合成生物學是 21 世紀最值得關注的行業之一
合成生物學發展迅猛，生物制造前景廣闊
合成生物學是一門發展迅猛的前沿交叉學科。合成生物學（Synthetic biology）是一 門匯集生物學、基因組學、工程學和信息學等多種學科的交叉學科，其實現的技術路徑是 運用系統生物學和工程學原理，以基因組和生化分子合成為基礎，綜合生物化學、生物物 理和生物信息等技術，旨在設計、改造、重建生物分子、生物元件和生物分化過程，以構 建具有生命活性的生物元件、系統以及人造細胞或生物體。1980 年，Barbara Hobom 開 始使用“合成生物學”這一概念來表述基因重組技術，隨著基因合成技術、基因測序技術 等在 20 世紀八十年代、九十年代不斷成熟，對生命的研究進入了基因組時代，也為合成 生物學的發展奠定了實質性的、全面的物質基礎。合成生物學在進入 21 世紀后發展迅猛， 2004 年美國 MIT 出版的《技術評論》就把合成生物學選為將改變世界的十大技術之一； 2010 年合成生物學位列《Science》雜志評出的十大科學突破第 2 名和《Nature》雜志盤 點的 12 件重大科學事件第 4 名；2013 年國際著名咨詢機構麥肯錫公司將合成生物學評為 能夠引起人類生活以及全球經濟發生革命性進展的顛覆性科技。
合成生物學類似于計算機編程，改造生命體相當于編寫新的“程序”。合成生物學借 助生命體高效的代謝系統，通過基因編輯技術改造生命體以設計合成，使得在生物體內定 向、高效組裝物質和材料。我們認為，合成生物學類似于計算機編程，細胞是生命體的結 構與生命活動的基本單位，而細胞代謝與基因表達密切相關，因此可以把基因組比作“造 物主”編寫的“程序”，生命體的活動按照該“程序”運作，而人類通過生物技術和基因 技術的進步對基因的理解不斷深化，直至能夠自行通過基因編輯設計代謝途徑，相當于對 “造物主”的“程序”進行反向編譯，在理解“編程語言”后自行編寫能夠實現特定目的 的新“程序”。
生物制造是合成生物學的重要應用場景。合成生物學被廣泛應用于各種產業，在推動 科學革命的同時，合成生物學技術正快速向實用化、產業化方向發展。合成生物學技術應 用涵蓋平臺開發、醫藥、化工、能源、食品和農業等重點領域，簡單來看，合成生物學能夠改造的生命體包括動物、植物、微生物（細胞），但是動物和植物都是更加復雜的生命 系統，以目前的技術手段難以實現理想的結果，因此通過改造微生物（細胞）來進行發酵 生產（即生物制造）成為合成生物學最先落地也是近年來最重要的應用場景。
生物制造有望成為對標化工的龐大產業。生物制造作為一種革命性的生產方式，以改 造后生物體作為高效細胞微工廠，進行定向化、高效化、大規?；镔|加工與轉化，為社 會發展提供工業商品。根據麥肯錫的數據，原則上全球經濟物質投入中的 60%可由生物產 生，加之其生產過程綠色、條件溫和、原材料取得便利，未來發展空間非常廣闊。生物制 造具有高效、清潔、可再生等特點，是綠色、低碳、可持續的經濟發展模式，在能源、化 工等領域具有改變世界工業格局的潛力。根據白宮簡報《拜登總統將啟動國家生物技術和 生物制造計劃》，到本世紀末，生物制造可能占全球制造業產出的三分之一以上，價值接 近 30 萬億美元。盡管生物制造產業還有很長的路要走，但我們認為其有望發展成為對標 化工的龐大產業。
相比其他生產方式，生物制造的核心優勢在于憑借助細胞工廠的高效代謝系統降低成 本和減少排放。生產是通過若干物理過程或化學過程將原材料加工轉化成產品的過程，以 某些流程復雜的化工生產為例，從原材料到最終產物往往要經過數步化學反應，其中每一 步涉及的轉化率、催化劑、設備折舊、能源消耗等因素都將增加生產成本，因此對于這些 生產過程，制造費用往往明顯高于原材料成本，而如果能構建出高效的細胞工廠將原材料 轉化成同樣的產品，將有效降低成本，因為原材料到產物的一系列化學反應將在細胞內進 行（即借助代謝系統），只需要提供適宜發酵的條件，遠比自行進行反應容易。打個比方， 想要通過化學反應將青草轉化成牛奶，無疑是十分困難的，而將青草喂給奶牛再擠出牛奶， 顯然更容易，本質是利用了奶牛的代謝系統。舉個實際例子，華恒生物構建了以可再生葡 萄糖為原料厭氧發酵生產 L-丙氨酸的微生物細胞工廠，相比傳統的生產方式，實現了降本 減排。根據中科院天津工業生物技術研究所統計，和石化路線相比，目前生物制造產品平 均節能減排 30%-50%，未來潛力將達到 50%-70%，這對化石原料替代、高能耗高物耗高 排放工藝路線替代以及傳統產業升級，將產生重要的推動作用。
生物制造和傳統發酵的關鍵區別在于菌種。傳統發酵往往通過對野生菌種采取各種誘 變方式，選育出高產優質菌種，隨著下游各領域對產品需求的多元化，天然存在的微生物 中缺乏所需產物的代謝途徑，或其代謝途徑調控復雜，所需產物難以實現過量積累。盡管 存在相對成熟的人工代謝調控方法—基因修飾如密碼子優化、過量表達、競爭途徑敲除等 和發酵條件控制如溫度、pH、供氧量、培養基碳氮比、前體物質添加等，但是傳統改造屬 于靜態調控，改造菌種往往遇到瓶頸。生物制造的核心在于用合成生物學技術構建高效細 胞工廠，借助編輯工具和生物元件進行代謝通路的移植或動態調控。將合成生物學工具應 用于定向進化，能縮短菌種定向進化周期，增加突變體篩選效率，將其應用于代謝工程， 在將生物系統作為一個整體進行工程改造前提下，通過動態控制各復雜途徑表達量，可以 迅速提升產品多樣性。
底層技術不斷進步，助力合成生物學釋放潛力
合成生物學的發展得益于多種底層技術的進步。合成生物學本身的發展和增長要歸功 于多種技術的融合，包括 DNA/RNA 設計和合成、基因測序和基因編輯等基礎技術，以及 一系列不斷擴展的技術，如計算、生物信息學、多組學、人工智能、自動化、3D 生物打 印和精密發酵等。近些年，生命科學領域的一系列技術創新，如 CRISPR/Cas9 基因編輯、 干細胞重編程和單細胞測序等，正在為合成生物學提供新技術和工具，這些基礎技術和工 具的發展和應用加速了合成生物學的商業化落地進程。
基因測序成本下降速度快于摩爾定律。解析基因組中的信息是現代生物學研究的基礎， 發起于 1990 年的“人類基因組計劃”歷時 13 年、耗資約 30 億美元，完成了人類基因圖 譜的測繪。然而，只有當基因測序變得足夠快捷和便宜時，人類所知的各種生物的基因圖 譜的潛力才能被充分釋放出來。隨著下一代測序技術（高通量測序）和第三代測序技術（單 分子測序）的發展，目前基因測序成本的下降速度已經快于摩爾定律，2019 年在美國人 類個體全基因組測序的價格已低于 1000 美元，并且這一價格有望在未來 10 年內降至 100 美元以下。測序的成本下降和通量提升帶動了生物數據的大量產生，以便人類能夠更好地 理解生物學。
以 CRISPR 系統為代表的新型基因編輯技術飛速發展，在諸多生物學領域中得到廣泛 應用?；蚓庉嬀褪菍δ繕嘶蚣捌滢D錄產物進行編輯（定向改造），實現特定 DNA 片段 的加入、刪除，特定 DNA 堿基的缺失、替換等，以改變目的基因或調控元件的序列、表 達量或功能。CRISPR/Cas 技術是新涌現的基因編輯工具，能夠完成 RNA 導向的 DNA 識 別及編輯，它使用一段序列特異性向導 RNA 引導核酸內切酶到靶點處，從而進行基因編 輯，其開發更是為構建更高效的基因定點修飾技術提供了全新的平臺。與傳統基因編輯工 具相比較，CRISPR 系統作為一種新型編輯工具，具有省時間、易構建、精度高等特點， 成為近年基因組編輯的熱門工具，當前已被廣泛應用于基因敲除、基因沉默和基因激活等 方面，極大擴展了基因編輯技術的應用范圍。
