2025年合成生物行业专题报告：以生物造万物，构建AI+新质生产力新业态

1 合成生物学的发展脉络

合成生物学是一门基于工程化的设计理念，结合生物学、化学、医学、农 学、工程学、计算机与数据科学等交叉学科技术，旨在设计和构建新的生物系 统，以实现特定的功能。合成生物学本质是让细胞为人类工作生产想要的物质， 秉持系统生物学“自上而下”的“分析”理念设计细胞工厂，结合“自下而上” 的“建造”理念构建细胞工厂，形成闭环的正向工程 。针对特定需求，合成生 物学将运用微生物细胞工厂构建技术、微生物高效合成化学品的代谢调控机制、 无细胞合成技术等主要技术工具，设计构建元器件或模块，通过这些元器件对 现有自然生物体系进行改造和优化，或者设计合成全新可控运行的人工生物体 系，最终满足需求。在实际生产路径上，合成生物学工艺主要包括以生物酶催 化为核心的体外合成生物学法、以微生物细胞工厂为核心的体内合成生物学法， 以及利用合成生物学技术优化部分原路径的化学合成法。

1.1 合成生物学与传统发酵工程、基因编辑技术的区别

合成生物学和发酵工程的区别在于合成生物学可以对细胞进行定向性干预， 将被动筛选转为主动设计，大幅提升细胞工厂代谢效率、更高效地生产目标物 质。发酵反应是通过对微生物（或动植物细胞）进行大规模的生长培养，使之 发生化学变化和生理变化，从而产生和积累大量所需要的代谢产物的过程。与 传统的微生物发酵相比，合成生物学技术加入后的进步之处在于它可以使代谢 过程从反向工程优化到正向工程，不再培养大量菌种并筛选、以期获得高效生 产细胞工厂，而是从需求入手，通过对代谢路径的重塑和工程化，直接改造细 胞工厂，使底盘生物实现其特定的生物学功能。

合成生物学为传统发酵提供了工程化、模块化、标准化的工具，提高了传 统发酵的能力圈。在传统的发酵过程中，人们对细胞的认识比较有限、通过细 胞功能确定生产产品，后续产品优化则主要来源于对菌种进行改造或大量筛选， 进而研究 DNA、蛋白和代谢物对提升产品性能的影响。合成生物学出现后，人 们可以对生物元件进行定性和定量，以此为基础重新组装元件，创造新功能。 合成生物学的引入大大提高了传统发酵的能力圈，不仅可以利用相对简单的方 法提高产品的质量和生产效率，还能生产原本不能生产或原本效率低下的产品。

合成生物学的主要工具包括微生物细胞工厂构建技术、微生物高效合成化 学品的代谢调控机制、无细胞合成技术。微生物细胞工厂（microbial cell factories，MCFs）是绿色生物制造的核心环节，也是合成生物学重要的产业 化工具。利用微生物强大且多样的生化反应网络，通过对代谢路径的重塑和工程化，可以将微生物细胞改造为能够以低价值可再生资源为原料生产各类产品 的微生物细胞工厂，使底盘生物实现其特定的生物学功能。利用合成生物学方 法对自然界中微生物进行改造可以提高其利用可再生生物质资源合成不同化学 品的能力。也正因为这一特性，微生物细胞工厂适用于生产细胞代谢工程中的 各类物质。

合成生物学与基因编辑技术包含范围不同，基因编辑技术是合成生物学改 造微生物过程中使用到的技术工具之一。在生物化工产业链中，微生物细胞工 厂是主要的反应单元。在改造或创制这些微生物的过程中，需要对底盘生物基 因组进行“读-改-写”，使用基因“测序-编辑-合成”技术，精简、插入或重构 底盘生物基因组。传统的基因编辑方法如同源重组，存在打靶效率低、操作时 间长和操作繁琐等问题。为了解决这些问题，基因编辑技术从第一代锌指核酸 酶(ZFN)、第二代转录激活样效应因子核酸酶(TAL effector) 发展到目前的第三 代 CRISPR-Cas 技术。目前广泛使用的 CRISPR-Cas 技术具有效率高、操作快捷、效果准确等优点，是目前基因编辑的主流技术，已在多种生物体系中得 到广泛应用。CRISPR 技术的出现，大大提高了基因组编辑的效率，同时降低 了成本，使合成生物学的盈利成为可能。

1.2 应用前景：部分替代传统化工+创造新增长空间

生物制造是传统化工的有机补充，一方面可以替代部分长流程传统生产路 径，另一方面也为部分优化到极限的化学工程法打开新的研究方向，使进一步 降本增效变为可能；此外，合成生物学作为新技术也在各个领域有创新性的应 用场景，亟待探索。广义上而言，合成生物学产业可被界定为以生物基材料替 代化石基材料、以生物技术路线替代传统化工技术路线的科技产业，是传统化 工的有机补充。目前化学工程法中许多产品的工业放大装置、降本已经到达极 限，市场空间平稳增长，产业急需高效低成本优质产品。未来，低碳低成本是 工业发展的重要方向，合成生物学高效、低能耗、低碳、产品优质、原料可循 环再生的优势符合这一趋势。目前生物制造还无法颠覆性替代传统化工，但在 部分场景可以替代传统化工，尤其是一些集约程度高的长流程化学流程以及在 生物代谢中能找到对应路径的产品。

从微观的原子层面来看，生物制造有能力覆盖以化石资源为基础的传统工 业制造产业产品，进行替代。天然生物有 300 万种分子或新材料尚待发掘，从 小分子聚合物到生物大分子再到细胞和生物材料。据麦肯锡（McKinsey）统计， 生物制造的产品可以覆盖 70%化学制造的产品；据波士顿咨询（BCG）预测， 到 21 世纪末，生物制造将应用于全球 1/3 的制造业，有望创造 30 万亿美元的 经济价值。根据政府“十四五”生物经济发展规划系列解读二，生物制造产业是 生物经济重点发展方向，未来十年间 35%的石油化工、煤化工产品将被生物制 造产品替代。

