2024合成生物学中国市场前景及产业链上中下游投资机会分析报告

2024 年深度行业分析研究报告fYaVbZaY8X9WfVaYbRcMaQmOqQoMmQkPoOoRjMoPnQaQrRvMwMoNzRuOsOqN主要内容1. 合成生物学：产业级别的投资机会2. 中国市场：三重关键&有利因素，共推产业从1至N迸发3. 上游：专业性强，把握技术创新周期和国产替代机遇4. 下游：产业化初期，医药、消费、能源领域进度领先5. 相关标的及风险提示341.1 合成生物学：重塑生物技术发展路径◼理论层面：合成生物学创新生命科学研究范式，从“格物致知”到“造物致知”•合成生物使用工程学方法认识和设计生命系统：（1）“自下而上”，设计、构造新的生物元件、组件至系统；（2）“自上而下”，对现有的、天然的生物系统进行优化和改造。◼应用层面：合成生物学“造物致用”，为生物经济发展提供底层支撑•一方面，合成生物升级原有的生物技术至系统化、标准化高度，推动生物技术的平台化发展。另一方面，在学科交叉和技术整合的基础上孕育技术创新的飞跃。◼VS其他生产方式，合成生物是补充或颠覆性技术，在助力化工原料生产、改进传统发酵工艺、开发新型分子材料方面作用积极图：合成生物学理论及产业意义图：合成生物技术优势资料来源：波士顿咨询《中国合成生物学产业白皮书2024》，申万宏源研究资料来源：曾艳等《合成生物学工业应用的现状和展望》，申万宏源研究51.2 产品制造过程：正向循环、系统性强◼合成生物产品制造流程：正向循环、紧密相连、系统性工程•①基于工程化平台（DBTL循环）确定合成生物解决方案。分细胞工厂、多酶级联体系、无细胞/类生命平台三种路线，后两者均为体外合成；②规模化生产，分生物发酵、酶催化两大工艺；③商业化落地。商业化能否成功的关键在于选准产品赛道，即在产品立项阶段充分考虑市场需求，全局规划。•从工作全流程看，合成生物产品制造统筹考虑技术、设备、工艺、市场等维度，系统性强。资料来源：波士顿咨询《中国合成生物学产业白皮书2024》，申万宏源研究图：合成生物产品制造过程6◼产业链分工明确、逐步细化：•支持型：工具层面的技术型公司，为研发设计提供基础设施，包括专业软件、仪器设备、自动化/智能化服务。•技术服务型：整合相应技术、数据和资源提供高效且可复用的技术平台，侧重模拟设计、菌株构建、高通量测试、智能反馈，类比CRO模式，先发优势可以向竞争壁垒转换。•产品型：利用合成生物学技术取代现有工艺或开拓新产品。现阶段，因菌株筛选、原料供给、产能和纯化能力等存在卡点，多数企业聚焦单品做重点开发。在技术创新持续和技术服务模式兴起的基础上，多管线布局企业增多。•服务+产品型：一类是技术服务型企业孵化自有管线；另一类是产品型企业搭建使能平台。打通全产业链意味着打造合成生物“大平台”，构筑综合能力壁垒，有利于中长期可持续成长。产业链位置上游中游下游中游+下游企业类型支持型技术服务型产品型服务+产品型服务内容为研发设计提供基础设施 提供高效且可复用的技术平台生产产品技术服务+生产产品竞争要点技术创新卡位+先发优势多管线布局综合能力国外代表企业Boke bioscience、CRISPR TherapeuticsGinkgo Bioworks、ZymergenBolt Threads、Impossible FoodsAmyris国内代表企业华大智造、芯宿科技奕柯莱生物、森瑞斯、凯莱英凯赛生物、华恒生物、锦波生物、昌进生物蓝晶微生物、态创生物、辉文生物表：合成生物产业主要参与主体资料来源：波士顿咨询《中国合成生物学产业白皮书2024》，申万宏源研究。