DNA 合成技術歷經四代，成本下降空間仍很大。DNA 合成技術可分為柱合成技術、 芯片合成技術、超高通量芯片合成技術和酶促合成技術，其中酶 DNA 合成則在合成速度、 長度、效率及成本等方面擁有化學合成無法比擬的潛力，成為 DNA 合成技術發展的前沿 方向。根據 NHGRI Genome Sequencing Program 和 Synthesis，近 15 年測序成本下降 超 10000 倍，oligo 合成（一般 20-200nt 長度）成本只下降約 10 倍，目前長鏈 DNA（一 般 200nt 以上長度）的單堿基合成成本是其測序成本的 1 億倍，DNA 合成的高成本使得快速測序的價值降低，市場上缺乏高質量、低成本、按需合成 DNA 的解決方案。隨著 DNA 合成技術的進步，DNA 合成的成本及門檻都會進一步降低，為合成生物學的發展提供支持。
人工智能有望加速菌種改造 DBTL 循環。隨著代謝負擔的增加和生物反應器條件的壓 力變化，底盤細胞生理特性往往變得不可預測，研發人員需要從大量的實驗數據以及舊文 獻中的“教訓”中學習。在微生物菌種開發過程中，通常涉及到設計-構建-測試-學習（DBTL） 循環，這種方法集成了菌株計算設計、基因工程改造、發酵測試和組學分析，以提升菌種 性能，解決生產瓶頸。然而，DBTL 可能會進入無效循環，其眾多的工程周期只會產生大 量的信息，而不會導致產品性能的突破。將將人工智能納入 DBTL 循環有助于加速菌種開 發，從長遠來看，知識挖掘和標準數據庫構建、人工智能與代謝網絡等機理模型的集成將 減少實驗室在 DBTL 方面的工作量，將主要工作負擔從人類轉移到計算機，加快微生物細 胞工廠的開發。
全基因組規模定制工程有望進一步提升菌種的構建效率和性能。早期的誘變育種采取 非理性手段進行菌種改造，是典型的“以時間（人力）換水平”的策略。隨著生物學知識 的積累，經典代謝工程的發展使得對生物代謝網絡進行理性/半理性設計成為可能，以DBTL 循環為基本流程，菌種改造效率得到顯著提升。系統代謝工程的建立進一步使得研發人員 能夠結合組學和生物信息學手段獲取生物學知識，從系統層次進行菌種的設計，進一步加 快菌種的構建效率。然而，由于微生物代謝網絡結構及其調控機制的復雜性和“生命暗物 質”的廣泛存在，目前代謝工程主流采用的 DBTL 循環，通常從菌種概念設計到滿足實際 應用需求，需要 50-300 人年和數億美元的投入。隨著高通量研究技術的發展，由數據驅 動的全基因組規模定制工程化有望克服這些難題，通過將高通量技術在全基因組范圍基因 型空間的挖掘與改造相結合，有望以更低的開發成本、更短的研發周期獲得生產效率更為 高效、生產性能更加優越的下一代定制化菌種。
合成生物學是 21 世紀最值得關注的行業之一。美國 ODASA（Office of the Deputy Assistant Secretary of the Army）發布的《2016-2045 年新興科技趨勢報告》中明確提出， 合成生物學的進步將推動人類跨入生物科技的新紀元。馬斯克在 2022 年 G20 峰會上和印 尼教育、文化、研究和技術部長交流時表示“可持續能源、人工智能、合成生物學是最令 人激動、最被需要的三大領域”。我們認為在物理、化學、生物三大學科中，人類對生物 學的探索最慢：經典物理學在 16-17 世紀開始發展，經典力學、熱力學、電磁學等分支學 科相繼成熟，為第一次工業革命和第二次工業革命打下基礎；近代化學在 18 世紀開始發 展，拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說，19 世紀近代原子論和分子學說相繼提 出，20 世紀開始化工產業才迎來大規模發展；細胞學說、達爾文進化論、孟德爾遺傳定律 等生物學里程碑事件發生在 19 世紀，1953 年發現 DNA 雙螺旋結構后，生物學迎來蓬勃 發展，21 世紀的生物革命將改變經濟、社會和人們的生活。
應用領域分布廣泛，合成生物學是萬億級賽道
當前產品類公司更佳，萬億級賽道如日方升
上中游技術成熟尚需時日，下游產品類公司是產業鏈上的核心盈利環節。合成生物學 產業生態覆蓋面龐大，不同技術和產業落地方向多元，且都有相當的市場規模。基于此， 可以將整個合成生物學產業分為大致的上、中、下游。其中，上游開發使能技術，包括 DNA/RNA 合成、測序與組學，以及數據相關的技術、產品和服務；中游是對生物系統和 生物體進行設計、開發的技術平臺；下游是涉及人類衣食住行方方面面的應用開發和產品 落地。就我們對產業發展的判斷，上中游的“賣水人”也許在未來能夠高效率、低成本地 提供菌種設計和構建解決方案后將在產業鏈上占據核心位置，但這可能是數十年后的事情， 當前技術的成熟度和下游“挖礦人”的規模不足以支撐上中游企業尤其是平臺類公司單靠 “賣水”盈利，因此我們預計在未來數年內產品類公司（通過自主研發、產學研結合等方 式獲取優質菌種并實現大規模生產和商業化銷售）將是產業鏈上的核心盈利環節。
短期來看，Markets and Markets 預計 2026 年全球合成生物學市場規模達到 307 億 美元，對應 2021-2026 年 CAGR 為 26.5%。根據 Deep Tech，全球合成生物學市場規模 由 2016 年的 35.3 億美元增長至 2021 年的 73.7 億美元，對應 2016-2021 年 CAGR 為 83.6%，其中醫療健康領域是第一大應用領域且增速最快，2021 年全球醫療健康領域合成 生物學市場規模為 68.7 億美元，對應 2016-2021 年 CAGR 為 105.6%。此外，工業化學 品是醫療健康外第二大應用領域，2021 年對應市場規模為 18.2 億美元。根據 Markets and Markets，2021 年全球合成生物學市場規模高達 95 億美元（不同機構的統計口徑不同， 導致市場規模有差異），該機構預計 2026 年達到 307 億美元，對應 2021-2026 年 CAGR 為 26.5%。
中長期來看，合成生物學每年帶來的經濟影響或超萬億美元。根據麥肯錫發布的《生 物革命：創新改變經濟、社會和人們的生活》，其收集到大約 400 個實用案例，并以此為 基礎構建未來初步可預見的管線。麥肯錫主要通過 4 個價值增益驅動因素評估生物科學的 進步及其應用對經濟和社會的直接影響，包括減少疾病負擔、提高質量、降低成本、環境 效益，預計在未來 10-20 年，這些應用可能每年對全球產生 2-4 萬億美元的直接經濟影響。 盡管并非全部案例均與合成生物學相關，但顯然合成生物學貢獻了絕大部分，因此我們預 計 2030-2040 年合成生物學每年帶來的經濟影響或超萬億美元。
