合成生物学系列深度报告（二）：合以新质，成以造物

中心思想 合成生物学：新质生产力的核心驱动与产业变革引擎 本报告深入剖析了合成生物学作为一种新型生产制造方式的核心优势、技术壁垒及其广阔的应用前景。合成生物学通过对生物体进行有目标的设计和改造，实现了物质加工与合成的绿色、高效、低成本生产，是应对全球气候变化、资源短缺等挑战的理想解决方案。在政策与资本的强力支持下，合成生物学正加速发展，成为推动新质生产力形成、引领传统产业升级的关键力量。 政策与资本双轮驱动下的市场机遇与投资策略 合成生物学在全球范围内受到各国政府的高度重视和密集政策支持，同时吸引了大量资本涌入，市场规模持续快速扩张。预计未来十年，其在医药、化工、食品（特别是替代蛋白）等领域的应用将带来万亿美元级别的经济影响。报告强调，投资应聚焦于已攻克工业化和商业化难点的企业、具备差异化选品优势的企业，以及产品符合国家战略需求并有望获得政策支持的企业，以把握这一新兴产业的巨大增长机遇。 主要内容 1、合成生物学概念再梳理：造物致知，造物致用 1.1 合成生物学概念再梳理：造物致知，造物致用 合成生物学采用工程科学理念，旨在设计、改造乃至重新合成生物体，创建具有非自然功能的“人造生命”，从而彻底变革医药、化工、食品、能源、材料、农业等传统行业。其内涵包括“自上而下”的目标导向构建（如人工基因组）和“自下而上”的体外新生物系统创建（如元件标准化）。该领域自21世纪以来经历了创建、扩张、快速创新与应用转化、以及工程化平台与生物大数据结合的“民主化”发展新阶段。 合成生物学的核心策略是“设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环，通过工程设计原则控制复杂系统，实现预设功能。其“硬件”基础是底盘细胞（如酿酒酵母、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌），而放大生产则依赖发酵工程，包括菌种选育、发酵过程控制和产品分离纯化。发酵体积每增加10倍，生产成本可下降37%-60%。合成生物学通过菌株构建实现高价值产物的生物法合成，替代传统化学合成，例如维生素B12的生物合成法相比化学合成法，合成路线更短，产量更高，发酵周期仅为工业生产菌株的1/10，极具工业应用前景。 1.2 合成生物学强科技属性构筑高壁垒 合成生物学具有强大的科技属性，从基因合成到大规模发酵生产，存在大量“know-how”，技术壁垒极高。其产业链可分为前端、中端和后端： 产业链前端：以基因编辑相关技术公司为主，提供基因合成、编辑、组装、测序等技术支撑，国内代表公司有金斯瑞生物科技、诺禾致源。 产业链中端：以合成生物学平台公司为主，通过技术平台积累项目经验，为下游客户提供研发支持，国内代表公司有弈柯莱、蓝晶微生物。 产业链后端：以产品型公司为主，主导产品的放大生产与下游市场应用，市场延伸至医疗、化工、食品、农业等多种领域，国内代表公司有凯赛生物、华恒生物、川宁生物、富祥药业等。 1.3 合成生物应用场景丰富——下游空间广阔 合成生物学应用领域广泛，包括生命健康、化学品/材料/能源、农业、食品和消费品等。 1.3.1 合成生物应用场景丰富——生命健康领域的十大方向 在医疗健康领域，合成生物学应用广泛，涵盖创新治疗疗法（如细胞免疫疗法、RNA药物、基因编辑）、体外检测、医疗耗材、药物成分生产和制药用酶。具体实例包括H1N1病毒基因组重建、mRNA疫苗设计、腺相关病毒（AAV）载体改造、工程噬菌体/病毒疗法、胃肠出血检测器、工程微生物疗法（如苯丙酮尿症管线）、CAR-T细胞疗法、新型抗结核化合物发现、青蒿素前体生物合成、微生物群落疗法以及器官异种移植等。 1.3.2 合成生物应用场景丰富——在各领域的应用将持续发展，需求不断扩大 麦肯锡分析指出，合成生物学将带来价值链转变、控制度提高、研发通量增强和接口潜力加大。不同领域的技术采用速度和应用发展不同，例如新生物路线制造药物已在商业上强势应用，而CAR-T细胞治疗癌症等仍处于早期阶段但未来十年将迅速增长。预计到2040年以后，生命健康领域将出现基因驱动预防媒介传播疾病、干细胞产生的可移植器官；农业食品领域将有通过增强光合作用加快生长的基因工程作物、基于遗传和微生物组的个性化膳食服务；消费服务领域将有基于组学数据的个人健康管理；材料、能源、化工领域将有生物太阳能电池和生物电池、CO2封存等。 