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1、 1/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 行業研究報告 慧博智能投研 合成生物學合成生物學行業行業深度：深度：驅動因素驅動因素、前景展望前景展望、產業鏈產業鏈及及相關公司相關公司深度梳理深度梳理 對生物體（菌種、細胞或者酶）進行有目標的設計、改造乃至重新合成，構建全新的人工生物體系，以可再生生物質資源為原料，通過代謝工程和酶工程，實現目標產品的發酵合成，用以解決人類食品缺乏、能源緊缺、環境污染、醫療健康等各方面的問題，這就是合成生物學。合成生物學作為一種新興技術手段，目前在大宗產品、天然產物、聚合材料等領域具有成熟應用，隨著合成生物學技術迭代進步，

2、未來在絕大多數類型產品的生產制造中存在無限可能。圍繞合成生物行業，下面我們從該行業研究內容及發展階段入手，了解其技術路徑、近些年發展的驅動因素、與傳統化工行業相比較的優勢等方面內容，探尋市場空間及行業增長規模，并對產業鏈及相關公司進行梳理，對未來行業發展方向及前景進行展望，方便讀者深入了解這一行業。目錄目錄 一、概述.1 二、技術路徑.5 三、驅動因素.9 四、三大優勢.14 五、市場空間及規模.17 六、產業鏈梳理.19 七、挑戰與機遇.23 八、相關公司.24 九、前景展望.36 十、參考研報.41 一、一、概述概述 1.定義定義 合成生物學是一門基于工程化的設計理念，結合生物學、化學、醫

3、學、農學、工程學、計算機與數據科學等交叉學科技術，旨在改造或創造人造生命體系的新興學科，在科技和產業創新兩個層面均具備全面顛覆現有格局的潛力。2/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 狹義的合成生物學包括兩大方向：“自上而下”地“改造生命”（將全新功能引入活細胞等生命體或生物非生物混合系統）；“自下而上”地“創造生命”（體外合成全新生命系統）。廣義的合成生物學還包括任何對生命有機體關鍵要素的創新應用，如酶催化合成（催化單元）、無細胞合成（轉錄和翻譯系統）、DNA 存儲（遺傳密碼）等。3/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|

4、研究報告研究報告 2.研究內容研究內容 合成生物學的研究內容包括元件工程、遺傳線路工程、代謝工程及基因組工程。合成生物學的研究內容包括元件工程、遺傳線路工程、代謝工程及基因組工程。合成生物學強調生命物質的標準化，對元件所做的優化、改造或重新設計稱為“元件工程”；由調節元件及被調節基因構成基因線路的遺傳裝置，人工基因線路通過遺傳線路工程合成；代謝工程主要是利用分子生物學手段如 DNA重組技術對已有代謝途徑和調控網絡進行合理的設計與改造，以合成新產物、提高已有產物的合成能力或賦予細胞新的功能；基因組工程則是基于基因組測序、基因編輯和基因合成等技術的一項能夠從頭合成或重新設計基因組的技術。3.収展階

5、段収展階段 合成生物學在過去 20 年中大致經歷了四個發展階段：（1）創建時期（創建時期（2000 年年2003 年）年）本階段產生了許多奠基性的研究手段和理論，特別是基因線路工程的建立及其在代謝工程中的成功運用。2000 年是行業公認的合成生物學元年，兩篇 Nature 文章分別設計全球首個基因波動開關和生物振蕩器；2003 年，“合成生物學教父”湯姆 奈特（Tom Knight）教授開發 Bio Bricks，使生物組件的標準化裝配成為可能。應用開發上，2002 年誕生首例人工合成病毒，且具備侵染能力；2003 年，實現人工合成噬菌體基因組；同年，首次通過引入人工基因改造 E.coli 代

6、謝途徑，實現青蒿素前體生產，開啟人造細胞工廠生產天然產物的新時代。（2）擴張和収展期（擴張和収展期（2004 年年2007 年）年）2004 年舉辦“合成生物學 1.0”大會，這是本領域第一個國際性會議；同年，麻省理工學院（MIT）舉辦首屆 iGEM 競賽，成為迅速推廣合成生物學概念和促進生物學、工程學等跨學科協作的強力催化劑。技術突破上，實現了 RNA 調控裝置的開發，整個領域的設計范圍開始從以轉錄調控為主，擴大到轉錄后 4/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 和翻譯調控；應用開發上，2006 年首次實現利用工程化改造的 E.coli 侵入癌細胞

7、，成為工程化活體療法的先驅。（3）創新和應用轉化期（創新和應用轉化期（2008 年年2013 年）年）這一階段涌現出大量新技術和工程手段，使合成生物學研究與應用領域大為拓展。例如，技術上，2009年、2011 和 2012 年分別開發 MAGE、TALEN、CRISPR/Cas 技術用于基因/基因組編輯，開啟基因改造新紀元；細胞工廠開發上，在 E.coli 中先后實現支鏈醇、生物柴油、1,4-丁二醇和生物汽油等多種產品生產，2013 年 Amyris 公司利用酵母菌株商業化生產青蒿素；合成生命領域，2008 年實現生殖支原體全基因組合成，2010 年制造出可自我繁殖的全球首例人造“人造細胞”（

8、人造支原體 Synthia），2011年美國、中國、英國、新加坡、澳大利亞等國啟動“人工合成酵母基因組計劃”（Sc2.0Project），旨在重新設計并合成釀酒酵母的全部 16 條染色體。（4）収展新階段（収展新階段（2014 年以后）年以后）工程化平臺的建設和生物大數據的開源應用相結合，全面推動合成生物學技術創新以及相關應用的開發和商業化。部分代表性技術或應用里程碑包括人工密碼子及非天然氨基酸系統的開發、計算/AI 蛋白結構設計及預測、DNA 存儲、以二氧化碳為原料人工合成淀粉等。合成生命領域，提出最小基因組（“最簡生命”）概念并在支原體、E.coli、酵母等不同人造生命體系上陸續實踐，開發