我們認為當前時點醫療健康和化工領域的產業化進度相對領先。盡管合成生物學在眾 多下游領域均有廣闊的應用前景，但受限于技術成熟度和市場拓展等因素，下游各領域的 產業化進度（結合通過產業化案例數和對應的市場規模判斷）各不相同，其中醫療健康和 化工領域的產業化進度相對領先，我們認為原因主要是：1）醫療健康領域本身就是建立 在生物技術之上的，前沿的生物技術也會首先在醫療健康領域得到應用，此外在醫療健康 領域產品效果的重要性大于產品價格，因此成本往往不會成為產業化的限制因素；2）化 工領域對降低成本的訴求非常強烈，因此一旦生物制造在某類產品上展現出成本優勢，往 往能迅速替代現有競品實現放量，此外大企業不斷加強對環保、低碳、可持續的重視，也 有利于合成生物學產品的產業化。歸根結底，限制合成生物學產業化的本質是技術，整體 上看合成生物學的產業化進度還處于初期，隨著未來各環節技術的進步，下游各領域的發 展前景和市場空間均非常廣闊。
醫療健康：制藥與治療過程將更具經濟性和高效性
合成生物學在醫療健康領域的應用最為深入。目前合成生物學技術應用于醫療健康產 業主要有兩種方式：一種是對微生物進行設計和改造，使微生物可以生產某種藥物分子， 或其本身作為活性藥物，實現治療疾病的功能；另外一種是基于合成生物學的工程化思維 和設計理念，對哺乳動物細胞進行改造，使其具備相應的功能，如用于器官移植、細胞治 療和疫苗生產等。
生物藥在醫藥市場中占據越來越重要的地位。生物制藥是指從生物來源中制造、提取、 或半合成藥品，早期主要是直接從動植物中提取，如牛胰島素，隨著現代生物技術在 20 世紀 80 年代興起，現代生物制藥技術逐漸發展為以生物工程為主導、發酵工程為中心的 包括細胞工程、酶工程的現代生物體系，由于改造基因和蛋白質的傳統方式已經達到了技 術和經濟的瓶頸，合成生物學就成為關鍵的新工具。和傳統的化學藥相比，生物藥屬于大 分子，結構復雜，理化性質不穩定，生產運輸條件較高，研發和生產的難度、成本都較高， 但是生物藥的治療靶點更為精確，經常能帶來更好的療效和更低的毒副作用。隨著技術的 進步，生物藥研發和生產的難點被逐漸克服，可靠的功效使其在醫藥市場中的重要性不斷 提升。根據 Frost & Sullivan 預測（轉引自奧浦邁招股說明書），全球醫藥 CDMO 市場規 模將由 2020 年的 424 億美元增長至 2025 年的 856 億美元，其中生物藥 CDMO 占比由 42.5%提升至 53.7%，對應全球生物藥 CDMO市場規模 2020-2025年的 CAGR為 20.7%； 中國醫藥 CDMO 市場規模將由 2020 年的 317 億元增長至 2025 年的 937 億元，其中生物 藥 CDMO 占比由 28.7%提升至 48.9%，對應中國生物藥 CDMO 市場規模 2020-2025 年 的 CAGR 為 38.1%。
預計 2020-2030 年全球和中國生物藥市場規模 CAGR 分別為 10.5%和 14.1%。根據 Frost & Sullivan（轉引自珈創生物招股說明書），憑借生物藥卓越的療效、生物科技的顯 著發展以及研發投入不斷增加，全球和中國生物藥市場規模在 2020 年分別達到 2979 億美 元和 3457 億元，該機構預計在 2030 年分別達到 8049 億美元和 12943 億元，對應 2020-2030 年的 CAGR 分別為 10.5%和 14.1%。得益于可支付能力的提高、患者群體的 增長以及醫保覆蓋范圍的擴大，中國市場增速更快。
醫療健康領域與生物技術息息相關，將受到合成生物學深遠的影響。一方面，合成生 物學融合了基因療法和細胞療法，將轉染了具有治療功能的人工合成基因回路的工程化細 胞植入生物體內以實現治療疾病的目的，是臨床治療手段的重大變革。另一方面，與傳統 治療方式（如藥物治療、放射治療以及手術治療等）相比，合成生物學可在更大的時空范 圍內，通過影響機體的特定生物學過程而重建生命內穩態，以達到治療疾病的目的，更是 一種醫學模式和治療理念的轉變。
化工：低成本+可持續，化工產品的制造將被重塑
相比傳統化工，生物制造具有低成本+可持續優勢。合成生物學在化工領域的應用主 要包含材料、化學品、化工用酶、油類和潤滑劑等多方面。如利用改造后的酵母或其他微 生物生產化學品、材料和油類，通過定向進化結合高通量篩選尋找在高溫高酸等特殊場景 擁有高活性的酶等。根據 OECD 的報告，生物制造可以降低工業過程能耗、物耗，減少廢 物排放與空氣、水及土壤污染，以及大幅度降低生產成本，提升產業競爭力。例如通過生 物制造生產 1，3-丙二醇，與石油路線相比，CO2減排 63%，原料成本下降 37%，能耗減 少 30%，成功創造了一個化纖原料擺脫石油價格體系的范例。OECD 預計 2023 年世界上 35%的化工產品將被生物制造產品所取代，生物制造產業將逐步形成可再生資源持續發展 的經濟形態。
可持續已經成為企業不可忽視的重要因素。越來越多的企業正在做出多種類型的可持 續承諾，其中大部分是化學和材料企業，麥肯錫 2021 年的調查發現近 50%的領先企業承 諾減少“范圍 3”溫室氣體排放，包括與原料和原料上游生產相關的排放，同時承諾企業 數量從 2016 年到 2021 年以 34%的 CAGR 增長，比 2006 年到 2015 年的 14%顯著增加。 針對“范圍 3”做出的承諾正在對化學品和材料下游行業超過 4 萬億美元的收入產生影響， 涉及到的化學品和材料的產值約 5000 億美元，在這種趨勢下，生物制造的可持續優勢不 僅僅有利于企業自身，對整個產業鏈更加重要。
生物可降解材料有望替代傳統塑料。塑料作為石化產業重要的下游領域之一，其制造 所需要的石油消耗量占據全球石油產量的 8%。根據 NRDC 預測，如果按照目前的趨勢發 展，2050 年全球塑料將消耗全世界 20%的石油。塑料污染問題逐漸成為僅次于氣候變化 的全球第二大環境議題，塑料一旦泄漏到土壤、水體等自然環境中，便難以降解，會造成 視覺污染、土壤污染、水體污染等各種環境破壞，處置方式不當還會影響溫室氣體排放， 給脆弱的生態環境帶來持久性危害。另外，微塑料進入食物鏈也可能對人體健康帶來嚴重 危害。各國相繼出臺限塑政策，第五屆聯合國環境大會上 175 個國家和地區通過了《終止 塑料污染決議（草案）》，將在 2024 年底前完成首個全球“限塑令”，同時塑料污染治理和 可循環包裝應用也成為全球主要快速消費品公司亟需解決的重要 ESG 議題。生物可降解 材料具有類似塑料的物理和機械性能，結合了傳統塑料的優點，同時又具有白色污染難降 解的解決方案，有望成為傳統塑料的最佳替代。
PHA 是最具前景的生物可降解材料。生物可降解材料分為石油基和生物基，主要的可 降解材料如 PBAT、PBS、PLA、PHA 等的單體（PBAT 的己二酸和丁二醇、PBS 的丁二 酸、PLA 的乳酸）或聚合物本身（PHA）理論上均可通過生物制造的方式生產?？紤]到原 材料的可持續性和生產過程的安全性，生物基可降解材料更有優勢，根據 European Bioplastics 預測，2027 年全球生物基塑料產能將達到 629 萬噸，可降解塑料占到 56.5%， 其中 PLA 和 PHA 分別占 37.9%和 11.8%。相對于其他可降解材料，PHA 在降解性能和應 用領域方面均更優：降解性能上，PHA 的降解范圍更廣，可以在淡水、海水、土壤、堆肥、甚至有機污泥中生物降解，還可以通過與其他材料共混來提高終產品的可降解性；物理性 能上，PHA 是系列聚合物，既可以對共聚物的單體結構進行選擇搭配，亦可以與其他可降 解材料復配，提升共混物的物理機械性能。根據《PHA 生物可降解塑料產業白皮書》（普 華永道，2022 年）預測，短期內，PHA 生產成本仍將高于 PLA，其市場需求主要為不便 于回收、易泄漏到環境中的場景，市場規模約 629 億元；長期看，隨著 PHA 生產成本不 斷下探，其有望在包裝領域完全替代 PP、PE，市場規模達到 1.2 萬億元。