实际生产中，相比化工生产，生物制造在战略与商业角度均具备优势，其 原料易得、可循环，降本空间大，符合环保的经济发展方向。原料方面，生物 制造的优势体现在易得与环保的特点上。传统化工生产依赖于石油、煤炭，不 可再生且价格波动大，而且我国石油依赖进口，相较于生物制造的原料而言更 不易得。而生物制造可使用清洁的生物质甚至 CO2 作为碳源，包括秸秆、玉 米、高炉废气等。通过将碳源转化为糖、将糖作为生物基平台的原料基础，可 以从源头解决生物制造原料和自给问题，最终产品会涵盖大宗、基础、精细、 食品等领域，对目前部分传统生产体系实现大幅提升。据《中国合成生物产业 白皮书 2024》，生物制造当前可实现平均节能减排 30%–50%，并具备未来达 到 50%–70%的潜力。成本方面，如同摩尔定律之于集成电路，合成生物学的 “奈特定律”提出：每隔一段周期，技术的叠加会促使生物合成效率的提升、 合成成本的下降。通过对菌种不断进行优化筛选，每年的副反应都会减少、转 化率提升，产品生产成本降低，最终实现产品溢价。从更加长远的、环保发展 战略的角度来看，生物制造过程中排出的有害物质少，推动生物制造发展也可 以降低人们生产生活中对于石油基物质的依赖，缩小传统行业生产现状与未来社会发展需求在资源攫取、生产效率、安全性以及环保等方面的巨大落差，实 现更多领域的可持续发展。

在实际产业落地过程中，当前化工企业纷纷布局合成生物学，产业转型升 级在全球范围内已在进行中。在化工领域，合成生物学在生物基化学品的合成、 生物材料、生物能源、现代农业、环境治理等领域有广泛的应用前景。近年来， 合成生物学的技术进步不仅使一批合成生物学企业（例如：Ginkgo、Beam、 Genomatica 等）得以成长，也令许多以传统化工、医药产品开发为主的企业 （例如：BASF、Dupont 等）也将目光投向合成生物学，发展生物化工，开发 出一系列生物基产品。目前合成生物学可合成的大宗化学品仅几十种，在整体 基础化学品中的占比还非常有限，提升空间巨大。中短期内，产业内聚焦产品 开发推广的应用层公司有望通过替代化学法更快实现生产盈利；而以技术研发、 服务为主的平台层、工具层公司将在合成生物学行业生态建立起来后，通过更 高效专业地为大量代工企业服务获利。

合成生物学产业发展不仅将替代部分传统发酵、传统化工工业行业应用场 景，也会创造新的发展空间。合成生物学产业在过去五年经历了高速增长，据 据 McKinsey 数据，合成生物学市场规模从 2018 年的 53 亿美元增长到 2023 年的超过 170 亿美元，平均年增长率达 27%，预计全球合成生物学市场在可见 的未来仍将保持较快发展势头，将在 2028 年成长为体量达近 500 亿美元的全 球型市场。

合成生物技术将在不同行业逐步完成工业化落地，应用场景逐渐打开。据 《中国合成生物产业白皮书 2024》，近五年内，生物制造工业化成果将主要 围绕各大领域中先发探索话题的散点突破，如化学和材料中的部分基础化学品 及聚合物，农业和食品中的少数食品添加剂、植物蛋白及发酵蛋白作为替代蛋 白，医疗保健中创新细胞和基因疗法、部分原料药合成，以及消费品中的部分 功能性小分子和重组胶原蛋白技术等；五至十年内，生物制造将围绕各大领域 的应用进一步拓展，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、食品领域的细胞培养蛋白、农业领域的共生固氮技术、医 药领域的工程菌疗法等；超过十年的远期来看，合成生物学一方面有望在热门 应用领域和目前科研尚处早期/技术瓶颈较大的话题上实现工业化跑通，如活体 功能材料、光合作用优化、器官再生等，另一方面，也预期将在生物质燃料、 环保等新领域进一步发挥作用。

1.3 政策驱动+AI 赋能：合成生物学迎来新发展阶段

合成生物学的发展随着人类对基因认知的不断深入、基因技术的不断发展、 各学科交叉融合，走向应用开发与商业化的新发展阶段。科学家尝试将生物学 与工程学、物理科学、计算机科学、人工智能等理论相结合，合成生物学应运 而生，被视为继 DNA 双螺旋结构发现和人类基因组测序计划之后的第三次生 物技术革命，赋能传统工业制造产业，解决人类所面临的一系列环境问题。我 国在“十三五”科技创新战略规划中，已将合成生物技术列为战略性前瞻性重点 发展方向。麦肯锡全球研究院（ Mc-Kinsey Global Institute）发布的研究报告 将合成生物学列入未来十二大颠覆性技术之一的“下一代基因组学”之中。 21 世纪以来，合成生物学领域的基础研究、应用开发、产业投资相继进 入快速发展期。其发展大体经历了四个阶段：（1）创建时期（2000—2003 年）：产生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）：应用领域 有扩大趋势，但工程技术进步比较缓慢。（3）快速创新和应用转化期 （2008—2013 年）：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，特别是人工合成基因组的能力提升到了接近 Mb（染色体长度） 的水平，而基因组编辑技术出现前所未有的突破。（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，全面推动合成生物 学技术创新以及相关应用的开发和商业化。

