医药生物行业：合成生物学，未来已来，开启“造物”时代-天风证券-2022.01.09-96页_2mb

合成生物学行业总结

核心内容

合成生物学是一门基于系统生物学的遗传工程学科，旨在通过设计、改造和重新合成生物体系，解决食品、能源、环境和医疗健康等领域的问题。该技术融合生物学、生物信息学、计算机科学、化学和材料学等多学科，具有绿色环保、降本增效等显著优势。预计到2024年，全球合成生物学市场规模将达189亿美元，2019-2024年复合增长率达28.8%。

主要观点

1. 技术赋能与产品应用
   合成生物学行业分为上游技术赋能公司和下游产品应用公司。技术赋能公司提供DNA测序、合成、基因编辑等核心技术，而产品应用公司则涵盖工业化学品、医疗、食品、材料和化妆品等多个领域。投资应关注产品应用公司的市场空间、核心竞争优势及产业化能力，以及技术赋能公司的技术平台迭代能力。

2. 技术推动行业发展
   合成生物学的发展依赖于基因编辑、DNA合成和生物信息学等核心技术。CRISPR技术因其精准、高效、低成本，成为最广泛应用的基因编辑工具。DNA合成技术从柱式向芯片合成演进，极大提升了基因合成效率和降低成本。

3. 政策支持与产业布局
   全球多国及地区（如美国、欧盟、英国、日本、德国等）均出台相关政策，推动合成生物学技术及产业应用。中国亦在2020年后加大政策支持，包括国家发改委、地方省市等层面，支持合成生物学技术创新中心建设。

4. 投资趋势与市场潜力
   2021年合成生物学一级市场融资达到历史高峰，其中医疗健康领域尤为活跃。预计到2030年，生物技术将占全球化学品制造的35%，并显著降低二氧化碳排放。

关键信息

• 技术使能：基因编辑、DNA合成、生物信息学是合成生物学发展的核心使能技术。
• 行业优势：合成生物学在降低能耗、减少污染、提升生产效率和降低成本方面具有显著优势。
• 应用领域：涵盖医疗健康、化学品、生物材料、生物能源、农业和食品等多领域。
• 融资情况：2021年Q3全球合成生物学融资额达61亿美元，是历史最高水平，预计2021年全年融资总额达150亿美元。

合成生物学主要领域

1. 医疗健康：通过设计治疗性基因回路，实现精准医疗与药物生产优化。例如，默克公司的西格列汀药物通过合成生物学实现高纯度生产。
2. 化学品与生物材料：利用合成生物学生产可再生化学品、生物基材料，如凯赛生物的长链二元酸、Calysta的FeedKind技术。
3. 生物能源与环境：通过生物技术实现绿色能源生产，如利用微生物进行碳捕获与转化。
4. 农业：通过基因编辑和代谢工程改良作物，提高农业生产力与可持续性。例如，Pivot Bio的生物氮肥PROVEN。

合成生物学应用场景与市场增长预测

值得关注的公司

• 技术赋能公司：如DNA测序、合成和基因编辑技术提供商。
• 产品应用公司：
  • 医药类：华东医药、弈柯莱、川宁生物。
  • 化工类：华恒生物、凯赛生物。
  • 其他类型：嘉必优、溢多利、Amyris、Zymergen。

风险提示

• 产品销售不及预期；
• 技术开发与迭代不及预期；
• 菌种泄露风险；
• 市场竞争加剧风险。

合成生物学制造过程

1. 路线设计：根据产品和原料特点设计生产路线。
2. 底盘细胞选择：选择适合的宿主细胞。
3. 代谢途径重建：通过设计、构建、验证策略优化代谢途径。
4. 耐受性增强：利用理性或适应性进化技术提升菌株耐受性。
5. 代谢通量优化：利用系统生物学工具实现最大化生产效率。
6. 发酵：与菌株开发同步进行，提供数据反馈。
7. 产品回收与纯化：根据产品特性优化纯化路径。
8. 放大：实现从实验室到商业化生产的转化。

合成生物学发展回顾

• 萌芽期（2005年以前）：基因线路在代谢工程中的应用。
• 起步期（2005-2011年）：基础研究快速发展，工程化理念深入。
• 成长期（2011-2015年）：技术应用拓展至多个领域，如生物能源、药物开发等。
• 创新阶段（2015年以后）：DBTL循环推动技术发展，生物与信息技术融合加深。

合成生物学在不同领域的应用

医疗健康

• 案例：默克公司使用合成生物学优化西格列汀生产。

化学品与生物材料

• 案例：凯赛生物利用合成生物学生产长链二元酸；Calysta利用天然气生产极长碳链化合物。

生物能源与环境

• 案例：利用微生物转化CO2、CH4等含碳气体为有用化学品。

农业

• 案例：Pivot Bio的生物氮肥PROVEN减少化肥使用，提升作物产量。

食品

• 案例：Impossible Foods通过合成生物学生产人造肉，减少土地与温室气体排放。

合成生物学融资趋势

• 2021Q1-Q3：全球合成生物学融资总额达150亿美元，Q3融资额达61亿美元，创历史新高。
• 医疗健康领域：融资活跃度最高，Q3获得28笔交易，融资额达27亿美元。

技术对比

合成生物学未来展望

• 技术发展：未来有望实现全基因组定制化细胞工厂。
• 产业应用：合成生物学将在医疗、农业、食品、材料等领域发挥更大作用。
• 绿色制造：合成生物学推动制造业向绿色、可持续方向发展。