看好未來生物制造在化工領域突破大體量產品。生物制造在一些細分領域已經完全取 代傳統化工，例如，長鏈二元酸是是一類用途極其廣泛的重要精細化工產品，針對長久以 來化學合成長鏈二元酸技術的不足，凱賽生物以石油中的副產物正烷烴為原料，采用微生 物發酵的方法生產長鏈二元酸，顯著降低了成本和污染，是世界上首個使用生物法產品取 代石油化學法產品的商業成功案例。但無論是凱賽生物的長鏈二元酸、華恒生物的丙氨酸、 杜邦的 1，3-丙二醇，都是需求在十萬噸級或更小的產品，而在百萬噸級需求的化工產品 中尚未有成功替代的案例，我們認為隨著合成生物學技術的進步，生物制造必然會在化工 領域突破大體量產品。目前已經有公司取得進展，東麗株式會社開發出一種 100%生物基 己二酸的生物合成方法，并已經開始探討擴大研究規模，目標在 2030 年左右實現該技術 的實用化。
農業和食品：更高效的農業生產和更綠色健康的食品
合成生物學有望改善人類面臨的糧食短缺困境。全球人口從 1961 年的 30.7 億增長到 2020 年的 78.2 億，在此期間全球人均耕地卻減少約一半，原因除人口因素外還包括工業 化和城鎮化進程加快以及氣候問題。人類生存所面臨的糧食危機越來越嚴重，聯合國糧農 組織預計至 2050 年全球糧食產量需增產 70%才能滿足需求，以快速且可持續的方式在更 少的土地上生產更多的糧食是農業界所面臨的巨大挑戰。隨著合成生物學的快速發展，其 在農業領域的應用如作物增產、牲畜和動物飼料及添加劑、害蟲防治等方面和在食品領域 的應用如肉類和乳制品、飲品、食品安全、調味劑和添加劑等方面的潛力日益凸顯。
合成生物學能夠從多個方面提高農業生產力，其比轉基因技術更加高級。對于植物作 物，利用合成生物學可以提高光合作用效率來增加產量、促進自主固氮來減少化肥使用、 重塑代謝通路來改良農產品品質以及高效防治蟲害；對于牲畜，主要是利用合成生物學高 效提供蛋白飼料。合成生物學技術與轉基因技術在農業上的應用有一部分重疊，前者是建 立在后者基礎之上的，兩者主要不同是轉基因技術將個別外源基因轉移到某生物基因組內， 使之能表達有益的蛋白質，而合成生物學則一方面是從頭設計和構建自然界中不存在的人 工生物體系，另一方面從對現有生物的重新設計和改造的角度看，其通常是轉移一組基因， 因而要在更大規模更多層次上涉及到細胞網絡，如代謝網絡等。因此，合成生物學對農業 產生的影響和帶來的前景將超過轉基因技術。
預計 2026 年全球微生物肥料市場規模將達到 44.7 億美元。微生物肥料是指以微生物 的生命活動為核心，使農作物獲得特定的肥料效應的一類肥料制品，從傳統的菌種篩選到 菌種改造設計、多高效復合菌系制造、肥料菌株功能挖掘等技術的應用，合成生物學實現 了肥料菌株研發的多樣性、調控性和精確性。根據 Markets and Markets，北美是全球使 用微生物肥料最多的地區，其次是歐洲，2020年美國的微生物肥料使用比例高達60-70%， 歐洲許多國家達到 45-60%。Markets and Markets 預計全球微生物肥料市場規模將在 2021 年達到 22.5 億美元，并以 11.9%的 CAGR 增長，在 2026 年達到 44.7 億美元。隨著合成 生物學技術不斷進步，微生物肥料的增產效果、方便程度、生產成本都將持續改善，為解 決人類面臨的糧食危機做出貢獻。
傳統畜牧業存在諸多問題，植物肉提供優質解決方案。隨著全球的肉類消費需求增長， 傳統畜牧業規模擴張導致動物疫情頻發、濫用抗生素、溫室氣體排放等問題。根據聯合國 糧農組織的數據，2015 年全球畜牧業溫室氣體排放約為 7.1Gt 二氧化碳當量，占人類活動 溫室氣體排放總量的 15%左右。在此背景下人造肉作為畜牧產品的替代品被開發出來，人 造肉分為細胞肉和植物肉，目前細胞肉由于技術難、成本高等因素無法規模量產，植物肉 以植物蛋白、氨基酸和脂肪為基礎，添加經合成生物學技術改造的酵母合成的植物性血紅 蛋白而制成，已經實現大規模商業化生產。相比傳統畜牧業，每生產 1 公斤植物肉，為環 境節省了 93%的土地浪費與破壞、99%的生產用水和 90%的溫室氣體排放，除此之外， 根據美國農業部的研究，普通肉類中含有的激素等，會導致癌癥、心臟病等疾病患病風險 大幅增加。從營養學角度，植物肉具有零膽固醇、零激素、零反式脂肪酸、零抗生素，富 含人體必需氨基酸等優點，更符合人們對飲食健康的要求。根據《2021 中國植物肉行業 洞察白皮書》（星期零，彭博商業周刊），目前植物蛋白肉的研究以及專利申請主要集中于 植物蛋白纖維化加工技術、血紅蛋白的生產與應用、風味物質的生產與應用三方面，其中 后兩者均依靠合成生物學實現。一方面，采用經改造的微生物生產的血紅蛋白，可以賦予 植物蛋白類似肉制品的顏色，并且可以彌補植物蛋白鐵元素含量不足的問題；另一方面， 采用經改造的微生物生產多種脂肪、維生素、風味物質，并結合熱加工處理方法，使植物 蛋白肉的口感接近于真實肉制品。
環保健康生活是大勢所趨，預計 2025 年全球人造肉市場規模達到 279 億美元。環保 方面，根據普華永道的數據，如果全世界用植物肉取代 10%的動物肉消費，人類將節約 1.76 億噸二氧化碳排放，相當于 27 億棵樹的吸收量；將釋放 3800 萬公頃土地，相當于 云南省的面積；將減少 86 億立方米用水，相當于渭河一年的總流量。健康方面，根據《美 國心臟協會》發表的研究《Centered Diet and Risk of Incident Cardiovascular Disease During Young to Middle Adulthood》（Yuni Choi，Nicole Larson，Lyn M Steffen 等），最 常吃植物性食物的人患心血管疾病，如心臟病、中風、心力衰竭和其他疾病的風險降低了 16%，他們死于心血管疾病的風險也降低了 31%到 32%。環保和健康的生活方式是人類 發展的趨勢，也是消費者選擇植物肉的重要原因。Markets and Markets 預計 2025 年全球 人造肉市場規模達到 279 億美元，對應 2021-2025 年的 CAGR 為 14.9%。
消費品：創造多元化的選擇和更美好的生活
合成生物學正在為消費者提供多元化的產品。合成生物學在消費品領域的應用主要包 含人類營養、寵物食品、皮革、護膚品等多方面。如利用微生物發酵生產動物蛋白食品來 滿足寵物營養和健康需求，利用菌絲體或微生物發酵生產皮革，通過改造微生物來生產香 料、保濕劑和活性成分等用于護膚品。Amyris 以甘蔗為原料進行酵母發酵合成法尼烯，再 以法尼烯為原料通過化學反應合成角鯊烯和角鯊烷，替代了鯊魚肝油和高精度橄欖油的提 取技術路線，提供更加環保、更加純凈的可持續化妝品原料。
