2023年12月31日

医药

SDICRTAS

四行业专题

合成生物学行业专题系列一：建物致知，建物致用，合成生物赋能未来

目合成生物学：引领第三次生物技术革命，相比化学合成及传统发酵优势明显。合成生物学侧重创造自然界中尚不存在的人工生命系统，广义上可分为“基于细胞的合成生物学”和“无细胞合成生物学”，前者的核心在于微生物细胞工厂（MCFs）的构建，后者跳脱细胞膜限制，使得系统设计自由度显著提升。合成生物学相比传统化学合成、生物发酵具备明显优势，相对传统化学合成的优势主要表现为产品成本低、反应条件温和、对环境污染较小等；与传统发酵技术相比，基于MCFs理性设计策略的合成生物学技术效率显然更高。以青蒿素生产为例，根据国家发改委数据，使用可控的100立方米工业发酵罐，可以替代5万亩的传统农业种植生产青蒿素，显著降低生产成本。

目合成生物技术加速产业化，众多企业纷至沓来。合成生物学应用涵盖医药、化工、能源、食品及农业等众多领域，据麦肯锡预测，预计未来10-20年，合成生物学应用可能对全球每年产生2-4 万亿美元的直接经济影响，其中医药与健康领域占比达到 35%(约0.5-1.3万亿美元)。产业链角度，合成生物学可分为上、中、下游三个环节，分别对应工具、平台、产品型企业。工具型代表企业包括聚焦基因测序领域的华大智造，基因合成领域的金斯瑞生物科技以及基因编辑领域的百奥赛图；平台型及产品型企业数量众多，选品思路、研发及产业化能力是其核心竞争力，其中，凯赛生物、川宁生物、华东医药、华熙生物及华恒生物等企业的研发平台及产业化布局较为领先，制药企业如金城医药、普利制药等正在加速特色合成生物学品种产业化创造新增长点，众多生物医药企业进军合成生物学赛道，借力合成生物技术降本增效，实现产业升级。

目多重利好因素助力行业规模持续扩张，医药领域是最重要应用场景。根据不同分析报告统计数据，全球合成生物学市场规模有望保持20%-30%的年复合增速，在未来几年达到数百亿美元规模，其中，生物医药在各场景中占据首位。国内方面，根据DeepTech数据，2016年中国合成生物学市场规模9亿美元，2021年进一步达到64亿美元。多重利好因素助力下，行业正在渐入高速发展时期。1）工具技术层面：AI技术蓬勃发展，基因测序、基因合成、基因编辑技术快速升级迭代、成本下降趋势下，全球合成生物技术研发有望取得持续突破。2)政策层面：英美首先将合成生物学置于国家战略层面之上，我国“十四五”规划明确将合成生物学

证券研究报告

投资评级领先大市-A

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行业表现

资料来源：Wind资讯

升幅%	1M	3M	12M
相对收益	-2. 1	7. 0	4. 0
绝对收益	-3.7	-0.1	-7.1

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目内容目录

1．合成生物学：创造人工生命系统的第三次生物技术革命 5
2．合成生物技术路径丰富，具备化学及传统发酵法不可及优势. 7
2.1．技术路径：“基于细胞的合成生物学”+“无细胞合成生物学” .7
2.2．合成生物学优势明显，颠覆化学合成及传统发酵格局
2.3．应用领域十分广泛，体内合成及体外酶法合成广泛实现产业化. .12
3．行业规模及发展驱动因素分析... .16
3.1．行业规模快速增长，医药领域占比遥遥领先 .16
3.2．工具技术快速发展，助推合成生物技术产业化 .17
3.3．政策加持有望助力行业高速发展． .20
3.4．学术领域成果丰厚，生物合成技术有望持续突破 .23
3.5．全球投融资进程持续推进，医药健康赛道最为热门 .24
4．建议关注标的.. 27
5．风险提示.. 29
目图表目录
图1．合成生物学的“下上而下”及“自下而上”策略
图2．合成生物系统层级化结构示意图，
图3．合成生物学的研究内容 .6
图4．21世纪以来合成生物学的发展历程及代表性成果进展. .6
图5．基于细胞的合成生物学”和“无细胞合成生物学”示意图 .7
图6．微生物细胞工厂（MCFs）设计和构建发展历程及展望 .7
图7．微生物细胞工厂设计和构建策略效率以及性能对比． .8
图8．通过“设计-构建-测试-学习”的工程化设计原理建立代谢网络及微生物细胞工厂示
意图... .8
图9．基于细胞提取物的无细胞系统基本制备和操作流程...
图10．合成生物学技术生产青蒿酸的发展历程． . 11
图11．在大肠杆菌中构建的青蒿酸异源生物合成途径 . 11
图12．合成生物学未来的潜在直接经济影响 (万亿美元) .13
图13．合成生物学对细分领域的直接经济影响 (万亿美元） 13
图14．合成生物学重点细分应用领域介绍 13
图15．合成生物学的典型工业化应用 13
图16．体内合成生物学及体外合成生物学示意图 13
图17．合成生物学产业谱图... 14
图18．2018-2027E全球合成生物学行业规模（亿美元） .16
图19．2017-2024E合成生物学区域规模（百万美元） .17
图 20．2019年全球合成生物学区域占比..
图21．2017-2024E合成生物学各领域规模（百万美元） . 17
图22．2019年合成生物学各领域市场格局....
图23．人工智能技术应用于合成生物学的代表性进展 .18
图 24．测序技术发展促进基因组测序成本降低的同时速度提升 .18
图 25．基因测序技术介绍.. .19
图26．全球合成生物学领域发展和战略布局演进路径 20
图27．美国合成生物学十年计划... 21
图28．英国2012-2030年合成生物学发展路线图 21
公右限公司夕项志明请参回坦生屋而
图29．2010-2021年全球发表合成生物学和药物论文排名前十的国家（篇）.. .. . 23
图30．2019-2021年各国合成生物学文献数量及其在2010-2021年发表文献总量中的占比
.. 23
图31．全球合成生物学初创公司历年融资规模（美元） .24
图32．合成生物学领域与全球所有行业的风险投资趋势(美元) 24
图 33．2021年全球合成生物学细分赛道融资次数（个） 25
图34．2023Q1全球合成生物学各领域风险投资分布.. 25
图 35．2023Q1全球合成生物学应用领域的风险投资分布. 25
图36．2018-2022年国内平台和应用型企业融资情况. 26
图 37．2018-2022年国内合成生物学企业融资轮次分布. 26
图38．2018-2022年国内合成生物学细分企业融资情况 26
图39．2018-2022年国内合成生物学融资应用层情况. 26
表1：不同提取物无细胞合成系统比较.. .9
表2：基于细胞提取物体系、纯化体系及多酶体系对比 10
表3：传统化学合成法和体内及体外合成生物学对比 10
表4: 合成生物学法优化青蒿素合成中间体紫穗槐二烯的发酵产率 12
表5：合成生物学法优化青蒿素合成中间体青蒿酸的发酵产率 12
表6: 合成生物学上游的典型上市公司业务布局． 15
表7：典型的产品层及平台层上市公司合成生物学布局 15
表8：基因合成技术介绍 19
表9：基因编辑技术介绍 19
表10：中国合成生物学领域重点国家政策梳理. 22

1.合成生物学：创造人工生命系统的第三次生物技术革命

合成生物学（syntheticbiology）是以工程学思想为指导，对天然生物系统进行重新设计与改造，同时设计并合成新的生物元件、组件和系统的学科。其研究策略包括两个方面：一是“自上而下”的逆向工程，即通过对现有的、天然存在的生物系统进行重新设计和改造，修改已存在的生物系统，使之增添新的功能；二是“自下而上”的正向工程，即通过设计和构建新的生物元件、组件和系统，创造自然界中尚不存在的人工生命系统。简而言之，二者为“发现”与“发明”的关系。

“自上而下”策略是对已有生物系统进行修改，存在诸多限制，而合成生物学本质上更加侧重“自下而上”的理念。“自下而上”的合成生物系统的构建分为生物元件、生物装置、生物系统三个层次，这一特点充分体现了合成生物学工程化的本质。其中，生物元件是具有一定功能的DNA序列，也是最简单且最基本的生物积块，而具有不同功能的生物元件可按照一定的物理和逻辑关系相互连接组成复杂的生物装置，具备不同功能的生物装置协同运作即可构成更为复杂的生物系统，这些生物系统彼此间互相通信、协调可以进一步构成更加复杂的多细胞或细胞群体生物系统。

图1.合成生物学的“下上而下”及“自下而上”策略

资料来源：赵国屏．合成生物学：开启生命科学"会聚"研究新时代[J].中国科学院院刊,2018,33(11):1135-1149． D0l:10.16418/j.issn.1000-3045.2018.11.001.，安信证券研究中心

图2.合成生物系统层级化结构示意图

资料来源：严伟,信丰学,董维亮，等．合成生物学及其研究进展[J]．生物学杂志,2020,37(5):1-9. D0l:10.3969/j.issn.2095-1736.2020.05.001.，安信证券研究中心