国内合成生物学产业目前处于部分龙头企业自发商业化获得成功、政策支 持落地将近的关键时期，虽然相对海外市场起步较晚、技术方面有待积累，但 在政策扶持加码、市场需求拉动、技术不断进步的推动下，国内合成生物学产 业将不断开发应用场景，迎来新发展阶段。在合成生物学发展的大背景下，不 同国家的生物制造产业发展呈现相似历程：技术突破—部分企业自发商业化— 政策支持—建立生物制造市场。近年来，国内合成生物学公司融资加速、多家 企业完成上市，产业进入快速成长期；生物制造相关政策频发，各主要省份均 在加紧布局合成生物学产业集群，科研院所的发展也呈现出多点开花的态势； 科技与产业的结合吸引了大量国际及国内资本对于本赛道的关注，而资本的注 入正不断加速技术从实验室走向市场的进程。为成功实现商业化、促进行业发 展，除了必要的政策端发力、创造机会为更多厂商提供加入市场的帮助扶持外， 基础研究的持续积累不可或缺，为市场提供源源不断的新技术。 据《2024 中国合成生物产业白皮书》，在上游技术方面，国内仍有多项 技术亟待追赶。合成生物学技术发展可视为 4 个阶段循环、推动技术螺旋式进 步。设计（Design）是合成生物学 DBTL 策略的基础，即在前期已有知识的基 础上遵循一定的规则，利用现有的标准化生物元件对基因、代谢通路或基因组 进行理性设计。构建（Build）过程包括 DNA 合成、大片段组装以及基因编辑。 测试（Test）是以高效、准确和经济的检测方法从实验室中存在大量的突变体 或候选目标中选择最佳生物元件及组合，以及对合成生物学 DBTL 整个闭环的 试错性检测，高效验证 DBTL 过程并快速积累数据和经验。学习（Learn）涉 及数据收集整合、数据分析、结果可视化和建模分析等，为下一个循环改进设 计提供指导。当前组学数据大量积累以及过程检测数据剧增，专用的公共数据 库为数据的收集整理提供了极大的便利。

近年来全球范围内合成生物学学科迅猛发展，人工智能（AI）的突破显著 提高了合成生物学的底层研发效率，可以在短时间内分析大量数据并对生物系 统进行建模、仿真，将在技术发展的 4 个环节赋能生物制造。AI 技术可以应用 于合成生物学技术开发领域，利用计算机的大数据迭代和数据库测算，在模拟 软件中实现数据分析、蛋白质设计、路线设计、仿真测试等，比如对功能蛋白、 功能大分子的功能特性的测试、筛选，可以显著减少前期研发步骤、筛选转化 率更高的有效菌种、降低研发成本。目前人工智能（AI）技术的合成生物学应 用在国内外尚处发展初期，依赖人工经验总结及学习。其中，数据分析、蛋白 质结构预测及设计等尚未实现智能化，但海外在预测算法准确度、数据积累、 不依赖注释预测算法等领域较为领先；在路线设计、仿真测试等合成生物学领 域特有需求的技术开发方面，全球均未突破。

2 国家政策支持以及国内外差距（双碳政策）

生物制造被视作新质生产力重要的新赛道和新业态，合成生物学的行业发 展前景从原本的“碳中和”逻辑，逐步转变为“国内产业升级、发展优质新生产 力的方向”，更加广阔。国家层面，自 2022 年《“十四五”生物经济发展规划》 提出生物制造在 25 年应当成为“高质量发展的强劲动力”起，政策端的支持一以 贯之。在部署 2024 年政府工作任务时，李强总理表示：国家要积极培育新兴 产业和未来产业，加快创新药等产业发展，积极打造生物制造、商业航天、低 空经济等新增长引擎，制定未来产业发展规划，开辟生命科学等新赛道，创建 一批未来产业先导区。在 2024 年 4 月 26 日的中关村论坛年会上，北京化工大 学校长、中国工程院院士谭天伟提到——目前由发改委牵头，工信部和科技部 等国家部委正在联合研制国家生物技术和生物制造行动计划，并且有望在近期 出台合成生物学国家级政策，“生物制造+”是其中的关键内容，有望进一步加快 生物制造产业化落地。

2.1 海外政策情况

当前，国际合成生物学优势力量主要分布在美、欧等地，相关国家先后将 合成生物学发展定为重点发展产业，通过政策文件为生物制造产业提供助力。 政策支持主要可分为：顶层设计中的指导类政策，具体落实中的规范类政策， 设立研究中心、建设基础设施或提供资金等的支持类政策。

另一方面，海外政策也影响着全球生物制造市场，直接或间接地影响国内 合成生物学企业下游需求。美国《生物安全法》以美国国家安全为由，企图以 立法手段干预正常市场秩序，限制中国生物制造企业出口，从而扩大美国本土 公司在基因测序领域的垄断态势。截至 2024 年 12 月 7 日，美国参众两院推动 《生物安全法案》进入 2025 财年 NDAA 以期尽快完成立法程序的意图受阻， 但法案是否会落地、以何种形式对合成生物学企业产生影响，仍具有不确定性。 基于市场对美国生物医药行业或将减少对中国供应链依赖的恐慌，这项法案自 诞生以来已数次导致国内 CRO 板块股价异动。此种妨碍公平竞争的法律法规 将促使中国政府加速国内生物制造市场拓展、配合供给端国产替代，进一步完 成合成生物学产业完整、健康的价值循环。

2.2 国内政策情况及展望

国内以省市为单位进行布局、政策端提供路线指导与各类支持，随着生物 制造产业落地的需求不断变强，新的纲领性文件有望出现、进一步指导行业发 展。海外政策先在战略上明确合成生物学的重要性，政策落地过程中通过基础 设施建设、设立研究机构及资金补助等方式支持企业，并不断弥补规范类文件 的缺失。目前国内政策已充分强调合成生物学作为新质生产力的重要地位，处 于政策落地阶段。省市层面上的措施是以上游技术研发为导向，形成以深圳、 天津、上海为代表的三大合成生物学研发阵营，再从研发端向应用端转化。部 分省市响应国家号召进行具体落实布局、形成合成生物学核心城市，体现了中 国治理实践中的特色机制“政策试点”。在企业层面上，通过招商局以“具体 问题具体分析”的方式连接企业与下游客户，打造低碳行业示范项目，辅助合成生物学产品落地、实现下游应用市场的具体拓展。通过总结目前的实践经验， 形成国内合成生物学行业的更加详细的纲领性文件，未来体系化的辅助项目如 基础设施与补助资金项目等也会逐步完善。

合成生物学政策制定的难点在于政策的适用对象较难定义，包括企业、技 术等。作为前沿创新产业中涉及学科多、产品范围广的行业，与光伏、新能源 汽车等行业相比，合成生物学的相关定义更为困难，其定义关系到哪些企业可 以享受减税或补贴等政府支持。新技术、新产品的临床应用和市场准入也需要 兼具创新与审慎的指导和监督，以及合成生物学发展中的伦理问题，最终使国 内合成生物学产业获得定量化、标准化的长期发展。

