（報告出品方/作者：天風(fēng)證券，楊松、吳立、唐婕）
合成生物學(xué)基本概念
合成生物學(xué)：設計、重構生命進(jìn)程
合成生物學(xué)是對生物體進(jìn)行有目標的設計、改造乃至重新合成。
“合成生物學(xué)”這一名詞最早出現于DNA重組技術(shù)發(fā)展的上世紀70年代，在2000年被Eric Kool重新定義為基于系統 生物學(xué)的遺傳工程，標志著(zhù)這一學(xué)科的正式出現。合成生物學(xué)在工程學(xué)思想指導下，按照特定目標理性設計、改造 乃至從頭重新合成生物體系，用以解決人類(lèi)食品缺乏、能源緊缺、環(huán)境污染、醫療健康等各方面的問(wèn)題，是生物學(xué)、 生物信息學(xué)、計算機科學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科交叉融合的學(xué)科。
合成生物學(xué)：構建全新人工生物體系，實(shí)現目標代謝物異源表達
合成生物學(xué)產(chǎn)品制造步驟：合成生物學(xué)制造產(chǎn)品是從原料到菌種再到產(chǎn)品的全鏈條設計和優(yōu)化。合成生物學(xué)可以在改造 和優(yōu)化天然表達體系的同時(shí)，將動(dòng)物源和植物源的代謝路徑構建到微生物體系中，重新合成全新的人工生物體系，最終 實(shí)現目標代謝物的異源表達，將原料以較高的速率最大限度地轉化為產(chǎn)物。
合成生物學(xué)：類(lèi)比計算機編程，DBTL循環(huán)助力菌種構建
合成生物學(xué)可以與計算機編程類(lèi)比。
生物合成系統層次結構功能需要從下到上逐層實(shí)現。層次設計底部是DNA、RNA、蛋白質(zhì)和代謝物，可與計算機工 程中晶體管、電容器和電阻類(lèi)比。上一層是操縱物理過(guò)程和調節信息流動(dòng)的生化反應，可與計算機工程中執行計算 功能的邏輯門(mén)類(lèi)比。在模塊層，不同生物元件庫被組裝成不同作用的復雜途徑，與集成電路類(lèi)似。這些模塊相互連 接并且與宿主細胞融合，使合成生物學(xué)研究能夠以程序化的方式擴展或修改細胞的行為，類(lèi)似于計算機網(wǎng)絡(luò )的功能。
合成生物學(xué)：核心內容-生物元件、基因線(xiàn)路、基因組工程、代謝工程
合成生物學(xué)研究?jì)热荩汉铣缮飳W(xué)在工程化策略指導下有目的地設計合成標準化生物元件，具有不同功能的生物元件按 照一定邏輯構建基因線(xiàn)路，不同基因線(xiàn)路組裝集成系統，獲得具有特定功能的人工生命系統。
合成生物學(xué)發(fā)展回顧
合成生物學(xué)：開(kāi)啟生命科學(xué)革命之門(mén)的“金鑰匙”
萌芽期（2005年以前）：基因線(xiàn)路在代謝工程領(lǐng)域的應用是這一時(shí)期的代表。典型成果：青蒿素前體在大腸桿菌中的合成。
起步期（2005-2011年）：基礎研究快速發(fā)展，工程化理念日漸深入，使能技術(shù)平臺得到重視，方法以及工具不斷開(kāi)發(fā)，“工程 生物學(xué)”早期發(fā)展。
成長(cháng)期（2011-2015年）：基因組編輯效率大幅提升，技術(shù)開(kāi)發(fā)和應用不斷拓展，技術(shù)的應用從生物基化學(xué)品、生物能源拓展至 疾病診斷、藥物和疫苗開(kāi)發(fā)、作物育種、環(huán)境監測、生物新材料等諸多領(lǐng)域。
創(chuàng )新階段（2015年以后）：合成生物學(xué)“設計—構建—測試”（Design-Build-Test，DBT）循環(huán)拓展至“設計-構建-測試-學(xué)習” （Design-Build-Test-Learn，DBTL）。生物技術(shù)與信息技術(shù)融合發(fā)展特點(diǎn)更加明顯，半導體合成生物學(xué)、工程生物學(xué)等理念相繼 提出。
合成生物學(xué)：先進(jìn)技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)快速發(fā)展
