2024年合成生物学行业专题报告：造物致用，合成生物赋能未来

生物制造战略意义深远、 商业意义重大

什么是合成生物学

合成生物学是一门以工程学思想为指导、多学科结合的新兴领域，以“人工设计与编写基因组”为核心， 可针对特定需求从工程学角度设计构建元器件或模块。通过一系列重新设计与技术改造生物体或细胞以使 其具有新的能力，在此过程中设计与构建一系列新的标准化的生物元件、组件与系统，以实现理想的生物 制造能力。合成生物学的本质是让细胞为人类工作生产想要的物质。

合成生物学区别于传统生命科学的核心特征在于其“工程学本质”，主要体现在其工程化的两大方向： 1）Top-down：应用基因工程和代谢工程等技术，将全新功能引入活细胞等生命体；也包括在此基础上设计组装 的生物非生物混合系统——“自上而下”地“改造生命”； 2）Bottom-up：体外合成全新生命系统，如人工细胞 等——“自下而上”地“创造生命”； 广义上讲，合成生物学还包括了任何对生命有机体关键要素的创新应用，如酶催化合成（催化单元）、无细胞合 成（转录和翻译系统）、DNA存储（遗传密码）等。

合成生物学的发展历程

千禧年以来，合成生物学的发展大 体经历了4个阶段： 1. 创建时期（2000-2003年）： 产生了许多具备领域特征的研 究手段和理论，特别是基因线 路工程的建立及其在代谢工程 中的成功运用； 2. 扩张和发展期（2004-2007 年）：工程技术进步较缓慢， 领域有扩大趋势； 3. 快速创新和应用转化期（2008- 2013年）：这一阶段涌现出的 新技术和工程手段使合成生物 学研究与应用领域大为拓展； 4. 发展新阶段（2014年后）：工 程化平台的建设和生物大数据 的开源应用相结合，全面推动 生物技术创新以及相关应用的 开发和商业化，代表技术包括 人工密码子及非天然氨基酸系 统的开发、计算/AI蛋白结构设 计及预测、DNA存储等。

合成生物学是最有潜力替代化学合成、天然提取的新兴技术

以合成生物生产流程的特点，合成生物学被认为是绿色、环保、高效、可循环可再生的生产方式，相比化学合 成工艺、天然提取工艺，有着明显的优势，被认为是最有潜力替代化学合成、天然提取等成熟工艺的新兴技术 手段，被政府、资本届和产业界赋予了厚望。 天然产物是从自然界存在的动物、植物、微生物中分离提取的有机化合物，被认为是大自然赐予人类的瑰宝， 也是开发药物活性分子的重要源泉，但天然产物在生物体内含量非常低，通过提取分离进行大量制备存在很大 难度，从而严重制约其开发和利用。而化学合成常受制于昂贵的化学试剂、苛刻的反应条件、难控的立体选择 性、冗长的合成路线以及较低的总合成效率等，同时伴有高污染，严重制约其实际规模化生产和广泛应用。 相较于传统路径，合成生物技术路径受原材料和反应条件制约更小，全基因合成途径与酶学机制，为构建细胞 工厂从头异源合成天然产物提供了便利条件，同时也为合成生物学变革天然产物全合成提供契机。

合成生物将对广泛的领域产生重大的经济影响

原则上全球经济物质投入中的60%可由生物产生。根据麦肯锡分析，在2030-2040年，合成生物学在各领域的应用预计将 带来每年2-4万亿美元的经济影响，并持续扩展其应用范围，在减少疾病负担、提高质量、降低成本、环境效益等方面带来 巨大的效益。分析表明，未来10-20年大多数价值出自4个领域，其中，在人类健康与性能和农业、水产养殖和食品两个重 点领域，全球范围内每年直接产生的潜在影响约1.3-2.5万亿美元，占到潜在直接影响总额的70%左右；另外，合成生物学 还可应用在消费品和服务、材料、化学品和能源、甚至生物机器和生物计算等领域，未来应用前景非常广阔。

生物制造应用领域广泛、 市场空间广阔

合成生物产业应用领域不断拓展，市场空间高速成长

合成生物学产业的发展带来了一大批行业应用场景。5年内工业化成果主要围绕各大领域中先发探索话题的散点突破，如农 业和食品中的少数食品添加剂、植物基替代蛋白等；中期（5-10年）应用进一步拓展并实现部分全新子品类的技术突破和 规模化生产，如材料领域的高性能蛋白；远期（超10年）有望在当前科研尚处早期或技术瓶颈较大的话题上实现工业化跑 通，如活体功能材料、器官再生等，另外，也预期将在生物质燃料、环保等新领域进一步发挥作用。据CB Insights、B Capital，全球合成生物学市场从2018年的53.0亿美元预期增至2028年498.0亿美元，期间CAGR超25.1%。易凯资本预测中 国生物制造2023年整体规模不低于4139.2亿元，2033年将达近2万亿元，期间CAGR为16.6%，市场将处于黄金高速发展 期。