合成生物学的研究内容包括元件工程、遗传线路工程、代谢工程及基因组工程。合成生物学强调生命物质的标准化，对元件所做的优化、改造或重新设计称为"元件工程"；由调节元件及被调节基因构成基因线路的遗传装置，人工基因线路通过遗传线路工程合成；代谢工程主要是利用分子生物学手段如DNA重组技术对已有代谢途径和调控网络进行合理的设计与改造，以合成新产物、提高已有产物的合成能力或赋予细胞新的功能；基因组工程则是基于基因组测序、基因编辑和基因合成等技术的一项能够从头合成或重新设计基因组的技术。

图3.合成生物学的研究内容

资料来源：严伟，信丰学，董维亮，等．合成生物学及其研究进展[J]．生物学杂志,2020,37(5)：1-9．D0l:10.3969/j.issn.2095-1736.2020.05.001.，安信证券研究中心

合成生物学：第三次生物技术革命，已进入高速成长期。合成生物学被认为是继DNA双螺旋和人类基因组测序后的第三次生物技术革命，“synthetic biology”一词最早出现于1911年的《Science》及《Lancet》杂志中，1950-1960 年代，DNA双螺旋和胰岛素一级结构等先后被确定，具有生物活性的核酸和蛋白质等实现人工合成，进入21世纪，合成生物学迅猛发展，大致可以分为4个阶段：

1）创建期(2000-2003)：此时期产生了许多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在代谢工程中的成功运用；

2）摸索完善期(2004-2007)：此时期的重要特征是虽然领域有扩大趋势，但工程技术进步比较缓慢；

3）快速创新和应用转化期(2008-2013)：此时期涌现出大量新技术和新工程手段，特别是人工合成基因组能力的提升，以及基因组编辑技术的突破等，从而使合成生物学的研究与应用领域大为拓展；

4）飞速发展新时期(2014-至今)：此时期研究成果全面提升，酵母染色体的人工合成等领域取得突破性成果，产业开始进入高速成长期。

图4.21世纪以来合成生物学的发展历程及代表性成果进展

资料来源：刘虎虎，田云．走进合成生物学[J]．科学（上海），2023,75(2)：30-34．D0I:10.3969/j.issn.0368-6396.2023.02.013.；刘小玲，雷蓉．从入选中国科学十大进展看合成生物学的发展[J]．科技中国,2022(4):36-41.；安信证券研究中心

2.合成生物技术路径丰富，具备化学及传统发酵法不可及优势

2.1.技术路径：“基于细胞的合成生物学”+“无细胞合成生物学”

合成生物学的技术路径按其合成方式可以分为“基于细胞的合成生物学”和“无细胞合成生物学”，其本质区别在于是否具备细胞膜体系，前者基于完整细胞体系，后者为剔除细胞膜系统的开放体系。

图5.基于细胞的合成生物学”和“无细胞合成生物学”示意图

资料来源：刘莹莹，卜宁，卢元．无细胞合成生物学：革新生物医药产业的新策略[J]．生物工程学报,2019,35(12)：2269-2283.D0I:10.13345/j.cjb.190271.，安信证券研究中心

基于细胞的合成生物学

基于细胞的合成生物学是在细胞内进行生物合成途径的组装，利用底盘细胞来合成目标产物。其核心在于微生物细胞工厂（MCFs）的构建，早期的MCFs主要通过天然微生物的筛选和诱变育种方式获得高产菌种，再通过传统发酵工程生产目标产品，基于的是非理性策略，效率较低。随着分子生物学和基因工程的不断发展，人类对微生物系统的认知和改造能力提升，理性/半理性的代谢工程设计和构建策略目前已发展了从分子、途径到基因组层次不同的 MCFs设计和工程化构建策略，效率进一步提升，然而其还是更偏重“自上而下”的设计策略，相较狭义上合成生物学侧重的“自下而上"策略仍有发展空间，而实现全基因组水平定制化MCFs（尚处于萌芽阶段）无疑是合成生物学的理想目标。

图6.微生物细胞工厂（MCFs）设计和构建发展历程及展望

资料来源：袁姚梦，邢新会，张．微生物细胞工厂的设计构建：从诱变育种到全基因组定制化创制[J]．合成生物学，2020,1(6):656-673．D0I:10.12211/2096-8208.2020-050.，安信证券研究中心

图7.微生物细胞工厂设计和构建策略效率以及性能对比

资料来源：袁姚梦，邢新会，张．微生物细胞工厂的设计构建：从诱变育种到全基因组定制化创制[J]．合成生物学，2020,1(6):656-673.D0I:10.12211/2096-8208.2020-050.，安信证券研究中心

合成基因网络基于DBTL工程化设计原理实现目标产物的高效合成。对于合成代谢网络而言，在异源宿主中引入新的代谢途径，不仅需要最小化有毒中间产物的积累，还需最大化目标产物产量并尽量不影响宿主的表型。因此需对代谢网络中的多个基因进行编辑，使多基因的表达能够协调与平衡。目前，合成生物学通过引入“设计-构建-测试-学习(DBTL)”的工程化设计原理，通过多轮筛选，得到最优的生产菌株。（设计：利用生物信息学方法设计合成目标化合物的代谢途径；构建：在宿主中构建设计好的代谢途径；测试：通过分析检测手段评估所构建的代谢通路中的瓶颈环节；学习：针对瓶颈部分进行优化，有效提高目标化合物产量。)

图8.通过“设计-构建-测试-学习”的工程化设计原理建立代谢网络及微生物细胞工厂示意图

资料来源：叶少杰，秦嘉豪，路斯博,等．天然产物的合成生物学研究[J]．科学（上海），2022,74(2):40-44.D0I:10.3969/j.issn.0368-6396.2022.02.011.，Chemicalreviews，安信证券研究中心

无细胞合成生物学

跳脱细胞膜限制，系统设计自由度提升。无细胞合成生物学即无需活细胞，而是通过程序设计在体外实现基因转录和蛋白质翻译，从而设计出新的具有生物功能的产品或体系。此系统不涉及复杂的生物学激活作用，无需保持DNA的遗传能力，可将目的基因在体外快速转录翻译为目的蛋白。此外，无细胞系统可避免细胞生长过程中产物之间的竞争，从而实现最大化的生物合成效率。简而言之，无细胞系统可以更加自由设计、改进和控制生物系统，以实现合成效率最大化。

无细胞合成生物系统可分为基于细胞提取物体系，纯化体系及多酶体系三类。

1)基于细胞提取物体系来合成目标产物主要是利用微生物、动物或植物细胞的粗裂解提取物中蛋白质以合成所必需的催化成分，提取物中含有基因转录、蛋白质翻译和折叠、能量代谢相关的必需元件，在基于这些组分的基础上，给合成系统中添加细胞生长所需成分（核苷酸、氨基酸等)，促成无细胞合成网络的顺利运转。

图9.基于细胞提取物的无细胞系统基本制备和操作流程

资料来源：刘莹莹，卜宁，卢元．无细胞合成生物学：革新生物医药产业的新策略[J]．生物工程学报,2019,35(12)：2269-2283.D0I:10.13345/j.cjb.190271.，安信证券研究中心

不同的无细胞系统提取物各有优劣，真核系统制备繁琐但具备翻译后修饰功能。理论上，任何生物体或细胞都可以提供提取物，但在研究的过程中需要考虑细胞模式化、获取来源的方便性、蛋白产率、蛋白复杂度、下游处理及成本等问题。目前，商业化的无细胞系统的提取物来源于大肠杆菌、小麦胚芽、兔网织红细胞和昆虫细胞等。其中，原核与真核无细胞系统相比，真核无细胞系统可以更容易实现蛋白质翻译后修饰，但其体系的制备，从细胞培养到最终提取物制备的整个流程比较繁琐。

表1：不同提取物无细胞合成系统比较

提取物来源	优点	缺点
大肠杆菌	1.提取物易制备 2.蛋白质合成率高
	3.转录和翻译信息明确	难以翻译后修饰
	4.较低成本
小麦胚芽	1.可表达真核蛋白质 2.复合蛋白质产量高	1.细胞提取物产量低 2.提取物的制备过程冗长复杂
小麦胚芽		3.缺少好的遗传操作工具
免网织红细胞	1.细胞易破碎,因而提取物可快速制备	1.需复杂的动物组织操作
		2.蛋白质合成率低
	2.可进行真核细胞特异性翻译后修饰	3.内源性背景过高
昆虫细胞	1.细胞易破碎，因而提取物可快速制备	4.缺少好的遗传操作工具
昆虫细胞	2.可进行真核细胞特异性翻译后修饰	1.细胞培养昂贵且耗时 2.缺少好的遗传操作工具

资料来源：刘莹莹，卜宁，卢元．无细胞合成生物学：革新生物医药产业的新策略[J]．生物工程学报，2019,35(12)：2269-2283．D0I:10.13345/j.cjb.190271．《合成生物学》，安信证券研究中心

