新风口！合成生物学的核心逻辑及概念龙头

据科技日报报道，美国南加州大学研究人员发明的一项突破性新技术，或将彻底改变合成生物学领域。该方法被称为克隆重编程和组装平铺天然基因组DNA（CReATiNG），为构建合成染色体提供了一种更简单且更具成本效益的方法。它可显著推进基因工程，并推动医学、生物技术、生物燃料生产甚至太空探索领域的进步。研究成果12月20日发表在《自然·通讯》杂志上。

12月25日，合成生物概念的蔚蓝生物、圣达生物、播恩集团涨停，生物板块的海王生物涨停。既然从技术研究到股票市场都有消息，那就一起了解下合成生物的核心逻辑吧。

一、合成生物学是什么

合成生物学，是以基因组学为基础，利用计算机设计等将细胞或生命体定向改造成高效的细胞系统，使其满足人类需求、甚至创造新的生物系统。通俗的说，合成生物学类似于对生命体的计算机编程，改造生命体相当于编写新的“程序”。与传统的发酵工程不同，合成生物学构建的产物具有可预测和可控制的特性。

合成生物学已在医药、化工等领域有所应用。目前合成生物学主要应用于医学领域，2021年，合成生物学应用于医学领域的市场规模占比93%，代表产品有弈柯莱生物的西格列汀中间体等。合成生物学应用于化工品生产的市场规模占比为2%，代表产品有凯赛生物的生物基聚酰胺等。

二、合成生物学的优势

合成生物学号称“第三次生物科技革命”，是对制造业进行的科技升级，具备原料可再生、无污染、以及碳减排属性，环境友好的绿色产业模式，也是推动合成生物产业升级的重要推动力。

• 通过合成生物学技术，构建高效的细胞工厂，可以利用可再生的生物质资源（如玉米等）为原料发酵生产各种化学品，无需添加各类环境有害的化学物质。
• 生物法的碳排放也显著低于传统石化路线，生物法发酵反应固碳效果好，且反应温度接近常温，能耗较低。

据中科院天津工业生物技术研究所统计，目前生物制造产品可比石化产品平均节能减排30%-50%，未来减排潜力将达到50%-70%。

生物基化工产品可替代部分有机化学品与化学燃料。理论上大多数现有的物质、材料都可以被生物合成。世界经合组织预测，2030年生物制造在生物经济中的贡献率将达到39%，将有超过25%的有机化学品和20%的化石燃料由生物基化产品替代。

三、合成生物市场的驱动因素

1、合成生物底层理论技术已打通

随着测序技术、分子生物学、基因编辑等技术的发展，合成生物学可以用更加工程化的方法完成对生物系统的改造。目前合成生物学已打通微生物细胞工程构造全流程的底层理论与技术。部分企业实现生物法应用，并成功在市场上对化学法产品有所替代。(下图：合成生物学细胞工厂。20世纪90年代，代谢工程学科建立，可构建具有特定功能的微生物细胞工厂。）

底层技术发展使得业界可以较低的成本运用DBTL循环（设计-构建-测试-学习，见下图）进行菌种培育。随着底层技术发展，微生物细胞工厂从设计到性能测试的资金和时间成本大幅下降，使得实验室可简便地进行大规模的菌种试验，从中筛选出所需要的菌种特性。目前微生物细胞工厂的设计和构建仍存在不确定性较大、效率低等问题，未来可利用新一代测序和数据统计分析手段，建立类似人类基因组计划的数据集，再结合人工智能与代谢网络等技术（由此衍生Bio-AI），直接将基因与表征效果相联系，从而使得构造特定功能的微生物细胞工厂更为简易可行。

2、成本降低推动行业产业化

底层的基因合成与基因测序服务能力的极大提升，成本快速下降，2021年每Mb的基因合成成本约为0.006美元，而每个基因组的测序成本约为562美元，更低的成本使得这些技术大规模应用成为了可能。放大生产方面，精准发酵通过对于发酵微生物进行基因修饰，已达到目标产物最高得率。随着精准发酵替代传统发酵，成本、能耗更低。