合成生物學助力嬰幼兒配方奶粉營養素添新品。HMOs（母乳低聚糖）是母乳中僅次 于乳糖的第二大類碳水化合物成分和第三大營養成分，與母乳中其他活性營養相比，HMOs 的含量是乳鐵蛋白的 12 倍，免疫球蛋白的 6 倍。HMOs 的結構超過 200 多種，目前已確 定結構的 30 多種，每一種結構的 HMO 都有獨特的功能性，人類對 HMOs 的研究超過 130 年，在合成生物學技術的加持下，2016 年前后才實現商業化。目前，在 HMOs 生產工藝 上，實現量產的制備方法包括酶法和發酵法。根據《母乳低聚糖（HMOs）行業市場調研》 （恒魯生物），2021 年全球 HMOs 市場規模為 3.8 億美元，仍處于導入期階段；隨著產品 價格逐步降低，其在嬰幼兒配方奶粉、功能食品和飲料、營養補充劑等領域的滲透率將不 斷提升，在保守/中性/樂觀三種情景下，預計 2027 年全球 HMOs 市場規模分別達到 9.57/13.60/18.38 億美元，對應 2022-2027 年 CAGR 分別為 14.1%/22.4%/30.0%。
合成生物學助力重組膠原蛋白滲透率快速提升。膠原蛋白是用于化妝品領域的關鍵生 物活性成分，主要功效是皮膚修護和抗衰老，膠原蛋白可分為重組膠原蛋白（合成生物學 制造）和動物源性膠原蛋白（動物組織提取）。重組膠原蛋白具有包括生物活性及生物相 容性更高、免疫原性更低、漏檢病原體隱患風險更低、水溶性更佳、無細胞毒性以及可進 一步加工優化等內在優勢，在化妝品領域的應用逐漸普及。根據 Frost & Sullivan 預測（轉 引自巨子生物招股說明書），中國重組膠原蛋白產品市場規模將由 2021 年的 108 億元增長 至 2027 年的 1083 億元，對應 2021-2027 年 CAGR 為 46.8%；中國重組膠原蛋白在整個 膠原蛋白市場中的滲透率將由 2021 年的 37.7%提升至 2027 年的 62.3%，在主要下游市 場中，功效性護膚品/醫用敷料/肌膚煥活應用領域重組膠原蛋白滲透率均明顯提升。
能源：生物燃料+生物制氫，幫助人類擺脫化石能源依賴
環保和減排壓力下生物能源再受重視。目前合成生物學在能源領域的應用主要包含生 物乙醇、柴油和丁醇等方向，能源類合成生物學公司是整個合成生物學行業中起落較大的 一個類別。2010-2020 年，隨著國際環境的變化，加上頁巖油開采的商業化落地，使得國 際原油價格劇烈波動，這無疑擊穿了一眾該類別公司的生物燃料夢想。根據 IEA，2021 年 全球石油消耗的產業占比中，交通用汽柴油和航空用油合計占比 54%，通過開發生物能源 來減少燃料用油的意義重大，而且其發展的最大推動力已經不再是比化石能源廉價，而是 比化石能源環保。IEA 的一項分析指出，為了阻止全球的升溫超過 2℃，生物能源在總能 源需求中的占比需要從 2015 年的 4.5%提高到 2060 年的 17%，但是截至目前，生物能源 的產量遠低于達到這個目標所需的速度。
生物能源推廣加速，預計 2025 年生物柴油市場空間超 3000 億元。根據《Statistical Review of World Energy 2022》（BP），全球生物燃料消費量由 2011 年的 117 萬桶/天增 長到 2021 年的 184 萬桶/天，生物燃料消費量占石油燃料（汽油+柴油+煤油+燃油）消費 量的比例由 2011 年的 1.90%提高到 2021 年的 2.95%，提升空間巨大。各國對于交通運 輸領域的生物能源使用都有指標，歐盟的 2021 年修訂版 RED（可再生能源指令）中，要 求 2030 年成員國交通運輸部門中生物燃料占總燃料的比例和生物能源占總能源的比例的 目標分別提高到 26%和 40%。生物柴油摻混入化石柴油中制成混合柴油在減少有害氣體 排放的同時無需額外改動，有效降低了使用門檻。根據卓越新能招股說明書披露，北歐國 家如瑞典、芬蘭、挪威等 2020 年目標生物柴油摻混比例均達到 20%及以上，歐洲主要經 濟體德國、法國、英國等也在設置更高的要求。隨著生物柴油摻混比例的政策性提升， OECD-FAO 預計 2025 年全球生物柴油需求量將達到 5122 萬噸，按照 6000 元/噸的價格 保守測算，市場空間可達 3073 億元。盡管目前生物柴油主要采用化學法生產，但未來具 有反應條件溫和、無污染排放等優點的生物酶法、發酵法將扮演越來越重要的角色。
合成生物學實現從二氧化碳到生物燃料的直接轉化，有望解決成本問題。生物煉制是 利用農業廢棄物、植物基淀粉、木質纖維素等生物基原料生產各種化學品、燃料的過程， 第一代生物煉制主要以植物油、廢棄食用油等為原料來合成生物燃料，第二代生物煉制原 料主要為非糧食生物質，包括谷物秸稈、甘蔗渣等。第三代生物煉制旨在利用微生物細胞 工廠將可再生能源和二氧化碳轉化為燃料和化學品，微生物是第三代生物煉制的核心，其 中自養微生物是一種以二氧化碳作為主要或唯一的碳源，以無機氮化物作為氮源，通過細 菌光合作用或化能合成作用獲得能量的微生物。目前采用一些經過合成生物學改造的光能 或化能自養微生物，已經可以實現從二氧化碳合成生產燃料和化學品，產業化落地后有望 解決制約生物能源發展的成本問題。
生物制氫有望成為未來最理想的能源解決方案之一。氫氣憑借清潔高效、熱值高、可 持續、應用廣泛等突出優勢，被譽為“21 世紀的終極能源”，制氫的主要技術路線分為五 種：石油、煤炭、天然氣等化石能源重整制氫；電解水制氫；利用冶金、焦化、氯堿等過 程中的工業副產氣制氫；太陽能光解水制氫以及生物制氫。目前傳統化石能源制氫技術仍 在全球范圍內占據絕對主流位置，根據《2022 年中國氫能行業白皮書》（頭豹研究院）， 中國制氫來源中化石能源制氫占比接近 2/3。但在綠色能源轉型與“雙碳”目標的時代背 景下，以化石能源產“灰氫”的方式終究只能作為暫時的過渡性手段，以生物制氫為代表 的可再生能源制“綠氫”技術被認為是屬于未來的、最為理想的能源解決方案之一。但受 限于技術尚未成熟、設備及儲運設施不完善等因素，生物制氫生產成本較高，短期內是制 約其實現商業化應用的關鍵問題。
合成生物學將成為生物制氫突破的關鍵。根據 2022 年科技部、國家發展改革委、工 業和信息化部等 9 部門發布的《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022-2030 年）》，前沿 和顛覆性低碳技術包括新型綠色氫能技術，即研究基于合成生物學、太陽能直接制氫等綠 氫制備技術。通過合成生物學技術從提升菌種光能吸收效率、提高菌種產氫率、改用廉價 原料等方面取得突破，生物制氫有望逐步具有經濟性。中國氫能聯盟預測，2050 年中國 氫能需求量將達到近 6000 萬噸，假設屆時生物制氫占比 10%，產氫量約為 600 萬噸，我 們按照 2 萬元/噸的價格測算，市場規模高達 1200 億元。
行業即將迎來加速發展，投資遵循三條主線
資本市場融資火熱+各國支持政策頻出，合成生物學即將迎來加速發展
全球合成生物學初創公司融資火熱。近年來，隨著相關技術不斷成熟，合成生物學產 業百花齊發，全球范圍內大量初創公司如雨后春筍般出現，也帶動了資本市場對這一創新 浪潮的關注。根據 SynBioBeta 統計，2019-2021 年全球合成生物學初創公司融資額達到 31/78/180 億美元，其中 2021 年融資額幾乎相當于從 2009-2020 年所有融資額的總和。 可以說 2021 年是合成生物學初創公司最好的一年。從融資的領域看，應用端（即產品類 公司）占比達到 77.4%（SynBioBeta 數據），保持絕對領先優勢，生物體工程平臺排名第 二，也印證了前文“當前階段產品類公司更佳”的判斷。
