专精特新行业深度系列报告之七—合成生物学：掘金合成生物拥抱产业机遇-申万宏源-2024.7.12-65页.pdf

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1、证 券 研 究 报 告掘金合成生物，拥抱产业机遇专精特新行业深度系列报告之七-合成生物学证券分析师：刘靖 A0230512070005 王雨晴 A0230522010003 研究支持：郑菁华 A0230123060001 联系人：王雨晴 A0230522010003 证券研究报告2核心观点核心观点核心观点核心观点合成生物学：从“前沿科学”向“实用科学”发展，成为产业级别投资机会。理论、技术、应用交织推动，合成生物在多个应用领域展现颠覆性、渗透性作用，具备引领“第四次工业革命”潜力。中国市场：战略定位抬升+创新能力增强+完备工业基础，共推产业从1至N迸发。政策端：生物制造首次写入政府工作报告(2

2、024)，建设产业集群或成为越来越多省市工作重点。研发端：中国后来居上，成为全球合成生物学专利申请和技术研究主力。生产端：中国发酵产业链完善，产能全球第一，为技术落地提供“硬核支撑”。上游：使能技术：技术成熟度不一，后发者有追赶和弯道超车机会。DNA测序技术中国与国外并跑，DNA编辑、DNA合成领域中国快速追赶。分析仪器：“三大谱”是国产替代重点，高端化步伐有望加快。生命科学仪器：生产型设备需求量大，具备技术与客户积淀的厂商更受益国产替代进程。中游：成长性与下游景气度高度相关，需等待各类应用商业化拐点。下游：生物医药：原料药生产高效节能，创新药部分商业化。农业：减排、防害两大路径，仍面临四大挑

3、战。食品：功能性/零卡具前景，替代蛋白契合大食物观。消费个护：生物基渗透率高，胶原/多肽发展较快。大宗化学品：渗透率较低，降本系突破关键。高性能材料：具备商业化潜力，须兼顾性能+成本。生物能源：我国生物质发电成熟，生物燃料未来可期。相关标的：上游：海能技术(430476.BJ)、新芝生物(430685.BJ)、联川生物(874281.NQ)(新三板)；下游：锦波生物(832982.BJ)、美邦科技(832471.BJ)、无锡晶海(836547.BJ)、欧康医药(833230.BJ)、辉文生物(832402.NQ)、创健医疗(T31464.NQ)(新三板挂牌在审)、蓝晶微生物(未上市)、昌进生物

4、（未上市）；中游：辉文生物(832402.NQ)、蓝晶微生物(未上市)。风险提示：合成生物学技术发展不及预期；产品获批进度不及预期；下游推广不及预期；产能建设不及预期主要内容主要内容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.相关标的及风险提示证券研究报告41.1.1 1 1.1.1 1 合合成成生生物物学：学：重塑生重塑生物技术物技术发展路发展路径径合合成成生生物物学：学：重塑生重塑生物技术物技术发展路发展路径径理论层面：合成生物学创新生命科学研究

5、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，申

6、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，申万宏源研究证券研究报告51.1.2 2 1.1.2 2 产产品品制制造造过程过程：正向：正向循环、循环、系统性系统性强强产产品品制制造造过程过程：正向：正向循环、循环、系统性系统性强强合成生物产品制造流程：正向循环、紧密相连、系统性工程基于工程化平台（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；规模化生产，分生物发酵、酶催化两大工艺；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

7、、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证券研究报告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

8、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

9、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。1.1.3 3 1.1.3 3 产产业业纵纵向向分工分工：逐步：逐步细化、细化、渐成体渐成体系系产产业业纵纵向向分工分工：逐步：逐步细化、细化、渐成体渐成体系系证券研究报告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

10、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

11、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1.1.4 4 1.1.4 4 使使能能技技术术创新创新迭代，迭代，驱动合驱动合成生物成生物从概念从概念走向产走向产业业使使能能技技术术创新创新迭代，迭代，驱动合驱动合成生物成生物从概念

12、从概念走向产走向产业业证券研究报告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

13、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1.1.5 5 1.1.5 5 生生物物铸铸造造工厂工厂提供集提供集成式平成式平台，加台，加速创新速创新落地落地生生物物铸铸造造工厂工厂提供集提供集成式平成式平台，加台，加速创新速创新落地落地证券研究报告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

14、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：5.7mol L-1 h-1植物

15、提取，半合成生产2020 年疟疾病例 241,000；销售 ACTs:3.5 亿抗癌药GSK-2879552小细胞肺癌(SCLC)和急性髓性白血病(AML)治疗2种酶5 克规模，产率 48.3%，99.5%e.e.和 97.9%纯度化学合成小细胞肺癌(SCLC):2020年 264,813-331,016例急性髓性白血病(AML):2019年预计 21,450例2019年全球肿瘤药物市场：1413.3亿美元肌醇制药、食品、饲料、化妆品4种酶产品浓度：95g/L，在125g/L麦芽糊精（DE）反应小时后，20,000升化学去磷酸化植酸每年15,000吨；2020年约6,000万美元资料来源：多特

16、蒙德工业大学Katrin Rosenthal等人Industrially Relevant Enzyme Cascades for Drug Synthesis and Their Ecological Assessment，申万宏源研究表：基于酶级联催化生产的原料药及其市场图：智能精密发酵控制1.1.6 6 1.1.6 6 不不同同合合成成路径路径的产业的产业化难点化难点不同，不同，均为技均为技术壁垒术壁垒不不同同合合成成路径路径的产业的产业化难点化难点不同，不同，均为技均为技术壁垒术壁垒资料来源：态创生物官网，申万宏源研究证券研究报告10为“技术”匹配“市场“，找准产品赛道是商业化成功关键首先，合成生物产品开发周期长（立项至商业化通常5年及以上），且涉及生产设备的一次性投入，优选行业天花板高or产品单价高的领域进入；其次，公司技术能力决定产品替代存量or拓展增量。对于增量市场，技术传播度、营销能力等重于成本竞争；对于存量市场，注重产品接入产业链的能力和成本；再者，部分行业可能长期面临严监管环境，如“转基因食品”，需要提前规避可能存在伦理道德问题的应用方向。图：合成生物产品赛道划分、