3 合成生物学产业链：应用层、平台层、工具 层

全球合成生物学产业正处在高速发展期，合成生物学产业链环环相扣：上 游工具层企业聚焦于使能技术开发，中游平台层企业提供赋能型技术平台，下 游应用企业为各垂直行业带来创新产品。对于合成生物学这一高技术含量的创 新生产力行业，专利虽然重要，却难以概括其全部产业的核心壁垒。生物制造 产业内涵丰富，不同产业链阶段的公司战略侧重不同、具备不同的核心壁垒。 工具层企业的核心资产在于其技术带来的专业优势。工具层企业聚焦使能 技术的开发，各企业通常聚焦繁多技术中的某一技术领域如二代合成、三代测 序、新一代基因编辑工具、仿真测试、自动化 /高通量设备等，关注底层技术 颠覆及提效降本。目前工具层企业较难实现快速规模增长，多通过与产品层公司合作、提供生物解决方案，从而实现技术落地获利，但在合成生物学行业生 态建立完全后，工具层企业将发挥自身技术优势、更高效、专业地为大量企业 提供技术服务获利。

平台型公司的核心资产集中于生物铸造厂与代码库，集合了多种知识的全 工作流程生物实验室及细胞编程所需的数据库等物理及数字生物资产。平台层 企业关注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），与下游产品层企业相比，平台层企业更强调技术平 台的通用性，潜在具备 CRO 属性。目前有很多创业公司投身于合成生物学技 术平台建设工作，主要利用计算机的大数据迭代和数据库测算，在模拟软件中 实现对功能蛋白、功能大分子的功能特性的测试、筛选，减少前期研发步骤、 降低研发成本、筛选转化率更高的有效菌种。 应用层企业则涉及人类衣食住行方方面面的应用开发和产品落地，其核心 技术在于大规模生产的成本、批间差及良品率等的把控。应用层企业是距离投 资者消费者最近的，在医疗健康、食品饮料、能源环境、农业农药、化工新材 料、消费品等领域都有广泛应用。原先需通过天然物质提取或化学合成的产品， 现在可以通过细胞代谢更为快捷、高效、低成本地生产，从而实现产品的大规 模应用，比如国内化工新材料方面的生物法二元酸、生物基尼龙、生物法 PDO 等产品已经逐步开始大规模产业化、扩大下游应用。与中游企业相比，下 游企业更强调应用领域的聚焦、产品的精细打磨及商业化放量，在大规模生产 方面具备潜在 CDMO 属性。

平台层与应用层企业之间并无明确界限。在海外，很多上市公司着力产品 开发的同时也关注相应平台层工具及技术储备，进行中下游一体化布局，有助 于企业形成完整产业链，在这方面国内企业尚有追赶空间。此外，国外的平台 公司拥有自己的基因代码库和菌株数据库，已开始实验性用于生物元件、代谢 通路和基因组的设计。国内企业还需累积自有细胞菌种库，并通过拓展生物元 件库和代谢网络等来拓展数据库的数据深度和广度，同时进一步积累人工智能 数据累积及算法训练。优势在于一旦平台建立成功，随着公司在平台上执行更 多的细胞程序，代码库将继续积累生物资产、对未来的实验设计产生指导作用， 提升细胞程序设计效率。 对于应用层企业来说，完善的技术是企业脱颖而出的根本，却不是关键。 专利可以加强企业竞争力，形成技术优势，但技术本身不足以构成生物制造企 业商业化护城河：如同化工产业中的催化剂，合成生物学的菌种设计、优化属 于企业核心技术机密，但同时做相关主题研究的企业实验室及学术中心数量繁 多，从中选择具备商业化潜力的菌种、技术，并通过企业的工业化能力实现技 术落地、商业价值变现，才是应用层企业与平台层、技术层以及其他行业企业 的最大能力壁垒。技术开发过程固然有其不可替代的作用，但产品落地更加艰 难，在生物制造行业逐步迈入快速发展阶段的今天，能否在多如繁星的技术中 找到合适的一种、并令产品安全渡过小试、中试、商业推广阶段，最终带向大 众生活，将成为企业能否迈入生物制造行业的门槛。

处于不同细分领域的合成生物学产品具备各不相同的商业化难度，产品层 企业需在前期的资金、时间投入与后期收获中权衡。新型农业、化学品和生物 高分子聚合物等新材料以及生物太阳能、电池、燃料等新型能源市场空间大，但技术成熟周期更长、需要大量前期投入，相比而言，在现有技术基础上进行 改进或通过生物合成路线更高效低能耗生产的产品，如食品添加剂、植物蛋白 等，更易打开市场、商业化推广成本低，但替代空间较前者有限。

4 合成生物的投资分析

4.1 关注技术突破的核心单品公司

未来合成生物机会更多在于产品端，无论从产业链上游向下游布局还是方 向相反，产品选择都是产品层公司的核心重点。产品未来定位既要看目前市场 空间和竞争格局，也要看公司或行业的技术水平，需要时间来研究挖掘。 国内 企业目前集中于产品层、关注于实现某一产品相关技术突破，从而实现对现有 市场内产品的替代或开拓新市场。

4.1.1 凯赛生物 ：生物基新材料落地放量，投资 AI 技术平 台赋能研发

凯赛生物围绕生物制造制定发展战略，具有核心产品长链二元酸、戊二胺 及生物基尼龙产品，是生物制造替代化工产品的范例。凯赛生物通过对发酵菌 种在基因工程层面的改造，获取了具有产业化价值的用于生物法长链二元酸系 列产品和生物基戊二胺产品生物转化的高效菌种，从而通过生物法的方法生产 长链二元酸。凯赛生物可以工业化量产 DC10~18，而化学法生产长链二元酸 反应条件苛刻、步骤多、收率低、成本高、污染严重，以英威达为代表的传统 化学法长链二元酸（主要为 DC12 月桂二酸）自 2015 年底开始逐步退出市场， 凯赛生物的生物发酵法实现了对化学法的替代。以生物制造方法生产的长链二 元酸系列产品由于经济性及绿色环保优势突出，逐步主导市场。公司以生物合 成技术为杠杆，撬动了以英威达为代表的化学合成在业界的垄断地位。

