合成生物学：绿色造物，智创未来

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中心思想

合成生物学：开启绿色生物制造新时代

本报告的核心观点是合成生物学作为一门新兴的综合学科，正加速绿色生物制造的进程，开启新造物时代。它通过重编改造或设计合成新的生物体系，实现医药、化工、食品等产业的升级。

投资策略：关注下游产品属性

报告建议投资者结合下游目标产品的属性进行判断，选择大市场、高壁垒、高毛利品种，以及格局已进入生物合成替代化学合成的品种。同时，关注具有产能基础和后端生产放大经验的企业。

主要内容

1. 合成生物学：加速绿色生物制造，开启新造物时代

• 定义与策略：合成生物学是对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，甚至创建赋予非自然功能的“人造生命”。它采用自下而上的策略，通过构建底盘细胞，实现上游原料来源的绿色多样，以及生产过程的低耗能、低污染。
• 优势与替代：合成生物学正替代传统化学合成，具有更经济、更环保的优势，碳排放更低。它也革新了传统的发酵工程，通过工程化设计优化的细胞工厂，实现产业化。
• 政策支持：欧美等发达国家以及中国，都将合成生物学列为重点发展领域，给予政策支持。

2. 整合生物技术，元件工程化，系统集成化

• 技术融合：合成生物学集合了酶工程、基因合成、基因测序、基因编辑等多项生物技术，并在工程化思维下，将基因等组件化，引入计算机系统进行模拟组合。
• 酶催化：酶催化是绿色制造的基础，通过构建优秀的酶催化反应，可以在能耗、收率、手性催化、成本等方面取得领先。关键催化酶的构建直接决定了整个系统工程的成败。
• 代谢路径：在生物体纷繁复杂的代谢路径中寻找合成目标化合物所需的步骤，并利用DNA合成、基因测序和编辑等多种综合工具进行路径优化。
• 生物信息学：生物信息学贯穿合成生物学的全过程，在催化酶、代谢路径筛选和预测方面提供各类计算机辅助手段。
• 测序技术与DNA合成：基因测序是认知基因和发掘功能的基础，DNA合成则使得合成生物学具备创造非自然基因，获得新产物的可能。
• 基因编辑：基因编辑技术，特别是CRISPR/Cas9系统，能够精准转录调控，被广泛应用于基因动态过程的调控以及底盘细胞的操纵。
• 底盘细胞：底盘细胞是代谢反应发生的宿主细胞，是合成生物学的“硬件”基础。理想细胞工厂的特点包括GRAS安全菌株、可高效利用多种底物、生长周期短、目标产物产量高等。
• 生物元件：生物元件是合成生物学发展的基材，通过进一步改造可以成为标准化生物元件，为自由组合提供可能。
• DBTL循环：合成生物学通过“设计−构建−检测−学习”(DBTL)的循环过程来创造新功能生命体，通过持续优化达到期望的菌种和工艺。
• 菌种与工业酶：菌种是工业化应用的“种子”，专利的保护对构建竞争壁垒非常重要。工业酶是生物转化的生产工具，应用于药物合成反应。
• 发酵工艺：发酵工艺是成果最终的转化过程，工艺放大是产业化必经过程。

3. 多领域应用，产业格局正逐步变化

• 应用拓展：合成生物学的应用已拓展至天然产物合成、生物医药、生物能源、工业等诸多领域。
• 市场规模：全球合成生物学市场规模预计到2024年将达189亿美元，年复合增长率为28.8%。
• 工业应用：合成生物学的目标产物从青蒿素类天然产物拓展至丁二酸等工业化学品，商业化的价值导向是从成本上具备和现有生产方式更具经济优势。
• 医药产业：酶催化在手性药物开发中显优势，定向设计与进化加速催化酶的研发，拓宽生物转化的应用前景。
• 天然化合物：合成生物学在天然化合物制造上关键在于系统工具组合优化后在收率和产量取得突破，获得更加经济价值的路径。
• L-丙氨酸：华恒生物利用合成生物学开发的菌种，不仅实现了L-丙氨酸的高转化率，而且在代谢路径上实现厌氧发酵，其能耗更低，周期短，终端产物的含量更高，更具市场竞争力。
• 二元胺：开发生物制造合成二元胺工艺，实现对化学法替代，可从源头上打破我国高分子材料领域对进口的长期依赖，是实现中国高分子材料破局的重要环节。
• 烯萜类：以酵母作为底盘生物合成萜类等复杂分子具有更好的延伸优势，生物合成不一定具有短期成本优势，长期来看凭借可再生优势将逐步替代提取法。
• 角鲨烯：生物合成解决供应瓶颈，Amyris主导角鲨烯的生物合成。
• 稀有人参皂苷：生物制造实现由稀到多，从贵到廉，巨子生物将产业链延伸到下游的功能食品的推广。
• 重组胶原蛋白：合成生物学应用于大分子合成，与自然提取法的胶原蛋白相比，重组胶原蛋白相比具有组分单一、过程可控、生产周期短、产物可控、无病毒隐患等优势。
• 农业与能源：合成生物学长期重塑农业与能源产业模式，通过对植物基因定向设计，可以改变原有合成代谢通路，提高理想产物的产量，还可以通过植物微生物组工程从而减少肥料使用，做到绿色农业。

4. 投资新热点，关注突破超越时点

• 产业链投资：合成生物学是一个整合的平台，其直接输出的载体是菌种、催化酶和工艺，经过下游的应用于具体的场景获得最终产物，实现最终的价值。
• 投资热点：合成生物学的产业前景也被一二级市场所认同，风险投资持续加码合成生物学领域，包括技术和应用的全产业链。
• 投资策略：把握合成生物学投资机遇，要落实在改变下游目标产品竞争格局改变前关键时点，在成本上，质量上超越传统生产方法的突破时刻。
• 技术迭代和产品延伸：关注其技术迭代和产品延伸能力，相同相似路径的生产经验可累积延伸。
• 发酵产业升级：合成生物学为传统发酵提供了更多产品选择的可能，发酵企业转型生物合成企业。
• 下游拓展能力：具有下游拓展能力实现价值的最大化，从玻尿酸、重组胶原蛋白的价值链分布来看，其终端零售价格往往是原料的数十倍。
• 酶催化：酶催化虽然相较于化学合成更具经济性，但用于新药的研发，底物往往是新化合物，必先开发与之匹配的催化酶，因此定点进化和生物信息工具的快速使用成为企业的核心竞争力。
• 投资建议：
  • 选择大市场，高壁垒，高毛利品种，如重组胶原蛋白等面向消费市场的品种，华东医药和华熙生物将受益；
  • 选择大市场，格局已进入生物合成替代化学合成的品种，金城医药，华恒生物、凯赛生物等将受益；
  • 合成生物学的成果转化也需要经过发酵和下游工艺，科伦药业，星湖科技，新诺威等将受益。

5. 风险提示

• 合成生物学新产品工艺放大落地的不确定性；
• 企业开发的菌种和工艺被侵权的风险；
• 各行业相关风险等。

总结

本报告深入分析了合成生物学在医药行业的应用前景和投资策略。合成生物学作为一门新兴学科，通过整合生物技术、元件工程化和系统集成化，正加速绿色生物制造的进程，并在医药、化工、食品等领域展现出巨大的应用潜力。投资者应关注下游产品属性，选择具有高壁垒、高毛利和良好市场前景的品种，同时关注具有技术迭代和产品延伸能力的企业，以把握合成生物学带来的投资机遇。