2、鼓励合成生物学发展：政策密集出台，资金持续涌入 2.1 鼓励合成生物学发展：政策密集出台，资金持续涌入 合成生物学预计在2030-2040年每年带来1.8至3.6万亿美元的直接经济影响，到2025年将达到1000亿美元。生物制造产品有望覆盖60%的化学制造产品。医疗健康领域在未来20年内每年受到的直接经济影响预计将达到0.5至1.2万亿美元。全球合成生物学市场规模从2019年的53亿美元增长至2024年预计的189亿美元，年复合增长率（CAGR）为28.8%，其中医疗健康是占比最高的细分应用领域。 2.2 政策支持下合成生物学成为未来主流发展方向，合成生物学迎来发展机遇 中国政府持续出台政策支持合成生物学发展，从“十二五”期间支持生物制造技术研发，到“十三五”将其列为引领产业变革的颠覆性技术，再到“十四五”强调生物合成应用，以及2024年《政府工作报告》提出加快发展新质生产力，打造生物制造等新增长引擎。欧美国家也高度重视，美国通过NSF、DARPA等机构资助“生命铸造厂”计划，欧洲各国也发布了合成生物学研究报告和战略计划，从基础研究到产品研发应用进行全链条布局。 2.3 资金涌入合成生物赛道，合成生物产业投资正当时 合成生物学已成为资本最看好的赛道之一。据SynbioBeta数据，2009-2021年全球合成生物融资规模从2011年的4亿美元快速增长至2021年的180亿美元，年复合增长率达46%。2021年的初创公司筹资金额约等于2009-2020年筹资金额总和。中国合成生物学投融资在2019年后重新保持增长，2021年获得16起投融资事件，总金额达22.95亿元人民币。综合技术发展、政策支持和资金涌入，合成生物学正处于行业成长期，有望推动生产制造升级，带来新一轮产业革命。 3、合成生物学终端应用：微生物蛋白（食品） 3.1 替代蛋白缺口扩大，市场空间广阔 世界人口持续增长，预计2050年将达到90亿，食品蛋白需求将增加30-50%，达到约2.65亿吨，存在严重缺口。中国每年蛋白质需求超5000万吨。替代蛋白作为传统蛋白的补充，需求量持续扩大。BCG报告预测，到2035年全球替代蛋白市场将达到9700万吨，占全球蛋白质消费总量的11%，对应价值2700亿美元。目前全球替代蛋白市场北美占比38%，欧洲31%，亚太地区22%。经测算，国内替代蛋白市场将保持较快增长，预计2024年市场规模约118亿元，到2032年将达到508亿元。 3.2 替代蛋白行业投融资热度高涨，亚太地区机遇丰富 全球替代蛋白领域投资自2018年后快速升温，2020年投资金额达32亿美元，同比增长185%。尽管2022年整体投融资市场遇冷，替代蛋白领域投资仍高达29亿美元，同比下降42%，但相比其他领域（如气候技术-40%，金融科技-51%）仍具韧性。亚太地区在2022年投资金额逆势增长43%，达到5.62亿美元，占全球比重提升至19%，成为最具吸引力的投资地区。自2021年以来，全球资本对技术路线的偏好已由植物基转向发酵蛋白和细胞培养，表明企业和投资机构均看好新技术路径的未来前景。 3.3 政策面：全球政府鼓励替代蛋白发展 鼓励替代蛋白发展已成为全球共识。近年来，各国政府密集出台政策或发生里程碑事件，主要集中在发达国家。中国也多方位出台政策，如习近平主席提出的“大食物观”，以及《“十四五”全国农业农村科技发展规划》和《“十四五”生物经济发展规划》支持功能重组蛋白、人造蛋白食品研发探索。替代蛋白因其高科技、高效能、高质量的特征，被视为新质生产力的典型代表。 3.4 微生物蛋白显著优于植物蛋白、细胞培养蛋白 微生物蛋白通过微生物发酵合成，具有高蛋白质含量、包含所有人体必需氨基酸、富含维生素和矿物质等优势。其效率是养殖方式的上千倍，生产1公斤微生物蛋白的碳排放量仅为肉类的10%，且资源依赖性更低，具备高效率、健康性、可降碳和可持续性。与植物蛋白（味道难以去除、大豆进口依赖）和细胞培养蛋白（成本高昂、技术难度大、法规监管挑战）相比，微生物蛋白在营养、成本和可持续性方面具有显著优势。 3.5 发展微生物蛋白符合我国战略需求 中国大豆对外依存度常年高于80%，年进口量约1亿吨，严重威胁粮食安全。植物蛋白原料（豆粕）价格波动大，给植物基蛋白成本控制带来挑战。发展微生物蛋白符合我国粮食安全战略要求，可以提高蛋白制造效率，提升国民健康水平（2021年中国人均蛋白消费低于日韩30.5%和43%），并满足国家战略需求，保证食物供给安全（我国动物蛋白缺口严重，优质蛋白自给率不足）。 3.6 微生物蛋白监管方式梳理 微生物蛋白作为新食品原料在全球范围内受到谨慎监管。