2）纯化体系：无细胞系统也可通过细胞的纯化组分产生。纯化体系和粗提取物体系相比，后者的制备通常是通过直接裂解原核或真核细胞，不用纯化，因此成本比较低廉。而纯化系统的优点在于每个组分都是确定的，去除了粗提取物中可能对系统合成有害的物质，但缺点是成本过高，其表达、纯化和添加每个组分都大大增加了与“自上而下”系统相比所需的反应物成本和时间，且很难实现规模化。

3)多酶体系：与提取物系统相比，通过自下而上的方法将来自纯化组分的合成酶组织为合成路径，有时可促进自然界中并不发生的过程或反应。其核心是在体外重构多酶催化体系，通过模拟细胞代谢路径中酶催化级联体系，在体外环境下混合加入目标代谢路径所需要的酶，使底物按照代谢次序进行多步反应，最终得到目标产物。其优势在于可以实现比传统发酵更高的理论产量，目前发展的大方向是通过酶的粗提物在体外构建多酶催化体系，以减小成本实现产业化。

表2：基于细胞提取物体系、纯化体系及多酶体系对比

	基于细胞提取物体系	纯化体系	多酶体系
基质	细胞提取物粗品	细胞提取物的纯化组分	体外合成酶体系
体系组分	粗品DNA、RNA、蛋白质、酶等	纯品 DNA、RNA、蛋白质、酶等	合成酶、底物分子
原料	细胞生长所需成分：核苷酸、氨基酸、DNA、mRNA模板、能量底物、辅因子和必要的盐等		合成酶的催化底物
原理	无细胞开放体系下的生物合成细胞工厂		酶法合成：体外模拟细胞代谢路径多酶催化体系
优点	相对纯化体系的生产成本较低	提取物的每个组分都是确定的	可实现比在活生物体发现的自然的生物过程更高的理论产量，目前发展的大方向是通过酶的粗提物来体外构建多酶催化体系，以减小成本实现产业化
缺点	提取物组分不确定	相对粗提取物体系的生产成本较高	纯化稳定且独立的酶的成本较高

资料来源：刘莹莹，卜宁，卢元．无细胞合成生物学：革新生物医药产业的新策略[J]．生物工程学报，2019,35(12)：2269-2283．D0I:10.13345/j.cjb.190271.，《合成生物学》，安信证券研究中心

2.2.合成生物学优势明显，颠覆化学合成及传统发酵格局

合成生物学相比传统化学合成、生物发酵具备明显优势。合成生物学相对传统化学合成的优势主要表现为产品成本低、反应条件温和、对环境污染较小等；与传统发酵技术相比，基于MCFs理性设计策略的合成生物学技术效率显然更高，但难点在于对技术要求相对较高，相关酶、底盘细胞、元件的设计改造等环节均具有较大技术难度。与酶法合成的体外合成生物学相比，体内合成生物学则需要解决酶、合成途径、代谢网络、底盘细胞等多个维度的技术问题，相较而言难度更大、研发周期更长，其优点在于原料普通、生产成本更低、更易实现产业化。

表3：传统化学合成法和体内及体外合成生物学对比

指标	传统路径	合成生物学技术路径
指标	化学合成法	体外合成生物学法	体内合成生物学法
原材料类型	石油基	石油基、生物基	生物基
技术要求	低	高	高
核心技术	化学催化、化学拆分、天然提取等	酶的设计、改造及高产表达	基因编辑、合成途径设计及高产表达
工艺路线	长	较短	较短
产品成本	高	较低	较低
反应条件	苛刻	温和	温和
污染程度	高	低	低

资料来源：弈柯莱招股书，安信证券研究中心

经典案例之青蒿素：生物合成青蒿素降低成本优势显著。抗疟药物青蒿素的传统生产模式是通过种植黄花蒿，经过18个月生长周期才可进行提取，并且其价格经常受天气和种植面积影响大幅波动。而利用合成生物学技术，在大肠杆菌内构建青蒿酸的生物合成途径，通过生物合成青蒿酸，然后再通过体外化学合成得到青蒿素，几周内便可大量生产青蒿素。根据国家发改委相关数据，使用可控的100立方米工业发酵罐，可以替代5万亩的传统农业种植生产青蒿素，显著降低生产成本，具备低碳、绿色、环保的优势。

图10.合成生物学技术生产青蒿酸的发展历程

资料来源：WebofScience，国家发改委，安信证券研究中心

青蒿素天然合成路径解析：青蒿素属于类异戊二烯化合物，自然界中存在两条不同的类异戊二烯合成途径：一是甲羟戊酸（MVA）途径，其存在于真核和一些原核生物中；二是2-甲基赤藓糖-4-磷酸（MEP）途径，其存在于细菌和植物叶绿体中。黄花蒿中青蒿素由MVA途径合成：前体法尼基焦磷酸（FPP）经紫穗槐二烯合成酶（ADS）催化生成紫穗槐二烯，再由细胞色素 P450 酶CYP71AV1及其还原酶CPR1催化生成青蒿酸，青蒿酸再经过几步化学合成得到青蒿素。

图11.在大肠杆菌中构建的青蒿酸异源生物合成途径

资料来源：《合成生物学》，安信证券研究中心

青蒿素生物合成解析：历经以大肠杆菌、酿酒酵母为底盘细胞，优化紫穗槐二烯和青蒿酸合成路径，最终显著提升青蒿素产率。大肠杆菌细胞中FPP的合成依赖MEP途径，然而由于其内源MEP途径受到严格调控,通量难以提高，并且植物来源的酶在大肠杆菌中不能很好表达。因此，将酿酒酵母的MVA途径引入其中，并对ADS基因进行密码子优化，以提高紫穗槐二烯中间体产量，多轮优化后，发酵产生紫穗槐二烯产量可达到 25g/L。然而，紫穗槐二烯依然不是青蒿素合成的最理想底物，因此，由紫穗槐二烯到青蒿酸的生物合成法得到开发，根据相关文献数据，在最优条件下，酿酒酵母菌株CEN.PK2可生产25g/L的青蒿酸。高浓度青蒿酸在培养基中沉淀、有机溶剂萃取得到高浓度、较高纯度的青蒿酸，再通过几步化学法得到青蒿素。

表4：合成生物学法优化青蒿素合成中间体紫穗槐二烯的发酵产率

底盘细胞	优化路径	具体优化方法	紫穗槐二烯发酵产率
大肠杆菌	引入酵母MVA 途径+ADS 基因优化	酵母MVA途径通过两个质粒在大肠杆菌中表达：一个质粒编码mevT操纵子，包含3个基因 (atoB、ERG13和 tHMG1)，负责转化乙酰辅酶A生成甲羟戊酸;另一个质粒编码 mevB 操纵子(称为下游途径)，包含 5个基因(idi、ispA、MVD1、ERG8 和ERG12)，负责转化甲羟戊酸生成 FPP。	1.5 g/L
大肠杆菌	引入酵母MVA 途径+优化甲羟戊酸辅酶A还原酶(HMGR)和甲羟戊酸辅酶 A合成酶 (HMGS)基因	用粪肠球菌或金黄色葡萄球菌的HMGR 替代酵母的HMGR(由 tHMG1编码)，发现使用金黄色葡萄球菌的 HMGR(由 maA 编码)，甲羟戊酸产量最高；用金黄色葡萄球菌的 HMGS(由 mvaS 编码)替换酵母的 HMGS(由 ERG13 编码)，产量进一步增加。获得性能优良的工程菌株后，采用限制氮源和碳源的新型补料发酵策略，紫穗槐二州稀的产量达到25g/L。	25g/L

资料来源：《High-Level Production of Amorpha-4,11-Diene，a Precursor of the Antimalarial AgentArtemisinin，in Escherichiacoli》，安信证券研究中心

表5：合成生物学法优化青蒿素合成中间体青蒿酸的发酵产率

底盘细胞	优化方法	紫穗槐二烯发酵产率	青蒿酸发酵产率
酿酒酵母菌株 S288C	单独表达ADS	4.4 mg/L
	再过表达 tHMGR 增加前体供应	产量提高约5倍，达到 22mg/L
	再过表达upc2-1	105 mg/L
	再过表达额外的 tHMGR 和 FPP合成酶基因(FPS)	153 mg/L
	再将ADS、CYP71AV1和CPR1整合到一个质粒上，基于半乳糖的发酵过程	1	2.5g/L
酿酒酵母菌株 CEN.PK2	经过同样基因改造后，菌株CEN.PK2再继续增强甲羟戊酸途径，以葡萄糖代替半乳糖作为碳源	与 S288C相比， CEN.PK2工程菌株紫穗槐二烯产量提高5倍，达到40g/L
	植物青蒿的细胞色素b5引入CEN.PK2菌株，增加了青蒿酸产量，但是产生大量青蒿醛，该化合物是极其活泼的氧化中间体，可能会产生细胞毒性；继而，表达了来源于青蒿的青蒿醛脱氢酶 (ALDH1)和依赖 NAD 的青青蒿醇脱氢酶(ADH1)；最后，为了实现酶的组成型表达，敲除了GAL80 基因，避免半乳糖的使用，降低了发酵成本。		25g/L