在长链二元酸基础上，凯赛进一步布局生物基聚酰胺改性全系列产品，目 前亟待产品落地、开拓下游市场。凯赛生物基聚酰胺产品涵盖通用聚酰胺、高 温聚酰胺、长碳链聚酰胺等，可满足新能源汽车、电子电气等行业在新材料上 的开发需求。公司与招商局的合作落地将推进生物基聚酰胺系列产品下游应用 开发，加速生物基材料替代石化产品进程与产能放量。目前公司生物基聚酰胺 产品在工程塑料、纺丝、交运物流、建筑材料、新能源等领域开发了大量客户， 有望在交运物流、新能源装备、建筑等领域的大场景中实现“以热塑替代热固、 以塑代铝、以塑代钢”。 投资入股 AI 蛋白质设计平台公司“分子之心”赋能研发，从核心产品出 发，实现“基因工程——菌种培养——生物发酵——分离纯化——化学合成— —应用开发”全产业链布局。公司核心产品长链二元酸市占率稳定；生物法癸 二酸产能逐步释放，贡献增量；生物法戊二胺的可再生碳含量为 100%、符合 碳减排需求，公司将对已有生产线持续优化菌种和生产工艺。公司作为一体化 布局的合成生物学企业，同样重视上游专利积累、研发支出常年保持较高占比， 抓住合成生物学技术前沿，在 2023 年 1 月战略入股 AI 蛋白质设计平台公司 “分子之心”，实现了对 AI 蛋白质结构预测、设计技术领域的深度布局。

4.1.2 华恒生物：生物法丙氨酸领军者

华恒生物的生物制造技术工艺升级和迭代能力突出，是目前全球范围内规 模最大的丙氨酸系列产品生产企业之一，同时基于合成生物学技术持续拓展新 产品，进军新材料等领域。公司主要产品包括氨基酸系列产品（丙氨酸系列、 L-缬氨酸、异亮氨酸、色氨酸、精氨酸）、维生素系列产品（D-泛酸钙、D-泛 醇、肌醇）、生物基新材料单体（1,3-丙二醇、丁二酸）和其他产品（苹果酸、 熊果苷）等，可广泛应用于中间体、动物营养、日化护理、功能食品与营养、 植物营养等众多领域。经过多年的创新发展，公司已经成为全球领先的生物基 产品制造企业。 公司核心产品丙氨酸及缬氨酸采用厌氧发酵法技术生产，收率更高且环境 友好。传统化学法合成丙氨酸存在产品质量差，合成路线长，收率低，成本高， 环境污染重等缺点，目前基本被淘汰。酶催化法解决了化学法的高污染、低产 率问题，是目前工业上主流方法，工艺以 L-天冬氨酸为原料，通过 L-天冬氨酸 -β-脱羧酶转化成 L-丙氨酸。而华恒生物使用厌氧发酵法技术生产丙氨酸，以可 再生葡萄糖为原料代替了传统的石油基原料，具有更加明显成本优势，原材料 端支出受周期影响小，更加稳定，且发酵过程无需通入空气、无二氧化碳排放、 发酵控制技术简洁高效，生产效率及毛利更高。公司采用酶法生产的β-丙氨酸 制备 D-泛酸钙，基于公司现有核心产品丙氨酸的技术与成本优势基础上开发衍 生物新产品，形成了自有业务的上下游产业链优势，生产成本更低。缬氨酸响 应当前政策对食品安全的强调，下游主要应用于动物饲料、替代玉米、豆粕等 提供动物必要氨基酸，随着国内非粮生物质开发需求增加、缬氨酸的需求也将 持续扩大、属于增量市场，成长优势显著。

4.1.3 蓝晶微生物：领先的生物法功能分子和 PHA 新材料 制造商

蓝晶微生物(Bluepha)是一家基于合成生物技术从事分子与材料创新的企 业，致力于设计、开发、制造和销售新型生物基分子和材料，核心产品为自然 环境中可自发完全降解的生物材料 PHA。公司核心产品 PHA 是一种天然存在 的生物基材料，由微生物利用油脂或者淀粉生成，具有优异的气体阻隔性、耐 热性等材料物理性能，能够在所有自然与人工条件下生物降解，包括在海洋环 境中。公司基于 PHA 材料开发多种下游应用，包括：海洋降解 PHA 板材，纯 生物基 PHA 纤维，回收膜材&PHA 膜材，应用于医疗、纺织、食品包装等领 域，为实现“碳中和”并减少塑料污染提供独特的解决方案。与其他可降解塑 料相比，PHA 优势在于全域降解，与回收塑料相比，PHA 天然存在且全生物 基，是对回收塑料的有机补充。蓝晶 PHA 通过 USDA 生物基认证及德国 TUV 认证，为开拓海外市场打下良好基础，蓝晶微生物是全球为数不多可规模化量 产 PHA 的材料商。蓝晶微生物年产 5,000 吨“超级工厂”现已建成投产，目前正 在推进二期工程的建设，将形成总计年产 25,000 吨的 PHA 供应。

在研发主营 PHA 产品基础、形成自身在生物基新材料市场上的核心优势 外，蓝晶微生物积极向合成生物学上中游拓展，依托自身核心技术开发国际领 先的专业研发平台，具备生物基高分子材料的全链条研发和生产能力。目前， 公司已组建了一支由机器人、软件开发、机械电气、大数据和合成生物学等不 同领域资深科学家和工程师组成的跨学科团队，开发合成生物学研发平台 SynBio OS，现已部署柔性自动化实验平台(BlueArk)、超高通量发酵平台 (AutoFarm)和智慧云端数据系统(CyberFarm)三部分，利用自研专有研发平台 SynBio OS，通过高通量筛选和全数字化技术得到的蓝晶微生物专有微生物细 胞，实现特定 PHA 的定向快速生产。预计 SynBio OS 能够将蓝晶微生物的单 个产品完整研发周期在现有基础上再缩短 70％，减少人为错误并提升研发速度， 将试验产生的高维数据用于反馈指导微生物菌株的设计和优化、提供超越经验 限制的放大工艺设计方案，令新产品从实验室原型到中试完成仅需 2 个月。