2022 年中國合成生物學投融資方興未艾。根據新道藍谷及各公司官網，中國在合成 生物學領域的投融資起步較晚，2015-2020 年，每年中國合成生物學領域投融資數量僅有 個位數，直到 2021 年實現爆發，僅一年就有 16 例。2022 年國內合成生物學賽道依然備 受關注，多家頭部投資機構紛紛布局，藍晶微生物、引航生物、中科欣揚、柯泰亞生物等 企業相繼完成一級市場融資，近岸蛋白、巨子生物、川寧生物等企業相繼完成 IPO 登陸 A 股。整體上看，產品研發公司的數量和融資額多于技術服務公司。
各國政府高度重視合成生物學，相繼出臺多項支持政策。近年來，合成生物學得到世 界各國的高度重視，全球主要國家政府陸續出臺合成生物學相關扶持政策，國際合成生物 學科研和產業發展十分迅猛。全球主要國家相繼建立合成生物學研究中心，形成了遍布全 球的合成生物學研究網絡，以美國、英國為主導的國外發達國家在合成生物學研究領域發 展進程較快。歐盟最早通過第六研究框架計劃從政策層面、以項目資助的方式促進合成生 物學發展，法國、德國等成員國針對合成生物學及相關技術分別制定了針對本國的研究發 展戰略。英國政府于 2012 年和 2016 年相繼發布《合成生物學路線圖》和《英國合成生物 學戰略計劃》，是首個在國家層面通過路線圖方式推動合成生物學發展的國家。美國從多 個維度來推動合成生物學的發展，自 2019 年開始連續 3 年發布了《工程生物學：下一代 生物經濟的研究路線圖》、《微生物組工程：下一代生物經濟研究路線圖》和《工程生物學 與材料科學：跨學科創新研究路線圖》等合成生物學相關領域的研究路線圖。中國政府也 高度重視合成生物學的發展，2008 年香山會議首次探討了合成生物學背景、進展和展望， 并連續多年開展了合成生物學專題學術討論，2022 年《“十四五”生物經濟發展規劃》明 確將合成生物學列為重點發展方向。
2022 年以來國內出臺三項合成生物學相關重要政策。2022 年 5 月 10 日，國家發改 委印發了《“十四五”生物經濟發展規劃》，指出合成生物學作為前沿生物技術，要加強原 創性、引領性基礎研究，推動合成生物學技術創新，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，有序推動在新藥開發、疾病治療、農業生產、物 質合成、環境保護、能源供應和新材料開發等領域應用。2022 年 8 月 18 日，科技部等九 部門聯合印發了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030 年）》，其中前沿顛覆性 低碳技術創新行動中涉及到新型綠色氫能技術、二氧化碳高值化轉化利用技術，需要以合 成生物學為基礎進行創新。2023 年 1 月 9 日工信部等六部門聯合印發了《加快非糧生物 基材料創新發展三年行動方案》，提出以非糧生物質開發利用技術突破為基礎，深化生物 化工與傳統化工耦合、工業與農業融合，以技術、模式創新為動力，促進生物基材料優性 能、降成本、增品種、擴應用，提升生物基材料產業協同創新、規模生產、市場滲透能力， 推動非糧生物基材料產業加快創新發展。
初創公司面臨“考核期”，合成生物學料即將迎來加速發展。在資本市場和各國政策 的孵化下，合成生物學初創公司如雨后春筍般出現，但是他們的“蜜月期”馬上將要結束， 投資者的關注點從概念和故事轉向產品的落地，我們預計在這個過程中將有眾多初創公司 被淘汰，存活下來的公司也需要不斷去研發和落地新產品來支撐估值，最終脫穎而出的初 創公司或許會成為新的標桿。預計未來，越來越多的初創公司會登陸二級市場，越來越多 的上市公司會布局合成生物學相關領域，在機遇和挑戰當中，合成生物學賽道將迎來加速 發展。
看好中國生物制造企業競爭力，影響估值的核心因素是成長性
國外企業集中在美國，上中游環節較多且領先。Amyris 和 Ginkgo Bioworks 是國外合 成生物學企業的標桿：Amyris 是合成生物學領域第一家在納斯達克上市（2010 年）的企 業，同時也是平臺型公司的鼻祖和典型代表，經過長期的產業探索，其逐步成為頗有影響 力的法尼烯和長鏈碳氫化合物生產商。另一家代表性公司是 Ginkgo Bioworks，2021 年 5 月宣布以 175 億美元的價格通過 SPAC 方式正式上市，2022 年完成對 Zymergen 的收購 以整合 Zymergen 強大的自動化和軟件能力，以及其在多種生物工程方法上的豐富經驗， 來顯著增強 Ginkgo Bioworks 的合成生物學平臺。除此之外，其他合成生物學企業也大多 來自美國。整體上看，國外使能技術類、平臺類合成生物學企業較多且技術領先。
中國主要是產品類公司，商業化成功案例較多。凱賽生物和華恒生物是國內合成生物 學企業的標桿：凱賽生物以石油中的副產物正烷烴為原料，采用微生物發酵的方法生產長 鏈二元酸，顯著降低了成本和污染，是世界上首個使用生物法產品取代石油化學法產品的 商業成功案例；華恒生物突破厭氧發酵技術瓶頸，在國際上首次成功實現了微生物厭氧發 酵規?；a L-丙氨酸產品，是行業內擁有厭氧發酵法生產 L-丙氨酸完整知識產權的優勢 企業之一。此外，巨子生物、軒凱生物、引航生物、首鋼朗澤等一眾國內產品類公司都取 得了單個或多個合成生物學產品商業化的成功。
得益于理論研究和產業基礎，看好中國生物制造企業競爭力。簡單來講，生物制造的 成功關鍵在于菌種設計和構建、大規模發酵工藝兩點，前者取決于合成生物學的理論研究， 后者取決于發酵產業的能力。根據 Web of Science，核心合集中以合成生物學為主題的全 球論文發表量自 2000 年開始不斷增加，其中中國論文發表量自 2008 年開始快速增加， 2022 年中國占比已經超過美國，位居世界第一。根據中國生物發酵產業協會，中國生物 發酵產品的產量由 2015 年的 2426 萬噸提升至 2019 年的 3065 萬噸，出口量由 2015 年 的 344 萬噸提升至 2019 年的 527 萬噸，我國生物發酵產品中氨基酸、有機酸、淀粉糖及 多元醇等產能和產量多年穩居世界第一位。因此，得益于深厚的理論研究和堅實的產業基 礎，我們現階段看好中國生物制造企業的競爭力。
美國平臺類公司經營情況不佳，中國產品類公司穩定增長。由于研發投入和包括股權 激勵在內各類費用導致營業支出過高，2019 年至 2022Q1-Q3，Ginkgo Bioworks 和 Amyris 的凈利潤和經營活動凈現金流均為負值，相比之下凱賽生物和華恒生物的歸母凈利潤和經 營活動凈現金流整體呈增長態勢。美國平臺類龍頭公司財務表現遠差于中國產品類龍頭公 司，再次驗證我們“當前階段產品類公司更佳”的判斷。