资料来源：《High-level semi-synthetic production of the potent antimalarial artemisinin》，安信证券研究中心

2.3.应用领域十分广泛，体内合成及体外酶法合成广泛实现产业化

合成生物学应用领域广泛，医药板块蕴含巨大潜力。合成生物技术应用涵盖医药、化工、能源、食品及农业等众多领域，根据麦肯锡的数据，预计未来10-20年，合成生物学应用可能对全球每年产生2-4万亿美元的直接经济影响。其中，医药与健康领域占比约35%（0.5-1.3万亿美元)，农业、水产养殖和食品占比约36%(0.8-1.2万亿美元)，消费品和服务占比约19%（0.2-0.8万亿美元)，材料、化学品和能源占比约8%（约0.2-0.3万亿美元）。

图12.合成生物学未来的潜在直接经济影响（万亿美元）

资料来源：麦肯锡全球研究院，安信证券研究中心

图13.合成生物学对细分领域的直接经济影响（万亿美元）

资料来源：麦肯锡全球研究院，安信证券研究中心，备注：预计的数据口径为2030-2040年

图14.合成生物学重点细分应用领域介绍

资料来源：王晓梅,杨小薇，李辉尚，等．全球合成生物学发展现状及对我国的启示[J]．生物技术通报，2023,39(2)：292-302.D0l:10.13560/j.cnki.biotech.bul1.1985.2022-0352.，安信证券研究中心

广义上的合成生物学包括基于细胞及无细胞的合成生物学，然而由于技术水平限制，当前国内已广泛实现工业化的技术路径仅包含基于MCFs的体内合成生物学及无细胞领域的以生物酶法催化为主的体外合成生物学法。前者聚焦在细胞内组装生物合成途径和代谢网络，从最简单的原料出发，通过发酵微生物来合成目标分子，代表产物如青蒿酸、生物乙醇等；后者则是将单个酶或者多个生物合成酶放在细胞外，构建酶催化合成通路，以简单原料为底物合成目标分子，代表产物如各类医药中间体，农业、食品及化工原料等。

图15.合成生物学的典型工业化应用

资料来源：弈柯莱招股书，安信证券研究中心

图16.体内合成生物学及体外合成生物学示意图

资料来源：弈柯莱招股书，安信证券研究中心

上游底层技术赋能，中游聚焦合成生物技术突破，下游专注产品落地。根据产业关键环节，合成生物学产业链可分为上、中、下游三个环节。1）上游：产业链上游为行业提供关键的底层技术（基因测序、基因合成、基因编辑等)，属于工具型企业；2）中游：产业链中游为行业提供生物平台，属于平台型企业，主业涉及对生物系统和生物体进行设计、开发和改造等，此类公司专注于菌株设计和改造，为产品型公司提供合成生物的研发外包服务；3）下游：产业链下游为产品应用型企业，此类公司专注于目标产品的合成及关键技术突破，需要具备从研发到生产的全产业链能力，并直接向客户交付终端产品，对其而言，产品选择至关重要，主要覆盖医药、农业、食品、化工、能源等领域。此外，平台型和产品型公司的业务范围往往互相交叉，产品型公司在选品研发时往往会同步建立研发平台，而平台型公司亦会在业务发展至一阶段后，基于自身技术平台进行衍生，逐渐建立下游产品生产平台。

图17.合成生物学产业谱图

资料来源：《合成生物学产业发展与投融资战略研究》，安信证券研究中心

行业内上市公司梳理：众多企业进军合成生物学赛道，借力合成生物技术实现产业升级。

合成生物学上游代表企业包括聚焦基因测序领域的华大智造，基因合成领域的金斯瑞生物科技以及基因编辑领域的百奥赛图。其中，金斯瑞依托自有基因合成平台孵化合成生物学业务并实现产业化，目前聚焦工业酶及饲料酶两大领域。

2）中下游平台型及产品型企业数量众多，其中，凯赛生物、川宁生物、华东医药、华熙生物及华恒生物等企业的研发平台及产业化布局较为领先。

a) 凯赛生物为生物合成新型生物基材料领域的龙头企业，系列生物法长链二元酸(DC10-DC18）年产能11.5万吨，生物基戊二胺年产能5万吨，系列生物基聚酰胺（泰纶、E-2260、E-1273、E-3300、E-6300 等）年产10万吨；

川宁生物主要产品包括硫氰酸红霉素、头孢类中间体（7-ACA、7-ADCA、D-7ACA）、青霉素中间体（6-APA、青霉素G钾盐）、熊去氧胆酸粗品、辅酶Q10菌丝体等，总产能约16000 吨/年，是国内抗生素中间体领先企业之一；

c) 华恒生物核心产品包括氨基酸系列(L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸、L-氨酸）、维生素系列（D-泛酸钙、D-泛醇）等，是全球首家成功实现微生物厌氧发酵规模化生产L-丙氨酸产品的企业；

d) 华熙生物为全球医药、化妆品、食品等领域客户提供透明质酸产品，是国内最早实现微生物发酵法生产透明质酸的企业之一，微生物发酵生产透明质酸技术处于全球领先地位；

e）华东医药在工业微生物领域深耕40 余年，现有微生物发酵产品规模和技术水平处于业内领先水平，已完成合成生物学法生产创新药物（xRNA&ADC药物）原料、医药原料药及中间体、大健康及医美原料领域的整体布局，未来将积极拓展宠物动保、特色生物材料等领域。

f) 此外，众多生物医药企业陆续入局，例如，普利制药引入合成生物学技术，赋能原料药及制剂品种，司美格鲁肽、红景天苷等多个特色品种未来有望成为强劲增长极;金城医药的提取+合成烟碱产品已实现上市销售，有望快速放量，天然甜味剂莱鲍迪苷M及抗氧化原料虾青素有望陆续落地；富祥药业人造肉产品落地，目前公司仍在积极扩建生物发酵产线。医疗保健及食品原料领域典型厂商莱茵生物、金达威等加码合成生物学布局，实现降本增效，其中，莱茵生物主要布局代糖赛道的天然甜味剂如罗汉果甜苷、甜菊糖等产品，金达威目前已拥有体外生物合成和体内生物合成研发能力，逐步实现由传统发酵转向合成生物技术的产业升级，多个用于营养保健的原料新项目进入产业化生产筹备阶段。

表6：合成生物学上游的典型上市公司业务布局

公司	覆盖领域	相关业务简介
华大智造	基因测序	已形成基因测序仪业务和实验室自动化业务两大板块。其中，基因测序仪业务处于全球领先地位，具备独立自主研发的能力并实现了临床级测序仪的量产。
百奥赛图	基因编辑	基于自主开发的基因编辑技术为下游客户提供各类创新模式动物及基因编辑细胞模型。
金斯瑞生物科技	基因合成+平台建设+产品落地	基因合成业务起家，随后孵化向蛋白领域，目前公司旗下涵盖四大业务板块，分别为生命科学业务、生物药开发与生产业务、合成生物学业务和细胞治疗业务。合成生物学业务由子公司百斯杰负责，母公司金斯瑞发挥上游技术赋能作用，而百斯杰则作为终端产品平台，目前聚焦工业酶及饲料酶两大领域。