生物技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)著(zhù)合成生物學(xué)快速發(fā)展。
顛覆性使能技術(shù)是支撐合成生物學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵，基因合成、基因編輯、蛋白質(zhì)設計、細胞設計、高通量篩選等技術(shù) 的發(fā)展對合成生物學(xué)的發(fā)展有著(zhù)重要的支撐和推動(dòng)作用，基因測序、DNA合成以及基因組編輯技術(shù)都是其核心使能 技術(shù)。
合成生物學(xué)發(fā)展的政策推動(dòng)
全球各國制定政策推動(dòng)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
合成生物學(xué)在全球范圍內受到廣泛關(guān)注，眾多國家/組織均出臺相關(guān)政策，推動(dòng)合成生物學(xué)技術(shù)及應用快速發(fā)展。早 在2006年，美國國家自然科學(xué)基金會(huì )便為合成生物學(xué)研究提供高額資助，并于2021年出臺《2021美國創(chuàng )新與競爭法 案》，將合成生物學(xué)列舉為關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域之一。歐盟在《面向生物經(jīng)濟的歐洲化學(xué)工業(yè)路線(xiàn)圖》中，提出在 2030年將生物基產(chǎn)品或可再生原料替代份額增加到25%的發(fā)展目標。
合成生物學(xué)主要領(lǐng)域
合成生物學(xué)：三大優(yōu)勢——替代+創(chuàng )新+循環(huán)
制造業(yè)革命，實(shí)現“替代+創(chuàng )新+循環(huán)”
合成生物學(xué)正在推動(dòng)一場(chǎng)制造業(yè)革命，探索替代原料和原有生產(chǎn)工藝，并進(jìn)一步延伸到性能更好的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 由合成生物學(xué)驅動(dòng)的下一代生物制造帶來(lái)新的優(yōu)勢： ①替代原有制造路線(xiàn)（化學(xué)合成或者天然提?。?，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益； ②創(chuàng )造療效更好的藥品、性能優(yōu)越的化學(xué)品或材料等新產(chǎn)品的潛力； ③實(shí)現可持續的“循環(huán)”生產(chǎn)模式，使用可再生生物質(zhì)原料，顯著(zhù)減少對化石燃料的依賴(lài)。
合成生物學(xué)：綠色環(huán)保、能耗少成本低
以可再生資源作為原料，反應條件溫和。合成生物學(xué)主要以可再生資源作為原料，包括淀粉等糧食原料、秸稈等農業(yè)廢棄物以及CO2、CH4等含碳氣體，符 合可持續發(fā)展理念，且能使得原材料成本占比降低，產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)度以及生產(chǎn)周期縮短。相較于化學(xué)反應，合成生物學(xué) 大部分反應在微生物或酶的作用下進(jìn)行，反應條件更溫和，減少副產(chǎn)物和三廢生成，實(shí)現高效、環(huán)保生產(chǎn)。
應用場(chǎng)景廣泛：醫學(xué)領(lǐng)域
合成生物學(xué)在醫學(xué)領(lǐng)域的應用。合成生物學(xué)通過(guò)設計全新的細胞內代謝途徑，使醫藥產(chǎn)品能夠通過(guò)微生物細胞利用廉價(jià)糖類(lèi)等原 料進(jìn)行合成，從而降低醫藥產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，為綠色生產(chǎn)提供可能。在醫學(xué)應用中，合成生物學(xué) 可根據不同的疾病和致病機制，進(jìn)行人工設計、構建適宜的治療性基因回路，在載體的協(xié)助下植 入人體，通過(guò)糾正機體有功能缺陷的回路，實(shí)現治療疾病的目的。