美國平臺類公司的股價和估值對國內產品類公司不具備參考價值。2008 年初 Amyris 計劃以甘蔗為原料每年生產 10 億加侖的生物燃料，每桶價格可低至 60 美元，然而原油價 格暴跌、頁巖油開采的商業化落地以及其自身產業化不達預期使得 Amyris 股價暴跌。2021 年 Ginkgo Bioworks 以 175 億美元的價格通過 SPAC 方式正式上市，如今市值約縮水為 1/5。平臺類公司享受了各種概念和投資故事的估值溢價，在沒有如預期般兌現業績后，泡 沫必然破裂，相較之下國內的產品類公司的商業模型更加穩健，因此美國平臺類公司的股 價和估值對國內產品類公司來說不具備參考價值。
中國產品類公司的高估值本質是成長邏輯。截至 2023 年 1 月 20 日，合成生物學公 司華恒生物、凱賽生物、嘉必優的 PE（2023）分別為 43.0、40.4、33.1，顯著高于傳統 發酵公司金丹科技、中糧科技、梅花生物，我們認為產品類公司的高估值是有業績增速支 撐的，按照 PEG=PE（2023）/g（2022E-2024E）計算，華恒生物、凱賽生物、嘉必優的 PEG 分別為 1.11、1.21、0.85，高于 CS 成長板塊公司 PEG 的平均值 0.82 且在其中位于 前列，國內產品類公司的高估值本質是成長邏輯。
重點公司分析
華恒生物：產學研結合+產業化能力打造多產品管線
華恒生物是全球領先的小品種氨基酸供應商。華恒生物是一家以合成生物學技術為核 心，通過生物制造方式，主要從事生物基產品，如氨基酸和維生素產品研發、生產、銷售 的高新技術企業，主要產品包括丙氨酸系列產品（L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸）、L纈氨酸、D-泛酸鈣和熊果苷（α-熊果苷和 β-熊果苷）等，可廣泛應用于日化、醫藥及保健 品、食品添加劑、飼料等眾多領域。經過多年的創新發展，華恒生物已經成為全球領先的 通過生物制造方式規?；a小品種氨基酸產品的企業之一。2021 年華恒生物 L-纈氨酸 產品開始放量，對收入和利潤形成明顯貢獻，2022 年 Q1-Q3 華恒生物實現營業收入 9.84 億元，同比增長 58.4%；實現歸母凈利潤 2.17 億元，同比增長 112.6%。根據其 2022 年 度業績預增公告，華恒生物預計 2022 年實現歸母凈利潤 3.00-3.25 億元，同比增長 78.3%-93.2%。
華恒生物實現 L-丙氨酸和 L-纈氨酸的厭氧發酵生產，奠定細分領域龍頭地位。日化 領域的需求量占 L-丙氨酸總需求量的 50%以上，受益于 MGDA 市場快速發展，丙氨酸需 求保持 10%以上增速。華恒生物突破厭氧發酵技術瓶頸，在國際上首次成功實現了微生物 厭氧發酵規?；a L-丙氨酸產品，全球市占率約 50%。L-纈氨酸主要應用于飼料及保健 品領域，近年來由于飼料原料如豆粕價格升高等因素，氨基酸精確配方飼料迎來了很大發 展，L-纈氨酸在飼料里的添加量大幅增長，L-纈氨酸需求保持 20%以上增速。華恒生物實 現厭氧發酵法生產 L-纈氨酸技術，菌種性能高效，發酵技術先進，產能位居行業前列，市 場占有率逐步提升。
華恒生物通過產學研結合+產業化能力打造多產品管線。華恒生物堅持和發展已有的 產學研相結合的技術合作創新模式，與中科院天工所、中科院微生物研究所、北京化工大 學、浙江工業大學等高?？蒲袡C構建立長期的合作關系，在新產品研發方向上，華恒生物 堅持“成本優勢”和“綠色低碳”兩大原則，一方面繼續在氨基酸領域橫向拓展（異亮氨 酸）、縱向延伸（D-泛酸鈣），發揮自身一體化優勢；另一方面進入到體量更大的化工新材 料等領域（1，3-丙二醇、丁二酸、蘋果酸），并向產業鏈上游延伸，從玉米深加工做起， 實現核心原材料葡萄糖的自產。華恒生物拓展的生物制造新產品與核心產品丙氨酸、纈氨 酸的厭氧發酵法相比，在關鍵技術、工藝流程、生產設備等方面有著諸多共通之處，華恒 生物可以將既有的工業菌種創制、發酵過程智能控制、高效后提取、產品應用開發環節等 技術優勢和生產經驗復制于新產品的工業化生產過程，形成與現有主要產品的協同發展。
華恒生物現有產能規劃有望實現約 60 億元收入，成長確定性較高。我們預計 2023 年公司 1.6 萬噸三支鏈氨基酸（纈氨酸和異亮氨酸）項目和 7000 噸 β-丙氨酸衍生物（D泛酸鈣）項目將投產，2024 年 5 萬噸 1，3-丙二醇、丁二酸、蘋果酸項目投產，當前已有 產能和規劃產能的 7 個主要產品 2025 年對應市場空間約 200 億元，華恒生物現有產能規 劃有望取得 30%市場份額，即對應約 60 億元收入，未來的成長空間、路徑和速度的確定 性較高。
嘉必優：新國標落地+帝斯曼專利到期，配方奶粉營養素龍頭啟航
嘉必優是國內嬰幼兒配方奶粉營養素龍頭。嘉必優以生物技術為立足之本，集成工業 菌種定向優化技術、發酵精細調控技術、高效分離純化制備技術，通過可持續的微生物合 成制造方式，為全球營養與健康領域的客戶提供高品質的營養素產品與創新的解決方案。 嘉必優的主營業務包括多不飽和脂肪酸 ARA 和藻油 DHA 以及 SA、天然 β-胡蘿卜素等多 個系列產品的研發、生產與銷售，產品廣泛應用于嬰幼兒配方食品、膳食營養補充劑、營 養健康食品、特殊醫學用途配方食品、寵物營養食品、經濟動物飼料以及個人護理及化妝 品等領域。2018 年至 2022 年 Q1-Q3 嘉必優營業收入穩健增長，由于原材料漲價、產品 降價、客戶和業務結構變化等因素毛利率有所下滑，導致 2021 年和 2022 年 Q1-Q3 歸母 凈利潤承壓。我們預計隨著募投項目 2023 年投產爬坡，嘉必優業績有望快速釋放。
嘉必優市場份額提升空間巨大。ARA 及藻油 DHA 對于嬰幼兒的大腦和視網膜發育具 有重要的意義，已經成為全球嬰幼兒配方奶粉企業普遍選擇添加的營養素，因此嬰幼兒配 方奶粉行業對于 ARA 和藻油 DHA 的持續需求將為行業市場容量增長奠定良好的基礎。根 據 Coherent Market Insights 預計，2026 年全球及中國 ARA 和藻油 DHA 的市場容量分別 將達到 12.26億美元和 2.15億美元，分別對應 2018-2026年 CAGR為 13.45%和 16.47%。 目前嘉必優 ARA 及藻油 DHA 產品在全球市場的份額不到 10%，與行業龍頭帝斯曼仍然存 在較大的差距，隨著募投項目 2023 年如預期投產爬坡，嘉必優市占率有望提升。
新國標落地+帝斯曼專利到期打開國內外市場空間，募投項目投產短期放量確定性強。 2021 年 3 月 18 日，嬰幼兒配方食品新國家標準正式頒布，并將于 2023 年 2 月 22 日正 式實施。相較于 2010 年標準，新國標對嬰幼兒奶粉營養素的要求做了較大的調整，對在 嬰兒和較大嬰兒配方食品中 DHA 的添加量新增了關于下限值的規定，即每 100kJ 食品中 DHA 添加量下限值為 3.6mg，提高了 DHA、ARA 添加量的上限值，明確 DHA 與 ARA 的 比例不得低于 1:1。我們預測中國嬰幼兒配方奶粉 ARA/DHA 市場規模有望受益于新國標 實施而明顯增長。嘉必優與帝斯曼就專利糾紛達成和解，嘉必優海外銷售范圍和數量受限 制，但獲得了帝斯曼的采購或者現金補償的權利，并贏得了發展的時間。2023 年，帝斯 曼 ARA 相關專利在各個國家的保護期均會到期，屆時嘉必優生產和銷售 ARA 產品將不再 受到限制，有望迎來提高境外市場 ARA 份額的機會。預計嘉必優募投項目將于 2023 年 Q1 投產，ARA 和藻油 DHA 合計產能將翻倍，為短期放量提供產能基礎。