资料来源：Wind，公司公告，安信证券研究中心

表7：典型的产品层及平台层上市公司合成生物学布局

公司	合成生物学业务布局
富祥药业	立足于抗生素原料药，布局CDMO、锂电池新材料、生物发酵产业，目前人造肉产品落地，且仍在积极扩建生物发酵产业线。
浙江震元	依托科研院所，加快推进合成生物技术研发与生产；聚焦氨基酸、功能性脂肪酸、健康糖及抗氧化剂等方向，组氨酸、左旋多巴、酪氨酸、丝氨酸等产品已完成中试，等待量产。
华神科技	公司定位“中国合成生物行业技术及智能化生产的引领者，合成生物CDMO 第一梯队”，在山东、四川投建化学及生物合成生产基地，在上海、成都与行业内优秀机构共建研发中心及转化平台，提供全方位的合成生物研发服务。
广济药业	产业化合作推动合成生物学布局：1）与北京蓝晶微生物在新食品原料、新材料领域开展产业化合作，开发非转基因核黄素产品线。2）与中科院天津所就“大肠杆菌从头合成维生素B12技术”合作。3）与佛山鲲鹏现代农业研究院加强合成生物学领域技术合作，特别是在新食品原料、生物医药及其重要中间体合成等领域。子公司珲益生物以合成生物学技术开发系列工业催化酶及相关生物催化下游产品，已形成酶设计-进化-菌种构建-表达-催化应用研
华东医药	究的完整开发体系，并在修饰核苷、医药中间体等领域形成特色下游产品管线。工业微生物板块以合成生物、工业发酵、绿色化学制造等技术为底盘，已完成创新药物（xRNA&ADC 药物）原料、医药原料药&中间体、大健康&医美原料领域的整体布局，未来将拓展宠物动保、特色生物材料等领域。
亿帆医药	2个维生素项目预计2024年顺利投产，目前公司仍有有两个主要合成生物学研发项目：YF-GT和GummyBear。 1）子公司莱茵合成负责合成生物技术的研发与项目产业化落地。2）2022年围绕天然甜味剂业务率先行业布局合成生物技术路
莱茵生物	线，11月启动甜菊糖微生物酶转化工艺及资产的收购项目，引入发酵生产工艺并筹备新建配套发酵生产车间，预计 2023Q3前实现第一期发酵生产车间的投产运营。12月，与江南大学达成战略合作，加快推动罗汉果甜苷等天然甜味剂微生物合成技术的开发及产业化落地。
金达威	加码合成生物技术开发，降本增效，多个用于营养保健的原料新项目进入产业化生产筹备阶段，自建合成生物学研发平台，拥有体外生物合成和体内生物合成研发能力，凭借规模化的生物酶库平台，已开发出多种产品并成功进行产业化。合成生物技术用于新药研发：注射用KH617是公司合成生物学平台首个进入临床试验申报的产品，2023年2月14日获得FDA针对
康弘药业	胶质母细胞瘤的孤儿药资格认定。建设合成生物技术研发中心（CSBT）。CSBT酶技术平台已搭建高通量筛选、无细胞生物合成，AI技术及连续性反应平台四大基础
凯莱英	技术平台；已完成第一个临床后期口服药用酶的研发生产，第一个生物类新药上市申报（BLA）工艺表征项目，第一个药用酶 50- 500L规模的纯化生产等多个订单。
昂利康翰宇药业	2023年3月，计划于浙江嵊州设立合资公司，以生物发酵、酶工程等合成生物学技术为主要研究方向，打造抗生素药物、甾体化合物、食品和保健品、生物酶等领域合成生物学技术和生产经营平台。 2022年，与中科院深圳先进技术研究院和中科院深圳理工大学共同成立合成生物学与多肽药物联合研究中心，围绕抗感染、抗肿
金城医药	瘤、内分秘、镇痛等多肽类药物的研究开展合作。打造合成生物学研发及产业化平台，完成4-AA用酶优化项目及莱鲍迪苷M的工艺开发及中试验证，完成两项合成生物学投资。
溢多利	生物合成满足市场需求的高附加值产品，目前相关产品处于研发中。
赛托生物	2011年进军合成生物学，以合成生物法生产雄烯二酮等甾体药物原料并成功应用于工业化生产，巩固甾体药物原料龙头地位。
普利制药	构建从基因改造到产品产业化落地的全链条平台。
义翘神州	投资微构工场，进军合成生物学生物基新材料领域。微构工场主营业务：利用前沿的“下一代工业生物技术”平台建设“超级细胞
可孚医疗	工厂”，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、生产及销售。基于合成生物学技术，开发重组人源化胶原蛋白系列产品，已完成5L发酵规模小试、50L发酵规模可行性测试。
泓博医药	2021年，建立酶化学技术平台，已完成三个项目的从小试到放大，实现公斤级生产并构建多个具有生物酶催化的对应菌种并建立酶库，后续将开展酶化学和合成生物学领域前沿技术的研究和储备。
川宁生物	平台建设：1）上海研究院打造合成生物学和酶催化技术平台，包括菌种与酶计算设计、菌种与酶自动化智能化高效构建，发酵过程优化等；2）打造合成生物学 CDMO 产业平台。产品落地：已交付红没药醇、5-羟基色氨酸、麦角硫因等，未来用合成生物学技
江苏吴中	术对现有抗生素间体（如 6-APA 和 7-ACA 等）生产菌种进一步改造以提高发酵强度。海外独家引进具备三聚体结构的重组III型人源化胶原蛋白生物合成技术，目前正在中凯生物制药厂进行工艺优化和产业化放大。
健康元	借力AI赋能，持续打造合成生物学研发平台，推动产业绿色低碳转型，使医药中间体、原料药高附加值化。
华海药业	加速合成生物学技术平台建设，赋能原料药业务。
华北制药	重点发展合成生物学领域，建成河北生物合成高能级技术平台，系省内首批3家之一；围绕多巴胺分离技术、达托霉素发酵工艺优化等工业技术，与国内科研机构开展生物合成技术引进工作。
美诺华	2021年公司在siRNA和基因测序等领域率先布局，2022年对合成生物学相关技术进行开发布局，合成生物学等创新技术领域的 CDMO 业务未来将成为公司重要领域。
奥锐特	2021年7月，收购广东卓肽医药进军合成生物学赛道；广东卓肽聚焦合成生物学实验、微生物菌种改进、发酵、提取小试及中试车间建设，建成后可完成工业微生物菌株从构建、筛选到中试放大生产全流程研究，目前已完成多个微生物菌株、酶的设计和开发工作。
凯赛生物	目前实现商业化的产品主要聚焦聚酰胺产业链，为生物基聚酰胺以及可用于生物基聚酰胺生产的原料，包括DC12（月桂二酸）、 DC13（巴西酸）等生物法长链二元酸系列产品和生物基戊二胺。
诺唯赞	设立子公司南京诺唯赞，进行日化、食品、保健品和医美等领域的原料研发、生产及销售，已完成3个合成生物原料开发。
科兴制药	2022 年11月，与天工所合作，已引进α-酮戊二酸、5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）两个合成生物学品种，预计 2023年将进入量产。公司基于合成生物技术的重组人源胶原蛋白完成中试生产；自主研发的多聚寡核苷酸、NMN 和人乳寡糖已推进至中试阶段；实现燕
华熙生物	窝酸的低成本发酵转化；实现麦角硫因低成本生物合成和制备；实现甘油葡糖苷的定制化制备；进军动物源胶原蛋白领域，新增胶原蛋白海绵和人工骨两项产品管线；多种生物活性物完成了工艺验证，如高纯度麦角硫因、5-ALA、甘油葡萄糖苷、维生素C葡萄糖苷、脂肽、红景天苷等；开发功能性护肤品，如“透明质酸次抛精华液”系列产品。
华恒生物	以合成生物技术为核心，主要产品包括丙氨酸系列产品（L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸）、D-泛酸钙和α-熊果苷等；华恒生物已经成为全球领先的通过生物制造方式规模化生产小品种氨基酸产品的企业之一，丙氨酸系列产品生产规模位居国际前列。
四环医药	与北京蓝晶微生物成立合资公司，共同开发下一代再生材料PHA 微球及基于生物制造的再生医学材料。以合成生物学为核心，建成酶工程、发酵工程、过程工程、质量研究、应用转化等八大技术平台，在菌种构建优化、代谢通路调
远大医药	控、发酵控制、分离提纯、产品应用开发等方面形成技术优势。
巨子生物	持续深耕合成生物学平台建设，2022年加强基础研究投入，开发储备新型的重组胶原蛋白、稀有人参皂苷和其他生物活性成分，应用于功效性护肤品、医用敷料、肌肤焕活产品及保健食品等领域。

资料来源：Wind，公司公告，安信证券研究中心，备注：上述合成生物学上市公司以生物医药领域为主。

3.行业规模及发展驱动因素分析

3.1.行业规模快速增长，医药领域占比遥遥领先

合成生物学市场呈快速增长态势，有望在未来几年达到数百亿美元的规模。根据不同分析报告统计数据，全球合成生物学市场规模有望保持 20%-30%的年复合增速，在未来几年达到数百亿美元规模。

1）2020 年全球合成生物学市场规模达68亿美元，据MarketsandMarkets 预测，2021年全球合成生物学市场规模达95亿美元，预计2026年、2027年分别达到307亿美元、400亿美元，2021-2026年CAGR 约为26.5%;

2）Data Bridge Market Research分析数据显示，合成生物学市场规模预计将在2020 年至2027年的预测期内持续增长，2027年市场规模将达到302.8亿美元，2020-2027年CAGR 约为23.63%。

图18.2018-2027E全球合成生物学行业规模(亿美元）

资料来源：MarketsandMarkets，安信证券研究中心

3）BCCResearch分析数据显示，2019年全球合成生物学市场规模达53.19亿美元，预计到2024年达到188.85亿美元，2019-2024年CAGR 约为28.8%；其中，北美地区占据全球主要市场份额，欧洲次之，亚太位居第三，与北美存在明显差距，中国合成生物学行业规模预计在2025年突破70亿美元。此外，根据DeepTech分析数据，2016年中国合成生物学市场规模约为9亿美元，2020年增长至24.78亿美元，2021年进一步达到64亿美元。

图19.2017-2024E合成生物学区域规模（百万美元）

资料来源：BCCResearch，《全球合成生物行业发展前沿分析》，安信证券研究中心

图20.2019年全球合成生物学区域占比

资料来源：BCCResearch，《全球合成生物行业发展前沿分析》，安信证券研究中心

医疗保健行业规模领先，食品及农业板块快速增长。从细分板块来看，根据BCCResearch研究数据，医疗保健占比最大，2019年行业规模21.09亿美元（占比39.65%)，预计2024年突破 50亿美元，2019-2024年CAGR达到18.95%；食品及农业领域规模预计将分别从2019年的2.13亿美元、1.87亿美元增长至2024年的25.75亿美元，22.33亿美元，年均复合增长率分别为64.61%、64.21%。