合成生物學(xué)：2021Q3單季度融資突破歷史記錄
融資額創(chuàng )歷史最高，開(kāi)啟合成生物學(xué)元年：從一級市場(chǎng)投資變化可以看出，2021年Q1和Q2季度融資金額快速提升， 2021Q3季度全球合成生物學(xué)相關(guān)企業(yè)融資金額創(chuàng )單季度融資歷史新高，總金額高達61億美元，較前期歷史記錄提高 33%。截止2021Q3，合成生物學(xué)領(lǐng)域一級市場(chǎng)總融資金額合計高達150億美元。從歷年合成生物學(xué)融資變化趨勢可以 看出，2021年已成為合成生物學(xué)領(lǐng)域最景氣的一年，有望開(kāi)啟合成生物學(xué)研究和發(fā)展的元年。（報告來(lái)源：未來(lái)智庫）
合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈分類(lèi)
從產(chǎn)業(yè)鏈上下游角度來(lái)劃分，上游為各類(lèi)技術(shù)賦能公司，下游為各類(lèi)產(chǎn)品應用型公司。
技術(shù)賦能公司：為該行業(yè)提供關(guān)鍵的技術(shù)及產(chǎn)品支持，例如DNA測序、合成、基因編輯、生物信息學(xué)、細胞培養 基產(chǎn)品以及菌株等生物合成所必須的生產(chǎn)資料與技術(shù)能力。
產(chǎn)品應用公司：產(chǎn)業(yè)型企業(yè)核心能力除了主營(yíng)產(chǎn)品所涉及的菌種和基因等技術(shù)能力以外，還包括產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和商 業(yè)推廣能力，涵蓋工業(yè)化學(xué)品、醫療、食品、材料以及化妝品/護膚品等多個(gè)領(lǐng)域。
國內合成生物學(xué)公司分類(lèi)-技術(shù)賦能型
技術(shù)賦能公司中，以合成生物學(xué)中基因編輯為技術(shù)核心代表的公司有博雅輯因、本導基因，泓訊科技和迪贏(yíng)生物的生物元件技術(shù) 是其核心技術(shù)，恩和生物是目前國內主要以合成生物學(xué)硬件/軟件為技術(shù)核心的公司。
合成生物學(xué)：國內合成生物學(xué)研究機構實(shí)力雄厚
合成生物學(xué)科研院所。深圳地區：以深圳合成生物學(xué)創(chuàng )新研究院（深圳合成院）為代表，深圳市政府投資7.5億元建設深圳合成院，目前擁 有34位課題組長(cháng)、4位杰出客座研究員和19位客座研究員。除此之外中科院合成所、農科院合成生物學(xué)中心也都位 于深圳，合成生物學(xué)相關(guān)科研實(shí)力雄厚。
醫藥類(lèi)公司：華東醫藥、弈柯萊、川寧生物
華東醫藥——工商美協(xié)同發(fā)展，深耕工業(yè)微生物板塊，開(kāi)啟醫藥產(chǎn)業(yè)新紀元
華東醫藥成立于1993年，于2000年1月在深圳證券交易所上市，發(fā)展至今已成為業(yè)務(wù)覆蓋醫藥工業(yè)、醫藥商業(yè)、醫美 領(lǐng)域的綜合性制藥企業(yè)。 醫藥工業(yè)：聚焦抗腫瘤、內分泌和自身免疫三大核心治療領(lǐng)域的藥品研發(fā)布局；醫藥商業(yè)：擁有中西藥、醫療器械、藥材參茸、健康產(chǎn)業(yè)等四大業(yè)務(wù)板塊，涵蓋醫藥流通全領(lǐng)域；醫美業(yè)務(wù)：2013年進(jìn)入醫美領(lǐng)域，聚焦面部微整形和皮膚管理領(lǐng)域最新的產(chǎn)品和器械的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。
弈柯萊——國內合成生物學(xué)領(lǐng)域創(chuàng )新者