以合成生物學為底層技術，新產品布局豐富。嘉必優重點落地“三拓展”發展戰略（即 拓展產品品類、拓展產品應用領域、拓展產品市場區域），著力構建“一主兩翼”業務格 局（“一主”即人類營養領域，“兩翼”即動物營養領域、個人護理及化妝品領域），截至 2022 年上半年，基于構建的合成生物學技術平臺，嘉必優開展了 2'-FL、3'-SL、蝦青素、 依克多因、EPA、麥角硫因等高附加值產品的開發。
凱賽生物：深耕聚酰胺產業鏈，百萬噸產能蓄勢待發
凱賽生物是全球領先的生物制造新材料企業。凱賽生物是一家以合成生物學等學科為 基礎，利用生物制造技術，從事新型生物基材料的研發、生產及銷售的高新技術企業，是 全球領先的利用生物制造規?；a新材料的企業之一。凱賽生物通過生物制造方法生產 長鏈二元酸系列產品，既能滿足下游聚合要求的質量標準，同時經濟性及綠色環保優勢突 出，在市場競爭中將以英威達為代表的傳統化學法長鏈二元酸擠出市場。隨著凱賽生物生 物基戊二胺產業化技術的突破，通過生物基戊二胺與各種二元酸或二元酸的組合物縮聚， 可生產系列生物基聚酰胺產品，包括 PA56、PA510、PA5X 等，進一步打開凱賽生物的成 長空間。受到疫情反復、化工法聚酰胺降價等因素影響，凱賽生物的生物基聚酰胺市場開 拓不及預期，2022 年 Q1-Q3 凱賽生物實現營業收入 18.38 億元，同比增長 4.8%；實現 歸母凈利潤 4.86 億元，同比增長 2.2%。
長鏈二元酸全球龍頭，癸二酸投產進一步鞏固領先地位。凱賽生物能夠生產從十碳到 十八碳的各種鏈長二元酸，主要下游應用是合成高性能長鏈聚酰胺，具備開拓多個潛在市 場的能力。目前凱賽生物產品已經占有全球市場主導地位，除癸二酸以外的長鏈二元酸全 球市場份額達 80%，與杜邦、艾曼斯、贏創、諾和諾德等主要下游客戶建立了良好穩定的 商業合作關系。同樣是長鏈二元酸的癸二酸（DC10）全球市場需求高達 11 萬噸，其傳統 生產方式為蓖麻油水解裂解制取，存在污染嚴重、原料依賴進口等問題，凱賽生物開發生 物法制備癸二酸的工藝，生產工藝安全、環境友好，成本相對化學法大大降低，且產品純 度大大提高。2022 年 9 月底公司 4 萬噸生物法癸二酸項目完成調試，生產線試生產的產 品已經獲得國內聚合應用客戶的認可并開始形成銷售，國際客戶正在驗收過程中。預計凱 賽生物的生物法癸二酸將對化學法癸二酸形成替代，快速提升市場份額，成為新的業績增 長點。
凱賽生物聚焦生物基聚酰胺，積極探索下游應用。凱賽生物攻克生物基戊二胺的技術 瓶頸后，便開始在生物基戊二胺的基礎上開發生物基聚酰胺，2013 年 5000 噸生物基聚酰 胺生產線在山東金鄉工廠成功完成產業化試驗運行，其產品已被總后列為部隊換裝材料， 科技部還為此設立了專項“國家支撐計劃”。凱賽生物依托生物基聚酰胺產品打造應用于 紡織領域的產品并命名為“泰綸”，可用于輕運動時尚服裝、工服等領域；應用于工程材 料的產品命名為“ECOPENT”，可用于電子電器、汽車零部件、扎帶等領域；與滌綸共聚 改性的產品命名為“賽綸”。生物基聚酰胺與連續玻璃纖維或者碳纖維制成的復合材料， 正在多個領域進行應用開發和測試，有望進入“以塑代鋼、以塑代鋁、以塑代塑”用于替 代金屬、替代熱固型材料的大場景應用階段。
凱賽生物和山西政府共同打造“山西合成生物產業生態園區”，開創生物制造集群化 的先河。2020 年 10 月，凱賽生物與山西綜改示范區簽署《合作協議》，共同在山西綜改 示范區投資打造“山西合成生物產業生態園區”，目前年產 4 萬噸生物法癸二酸項目已經 投產，年產 240 萬噸玉米深加工及 500 萬噸生物發酵液項目、年產 50 萬噸生物基戊二胺 及 90 萬噸生物基聚酰胺項目正在建設，我們預計 2023 年部分投產，產業園一期建設完畢 后，將成為全球最具代表性的合成生物產業基地。產業園將重點構建“玉米加工—戊二胺 —生物基聚酰胺—工業絲、民用絲”，“烷烴—長鏈二元酸—長鏈聚酰胺—特種尼龍”，“植 物秸稈—木質素—生物樹脂—生物碳纖維復合材料”，“農林廢棄物—纖維素—乳酸—聚乳 酸—生物降解塑料”等特色產業鏈，形成生物基化學品、生物環保材料、生物醫用材料 3 個產業集群，引領全球的千億級生物基綠色新材料產業發展。
其他布局合成生物學的公司
川寧生物：打造合成生物學一體化研發、生產型公司。川寧生物是國內生物發酵技術 產業化應用規模較大的企業之一，是抗生素中間體領域規模領先、產品類型齊全、生產工 藝較為先進的企業之一。川寧生物根據國際生物技術產業研發趨勢和市場情況，在上海設 立研究院聚焦合成生物學和酶工程領域的研發，著力開發綠色可持續的高附加值生物產品， 向保健和化妝品原料中的高附加值天然產物（紅沒藥醇、光甘草定）、生物農藥、動物保 健類產品、可降解生物基新材料及其他品類的醫藥中間體等方向發展。
金城醫藥：已經形成整條產業鏈的合成生物學平臺。金城醫藥以生物研究院為基礎， 面向生物催化（酶催化）和生物合成（細胞工廠）兩大主要方向，建設金城合成生物學研 發平臺，聚焦多手性催化和高難度化學合成的酶催化產品以及高附加值的生物合成產品。 目前已經成功實現煙堿和培南類醫藥中間體 4AA 的手性酶催化產品產業化落地，實現谷胱 甘肽、腺苷蛋氨酸和蝦青素三個高附加值生物合成產品的成果轉化，同時在研多個生物催 化和生物合成產品，已經形成從上游研發、中試放大到產業化落地整條產業鏈的合成生物 學平臺。
萊茵生物：探索天然甜味劑的合成生物學相關技術。萊茵生物是全球植物提取行業的 領軍企業，主要系列有：天然甜味劑提取物、工業大麻提取物、茶葉提取物及其他保健護 膚提取物等。結合自身行業特點和優勢，萊茵生物逐步加大合成生物學技術應用于主營的 天然、健康功能性成分領域的投入，設立合成生物學相關技術應用的全資子公司，主要圍 繞天然甜味劑等公司核心產品領域相關的生物合成技術產業化能力建設，開展新產品、新技術的成果轉化和投資，致力于將新公司打造成為國內領先的天然甜味劑領域生物合成技 術成果轉化基地。
利安?。汉铣缮飳W打造第三生命曲線。利安隆是高分子材料抗老化產品門類全球配 套最完整的兩家公司之一，通過整合內部新興產業并成立生命科學事業部，開始培育第三 生命曲線。生命科學事業部目前涉及兩個產業方向，分別是核酸藥物賽道與合成生物學賽 道，其中在合成生物學賽道，利安隆已與天津大學建立產學研合作關系，目前已順利完成 聚谷氨酸和紅景天苷兩個創新成果的所有權轉讓，合成生物學研發團隊已開展轉移技術的 驗證和放大工作，正在積極對接其他項目。
星湖科技：并購伊品生物，開拓生物發酵新產品。2022 年星湖科技完成對伊品生物 的并購，伊品生物長期專注于生物發酵技術的研發和應用，產品市場已覆蓋全國 30 多個 省、市、自治區，并出口至 50 多個國家和地區，已發展成為具有行業競爭優勢、集產學 研為一體的現代化生物制造企業。十四五期間，伊品生物將以“動物營養+食品營養+植物 營養+生物基新材料”為主要業務方向，依托“成本領先、技術創新、結構均衡、綠色發 展”的戰略方針，持續創新，以進一步挖掘現有產品潛力，開拓生物發酵細分領域新產品， 優化產品結構，鞏固行業地位。
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