图21.2017-2024E合成生物学各领域规模（百万美元）

资料来源：BCCResearch，《全球合成生物行业发展前沿分析》，安信证券研究中心

图22.2019年合成生物学各领域市场格局

资料来源：BCCResearch，《全球合成生物行业发展前沿分析》，安信证券研究中心

3.2.工具技术快速发展，助推合成生物技术产业化

AI技术蓬勃发展，赋能生物合成技术快速突破。合成生物技术的工程化试错空间海量，通常导致实验成本极其高昂，而 AI技术具备基于海量数据的持续学习能力和在未知空间的智能探索能力，十分契合当前合成生物学工程化试错平台的需求。21世纪以来，AI与合成生物学交叉研究驱使元件工程、线路工程、代谢工程、基因组工程等领域持续取得重大突破。其中，

2005-2017年为缓慢发展阶段，研究主要集中在线路工程；2018-2021年为相对高速发展阶段，AI在元件工程、线路工程、代谢工程、基因组工程等领域均崭露头角。未来AI或将开始有效解决合成生物学各子领域的技术难题，有望助推合成生物学蓬勃发展。

图23.人工智能技术应用于合成生物学的代表性进展

资料来源：李敏,林子杰，廖文斌,等．人工智能在合成生物学的应用[J]．集成技术，2021,10(5)：43-56.DOI:10.12146/j.issn.2095-3135.20210510001.，安信证券研究中心

工具技术快速发展、成本下降，合成生物学产业化进程加速。合成生物学关键底层技术为基于中心法则的细胞构建阶段技术，包括基因测序、基因合成、基因编辑等核心技术，技术升级迭代+成本下降将显著驱动行业发展。

1）基因测序：基因测序技术目前已发展至第四代，技术持续进步的同时测序成本迅速下降，根据麦肯锡数据，近年来基因测序成本以超摩尔速度直线下降10000+倍，2003 年第一个人类基因组测序花费约30亿美元，而2019年人类全基因组测序成本已降至1000 美元以下，未来随着基因测序技术迭代及成本的持续下降，细胞工厂的构建成本有望持续得到优化。

图24.测序技术发展促进基因组测序成本降低的同时速度提升

资料来源：麦肯锡，安信证券研究中心，注：图中标注的数据和成本不包含基因组测序的所有成本，仅包括与生产相关的成本 (例如劳动力、仪器、信息学、数据提交等)

图25.基因测序技术介绍

资料来源：张小珍,尤崇革．下一代基因测序技术新进展[J]．兰州大学学报（医学版），2016,42(3)：73-80.D0I:10.13885/j.issn.1000-2812.2016.03.013.，安信证券研究中心

2）基因合成：目前基因合成方法以柱式合成法为主，但由于需要使用危险的试剂和溶剂，且效率较低、通量较低、成本较高；而超高通量芯片合成技术以芯片作为DNA合成固相载体，高密度集成于特定位点，一次可合成十万余条寡核苷酸，成本更低，是未来DNA合成的重要发展趋势。

表8：基因合成技术介绍

技术类别	技术原理	技术优势	技术劣势
柱式合成技术	亚磷酸胺三酯化学合成法	自动化设备成熟，方便灵活，应用范围广，错误量低	成本高，通量小，合成中使用有毒试剂，长度不超过 200-300nt
芯片合成技术	喷墨法	低成本，高通量，较高品质，引物长	合成长度较短，准确度不高，单序合成产量低、工艺复杂不利于组装拼接
	光化学法	低成本，高通量，品质一般，引物短
	电化学法	低成本，高通量，较高品质，引物长
超高通量芯片合成技术	半导体结合电化学	成本低高品质，超高通量	技术门槛超高、专利壁垒限制
酶促合成技术	微阵列法/酵母体内 DNA	技术通量及成本优势、试剂	早期商业化阶段、技术成熟度不高、成本高
酶促合成技术	合成法/连接介导 DNA 合成法	消耗量小/实现体内合成/简单易用，DNA突变率低	早期商业化阶段、技术成熟度不高、成本高

资料来源：江湘儿，王勇，沈玥．DNA合成技术与仪器研发进展概述[J]．集成技术，2021,10(5)：80-95.DOI:10.12146/j.issn.2095-3135.20210427002.，安信证券研究中心

3）基因编辑：基因编辑技术大致历经锌指蛋白核酸酶(ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9系统三代技术。第三代CRISPR/Cas9为RNA-DNA识别模式，切割位点广泛，相比前两代技术具备识别精度、剪切效率更高，细胞毒性小等多重优势，因此基本逐步替代前两代技术。

表9：基因编辑技术介绍

技术类别	出现时间	识别模式	识别长度	识别序列特点	识别精度	剪切效率	构建难易	细胞毒性	技术难度	脱靶效应
ZFN	1996	蛋白质-DNA	(3- 6)x3x2b P	以 3bp为单位	一般	低	难度大	大	困难	高
TALEN	2009	蛋白质-DNA	(12- 20)x2bp	5前一位为T	一般	一般	较容易	较小	较容易	低
CRISPR/C as9	2012	RNA-DNA	20bp	3序列为 NGC	高	高	容易	小	容易	低

资料来源：李诗渊,赵国屏，王金．合成生物学技术的研究进展—DNA合成、组装与基因组编辑[J]．生物工程学报,2017,33(3)：343-360.D0I:10.13345/j.cjb.160413.，安信证券研究中心

3.3.政策加持有望助力行业高速发展

从国家战略层面看待合成生物学未来发展：近年来，合成生物学得到各国高度重视，各国陆续出台相关扶持政策，以美、英为主的发达国家发展进程较快。其中：

1）欧盟：最早通过第六研究框架计划从政策层面、以项目资助的方式促进合成生物学发展，法、德等国针对合成生物学及相关技术分别制定了针对本国的研究发展战略；

2）英国：2012年，英国商业、创新与技能部（BIS）发布《英国合成生物学路线图》；2016年，合成生物学领导理事会（SBLC）推出《英国合成生物学战略计划》，提出在2030 年实现英国合成生物学上百亿欧元市场的目标，是首个在国家层面通过路线图方式推动合成生物学发展的国家；

3）美国：全面推动合成生物学发展，美国国家科学院于2015年发布生物学产业化路线图《合成生物十年计划》,2019-2021年美国工程生物学研究联盟(EBRC)连续发布《工程生物学：下一代生物经济的研究路线图》、《微生物组工程：下一代生物经济研究路线图》、《工程生物学与材料科学：跨学科创新研究路线图》等合成生物学相关领域研究路线图；

4）中国：2008年香山科学会议首次探讨了合成生物学背景、进展和展望，并连续多年开展了合成生物学专题学术讨论，继“十二五”“十三五”后，2022年《"十四五"生物经济发展规划》明确将合成生物学列为重点发展方向。

图26.全球合成生物学领域发展和战略布局演进路径

资料来源：王晓梅，杨小薇，李辉尚，等．全球合成生物学发展现状及对我国的启示[J]．生物技术通报，2023,39(2)：292-302.D0l:10.13560/j.cnki.biotech.bul1.1985.2022-0352.，安信证券研究中心

美国、英国合成生物学的研究规划路径解析。2015年，美国国家科学院在合成生物学领域制定的《合成生物学十年计划》中详细包括了对原料预处理、发酵及过程控制、生物底盘设计和驯化、代谢路径、方法设计和开发以及产物检测和验证等方面的规划目标；英国政府制定的《2012-2030 年合成生物学发展路线》中包括了对合成生物学研究人力、财力等方面的投入，研究所涉及的具体内容和技术以及要达到的目标等，该线路对短期、中期、长期的发展进行了全面细致的规划。

图27.美国合成生物学十年计划

图28.英国2012-2030年合成生物学发展路线图
资料来源：美国国家科学院，《合成生物学》，安信证券研究中心

资料来源：Technology Strategy Board(TBS).Emerging Technologies and Industries-Strategy 2010-2013[R/OL]. (2010-02)，《合成生物学》，安信证券研究中心

利好政策颁布助力中国合成生物学蓬勃发展。2011年我国发布《“十二五”生物技术发展规划》，把与合成生物学有密切关系的“工业生物科学”列入前瞻性基础研究领域。此后相继发布多项与合成生物学相关的政策，其中，2022年《“十四五”生物经济发展规划》首次提出我国生物经济五年规划，明确提出要有序发展全基因组选择、系统生物学、合成生物学、人工智能等生物育种技术，发展合成生物学技术。