9、人造核糖體、線粒體、葉綠體等合成細胞器、開發人造胰島 細胞等，以及作為 Sc2.0Project 的延續，對基因組和染色體的重構開始從僅序列層面向空間三維結構拓展。4.商業意義商業意義 合成生物學具備三大至關重要的戰略和商業意義：第一，替代傳統化石原料和高污染的化工生產工藝，實現節能減排、滿足環保要求；第二，以屬地常見生物質廢料甚至二氧化碳為碳源開發全新合成路線，打破原料及產品的進口依賴，保障供應鏈安全；第三，通過開發全新產品或成本更低的生產路線，快速、5/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 全面顛覆全球產品供給格局，實現商業獲利。近年來，合成生物

10、學陸續被美國、英國、中國等多國納入國家戰略，各國紛紛加大在合成生物學領域的研發和投資。二、二、技術路徑技術路徑 合成生物學的技術路徑按其合成方式可以分為“基于細胞的合成生物學”和“無細胞合成生物學”，其本質區別在于是否具備細胞膜體系，前者基于完整細胞體系，后者為剔除細胞膜系統的開放體系。1.基于細胞的合成生物學基于細胞的合成生物學 6/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 基于細胞的合成生物學是在細胞內進行生物合成途徑的組裝，利用底盤細胞來合成目標產物。其核心在于微生物細胞工廠（MCFs）的構建，早期的 MCFs 主要通過天然微生物的篩選和誘變育種方

11、式獲得高產菌種，再通過傳統發酵工程生產目標產品，基于的是非理性策略，效率較低。隨著分子生物學和基因工程的不斷發展，人類對微生物系統的認知和改造能力提升，理性/半理性的代謝工程設計和構建策略目前已發展了從分子、途徑到基因組層次不同的 MCFs 設計和工程化構建策略，效率進一步提升，然而其還是更偏重“自上而下”的設計策略，相較狹義上合成生物學側重的“自下而上”策略仍有發展空間，而實現全基因組水平定制化 MCFs（尚處于萌芽階段）無疑是合成生物學的理想目標。7/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 合成基因網絡基于 DBTL 工程化設計原理實現目標產物的高

12、效合成。對于合成代謝網絡而言，在異源宿主中引入新的代謝途徑，不僅需要最小化有毒中間產物的積累，還需最大化目標產物產量并盡量不影響宿主的表型。因此需對代謝網絡中的多個基因進行編輯，使多基因的表達能夠協調與平衡。目前，合成生物學通過引入“設計-構建-測試-學習(DBTL)”的工程化設計原理，通過多輪篩選，得到最優的生產菌株。（設計：利用生物信息學方法設計合成目標化合物的代謝途徑；構建：在宿主中構建設計好的代謝途徑；測試：通過分析檢測手段評估所構建的代謝通路中的瓶頸環節；學習：針對瓶頸部分進行優化，有效提高目標化合物產量。）2.無細胞合成生物學無細胞合成生物學 跳脫細胞膜限制，系統設計自由度提升。無

13、細胞合成生物學即無需活細胞，而是通過程序設計在體外實現基因轉錄和蛋白質翻譯，從而設計出新的具有生物功能的產品或體系。此系統不涉及復雜的生物學激活作用，無需保持 DNA 的遺傳能力，可將目的基因在體外快速轉錄翻譯為目的蛋白。此外，無細胞系統可避免細胞生長過程中產物之間的競爭，從而實現最大化的生物合成效率。簡而言之，無細胞系統可以更加自由設計、改進和控制生物系統，以實現合成效率最大化。無細胞合成生物系統可分為基于細胞提取物體系、純化體系及多酶體系三類。（1）基于細胞提取物體系基于細胞提取物體系 基于細胞提取物體系來合成目標產物主要是利用微生物、動物或植物細胞的粗裂解提取物中蛋白質以合成所必需的催化

14、成分，提取物中含有基因轉錄、蛋白質翻譯和折疊、能量代謝相關的必需元件，在基于這些組分的基礎上，給合成系統中添加細胞生長所需成分（核苷酸、氨基酸等），促成無細胞合成網絡的順利運轉。8/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 不同的無細胞系統提取物各有優劣，真核系統制備繁瑣但具備翻譯后修飾功能。理論上，任何生物體或細胞都可以提供提取物，但在研究的過程中需要考慮細胞模式化、獲取來源的方便性、蛋白產率、蛋白復雜度、下游處理及成本等問題。目前，商業化的無細胞系統的提取物來源于大腸桿菌、小麥胚芽、兔網織紅細胞和昆蟲細胞等。其中，原核與真核無細胞系統相比，真核無細胞

15、系統可以更容易實現蛋白質翻譯后修飾，但其體系的制備，從細胞培養到最終提取物制備的整個流程比較繁瑣。（2）純化體系）純化體系 無細胞系統也可通過細胞的純化組分產生。純化體系和粗提取物體系相比，后者的制備通常是通過直接裂解原核或真核細胞，不用純化，因此成本比較低廉。而純化系統的優點在于每個組分都是確定的，去 9/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 除了粗提取物中可能對系統合成有害的物質，但缺點是成本過高，其表達、純化和添加每個組分都大大增加了與“自上而下”系統相比所需的反應物成本和時間，且很難實現規?；?。（3）多酶體系多酶體系 與提取物系統相比，通過自

16、下而上的方法將來自純化組分的合成酶組織為合成路徑，有時可促進自然界中并不發生的過程或反應。其核心是在體外重構多酶催化體系，通過模擬細胞代謝路徑中酶催化級聯體系，在體外環境下混合加入目標代謝路徑所需要的酶，使底物按照代謝次序進行多步反應，最終得到目標產物。其優勢在于可以實現比傳統發酵更高的理論產量，目前發展的大方向是通過酶的粗提物在體外構建多酶催化體系，以減小成本實現產業化。三、三、驅動因素驅動因素 1.基因技術収展推動合成生物學的不斷進步基因技術収展推動合成生物學的不斷進步 合成生物學是繼“DNA 雙螺旋結構發現”和“人類基因組計劃“之后，以工程化的手段設計合成基因組為標志的第三次生物技術革命

17、。推動合成生物學市場增長的“主力軍”主要包括 3 個因素：一是 DNA 測序、合成和編輯技術的不斷進步、DNA 測序時間和成本的持續降低等以多種方式驅動著合成生物學的發展；二是合成生物學關鍵原材料的成本降低推動了市場對合成生物產品的需求；三是生物鑄造廠（平臺型生產公司）設計、制造、測試新型微生物的技術水平不斷提升。10/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 底層技術取得突破，基因測序、基因編輯、基因合成等底層技術進步推動行業發展。此外，工程化平臺、人工智能等可以提高研發效率的新技術手段也已經被引入合成生物學的產品研發過程。高效的微生物細胞工廠是合成生