注：未穷尽列举。1.3 产业纵向分工：逐步细化、渐成体系7◼使能技术是DBTL循环的基石，技术革新驱动非线性降本◼基因“读-改-写”技术持续迭代，菌株筛选技术发展相对缓慢•“读”：基因测序技术超50年发展历史，从第一代基于双脱氧链终止法为原理的测序技术发展至可实现单分子测序与实时测序的第三代测序技术，推动测序成本超“摩尔定律”下降，测试长度、速度指数级提升；•“改”：CRISPR Cas系统是革命性的基因编辑技术，大幅提升编辑效率，除特定场景外，已取代ZFNs和TALENs方法。目前CRISPR 工具箱仍在扩大，增强 CRISPR 技术的多功能性和精确性；•“写”：基因合成技术超60年发展历史，目前，基因合成的平均成本已经下降到最初成本的1%甚至更低。酶促DNA合成技术处于起步阶段，有望进一步提高单步合成效率。•菌种筛选技术：主要通过人工驯化、诱变筛选、定向进化等方式提高生物系统鲁棒性，非工程化导向。也有业内领先企业搭建微生物资源库，储备具有特殊代谢能力或特定生产特性的菌株。企业名称微生物资源库Ginkgo Bioworks自有生物代码库，整合来自自然界的生物资产和来自铸造厂实验的工程资产和数据，是一个超过4.4亿个额外序列的专有数据集中科欣扬自有菌株实体库和资源软体库，存储来自冰川、热泉、深海等极端环境中分离的海量菌种，具有嗜冷、耐热、耐酸碱、耐盐等特性，为合成生物学开发提供大量稀有、独特元器件图：国内外建立微生物资源库的代表性企业资料来源：生辉咨询网站，申万宏源研究1.4 使能技术创新迭代，驱动合成生物从概念走向产业8◼使能技术+实验数据+菌株资源组成使能平台，推升技术服务需求•DBTL循环大批量测试元件、线路和底盘组合，产生大量实验数据；数据资产进一步指导工程优化与理性设计，形成飞轮效应，铸就使能平台价值。◼引入加速技术构建生物铸造工厂，通常由中游技术服务型公司搭建•加速技术包括自动化技术和机器学习技术。针对人工实验操繁琐、耗时、易错、难以规模化等问题, 通过提升合成生物实验对象、方法、技术的标准化和模块化水平, 实现DBTL闭环的自动化运行。因生物铸造工厂涉及大量的非标准化软硬件投入、持续的基础设施维护费用及运营人员费用，中游企业是平台建设主力。图：合成生物铸造工程工作流程资料来源：汉赞迪科技《智能技术在合成生物学中的应用》，申万宏源研究1.5 生物铸造工厂提供集成式平台，加速创新落地9◼菌种体系大规模量产的难点在于发酵工艺，多酶催化体系存在技术瓶颈•发酵工艺：由于细胞中代谢网络复杂，许多代谢调控还不成熟，现阶段主要通过经验摸索优化生产工艺，主要涉及发酵工艺，通过多级发酵、串联反应、模块化设计等提高发酵规模。理想情况，一旦掌握微生物在大规模发酵中的生长代谢状态，即能颠覆现有发酵工业逻辑，转为“自下而上”理性设计。•多酶级联催化：体外构建多酶催化体系的复杂程度低，反应条件易于控制，通常可以获得一些纯度更高的产物，目前主要用于生产高附加值的精细化学品、医药中间体。因人工系统中多酶反应的兼容性和协同性存在卡点，尚无法用于大规模生产。原料药应用酶级联催化性能目前生产方式市场规模莫努匹拉韦COVID-19 治疗6种酶69% 产率化学，10步合成确诊 COVID-19 病例 409 万例HIV药物islatravirHIV 治疗9种酶51% 产率化学合成2020年有3770万人感染HIV；2020年HIV药物市场：287.9亿美元青蒿素前体紫穗槐-4,11-二烯 抗疟药7种酶~100% 转化率，生产率：~5.7μmol L-1 h-1植物提取，半合成生产2020 年疟疾病