國內合成生物學(xué)領(lǐng)域新興領(lǐng)導者。弈柯萊生物科技（上海）股份有限公司成立于2015年，主要致力于合成生物學(xué)方法的研發(fā)并將其應用于規?；?產(chǎn) ，先后于2018年、2019年以及2020年完成弘暉資本領(lǐng)投的A輪、華泰紫金領(lǐng)投的B輪、淡馬錫領(lǐng)投的C輪融資。
公司成功打造智能設計、酶工程、細胞鑄造、合成測序、發(fā)酵工程、分離工程等10大技術(shù)創(chuàng )新平臺，酶、代謝途徑/ 網(wǎng)路及生物底盤(pán)的設計與改造相關(guān)經(jīng)驗積累深厚，成功將合成生物學(xué)技術(shù)廣泛應用于生物醫藥、植被保護、營(yíng)養健 康、診斷試劑、環(huán)境治理、健康食品等領(lǐng)域，是目前國際上合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展最快企業(yè)之一。
川寧生物——抗生素中間體核心企業(yè)
國內主要抗生素中間體生產(chǎn)企業(yè)。川寧生物于2010年在國家級霍爾果斯經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區伊寧園區成立，公司是國內主要抗生素中間體生產(chǎn)基地之一，產(chǎn)品 包括硫氰酸紅霉素、青霉素類(lèi)中間體（6-APA/青霉素G鉀鹽）、頭孢類(lèi)中間體（7-ACA、D-7ACA、7- ADCA）、熊去氧膽酸粗品等。公司于2021年首次公開(kāi)發(fā)行股票并在創(chuàng )業(yè)板申請上市，目前處于發(fā)行審核階段。
化工類(lèi)公司：華恒生物、凱賽生物
華恒生物——深耕合成生物學(xué)領(lǐng)域，主要產(chǎn)品丙氨酸系列技術(shù)領(lǐng)先
深耕合成生物領(lǐng)域，構建綠色低碳發(fā)展。華恒生物自成立 以來(lái)經(jīng)過(guò)多次改制重組，已經(jīng)成為小品種氨基酸全球領(lǐng)先 生產(chǎn)企業(yè)之一，主動(dòng)承擔多項高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目，產(chǎn)品 綠色環(huán)?？裳h(huán)，廣受境內外眾多客戶(hù)認可。
凱賽生物——全球生物法生產(chǎn)長(cháng)鏈二元酸領(lǐng)先企業(yè)
深耕合成生物領(lǐng)域20年，技術(shù)積累深厚。凱賽生物成立于2000年，主要從事新型生物材料的研發(fā)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售業(yè)務(wù)，是全球領(lǐng)先的利用生物制造規?；a(chǎn) 新材料的企業(yè)之一。凱賽生物聚焦于聚酰胺產(chǎn)業(yè)鏈，主要產(chǎn)品包括可用于生物基聚酰胺生產(chǎn)的單體原料——系列生 物法長(cháng)鏈二元酸和生物基戊二胺，以及系列生物基聚酰胺等。公司總部及研發(fā)中心位于上海浦東張江高科技園區， 3個(gè)生產(chǎn)基地分別位于金鄉、烏蘇和太原（建設中）。
其他類(lèi)型公司：嘉必優(yōu)、溢多利、Amyris 、Zymergen
嘉必優(yōu)——生物發(fā)酵營(yíng)養素先行者
積極開(kāi)拓市場(chǎng)，銷(xiāo)售地區廣泛。嘉必優(yōu)成立于2004年，經(jīng)過(guò)十多年的重組并購發(fā)展，公司已經(jīng)成為國內營(yíng)養素生產(chǎn)領(lǐng) 先企業(yè)，獲得多項國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎，構建了系統完整的技術(shù)平臺。
溢多利——國內生物酶制劑龍頭
深耕生物酶領(lǐng)域30年，中國首家生物酶試劑上市公司。廣東溢多利生物科技股份有限公司成立于1991年，2014年于深交所上市，成為中國首家生物酶試劑行業(yè)上市公司。 上市同年，對鴻鷹生物成功收購；2015年至2018年間，與新合新、利華制藥，世唯科技等公司進(jìn)行合并重組，成 功進(jìn)軍生物醫藥和生物農牧兩大領(lǐng)域，構造生物酶制劑、甾體激素原料藥和功能性飼料添加劑三大產(chǎn)品線(xiàn)。