18、物學革命性生產的原因，經改造后的生物體可以進行定向化、高效化、大規?；镔|加工與轉化。設計-構建-測試-學習（Design-Build Test-Learn Cycle，DBTL）構成合成生物學的研發和技術體系，極大提高了微生物細胞工廠的生產能力，顯著提升生物制造產品的轉化率、生產速率及產量。11/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2.“雙碳雙碳”政策驅動合成生物學的研収投入政策驅動合成生物學的研収投入 在“雙碳”政策的背景下，全球各國對合成生物學的重視程度不斷提升。合成生物學將是實現可持續發展、緩解糧食危機和氣候變化以及保護生物多樣性的關鍵。美

19、國將“生物制造技術”列為 2020 制造技術挑戰的 11 個主要戰略方向之一，并于 2022 年 9 月啟動國家生物技術和生物制造計劃，宣布將投入超過 20億美元用于加強生物制造等。歐盟最早推動合成生物學路線圖的制定，并在 20082016 年在合成生物學領域制定了詳細的規劃。國內十三五和十四五生物技術規劃也將合成生物學列入重點發展領域。12/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 合成生物學使用的底物原料通常為淀粉、玉米等糧食原料以及秸稈等廢棄物，符合可持續發展理念。相比于使用化石能源的化學法，合成生物技術使用微生物或酶進行反應，條件溫和，易于實現，

20、并可以減少污染物的生成，在“雙碳”背景下潛力巨大。根據 WHO 及中科院天津工業生物技術研究所統計，目前生物制造產品平均節能減排 30-50，未來潛力將達到 50-70。根據 WWF 預測，到 2030 年，工業生物技術每年將降低 10-25 億噸二氧化碳排放。3.工具技術快速収展，助推合成生物技術產業化工具技術快速収展，助推合成生物技術產業化 AI 技術蓬勃發展，賦能生物合成技術快速突破。合成生物技術的工程化試錯空間海量，通常導致實驗成本極其高昂，而 AI 技術具備基于海量數據的持續學習能力和在未知空間的智能探索能力，十分契合當前合成生物學工程化試錯平臺的需求。21 世紀以來，AI 與合成生

21、物學交叉研究驅使元件工程、線路工程、代謝工程、基因組工程等領域持續取得重大突破。其中 2005-2017 年為緩慢發展階段，研究主要集中在線路工程；2018-2021 年為相對高速發展階段，AI 在元件工程、線路工程、代謝工程、基因組工程等領域均嶄露頭角。未來 AI 或將開始有效解決合成生物學各子領域的技術難題，有望助推合成生物學蓬勃發展。工具技術快速發展、成本下降，合成生物學產業化進程加速。合成生物學關鍵底層技術為基于中心法則的細胞構建階段技術，包括基因測序、基因合成、基因編輯等核心技術，技術升級迭代+成本下降將顯著驅動行業發展。（1）基因測序）基因測序 基因測序技術目前已發展至第四代，技術

22、持續進步的同時測序成本迅速下降，根據麥肯錫數據，近年來基因測序成本以超摩爾速度直線下降 10000+倍，2003 年第一個人類基因組測序花費約 30 億美元，而2019 年人類全基因組測序成本已降至 1000 美元以下，未來隨著基因測序技術迭代及成本的持續下降，細胞工廠的構建成本有望持續得到優化。13/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （2）基因合成）基因合成 目前基因合成方法以柱式合成法為主，但由于需要使用危險的試劑和溶劑，且效率較低、通量較低、成本較高；而超高通量芯片合成技術以芯片作為 DNA 合成固相載體，高密度集成于特定位點，一次可合成十

23、萬余條寡核苷酸，成本更低，是未來 DNA 合成的重要發展趨勢。14/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （3）基因編輯）基因編輯 基因編輯技術大致歷經鋅指蛋白核酸酶(ZFN)、類轉錄激活因子效應物核酸酶（TALEN)和CRISPR/Cas9 系統三代技術。第三代 CRISPR/Cas9 為 RNA-DNA 識別模式，切割位點廣泛，相比前兩代技術具備識別精度、剪切效率更高，細胞毒性小等多重優勢，因此基本逐步替代前兩代技術。四、四、三大優勢三大優勢 合成生物制造相比傳統化工三大優勢：1.合成生物制造原材料可再生，制造過程中反應條件溫和，有效降低碳排合成

24、生物制造原材料可再生，制造過程中反應條件溫和，有效降低碳排放放 首先，就材料端而言，傳統化學合成法通常以原油和煤炭等化石能源的加工品為原材料，而合成生物學以糖類和纖維素等可再生的生物質為原材料，生物質在光合作用中可吸收二氧化碳。其次，就生產過程而言，生物制造過程通常在常溫常壓條件下進行，能耗低且產生污染相對較少，也能夠顯著削減生產過程中的碳排放。根據Bio-based Chemicals A2020 Update一文的測算，與化學法相比，以乙酸和丙烯酸等為代表的 13 種生物基化學品每噸二氧化碳減排量可高達 1.2-5.2 噸。15/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深

25、度|研究報告研究報告 2.生物制造相對化學工藝能耗成本降低，且菌種能夠實現迭代優化，因此生物制造相對化學工藝能耗成本降低，且菌種能夠實現迭代優化，因此部分精細化學品仍具備顯著的降本空間部分精細化學品仍具備顯著的降本空間 以丁二酸為例，丁二酸是一種優秀的平臺化合物，在化工、材料、醫藥、食品領域有著廣泛的用途，被美國能源部列為未來 12 種最有價值的平臺化合物之一，可以衍生出眾多下游產品，如 1,4-丁二醇、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、2-吡喏烷酮。丁二酸和 1,4-丁二醇聚合得到的 PBS（聚丁二酸丁二醇酯）是一種性能優良的生物全降解塑料。丁二酸遠期市場潛力超過 270 萬噸，大約有 250 種