表10：中国合成生物学领域重点国家政策梳理

政策名称	时间	部门	主要内容
《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》	2023年1月	工业和信息化部、发展和改革委员会、财政部等科技部、国家发展和改革	立足产业技术实际，系统谋划生物基材料产业创新发展
《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030 年)》	2022年6月	委员会、工业和信息化部等9部门	坚持创新驱动作为发展的第一动力,坚持目标导向和问题导向,构建低碳、零碳、负碳技术创新体系
《“十四五”生物经济发展规划》《深圳市光明区关于支持	2022年5月	发改委	我国首部生物经济五年规划，提出要有序发展全基因组选择、系统生物学、合成生物学、人工智能等生物育种技术，发展合成生物学技术
合成生物创新链产业链融合发展的若千措施》	2021年10月	深圳市光明区政府	支持合成生物战略科技力量建设，支持合成生物创新链建设，支持合成生物产业链建设，支持合成生物生态链建设系统规划国家生物安全风险防控和治理体系建设，加大生物安全与应
《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》	2021年9月	规划信息科国家卫生计生委	急领域投资，加强国家生物制品检验检定创新平台建设，支持遗传细胞与遗传育种技术研发中心、合成生物技术创新中心、生物药技术创新中心建设，促进生物技术健康发展
《山西省“十四五”14个战略性新兴产业规划》	2021年8月	山西省人民政府	生物基新材料产业重点发展生物基的聚酰胺、聚酯、碳纤维复合材料等产品，打造国家级合成生物材料研发制造基地
《天津市制造业高质量发展“十四五”规划》	2021年6月	天津市人民政府办公厅	生物产业以生物技术赋能医药、绿色制造等为重点，加强技术研究，建设合成生物学国家重大科技基础设施和国家生物技术创新中心等创新平台，加快“生物制造谷”、“细胞谷”的建设
《上海市战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划》《深圳市国民经济和社会	2021年6月	上海市人民政府办公厅	推动基因编辑、拼装、重组等技术发展，构建可生产药物、化学品、天然产物、生物能源的细胞工厂，推动合成生物技术工业应用
发展第十四个五年规划和二O三五年远景目标纲要》	2021年6月	深圳市人民政府	生物育种方面，重点围绕组学技术、合成生物学、植物基因学、动物基因学、生态基因学、食品科学等领域开展关键技术攻关。
《深圳光明科学城总体发展规划（2020-2035年）》	2021年3月	深圳市人民政府	在生命科学、重点发展合成生物学、脑与认知科学、精准医疗等细分领域，开展从微生物到灵长类再到人类生命的研究，形成全链条、全尺寸的生命解析体系
《中国（北京）自由贸易区试验区科技创新片区海淀组团实施方案》	2021年1月	北京市发改委	结合人工智能技术以及临床研究优势，重点围绕细胞基因治疗、合成生物学、结构生物学、高端医疗器械、智能医疗服务布局重大产业平台和重点项目；围绕“互联网+医疗”，为互联网医院、智能医院建设提供科技支持
《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》	2020年9月	发改委	加大生物安全与应急领域投资，加强国家生物制品检验检定创新平台建设，支持遗传细胞与遗传育种技术研发中心，合成生物技术创新中心、生物药技术创新中心建设
《北京市加快医药健康协同创新行动计划(2018— 2020年）》	2018年9月	北京市发改委	制定北京医药健康协同创新发展重点方向目录，重点支持干细胞与再生医学、脑科学与类脑、结构生物学、合成生物学、蛋白质组学等基础研究，推动免疫治疗、基因检测及新型测序、多模态跨尺度生物医学成像等技术发展，促进创新药、高端医疗器械，以及医药健康与人工智能、大数据技术融合新兴业态等领域发展。
《关于加强国家重点实验室建设发展的若干意见》	2018年6月	科技部、财政部	对在国际上领跑的实验室加大稳定支持力度，在干细胞、合成生物学等前沿方向布局建设
《“十三五”生物技术创新专项规划》	2018年5月	科技部	在提升生物技术原创性水平、打造生物技术创新平台、强化生物技术产业化三大方面提出了具体目标，并提出要突破的前沿关键技术，包括新一代生物检测技术合成生物技术、纳米生物技术等

资料来源：政府官网，安信证券研究中心

3.4.学术领域成果丰厚，生物合成技术有望持续突破

生物医药在各国的合成生物学研究领域中均占首位。根据《从入选中国科学十大进展看合成生物学的发展》数据，研究人员通过对世界主要大国合成生物学研究方向和应用领域统计分析发现美、中、法合成生物学主要研究及应用领域为生物医药、生物能源和环境修复，英、德、瑞士为生物医药、环境修复和化工制品合成。其中，生物医药在各国合成生物学研究领域中均占首位，主要涉及天然产物药物的挖掘与生物合成、基因编辑与细胞疗法、遗传线路设计与疾病诊断等与人类健康息息相关的生物医学方面的研究，这也是当前合成生物学研究的热点和重点。

近十余年间中国生物医药合成生物学相关研究文献发表数量全球第二。根据《从入选中国科学十大进展看合成生物学的发展》，从2010年1月1日到2021年10月31日全球范围内同时与“syntheticbiology”和“drug”相关的文献共发表17718篇，数量上中国仅次于美国居于第二。具体到2019-2021年，各国发表的合成生物医药领域论文数基本占2010-2021年总数的30%左右，其中，中国占比34%位居第一，进一步说明近年来合成生物学普遍成为医药研发的热门领域，中国合成生物学研究蓬勃向上。

图29.2010-2021年全球发表合成生物学和药物论文排名前十的国家（篇)

资料来源：《从入选中国科学十大进展看合成生物学的发展》，Medline数据库，安信证券研究中心

图30.2019-2021年各国合成生物学文献数量及其在2010-2021年发表文献总量中的占比

资料来源：《从入选中国科学十大进展看合成生物学的发展》，Medline数据库，安信证券研究中心

3.5.全球投融资进程持续推进，医药健康赛道最为热门

2021年合成生物学投融资创新高，全球风投低迷影响下短期承压，行业未来依然具备强劲发展动力。近年来，随着基因测序、基因编辑、基因合成技术的突破，合成生物学进入高速发展阶段。根据SynbioBeta数据，融资规模方面，2021年全球合成生物学初创公司共计筹集218亿美元，融资金额达到顶峰，此后受全球风险投资低迷影响，2022年行业融资额大幅回调，融资额降低至103亿美元，2023Q1进一步降低至28亿美元。然而，2021年后风投低迷并不仅仅影响合成生物学赛道，其他风投领域亦快速下滑。从SynbioBeta 的数据分析角度来看，2020-2021年合成生物学融资的基数极高，是相对异常值，从2022年的数据来看，其相比2019年的增幅依然十分显著，合成生物学行业融资未来仍然具备较强增长动力。

图31.全球合成生物学初创公司历年融资规模(美元)

资料来源：SynbioBeta，安信证券研究中心

图32.合成生物学领域与全球所有行业的风险投资趋势(美元)

资料来源：SynbioBeta，安信证券研究中心

从行业投融资热度来看，医药领域是最重要应用场景。从融资额和融资数来看，根据SynbioBeta数据，全球合成生物学融资热度最高的2021年全年医药健康领域有77笔融资，对应74亿美元融资额（占比41.11%)，位居首位，其余赛道中，融资数排名靠前的包括食品营养（41个）、农业（10个）、自动化试验设备（10个）、DNA合成（10个)，融资额排名前列的包括食品营养（34亿美元）、生物工程（19.7亿美元）、农业（9.9亿美元)。进入2023年，根据SynbioBeta 数据，2023Q1全球合成生物学风险投资依然是应用领域排在第一位，大约17.99亿美元，其中，医药健康依然占据细分赛道第一位，达到14.30亿美元。

图33.2021年全球合成生物学细分赛道融资次数（个)

资料来源：SynbioBeta，安信证券研究中心

图34.2023Q1全球合成生物学各领域风险投资分布

资料来源：SynbioBeta，安信证券研究中心

图35.2023Q1全球合成生物学应用领域的风险投资分布

资料来源：SynbioBeta，安信证券研究中心

国内合成生物学赛道投融资契合全球趋势，融资企业集中在中早期；且产品应用型企业融资潮最热，医疗健康依然是第一大赛道。根据创业邦睿兽分析的数据，逐年来看，2018年起中国平台及应用型合成生物学企业融资热度逐年上升，2021年达峰，2022年有所回调。整体来看，2018-2022年，国内合成生物学企业的投融资事件共计1039个，融资总额达到1466.13亿元；融资轮次方面，主要以A-C轮为主，早期（A轮之前)、成长期（B-C 轮）、后期（D-PreIP0轮）融资事件占比分别为56.98%、35.32%、7.70%；企业类型方面，应用型企业融资成果位居第一，应用型、工具型、平台型企业融资总额分别为741.49亿元、542.97亿元、181.67亿元；细分赛道方面，医疗健康方向融资总额超过600亿元，是化工能源赛道的4.5倍，远超其余赛道总和。总体来看，国内合成生物学投融资趋势与全球趋势相似，均以应用型企业更受关注且医药健康为细分赛道第一位。

