厚望。“盡管基因編輯技術(shù)在不斷發(fā)展，但合成生物學(xué)整體的研發(fā)范式?jīng)]有重大突破。我們希望借助AI技術(shù)的預(yù)測結(jié)果對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，從而極大程度突破原有研發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)更好的產(chǎn)品效果以及更高的轉(zhuǎn)化率。” 該公司戰(zhàn)略發(fā)展總監(jiān)鄭倩表示，未來凱賽生物將在AI技術(shù)領(lǐng)域加大嘗試力度，“最理想的情況是希望通過AI技術(shù)對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測，按照實(shí)際需求反向定制所需要的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。”

從具體應(yīng)用來看，在目前合成生物眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，化妝品行業(yè)對于原材料的創(chuàng)新需求更為強(qiáng)烈，給AI+合成生物技術(shù)的發(fā)展提供了更好的發(fā)展土壤。

隨著客戶消費(fèi)能力和消費(fèi)觀念的不斷升級，對美妝產(chǎn)品性能的個(gè)性化需求不斷增長，“但在與客戶的合作過程中我們發(fā)現(xiàn)，無論是品牌端還是合成生物企業(yè)，對于用戶需求的認(rèn)知依然不足，同時(shí)對一些合成生物原料本身也缺乏深度生物學(xué)研究，類似痤瘡、脫發(fā)、頭皮屑等，很多實(shí)際問題并沒有很好的產(chǎn)品去解決。”

不斷反饋的需求正倒逼上游合成生物企業(yè)加大對化妝品原材料的研發(fā)創(chuàng)新力度，這也給AI技術(shù)的介入創(chuàng)造了巨大的機(jī)會(huì)。

“現(xiàn)階段合成生物企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)更多在于工藝的創(chuàng)新，但是對于原材料的功能、功效、作用機(jī)制等方面的理解并不清晰。”王梅杰表示，通過與AI技術(shù)企業(yè)合作，可以幫助合成生物公司更好地進(jìn)行新原料的發(fā)現(xiàn)、作用機(jī)制的理解以及產(chǎn)品篩選，從而對消費(fèi)者需求做出更及時(shí)的反應(yīng)。

8.3AI+合成生物的模式和壁壘

目前AI+合成生物的結(jié)合模式有兩種，一種是以合成生物企業(yè)為主導(dǎo)，類似于Ginkgo或者國內(nèi)凱賽生物等，頭部合成生物企業(yè)在研發(fā)過程中，通過合作或并購的方式引入AI技術(shù)。此類公司更多關(guān)注的是利用AI技術(shù)來解決合成生物研發(fā)創(chuàng)新過程中遇到的一系列實(shí)際問題。

另一種是以AI技術(shù)公司為主導(dǎo)，類似分子之心、元星智藥等一些以AI為底層驅(qū)動(dòng)的技術(shù)型企業(yè)，這些公司致力于在合成生物領(lǐng)域依托自身AI技術(shù)驅(qū)動(dòng)研發(fā)效率和產(chǎn)品性能的提升，并對外提供服務(wù)合作。同時(shí)，借助專業(yè)經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)以及數(shù)據(jù)積累等多方面優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)在合成生物材料方面的重大創(chuàng)新。

王梅杰表示，相對于傳統(tǒng)的合成生物企業(yè)，AI驅(qū)動(dòng)的公司在生物機(jī)制的研究和理解方面更具優(yōu)勢，“跨學(xué)科的專業(yè)知識(shí)積累，在持續(xù)研發(fā)過程中累積的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和研發(fā)數(shù)據(jù)，尤其是諸如蛋白設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷積累的技術(shù)專利，是AI企業(yè)在合成生物應(yīng)用領(lǐng)域的重要護(hù)城河，基于此開發(fā)的一系列產(chǎn)品則構(gòu)成了AI企業(yè)最主要的競爭力。

不過，與在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用一樣，AI技術(shù)在合成生物領(lǐng)域的應(yīng)用也面臨一個(gè)問題，就是其結(jié)果的有效性缺乏大規(guī)模驗(yàn)證。到目前為止，尚未有企業(yè)披露通過AI技術(shù)設(shè)計(jì)的新材料投入商業(yè)化生產(chǎn)和銷售。

“在與AI企業(yè)的合作過程中，有些結(jié)果還是很讓我們眼前一亮的，但是在這其中AI技術(shù)究竟發(fā)揮了多大的作用，是否有一些偶發(fā)性因素存在，還需要通過不斷嘗試驗(yàn)證才能最終確定。”鄭倩表示，在引入AI技術(shù)的過程中，凱賽生物本身也是在摸石頭過河，“我們知道AI技術(shù)有用，但究竟多有用還需要持續(xù)的觀察。”

九、合成生物產(chǎn)業(yè)投資全景圖

9.1國內(nèi)合成生物領(lǐng)域主要公司

9.2國內(nèi)主要合成生物公司評價(jià)

本報(bào)告參考文獻(xiàn)

[1] 中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035 ）項(xiàng)目組，《中國合成生物學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》

[2] 中國生物工程學(xué)會(huì)合成生物學(xué)分會(huì) 合成生物學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究組，《合成生物學(xué)路線圖2030：驅(qū)動(dòng)下一代生物制造的引擎》

[3] BCG、B Capital，《中國合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)白皮書2024》

[4] 35斗，《2023合成生物農(nóng)業(yè)食品應(yīng)用白皮書》

[5]《合成生物能源的發(fā)展?fàn)顩r與趨勢》(張媛媛、王欽宏)

[6]《生物光伏:環(huán)境友好的新型太陽能利用技術(shù)》(朱華偉、李寅)

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