4.1.4 巨子生物：重组胶原蛋白领军者

巨子生物以专有合成生物学技术为核心，设计开发核心产品基因重组胶原 蛋白，其相比天然提取产品更加安全。公司核心产品胶原蛋白是一种生物性高 分子物质，对维护细胞、组织、器官的正常生理功能和损伤修复有重要的作用， 也可用于食品、化妆品、医疗器械等领域，主要分为生物源提取和重组基因工 程法两大制备途径。

重组胶原蛋白的底层技术即为合成生物学技术。重组胶原蛋白是以生物体 内胶原蛋白的氨基酸序列为模板，对其进行合理的设计、酶切和拼接后借助合 成生物学技术转入到以大肠杆菌、毕赤酵母菌为主的工程细胞内，并利用工程 细胞的快速生产能力制备获得的胶原蛋白。公司采用重组基因工程法，使用基 因工程技术令工程细胞表达从而生产胶原蛋白，大幅度降低了外来蛋白引起免 疫反应的风险。重组胶原蛋白的发展有助于提升合成生物学整体产业链的竞争 力，延伸合成生物学的下游应用领域。

4.1.5帝斯曼：传统化工转型生物制造典范

帝斯曼是全球领先的食品添加剂和营养品原料生产商，从化学合成成功转 型生物科技企业，通过合成生物学技术实现产能升级。食品添加剂和配料生物 科技行业属于多学科交叉的技术密集型行业，产品系列多、工艺技术路径多样， 技术壁垒和工艺涉及到各个方面和环节，其流程中核心技术和工艺包括菌种选 育、发酵工艺优化、分离纯化和提取工艺优化等。在生产工艺方面，帝斯曼率 先在食品与营养健康板块重点布局合成生物学方法，相比化学合成法和天然产 物提取法，公司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。据公司官网，2021 年约 50%的营养添加剂收入为生物基生产或者 来自直接从自然界提取的原料。 转型过程中，公司加强技术层面上的专利布局，推动环保低能耗的合成生 物学技术替代现有化学合成技术。公司 2017 年与合成生物学公司 Amyris 达成 协议，将对 Amyris 进行股权投资。同时，双方将更加聚焦发展在全球健康和 营养市场产品的研发合作，包括维生素和其它营养添加剂。维生素 E 工艺的变 革是帝斯曼布局合成生物学技术的重要成果之一，该路线绿色环保，成本低， 对原有的化工法假紫罗兰酮工艺和芳樟醇工艺造成冲击，使维生素Ｅ行业进入 了快速发展阶段。2019 年帝斯曼与能特科技合作，在国内就维生素 E 及其中 间体业务组建合资公司益曼特，以生物基法尼烯合成异植物醇的半生物发酵工 艺替代旧的全化工合成工艺。

4.1.6华熙生物：透明质酸微生物发酵技术全球领先

华熙生物是全球领先的、以透明质酸微生物发酵生产技术为核心的高新技 术企业，透明质酸产业化规模位居国际前列。公司建立了从原料到医疗终端产 品、功能性护肤品及功能性食品的全产业链业务体系，服务于全球的医药、化 妆品、食品制造企业、医疗机构及终端用户，向国内外提供资质齐、规格全、 分子量范围广的透明质酸原料产品及其他生物活性物质。截至 2024H1，公司 具备透明质酸钠产能 770 吨，产业化规模居国际前列。 公司将合成生物学作为底层技术支撑和核心战略方向，通过合成生物技术 生产透明质酸、麦角硫因等产品，成本降低、效率提高。微生物发酵法生产透 明质酸技术是公司首席科学家郭学平博士及其团队在国内首创，替代了传统的 动物提取法，实现透明质酸的规模化生产，改变了透明质酸在医药、食品、化 妆品等多个领域的应用格局。公司也积极引进 AI 和机器学习技术，结合高通 量筛选技术，在合成生物学领域实现菌株设计、构建和性状筛选、数据分析和 生物系统建模、下游工艺开发优化的高效运转，以此提高项目开发转化效率和 产品质量。

4.1.7嘉必优：发酵精细调控技术落地生物基产品

嘉必优主要产品为 ARA 和藻油 DHA，下游应用领域主要为婴幼儿配方奶 粉、健康食品等。公司以通过离子束生物工程技术选育获得的高山被孢霉菌种 为基础，开发了微生物发酵生产 ARA 的产业化技术，打破了国外技术垄断， 填补了国内空白，该产品技术被科技部认定为“国际领先，国内首创”。DHA 方 面，公司采用等离子诱变育种技术，筛选出高产裂殖壶菌和双鞭甲藻菌种，通 过微生物发酵技术，在密闭、洁净、可控的环境中培育。菌种在生长过程中体 内合成 DHA 油脂，公司通过提取、精炼等工艺最终获得藻油 DHA 产品。

嘉必优从下游产品层向中游平台层布局，逐渐形成了以工业菌种定向选育、 发酵精细调控、高效分离纯化制备等生物制造技术为基础的领先性平台化技术。 公司拥有完善的研发架构，基于核心技术，公司在前端研发、工程化、产业化 三个层面不断创新，建立了一系列技术产业链转化平台。2024 年公司将基于 AI 发展，建设并完善合成生物学技术平台、完成武汉合成生物创新中心项目建 设工程，与各个研发中心形成联动互补，发挥公司产业化能力，打造高效合成 生物产业生态，提升研发成果转化能力。

4.2 关注传统发酵企业的转型升级

中国生物发酵产业协会名誉理事长石维忱在中国食品报 2024 年 2 月 26 日 采访中表示：“原料对于行业发展限制已经日益凸显，要利用非粮原料、生物质 原料以及采用合成生物学的技术，来解决一些难题。”目前，生物发酵产品大 多数是应用于传统领域的低值化大宗产品，缺少用于医药、健康防护等领域的 高端产品，不能适应市场变化的需求。 合成生物学技术可以加速实现营养化学品的产业化。以维生素为例，中国 工程院院士郑裕国指出，我国维生素市场规模不断扩大，合成生物学技术的崛 起与进步给维生素产业的发展带来了新的机遇。郑裕国介绍，维生素生产主要 以化学法和生物发酵法为主，在合成生物学技术快速发展的推动下，呈现从化 学法向绿色低碳生物法发展的趋势。随着合成生物学技术的进一步升级与工程 化应用，多个品种的维生素有望实现对原有生产路线的替代。