26、可以用苯為原料生產的化工產品都可以通過丁二酸為原料生產。一旦實現丁二酸的大規模生產，就可以部分取代石油化工產品苯?；陧橍麨樵系氖突ぢ肪€丁二酸工藝復雜，且常需高溫高壓，能耗物耗較高，同時化學合成還會造成嚴重的環境污染。張學禮團隊通過理性改造和進化代謝技術提高丁二酸生產能力，設計的丁二酸合成途徑使丁二酸的糖酸轉化率接近理論最大值，生物法生產丁二酸單噸成本約 1 萬元，相比化學法的 1.4 萬元降低約 29%，丁二酸成本的大幅下降有望推動可降解塑料 PBS 的商業化進程。16/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3.合成生物制造研収經驗和設備可共

27、用，拓品空間廣闊合成生物制造研収經驗和設備可共用，拓品空間廣闊 以凱賽生物的長鏈二元酸為例，長鏈二元酸是合成香料、尼龍工程塑料、熱熔膠、樹脂、耐寒性增塑劑、醫藥和農藥等的重要原料，其中十二碳二元酸（DC12）和十四碳二元酸（DC14）分別是合成高級尼龍工程塑料尼龍 1212 和尼龍 1414 等的重要原料。十二碳以上的長鏈二元酸在自然界中并不存在，化學法合成路線長，反應需要高溫高壓，對催化劑要求比較苛刻，因此在工業規模上的長鏈二元酸品種較少，只有十二碳長鏈二元酸等少數品種，且收率較低，目前沒有經濟可行的合成方法，因此利用微生物的特異性轉化能力，在常溫常壓下轉化正烷烴或脂肪酸生成相應的長鏈二元酸

28、成為新的方向。凱賽生物的生物法生產長鏈二元酸的重要優點在于可以使用相同的微生物、相同設備以及培養基，通過提供不同底物的方案生產各種不同碳鏈長度的長鏈二元酸，而化學合成法僅能生產單一二元酸，因此既降低了不同長鏈二元酸的生產成本，也有效的拓寬了產品品類。依托豐富的長鏈二元酸品種以及生物基戊二胺技術，公司可生產從尼龍 510 到尼龍 518 等長鏈尼龍產品。17/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 五、市場空間及規模五、市場空間及規模 1.合成生物學應用領域廣泛，合成生物學應用領域廣泛，醫藥板塊蘊含巨大潛力醫藥板塊蘊含巨大潛力 合成生物技術應用涵蓋醫藥、

29、化工、能源、食品及農業等眾多領域，根據麥肯錫的數據，預計未來 10-20 年，合成生物學應用可能對全球每年產生 2-4 萬億美元的直接經濟影響。其中，醫藥與健康領域占比約 35%（0.5-1.3 萬億美元），農業、水產養殖和食品占比約 36%（0.8-1.2 萬億美元），消費品和服務占比約 19%（0.2-0.8 萬億美元），材料、化學品和能源占比約 8%（約 0.2-0.3 萬億美元）。廣義上的合成生物學包括基于細胞及無細胞的合成生物學，然而由于技術水平限制，當前國內已廣泛實現工業化的技術路徑僅包含基于 MCFs 的體內合成生物學及無細胞領域的以生物酶法催化為主的體外合成生物學法。前者聚焦在

30、細胞內組裝生物合成途徑和代謝網絡，從最簡單的原料出發，通過發酵微生物來合成目標分子，代表產物如青蒿酸、生物乙醇等；后者則是將單個酶或者多個生物合成酶放在細胞外，構建酶催化合成通路，以簡單原料為底物合成目標分子，代表產物如各類醫藥中間體，農業、食品及化工原料等。2.行業規?？焖僭鲩L，醫藥領域占比遙遙領先行業規?？焖僭鲩L，醫藥領域占比遙遙領先 合成生物學市場呈快速增長態勢，有望在未來幾年達到數百億美元的規模。根據不同分析報告統計數據，全球合成生物學市場規模有望保持 20%-30%的年復合增速，在未來幾年達到數百億美元規模。18/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報

31、告研究報告 1）2020 年全球合成生物學市場規模達 68 億美元，據 Market sand Markets 預測，2021 年全球合成生物學市場規模達 95 億美元，預計 2026 年、2027 年分別達到 307 億美元、400 億美元，2021-2026 年CAGR 約為 26.5%；2）Data Bridge Market Research 分析數據顯示，合成生物學市場規模預計將在 2020 年至 2027 年的預測期內持續增長，2027 年市場規模將達到 302.8 億美元，2020-2027 年 CAGR 約為 23.63%。3）BCC Research 分析數據顯示，2019

32、年全球合成生物學市場規模達 53.19 億美元，預計到 2024 年達到 188.85 億美元，2019-2024 年 CAGR 約為 28.8%；其中，北美地區占據全球主要市場份額，歐洲次之，亞太位居第三，與北美存在明顯差距，中國合成生物學行業規模預計在 2025 年突破 70 億美元。此外，根據 Deep Tech 分析數據，2016 年中國合成生物學市場規模約為 9 億美元，2020 年增長至 24.78億美元，2021 年進一步達到 64 億美元。醫療保健行業規模領先，食品及農業板塊快速增長。從細分板塊來看，根據 BCC Research 研究數據，醫療保健占比最大，2019 年行業規

33、模 21.09 億美元（占比 39.65%），預計 2024 年突破 50 億美元，2019-2024 年 CAGR 達到 18.95%；食品及農業領域規模預計將分別從 2019 年的 2.13 億美元、1.87 億美元增長至 2024 年的 25.75 億美元，22.33 億美元,年均復合增長率分別為 64.61%、64.21%。19/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 六、六、產業鏈梳理產業鏈梳理 合成生物學產業鏈可分為上、中、下游三個環節。上游聚焦使能技術的開發，包括讀寫編學、自動化/高通量化和生物制造等，關注底層技術顛覆及提效降本。中游是對

34、生物系統及生物體進行設計、改造的技術平臺，核心技術為路徑開發，注重合成路線的選擇以及技術上跑通（如底盤細胞選擇及改造、培養條件優化、純化方法開發等），與下游企業相比，更強調技術平臺的通用性，潛在具備 CRO 屬性。下游則涉及人類衣食住行方方面面的應用開發和產品落地，核心技術在于大規模生產的成本、批間差及良品率等的把控，與中游企業相比，更強調應用領域的聚焦、產品的精細打磨及商業化放量。其中在大規模生產上，潛在具備 CDMO 屬性。中下游企業之間并無明確界限，現階段行業整體尚處在產業發展早期，不少生物技術公司實質上為中下游一體化布局。20/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度