图36.2018-2022年国内平台和应用型企业融资情况

资料来源：创业邦睿兽分析，安信证券研究中心，备注：排除工具层企业，不包括IPO、非IPO上市、二次上市、收并购、上市公司定增等。

图37.2018-2022年国内合成生物学企业融资轮次分布

资料来源：创业邦睿兽分析，安信证券研究中心

图38.2018-2022年国内合成生物学细分企业融资情况

资料来源：创业邦睿兽分析，安信证券研究中心，备注：不包括IPO、非IPO上市、二次上市、收并购、上市公司定增等。

图39.2018-2022年国内合成生物学融资应用层情况

资料来源：创业邦睿兽分析，安信证券研究中心

4．建议关注标的

根据上述分析，我们认为在合成生物学产业链中，对平台及产品型企业而言，研发能力、选品思路及产业化能力是其核心竞争力，建议关注研发能力突出、选品思路清晰、产业化实力强劲的企业如川宁生物、凯赛生物、华恒生物，以及通过合成生物学技术赋能医药产业的企业如金城医药、普利制药、富祥药业。

1）川宁生物：抗生素中间体业务稳健，合成生物学产品陆续兑现

川宁生物以合成生物学研究为核心，从事生物发酵技术的研发和产业化，专注保健品原料、生物农药板块、高附加值天然产物、高端化妆品原料、生物可降解材料等产品的研发、生产和销售，自建硫氰酸红霉素、头孢系列中间体及熊去氧胆酸粗品生产线，总产能约16000吨/年，主要产品包括硫氰酸红霉素、头孢类中间体（7-ACA、7-ADCA、D-7ACA）、青霉素中间体(6-APA、青霉素G钾盐）、熊去氧胆酸粗品、辅酶Q10菌丝体等，是国内抗生素中间体领域规模领先、产品类型齐全、生产工艺较为先进的企业之一。根据公司公告，目前，公司多项合成生物学项目陆续进入兑现期，其中，红没药醇市场反馈良好，产品品质接近或部分指标优于天然红没药醇，5-羟基色氨酸、红景天苷、依克多因、麦角硫因有望陆续实现商业化，此外，预计2024-2025年公司仍将有化妆品原料、饲料添加剂等大吨位产品陆续兑现，合成生物产品有望持续贡献新增量。

2）凯赛生物：生物合成新型生物基材料全球领军企业

凯赛生物2020年登录科创板，是一家基于合成生物学技术，从事新型生物基材料的研发、生产及销售的高新技术企业。公司利用合成生物学技术，开发微生物代谢途径，构建高效工程菌，已实现多款合成生物产品的产业化，已成长为生物合成新型生物基材料领域的龙头企业。产品方面，截至2023H1，公司系列生物法长链二元酸（DC10-DC18）年产能达到11.5万吨，生物基戊二胺年产能5万吨，系列生物基聚酰胺（泰纶、E-2260、E-1273、E-3300、E-6300等）年产10万吨，此外，公司基于自产的生物基戊二胺原料生产系列生物基聚酰胺产品，23年6月，招商局集团入股凯赛生物，将与公司就系列生物基聚酰胺开展合作，生物基尼龙产品商业化加速值得期待。

3）华恒生物：生物合成氨基酸全球领先企业

华恒生物2021年登陆科创版，公司以合成生物技术为核心，主要从事生物基产品的研发、生产及销售，主要产品包括氨基酸系列（L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸、L-氨酸）和维生素系列（D-泛酸钙、D-泛醇)，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。此外，公司是全球首家成功实现微生物厌氧发酵规模化生产L-丙氨酸产品的企业，DL-丙氨酸、β-丙氨酸、D-泛酸钙和α-熊果苷通过酶法生产，具备节能环保优势。在研管线方面，新品布局涵盖丁二酸、苹果酸、丙二醇、肌醇等。经过多年创新发展，目前公司已成长为全球领先的通过生物制造方式规模化生产小品种氨基酸产品的企业之一。

4）金城医药：头孢及谷胱甘肽原料行业龙头，合成生物学产品落地有望打开新增长极

金城医药主要从事医药中间体、原料药、口服和外用制剂及注射剂的研发、生产和销售，产品覆盖抗感染类、妇儿专科类、肝病类以及营养保健等领域，为头孢侧链类医药中间体及生物原料药谷胱甘肽龙头，生物合成产研布局极具国际竞争力。基于化学合成+生物合成双平台，公司引入合成生物学技术，多款中间体/原料药产品在技术层面受益，通过内生研发+外部合作，目前公司已经实现多项基于合成生物学技术的产品落地。其中，提取及合成烟碱、虾青素、莱鲍迪苷M为近年来的新兴业务，合成烟碱采用化学法+生物酶法合成，产率及纯度高，已实现上市销售，虾青素、莱鲍迪苷M为典型的合成生物学产品，此外，子公司汇海医药的培南类高端医药中间体项目投产运行，甲芬那酸原料药获得欧盟认证，多项具备高增长潜力的产品有望陆续贡献增量。

5）普利制药：仿创结合提升竞争力，合成生物学产品贡献新增量在即

普利制药坚持原料制剂垂直一体化+国际化战略布局，专业从事药物研发、注册、生产和销售，业务线覆盖仿制药、改良型新药、创新药及大健康产品。制剂方面，公司坚持差异化品种布局，涵盖抗过敏类药物、非甾体抗炎药物、抗生素类药物、消化类药物等领域，同时针对儿童药特色剂型布局；创新药方面，以硼药为主线，核酸药物为补充，聚焦抗肿瘤等领域；大健康产品方面，公司引入合成生物学技术，赋能原料药及制剂品种，司美格鲁肽、红景天苷等多个特色品种陆续落地，新增长极已显现。未来公司将立足制剂基本盘，加速推进创新药研发及合成生物学产品落地，打造第二成长曲线。

6）富祥药业：业务布局呈现多元化，生物合成前景可期

富祥药业成立于2002年，公司深耕抗生素领域，已实现中间体、原料药、制剂一体化布局，为国内β-内酰胺酶抑制剂、培南类等原料药的主流供应商，此外依托高端原料药产线，公司近年积极布局CDMO 业务和锂电池新材料。根据公司公告，生物发酵业务方面，公司已试制成功微生物蛋白（人造蛋白)，2023年11月控股子公司富祥生物拟投资建设“年产20万吨微生物蛋白及其资源综合利用项目（一期)”，预计2024年7月建成，建成后可形成年产2万吨微生物蛋白及5万吨氨基酸水溶肥的规模，生物合成业务未来有望成为公司又一重要增长极。

5.风险提示

1）行业发展不及预期：合成生物学经历2020-2021年投融资额大幅上涨后，2022年开启回调模式，可能存在全球经济放缓导致行业投融资进程不及预期的风险；而在学术领域，生物技术的发展是合成生物学发展的核心动力之一，可能存在影响合成生物学核心技术发展遇到瓶颈，从而导致行业发展不及预期的风险。

2)研发失败的风险：合成生物学技术相比传统发酵技术难度更大，细胞工厂构建及体外酶促级联反应通路构建等技术路径的研发可能存在较高的失败风险。

3）选品壁垒较低导致行业竞争加剧及商业化不及预期的风险：对于聚焦产品落地的合成生物学企业而言，产品选择至关重要，企业可能存在选品壁垒较低导致短期内行业竞争加剧，从而导致商业化不及预期的风险。

目行业评级体系

收益评级：

领先大市——未来6个月的投资收益率领先沪深300 指数10%及以上;

同步大市 —— 未来6个月的投资收益率与沪深300指数的变动幅度相差-10%至10%;

落后大市——未来6个月的投资收益率落后沪深300 指数10%及以上;

风险评级：

A ——正常风险，未来6个月的投资收益率的波动小于等于沪深300 指数波动；

B——较高风险，未来6个月的投资收益率的波动大于沪深300 指数波动;

目分析师声明

本报告署名分析师声明，本人具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格，勤勉尽责、诚实守信。本人对本报告的内容和观点负责，保证信息来源合法合规、研究方法专业审慎、研究观点独立公正、分析结论具有合理依据，特此声明。

目本公司具备证券投资咨询业务资格的说明

国投证券股份有限公司（以下简称“本公司"）经中国证券监督管理委员会核准，取得证券投资咨询业务许可。本公司及其投资咨询人员可以为证券投资人或客户提供证券投资分析、预测或者建议等直接或间接的有偿咨询服务。发布证券研究报告，是证券投资咨询业务的一种基本形式，本公司可以对证券及证券相关产品的价值、市场走势或者相关影响因素进行分析，形成证券估值、投资评级等投资分析意见，制作证券研究报告，并向本公司的客户发布。

目免责声明

本报告仅供国投证券股份有限公司（以下简称“本公司"）的客户使用。本公司不会因为任何机构或个人接收到本报告而视其为本公司的当然客户。

本报告基于已公开的资料或信息撰写，但本公司不保证该等信息及资料的完整性、准确性。本报告所载的信息、资料、建议及推测仅反映本公司于本报告发布当日的判断，本报告中的证券或投资标的价格、价值及投资带来的收入可能会波动。在不同时期，本公司可能撰写并发布与本报告所载资料、建议及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息及资料保持在最新状态，本公司将随时补充、更新和修订有关信息及资料，但不保证及时公开发布。同时，本公司有权对本报告所含信息在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。任何有关本报告的摘要或节选都不代表本报告正式完整的观点，一切须以本公司向客户发布的本报告完整版本为准，如有需要，客户可以向本公司投资顾问进一步咨询。

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