合成生物学未来具有广阔的应用场景

合成生物学通过对生物系统的人工构建，不仅可以实现对生命的更深刻认知，从“格物致知”到“建物致 知”的转化，而且还可以“建物致用”，用绿色、可持续的方法去制造人类需要的产品。合成生物学的多学科融合和交叉特点使其在医药、化学品、材料、生物燃料、食品、环境等领域都表现出 了广阔的应用前景。

食品与营养：替代蛋白或颠覆传统蛋白供给方式

在食品与营养领域，合成生物学为大规模食品生产建立新方法，开发多种功能的替代蛋白、合成天然稀有产物，提供微 生物油脂、生产食品添加剂和食品原料。相比化学合成法和天然产物提取法，全球食品业巨头帝斯曼认为合成生物学方 法更可持续、成本更低，且具有质量一致性和可靠性。 据BCG，2023年全球食品饮料市场规模为6.6万亿美元，巨大的终端市场意味着食品添加剂和配料市场机会非常具有吸 引力，2022年中国食品添加剂和配料行业产量达1530万吨，同比增长6.4%，销售额达1441亿元。另一个重要方向为替 代蛋白，2020年全球消费了约1300万吨替代蛋白，仅占动物蛋白市场的2%，随着技术不断演进、替代蛋白市场认可度 逐渐提升，且替代蛋白的销售成本快速下滑，相较传统动物蛋白成本优势越发明显，未来替代蛋白市场规模将进一步扩 大，预计2035年全球替代蛋白市场消费量或达9700万吨，渗透率将达11%。

农业：绿色高效农业发展前景可期

农业是合成生物学近年来的重点研究方向之一，包括农作物（包括粮食作物和经济作物）、畜牧水产等主要领域。中 国人均耕地面积少，生物科技的应用尤为关键。根据BCG研究，农业排放占全球人类活动温室气体排放总量的17%。 合成生物学在农业领域的应用可以帮助减少肥料使用、减少碳排放、强化病害防控、提高生长效率等，不过行业整体 发展仍处于早期阶段。

消费个护：市场需求空间广阔，开发方向多样

据BCG，2022年全球化妆品市场达约3780亿美元，增速稳定在5.8%左右，其生产成本中上游原料比重较高，以功效性护 肤品为例，原料成本通常占成品销售额的10-20%，且原料是影响产品功效和安全性的主要因素。据BCG、禾大，个护是 从石油基转变到生物基原料的重要行业之一，生物基产品目前占到整个行业的40%左右。以胶原蛋白和多肽类原料为典型 代表的生物活性成分的开发和应用带动了中国功效性护肤品市场快速增长。据BCG，中国胶原蛋白功效性护肤品市场预计 将从2022年的94亿元增至2027年的775亿元；据BCG、弗若斯特沙利文，中国多肽化妆品原料市场将从2022年的14.6亿 元增至2027年的26.7亿元。 在化妆品领域，合成生物学产品开发主要有3条思路：针对高价值产品，开发全新生产路线，以传统动/植物提取物为典型 代表，因目标分子清晰、商业化潜力明确，成为目前产业的主要聚焦方向；聚焦环保主题，比如天然防晒剂、着色剂等， 主要是国际巨头如欧莱雅等关心的话题；寻找全新原料，但受限于缺乏明确的分子改造目标和方向，研究进展相对缓慢。

合成生物学产业链 上下游布局各有侧重

合成生物学产业链上下游产业布局各有侧重

合成生物学本身的发展和增长受益于多种技术的 融合，产业链可分为上、中、下游三个环节。 上游聚焦使能技术的开发，包括读—写—编—学、 自动化/高通量化和生物制造等，关注底层技术 颠覆及提效降本； 中游是对生物系统及生物体进行设计、改造的技 术平台，核心技术为路径开发，注重合成路线的 选择以及技术上跑通（如底盘细胞选择及改造、 培养条件优化、纯化方法开发等），与下游企业 相比，更强调技术平台的通用性，潜在具备 CRO属性； 下游则涉及人类衣食住行方方面面的应用开发和 产品落地，核心技术在于大规模生产的成本、批 间差及良品率等的把控，与中游企业相比，更强 调应用领域的聚焦、产品的精细打磨及商业化放 量。其中在大规模生产上，潜在具备CDMO属性。 中下游企业之间并无明确界限，现阶段行业整体 尚处在产业发展早期，不少生物技术公司实质上 为中下游一体化布局。