35、深度|研究報告研究報告 1.上游上游 根據價值鏈所處位置來看，上游使能技術繁多，各企業通常聚焦某一技術領域如二代合成、三代測序、新一代基因編輯工具、仿真測試、自動化/高通量設備等。2.中中下游下游 中下游企業又可分為平臺型和產品型兩類。中下游企業又可分為平臺型和產品型兩類。平臺型公司中，領先企業已開始以 CRDMO 模式提供全鏈條的工程化開發及轉化服務，且可按技術路線分為體內平臺和體外平臺（如酶工程平臺）。產品型公司又可按照下游應用、使用技術、產品屬性等不同維度進行歸類。從技術視角，根據企業當前所使用的起始原料及生產技術路線，可一定程度提示其未來技術升級方向。從技術視角，根據企業當前所使用的起

36、始原料及生產技術路線，可一定程度提示其未來技術升級方向。起始原料可分為化石原料和生物原料，技術路線可分為全化學路線、化學和生物結合路線（非一步反應）、生物催化/酶法合成以及生物發酵/細胞工廠四類。在實現最低生產成本的前提上，使用生物基原料（擺脫化石基原料依賴）同時摒棄化學路線（生產過程綠色環保）的合成生物學生產模式是未來將迎來高速發展的理想模式。從產品視角，從產品視角，可根據終產品的需求可根據終產品的需求體量和單位價值將其劃分為三類體量和單位價值將其劃分為三類，提示相應子行業長期發展以及賽道，提示相應子行業長期發展以及賽道企業成功的關鍵要素。企業成功的關鍵要素。21/42 2024 年年 5

37、月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （1）第一類第一類為市場需求量少、單位價值高的產品，主要下游應用為生物創新藥開収為市場需求量少、單位價值高的產品，主要下游應用為生物創新藥開収 這類產品往往面對著生物醫藥行業的通用挑戰需具備差異化優勢、需通過臨床檢驗（開發周期長、風險大且成本高）、需滿足 GMP 生產要求等。（2）第二類為市場需求量中、單位價值中的產品，主要包括農業和精細化學品，下游第二類為市場需求量中、單位價值中的產品，主要包括農業和精細化學品，下游應用為高性能材料、消費品、原料藥應用為高性能材料、消費品、原料藥/中間體等領域中間體等領域 這類產品市場高度分散、可開發產

38、品多，需識別高潛力、高可行的機會。但開發新分子、開辟新市場在高收益的同時也面臨高風險，如研發上缺乏對目標分子設計的明確理論指導，商業上對營銷能力的要求也較高，相關法規監管也需逐一突破。22/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （3）第三類為市場需求量大、單位價值低的第三類為市場需求量大、單位價值低的產品，主要為大宗化學品（包括基礎化學產品，主要為大宗化學品（包括基礎化學品和普通材料）、生物能源等品和普通材料）、生物能源等 這類產品所面臨的挑戰主要是正確的可行性預判（生物合成能否成本占優），以及“超級工廠”級別的超大規模生產挑戰（如原料供給是否充足并

39、穩定、生產產能建設、純化能力等）。從終端產品角度看，小分子的開發難度相對高于以蛋白質為代表的大分子以及活細胞的工程化改造，其挑戰主要來自基于細胞系統的合成生物學技術存在眾多限制，如起點及路徑選擇缺乏理論指導、細胞構建及篩選仍為“體力活”等。展望未來，除了更多數據積累允許 AI 指導路線選擇及模擬測試外，無細胞合成體系作為一種基于細胞體外酶促體系的合成系統，可提升合成效率，并免除宿主逃逸、代謝負擔等細胞系統技術難題，有望成為破除小分子合成難題的關鍵點。23/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 七、七、挑戰挑戰與與機遇機遇 1.挑戰挑戰 合成生物學未來

40、面臨的主要挑戰有以下三點：量產問題、選品問題、技術通用性，其中前兩項是關鍵。海外合成生物學的兩大巨頭 Amyris 和 Zymergen 都遭遇了量產與選品的失敗，最終使公司的股價遭受毀滅性的打擊。（1）量產問題）量產問題 與傳統的化學工業相比，生物方法利用了生命體做合成，關于生產環節背后的邏輯還沒有很多經驗。為了解決量產問題，科學家們在尋找一種新的底盤菌，它在大規模發酵時不會被污染。最前沿的探索是利用 AI 技術做生產預測，AI 可以從海量的數據里尋找規律，所以收集足夠多的數據量是關鍵，需要建立多種菌株并收集行為數據，經過足夠多的經驗積累之后，AI 或許可以幫助解決工藝放大問題。（2）選品問

41、題）選品問題 選品需要對市場需求有準確的判斷，同時要有自己的技術壁壘。目前選品的思路有兩種：第一種是選擇大宗化學品，利用合成生物學的方法生產，以更低的成本、更溫和的條件和更綠色的方式替代傳統化學品，例如凱賽生物的長鏈二元酸，目前已經做到了全球最大。第二種選品思路是選擇高附加值的精細化學品，利用合成生物學的方法，將原本市場規模較小的產品大眾化，或是生產單價極高的商品，如藥物中間體等。例如華熙生物的透明質酸，Amyris 的角鯊烯等，在選品上也都取得了成功。（3）技術通用性）技術通用性 技術通用性同樣很重要。在同一種菌株平臺上可以擴展產品管線，許多底層技術可以通用，做出不同的產品，例如 Amyri

42、s 的生物燃油生產線，同時可以作為維生素 E 的生產線。如果公司缺少技術通用性，則承擔選品失敗的風險較高。2.機遇機遇 合成生物學或將成為中國彎道超車的機會。雖然海外在傳統化工行業起步較早，但是在合成生物學和生物基材料層面，國內外的技術代差不大。同時，國內化工行業培養了大批優秀的工程師，以及形成了超強的產業化能力。工程師紅利和工藝改進能力，都是海外完全不具備的產業基礎，國內產業的發展將代表著合成生物學和生物基材料的未來。24/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 八、八、相關公司相關公司 1.華恒生物華恒生物 華恒生物具備合成生物學核心技術，建立了“