Amyris——全球合成生物學(xué)龍頭
老牌合成生物學(xué)巨頭，擁有多個(gè)商業(yè)化品種。Amyris成立于2003年，是世界領(lǐng)先的合成生物學(xué)巨頭，主營(yíng)領(lǐng)域涉及清潔健康和美容保健。公司利用生物技術(shù)平 臺快速設計和構建微生物菌種，通過(guò)其代謝途徑利用可再生的、植物來(lái)源的糖，從而獲得高價(jià)值成分。通過(guò)生物技 術(shù)平臺和工業(yè)發(fā)酵工藝的結合，公司已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和商業(yè)化13種不同的分子，應用于數千個(gè)全球知名品牌產(chǎn) 品的配方中。
Zymergen——平臺型合成生物學(xué)公司
從研發(fā)到生產(chǎn)的一體化合成生物學(xué)平臺。Zymergen是一家平臺型合成生物學(xué)公司，成立于2013年，總部位于加利福尼亞州埃默里維爾，2021年4月22日正 式于納斯達克上市。公司擁有世界最大的專(zhuān)有基因組數據庫，并利用合成生物學(xué)、機器學(xué)習、自動(dòng)化等技術(shù)與數據 庫形成協(xié)同合作，通過(guò)自建與收購多種渠道進(jìn)行技術(shù)積累，逐步完善合成生物學(xué)前期菌種設計和改造平臺，現有產(chǎn) 品管線(xiàn)涉及電子、消費者護理和農業(yè)三大領(lǐng)域。
投資觀(guān)點(diǎn)：合成生物學(xué)——未來(lái)已來(lái)，開(kāi)啟“造物”時(shí)代
合成生物學(xué)為什么值得關(guān)注？
合成生物學(xué)正在推動(dòng)一場(chǎng)制造業(yè)革命，探索替代原料和生產(chǎn)工藝，并進(jìn)一步延伸到性能更好的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，用以解決人類(lèi)食品 缺乏、能源緊缺、環(huán)境污染、醫療健康等各方面的問(wèn)題，對于全球可持續發(fā)展至關(guān)重要。根據 CB Insights 分析數據顯示，預 計到 2024 年合成生物學(xué)市場(chǎng)規模將達 189 億美元，2019-2024年復合增長(cháng)率達28.8%。合成生物制造過(guò)程兼具綠色環(huán)保與降 本增效優(yōu)勢，可降低工業(yè)過(guò)程能耗15-80%，原料消耗35%-75%，減少空氣污染50%-90%，水污染33%-80%。
為什么現階段關(guān)注合成生物學(xué)？
合成生物學(xué)概念提出20年來(lái)，伴隨著(zhù)生物學(xué)、生物信息學(xué)、計算機科學(xué)、化學(xué)等學(xué)科快速發(fā)展，實(shí)現從簡(jiǎn)單基因線(xiàn)路設計到 基因組合成，多領(lǐng)域產(chǎn)品成功上市、以及過(guò)去一年全球內5家公司上市預示著(zhù)合成生物學(xué)迎來(lái)新發(fā)展階段。高效基因組編輯技 術(shù)與DNA合成技術(shù)等核心使能技術(shù)助力合成生物學(xué)行業(yè)加速發(fā)展，合成生物學(xué)一級市場(chǎng)投資熱度顯著(zhù)上升，2021Q3季度全球 合成生物相關(guān)企業(yè)創(chuàng )單季度融資的歷史新高，投資金額高達61億美元，從歷史數據來(lái)看，2021年已成為合成生物學(xué)領(lǐng)域最景 氣一年，有望開(kāi)啟合成生物學(xué)研究和發(fā)展元年。
（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。）
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