3、政策支持合成生物加速发展

2022 年以来国内出台三项合成生物学相关重要政策。

• 2022年5月10日，发改委印发《“十四五”生物经济发展规划》，是中国首部生物经济五年规划，明确要着力做大做强生物经济，到2025年生物经济成为推动高质量发展的强劲动力，并将生物质替代作为4大重点发展领域之一。
• 2022年8月18日，科技部等九部门联合印发了《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，其中前沿颠覆性低碳技术创新行动中涉及到新型绿色氢能技术、二氧化碳高值化转化利用技术，需要以合成生物学为基础进行创新。
• 2023年1月9日工信部等六部门联合印发了《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，提出以非粮生物质开发利用技术突破为基础，深化生物化工与传统化工耦合、工业与农业融合，以技术、模式创新为动力，促进生物基材料优性能、降成本、增品种、扩应用，提升生物基材料产业协同创新、规模生产、市场渗透能力，推动非粮生物基材料产业加快创新发展。

4、资本涌入，助推产业成熟

2020年国外合成生物学企业以高股价上市，引发了国内一级市场对合成生物学企业的关注，合成生物学进入了融资爆发期。2021年国内合成生物学融资16起，融资金额达22.95亿元。

5、行业具有较高技术和专利壁垒

生物基产品的产业化需要解决一系列工艺难题，且需要不断研发去提高生产效率，对企业技术考验很大。同时由于合成生物学是用理性设计叠加自然突变，具备一定可控性，因此用专利去保护较为容易，目前主要是在基因编辑时加入一段特殊的序列作为“防伪标识”。而若想产品始终保持统治地位，必须不断优化菌种性能，同时积极申请专利。

四、合成生物产业规模

合成生物技术作为一项颠覆性技术和前沿技术，已成为一条新的黄金赛道，应用涵盖平台开发、医疗健康、化工、农业和食品、消费品、能源等重点领域。根据Markets and Markets预测，2026年全球合成生物学市场规模将达到307 亿美元，对应2021-2026年CAGR为 26.5%。结合麦肯锡的预测，中长期（2030-2040 年）来看合成生物学每年带来的经济影响或超万亿美元。中信证券研报认为，当前时点医疗健康和化工领域的产业化进度相对领先，整体上看合成生物学的产业化进度还处于初期，随着未来各环节技术的进步，下游各领域的发展前景和市场空间均非常广阔。

五、合成生物产业链及概念龙头

整个合成生物学产业分为大致的上、中、下游。其中，上游开发使能技术，包括DNA/RNA 合成、测序与组学，以及数据相关的技术、产品和服务；中游是对生物系统和生物体进行设计、开发的技术平台；下游是涉及人类衣食住行方方面面的应用开发和产品落地。（图片来自东吴证券研报）

国外合成生物学企业大多来自美国，在上游技术类、平台型合成生物学企业较多且技术领先。国内主要是产品类公司，主要玩家有：

• 华恒生物：公司是合成生物学领域领军企业，围绕发酵法和酶法两大技术平台，加速布局在研管线产品。公司突破了厌氧发酵技术瓶颈，构建了以可再生葡萄糖为原料厌氧发酵生产 L-丙氨酸、L-缬氨酸的微生物细胞工厂，在国际上首次成功实现了微生物厌氧发酵规模化生产 L-丙氨酸产品。
• 凯赛生物：公司是一家以合成生物学等学科为基础，覆盖从基因工程到应用开发的全产业链生物制造技术的高新技术企业，布局生物法长链二元酸、戊二胺，引领生物基聚酰胺浪潮，是全球领先的利用生物制造规模化生产新材料的企业之一。
• 嘉必优：公司立足于生物科技，建立了完整的技术产业链转化平台。目前，公司重点发展合成生物学领域，已打通合成生物学全技术链条，基于对不同微生物底盘遗传背景的了解，能更高效地对工程菌株进行高通量发酵优化、产物提取和精制，最终实现合成生物学技术成果快速工程化和产业化。
• 科拓生物：公司拥有包含 2 万余株乳酸菌（含益生菌）的菌种资源库，是中国最大的乳酸菌库。
• 金城医药：已经形成整条产业链的合成生物学平台，以生物研究院为基础，面向生物催化（酶催化）和生物合成（细胞工厂）两大主要方向，建设金城合成生物学研发平台，聚焦多手性催化和高难度化学合成的酶催化产品以及高附加值的生物合成产品。