43、工業菌種發酵與提取產品應用”的技術鏈，是國內合成生物學稀缺標的，2021 年于科創板上市。公司發展歷程可以分為以下三個階段：2005 年至 2011 年，技術積累階段。公司先后推出 L-丙氨酸、DL-丙氨酸，并突破使用厭氧發酵法生產L-丙氨酸，實現了酶法與發酵法的技術積累。2011 年至 2019 年，進階為丙氨酸全球龍頭。公司實現以丙烯酸為原料酶法生產-丙氨酸，生產成本較低，逐步成為丙氨酸全球龍頭，據公司招股說明書，2019 年公司丙氨酸產品銷量約 2.4 萬噸，全球市占率接近 50%，實現生物制造技術對傳統化工制造方法的替代。并逐步開始探索其他產品，成功使用酶法生產-熊果苷。2019 年至

44、今，平臺型合成生物學企業發力中。2019 年，公司以自產的-丙氨酸為原料，成功實現 D-泛酸鈣的產業化，由此由氨基酸入局維生素品類。2021 年上市后，公司推動多個新產品與新項目建設，涉及纈氨酸、肌醇、蘋果酸、丁二酸、1,3-PDO、蛋氨酸等新品，逐漸形成氨基酸、維生素及其他產品三大板塊，作為平臺型合成生物學企業不斷升級擴容。具備“發酵法、酶法”兩大生產工藝，打造氨基酸、維生素、生物基新材料三大產品系列。公司以葡萄糖、氨水、丙烯酸等為原料，生產氨基酸系列、維生素系列、生物基新材料等，下游豐富，可用于日化、化工、食品添加劑等領域。氨基酸是當前的主營產品，據 wind，2022 年氨基酸產品在總營

45、收占比 82%，其中以 L-丙氨酸銷量最多，主要用作生產新型綠色螯合劑 MGDA、維生素 B6 以及食品添加劑等。25/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 布局四大基地，在建及擬建產能達 20.4 萬噸。公司共有秦皇島、合肥、巴彥淖爾、赤峰四大基地，其中合肥基地以酶法為主，負責酶法氨基酸及維生素的生產，秦皇島等基地均為發酵法，生產發酵法氨基酸，并開拓新產品，包括蘋果酸、丁二酸、1,3-丙二醇等。據公司 23 年 9 月 10 日發布的關于安徽華恒生物科技股份有限公司向特定對象發行股票申請文件的審核問詢函的回復（豁免版）（2023 年半年度數據更新版

46、）（以下簡稱華恒生物審核問詢函的回復），截至 2023 年 6 月，公司共有產能 5.8 萬噸，在建及擬建產能達 17.8 萬噸。公司后續又規劃了生物法交替年產 2.5 萬噸纈氨酸、精氨酸及年產 1000噸肌醇建設項目，以及“交替年產 6 萬噸三支鏈氨基酸、色氨酸和 1 萬噸精制氨基酸項目”，項目全部投產后總產能將達到 33.2 萬噸。26/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 管理團隊經驗豐富，員工持股綁定核心人員。張學禮先生既是公司董事也是公司的首席科學家，擁有豐富的微生物與細胞科學研究履歷，副總經理張冬竹、樊義、毛建文均擁有生物工程相關經驗。公

47、司搭建員工持股平臺三和投資，持股 10%，綁定核心技術人員。營收與歸母凈利快速增長。23 年纈氨酸產品產銷量進一步增加，同時匯率變動使得丙氨酸單價較高，23 年公司收入 19.39 億元，同比+36.7%，19-23 年 CAGR 為 35.7%，其中 23Q4 收入 5.75 億元，同/環比+32%/+12%。23 年實現歸母凈利 4.51 億元，同比+40.8%，19-23 年 CAGR 為 43.0%，其中 23Q4歸母凈利 1.31 億元，同/環比+27%/+2%。23 年實現扣非凈利 4.39 億元，同比+44.68%，其中 23Q4 扣非凈利 1.24 億元，同/環比+23%/-1

48、%。氨基酸貢獻主要營收，海內外營收各半。公司產品以氨基酸為主，據 wind，2019 年丙氨酸系列收入占比 81.13%，其中 L-丙氨酸占比 71.04%，隨著纈氨酸的投產，丙氨酸收入占比有所下降，氨基酸收入占比仍維持高位，22 年氨基酸系列占比 82.22%。公司國內外營收分布較均勻，22 年國內營收占比 49%。華恒生物已經具備平臺型企業的產品路徑復制能力，形成了一套成熟、高效率的運行模式，將最初的菌種構建部分放在研究經驗豐富的高校與研究所，再依靠多年的發酵技術積累與產業化經驗，由公司進行中試放大與生產，實現了理論與技術的融合，可有效推動新產品落地。27/42 2024 年年 5 月月

49、13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 穩定且優質的下游客戶資源。公司依靠技術與成本優勢，服務于境內外的優質客戶，與巴斯夫、味之素、伊藤忠、德之馨、諾力昂、華中藥業、華海藥業、牧原股份、雙胞胎集團、新希望等多家知名化工、制藥、飼料和養殖企業有著良好且長期的合作關系，有助于公司新產品的導入，由此公司在纈氨酸上獲得了成功，并接續布局了多個氨基酸品類的新品。巴斯夫 L-丙氨酸收入穩定，海外客戶多元化。巴斯夫是 MGDA 行業內規模最大的生產企業，L-丙氨酸是其所生產的 MGDA 主要原料之一，公司從 2013 年開始就是巴斯夫的原料供應商，且采購規模穩定在2 億元左右。公司海外客戶逐漸多元

50、化，2020 年巴斯夫貢獻了 82%的海外收入，21 年以來，隨著公司L-纈氨酸的銷量增長，該占比 23H1 已降至 29%。2.川寧生物川寧生物 公司是國內抗生素中間體領域規模領先、產品類型齊全、生產工藝較為先進和生物發酵技術產業化應用規模較大的企業。公司是四川科倫藥業股份有限公司于 2010 年 12 月在新疆霍爾果斯經濟開發區伊寧產業園區投資設立的子公司，地處的霍爾果斯經濟開發區是國家“一帶一路”發展戰略的絲綢之路經濟帶核心區域，主要從事生物發酵技術的研發和產業化。公司目前產品主要包括硫氰酸紅霉素、頭孢類中間體（7-ACA、D-7ACA 和 7-ADCA）、青霉素中間體（6-APA 和青