生物制造和传统发酵相比胜在对菌种培养实现主动控制。合成生物学可以 有意识的根据需求自上而下设计细胞工厂，实现低成本、高转化率。传统发酵 法产品工艺成熟、有成熟工业体系，相比而言，合成生物学目前还有很多制约 因素。但随着更多成熟企业从发酵技术切入合成生物学市场进行布局，合成生 物学在传统发酵领域如食品添加剂、营养产品等领域将带来新的生产力、完成 降本增效，企业也可以利用原有主业的优势，包括上游阶段原材料供应链、中 游发酵技术积累、下游客户锚定成果，在新生物制造市场中形成先发优势。

4.2.1 梅花生物：氨基酸领军企业

梅花生物主要产品包括苏氨酸、赖氨酸、缬氨酸、味精等，公司掌握厌氧 发酵制缬氨酸技术，通过合成生物学优化传统发酵路径，显著提高生产效率。 2023 年公司与外部科研机构合作研发的缬氨酸厌氧发酵技术落地，通过合成 生物学技术进行菌种构建、底盘细胞基因组编辑，显著提升了微生物菌种的代 谢效率。与传统工艺相比，经过编辑的细胞工厂使生产流程更为简化，且具有 更高的生产效率和优良的产品品质，同时对环境的影响也显著降低。 传统发酵行业完整的产业链、配套设施及多年的深耕经验，使得公司更易 于快速转型合成生物学企业。公司利用内蒙古通辽基地原年产 10 万吨发酵制 品苏氨酸技术改造项目现有的发酵、提取厂房及设备改造缬氨酸，技改后年产 饲料级缬氨酸 2.1 万吨，体现了发酵企业相比其他行业公司在转型合成生物学 企业的道路上具备的基础建设、生产设备优势。

公司持续引进科研专业人才，加大研发投入，并重产品应用与技术支撑平 台建设，将建设从基因组编辑到产品落地的全链条合成生物学产业。梅花生物 从 2010 年开始进行合成生物学相关研究，2023 年引进来自国内外著名院校的 近四十位专业技术人才，专业背景涵盖基因编辑、代谢途径设计、发酵工程、 酶催化和人工智能等多个合成生物学相关的前沿领域，搭建实验室团队，建成 包括代谢途径设计、基因编辑与菌株构建、酶工程改造、产品应用开发、精密 发酵在内的高水平支撑平台，完成了合成生物学全产业链的科研力量布局。公 司团队拥有新一代基因组测序仪等先进设备，形成公司自己的菌种改造基因数 据库，并且能快速表征高通量筛选获得细胞的产物谱和基因型，用于指导设计 新一代的合成生物学菌株。

4.2.2 中粮科技：玉米深加工企业转型

中粮科技 PHA 产品采用陈国强团队合成生物学技术，通过基因工程构造 新菌种、优化工艺路线，实现降本。中粮科技是国内规模、技术领先的大型玉 米深加工企业，主要经营领域包括食品及食品原料、生物能源和生物可降解材 料（聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA））等。在 PHA 的微生物合成 过程中，生产成本主要集中在发酵底物的消耗和灭菌过程的能源消耗上。传统 微生物发酵生产是在无菌环境中进行的，无菌化处理过程导致成本较高，而公 司独立董事、清华大学陈国强教授及其团队利用合成生物学和代谢工程学方法， 构建了更加符合规模化生产的工程菌株和技术体系，由于无需灭菌过程，能够 降低设施、能源消耗和材料成本，并且可以实现连续发酵。2022 年 5 月公司 年产 1000 吨 PHA 装置建设项目一次性投料试车成功，该 PHA 中试装置是国 内收条全自动化和高标准化的全流程生产装置。

传统发酵型企业易受到原料及盈利不足限制，转型需求增加。2023 年， 我国玉米深加工行业玉米加工能力达到 1.2 亿吨，实际玉米加工量约 7,600 万 吨，行业以大宗同质化产品为主，平均开工率约为 63%，同比略有上涨，但受 制于产能过剩和需求低迷，行业盈利能力同比大幅减弱。整体看来，行业进入 了发展期后期，淀粉、乙醇、淀粉糖等产能严重过剩，仍需加快整合进程，进 一步提高行业集中度，减少无序竞争和低水平重复建设，促进行业健康发展。

4.3 投资生物制造上游工具企业

工具层企业聚焦合成生物学技术的开发，核心在于扩展技术应用范围。比 如基因测序技术过去主要围绕动物及人体，现在则将相关测序、编辑技术的应 用拓展，在农业的转基因种子、化工的工业酶改进等领域实现应用，未来工具 层应用场景更加广泛。

4.3.1弈柯莱生物科技：生物医药技术平台“研发+市场”双 驱动

弈柯莱以合成生物学技术为核心，同时具备多数产品“自主研发—产业化 生产—市场开发与销售”的全流程独立业务能力。公司是一家致力于将生物合 成技术应用于规模化生产的平台型企业，但在当前国内合成生物学市场不够完 善的情况下，中上游企业需要通过产品销售、技术授权及转让等方式实现自主 研发成果的产业化及商业化转换。公司坚持“研发+市场”双驱动战略，技术方 面，建有实验室研发相关以及与产业化生产相关的合成生物学技术创新平台， 产业化生产方面，业务综合了化学药品生产、医药中间体的研发、生产、销售 为一体。公司目前已成功实现 10 余项产品的产业化，产品管线覆盖了生物医 药、绿色农业、营养健康等多个领域。

弈柯莱有丰富的技术积累及生物数据资产，构成平台型企业的核心壁垒。 公司建立了丰富的生物工程资源库（酶、基因元件和底盘细胞）与合成生物学 技术创新平台，现已掌握高性能酶开发、生物合成途径构建、微生物功能细胞 设计和规模化合成生物绿色制造共 4 项核心技术，在生物合成、高性能细胞工 厂设计创制以及产品规模化生产上积累了丰富经验。