上游使能技术和产品及下游终端产品在价值链中产值占比高

产业链价值上看，上游使能技术和产品以及下游终端产品的市场规模较大、增速较快。根据全景 财经微信公众号、BCC Research数据，2021年，使能技术和产品、生物元件、整合系统、终端产 品的市场规模分别为35.2亿、8亿、5.1亿和46.9亿美元，占比分别为37%、8%、5%和49%。预计 到2026年，这些细分板块的规模将分别达到123.3亿、21.8亿、14.8亿和172.1亿美元，2021年2026年的复合增长率分别为29%、22%、24%和30%。

政策加码生物制造， 资本助力国内产业快速发展

合成生物政策发展历程：中国合成生物产业起步相对较晚

对比中国与欧美等发达国家的政策历程，中国合成生物产业起步相对较晚，但是发展速度惊人，从“十三五”开始， 合成生物学被列为战略前瞻性重大科学问题和前沿共性生物技术，国家出台了一系列政策支持合成生物学的发展。

全球合成生物投资火爆，22年后相对冷静但仍资金充沛

2020年和2021年，合成生物成为全球资本市场追捧热点，到达投融资高峰，2022年投融资金额下降至103亿美元，回 归商业理性。2023年全球合成生物学方面投融资持续呈下降趋势，投资走向理性、精准化。 中国不断加大合成生物学的顶层布局、技术投入和政策支持，目前已有18个省（市）将“合成生物”写进“十四五”规划。 中国合成生物投融资经历了2021年激增后，2022年呈下降趋势，逐渐回归商业理性。

整体投融资市场保持低迷，生物制造领域逆市上升

2023年整体投融资市场依然保持低迷，而生物制造相关行业延续逆势上升的态势，这表明国内资本市场对生物制造企 业持续保持高关注度。据易凯资本内部统计，2023年全年医疗健康产业完成总交易数量约1984件，与2022年全年完成 2012件相比，下降了1.3%，对比2021年的2895件下降了31.4%。而在生物制造领域，2023年全年中国一级市场生物 制造领域融资事件共 110起，同比2022年披露的100起，增加了11%。 从融资阶段角度看，2023年中国生物制造领域市场融资轮次整体偏早期，B轮及以前的融资事件80起，占比达到 72.7%。从细分领域角度来看，合成生物技术在医疗健康领域的应用仍然占据主要地位，创新药及生物技术是目前主 要的应用方向，相关领域融资事件71起，占融资总数的64.5%。而随着资本市场玩家的变化，赛道中活跃的投资人逐 渐由财务投资机构向产业投资人、国家队转变。2023年有43起融资事件有政府引导资金或产业资本参与，占总数的 39.1%。

国内生物制造现存挑战

合成生物中长期发展规划滞后：许多监管领域处于空白地带

我国从顶层设计上明确了合成生物的重要战略地位，并逐步加强了该领域的国家宏观战略谋划，但合成生物领域的长期、 短期技术发展路线整体规划，技术发展实施路径、生物伦理监管体系构建等仍处于空白地带。目前，合成生物学领域的 专项政策规划并未出台，如何实现从基础研究到技术创新，从工程平台建设到产品开发、产业转化等多层次、分阶段的 发展方式和发展路径仍不明确。

合成生物应用研发主体错位：缺乏大型产业巨头和优质初创企业

我国合成生物学应用研究主要以科研院所为主体，缺乏大型产业巨头和优质初创研发企业。目前国内生物合成行业的主 要代表企业为凯赛生产企业直接面临停产。生物、衍进科技和迪赢生物等,企业多为初创公司，规模相对较小，与欧美发 达国家形成的大型跨国企业巨头，协同多投融资渠道的初创企业融合发展的产业格局相比仍有较大差距。 根据《2023年生物制造产业白皮书》，从产业规模看，我国生物制造核心产业增加值占工业增加值比重仅2.4%，低于美、 欧、日的11%、6.2%、3.2%，在工业经济占比有待提高。从产业结构看，中高端配料及装备供给能力不足，部分关键原 配料及装备依赖进口，如工业核心菌种、酶制剂等核心原配料对外依存度在70%以上；疫情期间，进口除病毒过滤器供 货期由2个月延长至10个月以上，部分生产企业直接面临停产。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）