51、霉素 G 鉀鹽）和熊去氧膽酸粗品、輔酶Q10 菌絲體等。作為國內外知名的抗生素中間體生產企業，公司開發并應用了諸多創新技術和創新工藝。公司通過自主創新培育，掌握了高產量菌種制備技術、500 立方發酵罐制備與優化設計、生產線高度自動控制、陶瓷膜過濾技術、納濾膜濃縮技術、丙酮重結晶工藝、復合溶媒回收工藝技術等。尤其是創造 28/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 性地使用 500 立方米生物發酵罐，為當前最大的抗生素及發酵中間體發酵罐，解決了超大發酵罐的設計建造、發酵液溶氧供給、無菌控制、營養傳遞和相關配套設施的瓶頸難題，大幅度提高了單批產量和效率，規

52、?；б婷黠@。此外，公司在生產車間設計和在線控制設備技術領域的高起點及高度集成性，也奠定了公司在行業內的優勢地位。公司以研發創新為公司發展的核心驅動力，通過自主創新公司掌握了生物發酵領域的菌種優選、基因改良、生物發酵、提取、酶解、控制和節能環保等領域的先進技術，在重點技術、重點環節、重點領域實現了關鍵性突破，行業競爭力得到顯著提高。公司自創立以來，始終聚焦生物發酵領域的工藝技術革新，特別是抗生素中間體發酵法生產工藝的創新和改進，持續耕耘、不斷開拓，努力引領行業技術發展。公司的創新取得了諸多榮譽，公司入選工信部2017 年一批綠色制造體系示范名單，成為新疆首家入選醫藥企業；公司入選工信部智能制造

53、綜合標準化與新模式應用項目名單；公司榮獲 2016 年“十二五全國輕工科技創新先進集體”稱號；同時成為新疆維吾爾自治區第四批循環經濟試點企業；以及被新疆維吾爾自治區科技廳認定為企業技術中心等。29/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 公司目前主要產品包括抗生素以及抗生素中間體。公司是國內較晚一批進入抗生素中間體生產行業的企業，但公司憑借生物發酵領域的技術積累，將高轉化率的生物發酵及提取技術率先應用在抗生素中間體的產業化生產上，目前相關產品產能和產量均達到較高水平。公司目前主要產品包括硫氰酸紅霉素、青霉素類中間體（6-APA、青霉素 G 鉀鹽）、頭孢

54、類中間體（7-ACA、D-7ACA、7-ADCA）、熊去氧膽酸粗品等?？股厮幬锸强垢腥绢愃幬锏闹匾M成部分，抗感染類藥物具有殺滅或抑制各種病原微生物的作用，并通過口服、肌肉注射、靜脈注射等給藥途徑發揮藥效?？垢腥舅幬锸腔A性用藥，在細菌感染、真菌感染、衣原體感染、病毒感染等各類感染性病癥以及其他疾病帶來的感染性并發癥治療中均有廣泛的應用，為臨床用藥中最主要的分支類別之一。川寧生物產品涵蓋大環內酯類抗生素及廣譜類抗生素的主要中間體，目前是國內乃至全球抗生素中間體市場的領軍型企業，其中硫氰酸紅霉素、頭孢類中間體、青霉素類中間體產量均達到國內行業前列，并形成了穩固的規模優勢。建設有硫氰酸紅霉素生產

55、線一條、頭孢系列中間體生產線二條、熊去氧膽酸粗品生產線一條，總產能約為 1.6 萬噸/年，公司當前生產的主要產品中，硫氰酸紅霉素主要用于進一步合成大環內酯抗生素，如紅霉素、羅紅霉素、阿奇霉素等；7-ACA、D-7ACA 及 7-ADCA 主要用于合成頭孢菌類藥物；6-APA、青霉素 G 鉀鹽主要用于合成青霉素類抗生素藥物；熊去氧膽酸（粗品）主要用于精制熊去氧膽酸；輔酶 Q10 菌絲體主要用于生產輔酶 Q10；紅沒藥醇在舒緩修復敏感肌膚、美白、口腔護理以及洗護產品中具有廣泛的應用前景；5-羥基色氨酸主要應用于醫藥、保健品等。30/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研

56、究報告研究報告 公司是四川科倫藥業的控股子公司，直接持股比例為 70.63%，劉革新先生為科倫藥業和川寧生物的實控人；公司第二大股東為寧波東珺微眾創業投資有限公司，持股比例為 4.35%。公司旗下有上海銳康生物、伊犁疆寧生物、霍爾果斯瑾禾生物、伊犁科源檢測、新疆河寧農業等全資子公司，另外，公司在2024 年 2 月與上海金珵科技建立戰略合作關系，雙方將在 AI 賦能發酵產業、AI 輔助合成生物學研發、新產品合作開發等方面開展合作，目前公司持有上海金珵科技 16.67%股份。31/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 業績表現優異，營收和利潤增長迅速。

57、2023 年，公司營業總收入 48.23 億元，同比增長 26.24%，歸母凈利潤 9.41 億元同比增長 128.56%，扣非歸母凈利潤 9.36 億元，同比增長 109.55%；2024 年第一季度，公司營業總收入 15.23 億元，同比增長 19.96%，歸母凈利潤 3.53 億元，同比增長 100.99%，扣非歸母凈利潤 3.52 億元，同比增長 101.87%。公司延續 2022 年的高增長態勢，在 2023 年和 2024Q1 仍然保持較高的營收和利潤增速。公司經營情況呈現向好的態勢，主要原因有如下三點：市場需求恢復，公司主要產品銷量和價格同比上漲，凈利潤同比上升；公司工藝技術不斷

58、提升，通過積極推進綠色循環經濟、飽和生產、節能降耗等工作，取得了降本增效的成果；利息支出減少及匯兌收益增加，財務費用同比下降。利潤率持續上升，降本增效再上新臺階。2023 年，公司銷售毛利率為 31.57%，同比增加 6.77pct，銷售凈利率為 19.50%，同比增加 8.73pct。費用率方面，管理費用率和財務費用率下降幅度較大，2023 年，公司銷售費用率 048%，同比上升 0.18pct，管理費用率 2.96%，同比下降 0.81pct，研發費用率 0.93%，同比下降 0.09pct，財務費用率 3.22%，同比下降 2.28pct。近兩年來公司降本增效成果明顯，逐漸進入新增長周期