4.3.2 Bota Bio：细胞铸造厂技术平台

Bota Bio（恩和生物）是国内合成生物学领域的初创公司，作为上游技术 层企业，通过与多家行业内公司建立合作、实现技术商业化落地。公司的核心 团队均来自 Amyris、GinkgoBioworks、Codexis 等国际顶尖生物合成公司，具 有深厚的产业背景。2022 年 8 月 25 日，Bota Bio 与 Medichem——专注药物 活性成分（API）及成品制剂（FDF）工艺开发与制造的综合型制药公司—— 正式宣布开启商业开发合作，共同推进两个高价值 API 项目。Bota 负责开发新 型酶，以高效催化和可持续化的生产方式，最大程度地降低生产过程中对昂贵 试剂和中间体的需求。Medichem 将在西班牙和马耳他的工厂负责 API 的研发、 扩产、制造以及市场运营。2023 年 8 月，Bota Bio 与安捷伦签订战略合作协 议，双方将进一步加强多形式、多层次的资源共享及技术交流，共同探索合成 生物领域上下游新兴技术开发与应用。 BotaBio 核心技术在于自主研发的一体化数字平台 Bota Freeway，将先 进的数字工具与实验室自动化相融合，加速模型推导的猜想得到验证、推动实 验室的成果尽快转化为高性能产品。公司具有结合生物信息计算和机器学习的 标准化自动化高通量实验操作平台，搭建了酶工程、菌株工程和发酵工艺工程 平台、涵盖生物催化、生物转化和生物全合成三大技术路径。除了技术资产外， 公司 LEAP 研发中心的重视车间也拥有 2x 1,000L + 4x 500L 发酵容量的自动化中试管线，结合模块化的下游纯化单元操作，可覆盖不同种类产品生产工艺 开发，为大规模工业生产落地提供参考。

4.3.3 微构工场：细胞工厂技术

公司核心技术在于利用前沿的“下一代工业生物技术”平台建设“超级细 胞工厂”，使用生长在特殊环境中的极端微生物作为底盘细胞，建立开放、无 灭菌的连续发酵生产体系。公司创始人陈国强教授长期从事“生物合成 PHA 材料及其下一代工业生物技术”的研究，开发的技术已经在数家公司用于大规模 生产 PHA，且由于无需灭菌，生产过程可以连续发酵，操作简单、流程标准化， 提高了生产效率。公司围绕嗜盐微生物成功进行一系列合成生物学的创新研发 和生产，包括：生物降解材料 PHA（聚羟基脂肪酸酯）、医药中间体四氢嘧啶、 尼龙 56 前体戊二胺等多种高附加值产品。通过嗜盐微生物的改造和工程化应 用，公司构建了“低碳+智造”绿色生产模型，进行“平台+产品”双矩阵发展。 公司具备多管线量产能力，可进行生物降解材料 PHA、医药中间体四氢 嘧啶、尼龙 56 前体戊二胺等多种高附加值产品研发和生产，体现上游企业向 中游布局产生的 CDMO 属性。目前，搭载了全新一代数字孪生引擎的微构工 场合成生物学智能生产示范线，已在北京中德产业园正式投产；位于湖北宜昌 的年产万吨级生产基地正在建设中。微构工场还计划在 5 年内建立覆盖全国的 3-5 个大型生产基地。

4.4 逐渐发展的生物制造中游平台层企业

平台层企业的核心价值在于提供成型、模式化的研发生产服务，构建通用 性强的技术实验平台、基因代码库和菌株数据库。中游企业应用上游技术并开 发下游销售的生物制造产品，但当前国内中下游企业的分界并不明显，许多中 游企业会有意识地触及终端客户，而下游企业则会通过投入资金、引入人才、 建立企业实验室等方式积极向中游延伸，增强自身研发能力。未来随着合成生 物学市场更加成熟、各环节的分工更加明确，市场运转效率将会提高，集中资 源深耕专业领域的企业将能够发挥自身深度专业化优势。

4.4.1蔚蓝生物：酶制剂研发平台

蔚蓝生物是以酶制剂、微生态制剂的生产、研发和销售为主营业务的生物 科技公司。公司的主要产品包括酶制剂，如饲料酶、工业酶、食品酶、生物催 化用酶等；微生态制剂，如畜禽微生态、水产微生态、植物微生态、食品益生 菌、环境微生物等；动物保健品，如生物制品、中兽药、兽用化药。 公司作为平台层企业，坚持“技术驱动发展”战略，持续加大新产品的研 发投入和开发力度。公司构建了木霉、酵母、黑曲霉、芽孢四大高效蛋白质表 达系统及对应的规模化发酵体系，搭建高通量筛选工作站，并建立了通用型的 高通量基因筛选大数据模型与蛋白质工程改造等核心体系，大幅提高了酶制剂 的催化效率和工业应用属性，提升了生物产业技术创新能力。

4.4.2川宁生物：抗生素发酵技术平台

川宁生物为科伦药业的抗生素中间体生产基地，于 2022 年单独分拆上市， 其核心技术主要包括生物发酵、过滤提取以及和环保处理缓解的相关技术。公司从事生物发酵产业化，并以合成生物学研究为核心，专注保健品及化妆品原 料、生物农药、生物可降解材料等产品的研发、生产和销售业务。公司核心技 术产品包括硫氰酸红霉素、青霉素类抗生素、头孢类抗生素等。 公司持续研发、推动业态创新，充分发挥生物发酵领域技术优势，以打造 稳定高效的抗生素发酵技术平台。自成立以来，公司以生物发酵技术产业化为 指导，以先进抗生素中间体生产发酵技术的开发与应用为业务基础，对整个生 物发酵生产环节进行了信息化、集成化改造，2018 年公司抗生素中间体整个 生产项目入选工信部智能制造新模式应用项目。此外，公司也建立了菌种选育 的基因编辑体系，引入人工智能手段研发菌种，实现菌种的优化选育。

编辑：火腿肠