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• 发布时间：2022-03-14 10:59
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【概要说明】合成生物学是多学科高度融合的结果  合成生物学汇聚并融合了生命科学、工程学和信息科学等诸多学科，在天然产物合成、化学工业、生物能源、生物医药等诸多领域有广泛的应用前景。运用合成生物学的手段实现生产产品产业化主要包含菌种改造、代谢调控、分离纯化、聚合工艺、应用开发五个重要环节。合成生物学能够实现对产物的定量可控，其核心在于运用基因工程手段实现对菌种的改造工艺以及合成途径的精确调控。 多因素推动合成生物学快速发展，行业进入应用转化落地期  基础研究累积、关键使能技术突破、行业融资率攀新高等因素合力推动合成生物学行业进入市场进入期。全球合成生物学公司可划分为基础层与应用层，基础层公司掌握物体设计与自动化平台、DNA和RNA合成或软件设计等技术，应用层公司核心在于将合成生物学技术应用于医疗保健、工业化学品、生物燃料等产品的开发和市场化领域。我国合成生物产业处于较为早期的阶段，生产企业在基础层与应用层领域均有分布，多集中在基础层领域，部分技术具备全球领先优势。  合成生物学在绿色化工制造中具备生产优势  全球经济中60%的物质投入都可以通过生物方式生产。不同于传统微生物发酵生产模式，化学品的绿色制造是重新合成全新的人工生物体系，将原料以较高的速率较大限度地转化为产物。合成生物学在化工制造领域具备三大生产优势：（1）合成生物制造路线比传统石化路线反应过程更温和，更节能低碳；（2）部分生物法制造的产品具备显著的成本优势；（3）一些合成生物制造具备技术的先进性，在产品品质方面更具优势。  合成生物学产业化壁垒主要在于解决实现规模化的生产工艺  对于进行生物法合成产品的企业，从实验室科研成果到产品商业化落地的过程重点在于实现规模化的生产工艺，而能否实现规模化生产工艺主要取决于前端菌种改造效率与后端工艺放大效果两个方面。（1）高性能菌种和较优合成途径的设计将实现提升合成生物产品的转化率、生产效率以及产量规模；（2）研究开发高效低成本的分离纯化技术可以实现产品产业化的重要环节，也是是决定生物制造大规模产业化实践的重要技术瓶颈。（3）选择一个具有长期市场空间的和价值的产品，对于进行合成生物制造产业化的企业同样至关重要。  合成生物学在化工行业的应用将迎来广阔的发展空间  据CB insights和Biospace 统计，2020 年，全球合成生物学市场规模为61 亿美元，2017~2020年行业CAGR为16.15%，而CB insights预测，到2024年行业规模有望增长至189亿美元；从下游应用市场结构来看，医疗健康和工业化学品是合成生物学较为重要的两大应用领域。当前诸多化工企业已实现由生物制造生产化学品及燃料，基于合成生物学的化学品制造、生物能源产品开发，将有助于打破经济发展的资源环境瓶颈制约、构建新型可持续发展的绿色工业化道路。未来10-20 年合成生物学将通过改进现有的发酵过程、为生产现有材料和化学品开发新的生物途径，以及生产新型材料和化学品，对传统工业生产方式带来巨大影响。   一、合成生物学概述 资料来源：《发酵工程技术在食品开发中的应用分析》陈洪明、《L-色氨酸的生产及其代谢控制育种》陈涛、《合成生物学：开启生命科学“会聚”研究新时代》赵 国屏、天风证券研究所   在传统发酵工艺和酶法的基础上，合成生物学的“工程学特质”实现了合成途径和产成 品的定量可控。合成生物学的工程学内涵所包含的“定量生物学”“分子生物学”与“系 统生物学”理念实现了对合成产物的定量可控。 我国国家重点研发计划及政策布局齐力推动行业快速形成、发展 资料来源：《中国合成生物学发展回顾与展望》张先恩，天风证券研究所 国内各省份政府管理部门积极指定战略规划，促进合成生物学的基础研究、应用研究与成果转化 合成生物学国内外企业商业模式有何区别 合成生物学产业可以划分为上、中、下游三个部分，其中位于中上游的公司处于基础层， 位于下游部分的为应用层公司。基础层领域包括上游合成生物学使能技术公司和中游平 台类公司，这些公司掌握物体设计与自动化平台、DNA 和 RNA合成或软件设计等技术；对于应用层领域的公司，其产品核心内容在于利用合成生物学技术，将其应用于医疗保 健、工业化学品、生物燃料等产品的开发和市场化领域。 基础层：合成生物使能技术公司+平台类公司 应用层：合成生物产品开发/应用类公司 位于合成生物学应用层的公司重点利用合成生物底层技术开发下游广泛应用领域，涵盖 人们生活衣食住行各方面。前文合成生物学领域全球初创公司融资情况分布中可以看到， 当前位于应用领域的公司更获资本市场的青睐，融资占比超80%（2021Q1-Q3）。 二、合成生物学产业链在化工领域的应用 合成生物学技术的进步扩展了其下游应用领域，而应用领域的发展情况反过来对生物制 造的创新速度与程度具有积极推动作用。 据 CB insights 和 Biospace 统计，2020 年，全球合成生物学市场规模为 61 亿美元， 2017~2020 年行业 CAGR 为 16.15%，而 CB insights 预测，到 2024 年行业规模有望增长 至 189 亿美元。  从下游应用市场结构来看，医疗健康和工业化学品是合成生物学较为重要的两大应用领 域：2019 占比分别 40%、21%；而 CB insights 预测，到 2024 年食品饮料、农业等领域占 比分别提升至 14%和 12%，医疗健康和工业化学品占比预计分别为 26%和 20%。 合成生物路径在化学品制造中的优势如何？ 与化学合成方法不同，生物制造利用生物资源或化石资源在生物微工厂内进行物质转化， 过程条件温和。和石化路线相比，目前生物制造产品平均节能减排 30％~50％，未来潜 力有望达到 50％~70％，同时减少环境影响 20%~60%，这对工业基础原材料的化石原料 路线替代、高能耗高物耗高排放工艺路线替代以及传统产业升级，将产生重要推动作用。据世界自然基金会（WWF）估测，到 2030 年，工业生物技术每年将有望降低 10~25 亿 吨 CO2 排放，约占 2020 年总排放量 3.1%-4.7%（2020 年全球 CO2排放量约 320 亿吨）。 合成生物制造的产品研发周期长且投入大，一个产品从研发到落地的技术链条长且复杂， 需要公司在每个环节都有研发能力。足够的下游客户和市场需求是支撑产品落地的重要 一环，产品的成功落地又可以持续支持公司的创新和研发；反之，公司则会面临较大的时间和资金的损失。因此，如何通过调整商业模式、整合各方资源来实现商业闭环，是 合成生物公司除了建立技术上的壁垒之外需要着重考虑的问题。