59、。32/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 公司的收入結構較為穩定。2023 年，公司硫氰酸紅霉素收入占比 32.13%，達到 15.50 億元，同比增長17.30%，頭孢類中間體收入占比 19.96%，達到 9.63 億元，同比增長 15.02%，青霉素類中間體收入占比 40.12%，達到 19.35 億元，同比增長 40.93%，其他主營業務產品收入占比 1.40%，達到約 6800 萬元。公司的三大主要產品在 2023 年帶來的收入繼續維持上升趨勢。公司主要產品市占率排在前列，合成生物學處于第一梯隊。依托得天獨厚的區域資源優勢，通過多年的研發

60、突破和技術積累，公司在抗生素中間體領域已經建立起規?；墓I生產體系，產品涵蓋大環內酯類抗生素及廣譜類抗生素的主要中間體，其中硫氰酸紅霉素、頭孢類中間體、青霉素類中間體產量均位居全球前列。在合成生物學方面，公司已構建完成選品-研發-大生產的商業化體系，目前已有紅沒藥醇、5-羥基色氨酸、麥角硫因、依克多因等多個產品進入生產、銷售階段，是國內首批實現產品交付的合成生物學企業。33/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 銳康生物（川寧生物上海研究院）為川寧生物全資子公司，是公司合成生物學領域的發展主體。目前公司已擁有 5 類優質的底盤菌種，包括大腸桿菌、酵

61、母、鏈霉菌、枯草芽孢桿菌、谷氨酸棒狀桿菌等。研發產品主要聚焦在高附加值天然保健品原料和化妝品原料、生物農藥、分子砌塊、醫美原料及動保類產品等板塊。自成立以來銳康生物已打造出糖苷類化合物、氨基酸衍生物、黃酮類化合物以及萜類等化合物平臺，可延伸出 100+化合物。此外，公司還擁有 700 萬+的自主 IP 酶庫、2000+實體酶工具箱、虛擬篩選以及全尺度模擬，運用多種代謝推動力推動產物合成。研發創新進展順利，合成生物學產品放量在即。2023 年，銳康生物通過自主研發已向川寧生物交付的紅沒藥醇、5-羥基色氨酸、麥角硫因、肌醇、角鯊烷、依克多因等產品，目前各個產品的產業化進度如下：其中紅沒藥醇已成功在

62、“綠色循環產業園項目”進行生產并已進入銷售階段，5-羥基色氨酸中試階段已完成，已進入試生產階段；麥角硫因已進入中試階段；肌醇小試已完成，目前已進入中試階段；角鯊烷、褪黑素正在小試驗證；依克多因小試驗證已完成。配套產線建設方面，2023 年公司在新疆維吾爾自治區伊犁哈薩克自治州鞏留縣投資建設“綠色循環產業園項目”，主要建設可年產紅沒藥醇 300 噸、5-羥基色氨酸 300 噸、麥角硫因 0.5 噸、依克多因 10 噸、紅景天苷 5 噸、諾卡酮 10 噸、褪黑素 50 噸、植物鞘氨醇 500 噸及其他原料的柔性生產基地。該項目于 2023 年 3 月啟動建設，2023 年 12 月完成一期項目試車

63、。34/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3.凱賽生物凱賽生物 上海凱賽生物技術股份有限公司（以下簡稱凱賽生物）是全球代表性的合成生物制造公司。公司成立于2000 年，2002 年實現生物法長鏈二元酸產業化。憑借經濟性和環保性，公司的生物法長鏈二元酸產品使以英威達為代表的傳統化學法長鏈二元酸在 2015 年后逐步退出市場，目前 DC11-DC18 產品占據全球80%的份額。2020 年公司于科創板上市。技術型管理團隊，研發投入高。公司創始人劉修才先生于八十年代赴美留學，獲威斯康辛大學生化博士學位后，在耶魯大學和哥倫比亞大學從事博士后研究工作，于

64、1994 年回到中國創業，主持了生物法生產維生素 C 等多個項目的開展，其家族通過凱賽生物產業有限公司持有公司 28.32%的股權，為實際控制人。公司董事會成員研發背景深厚，搭建了合成生物學、細胞工程、生物化工、高分子材料與工程等學科領域專業研發團隊，具備良好的生產技術與產品發展判斷力，以及豐富的研發到產業化實踐經驗。公司深度參與到合成生物學全產業鏈的流程研發中，已在生物設計、基因修飾、發酵工程、分離純化及商業化應用積累了核心技術：1）在生物設計環節，公司利用合成生物學手段開發微生物代謝途徑和構建高效工程菌。公司搭建了包括 RNAi 系統、NHEJ 介導的 CRISPR 編輯、CRISPRi

65、系統、人工會聚轉錄、CBE 系統在內等多種高效基因編輯系統以及全自動合成生物學平臺，打通高通量構建篩選流程并應用于高效菌株的構建。公司超億元領投 AI 蛋白質設計平臺公司分子之心，有望借助頂級 AI 算法加速蛋白質設計與優化流程。2）在基因修飾和發酵工程環節，公司微生物代謝調控和微生物高效轉化技術先進。公司利用高通量構建篩選平臺，采用酶定向進化等手段構建獲得高產癸二酸和月桂二酸的菌株，菌株底物轉化率大幅提高，發酵效率進一步提高 10%以上，且應用于生產。公司開發了不同鏈長二元酸高效環保發酵產業化工藝，堿單耗降低 60%以上。此外公司也開發農業廢棄物（如秸稈）綜合利用所需的各類關鍵酶技術。35/

66、42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3）公司分離純化工藝成熟。針對不同鏈長長鏈二元酸，公司采用不同提取純化技術，產品質量滿足要求且工藝成本更低。公司開發長鏈二元酸提取純化過程中副產物回收利用工藝，環境友好，節約成本。開發農業廢棄物有效組分高效分離技術同樣具備能耗低和收率高等優勢。4）在產業和商業化階段，公司掌握聚合工藝并深度參與生物基尼龍的應用開發。公司開發出耐高溫聚酰胺連續聚合產業化工藝和裝置，可穩定高效連續生產新型耐高溫材料?；谂c下游行業龍頭客戶的深度合作，公司在生物基尼龍基礎上進行高性能纖維增強熱塑性復合材料以及耐高溫發泡材料的產品開發，產

67、品具有高力學性能，耐腐蝕，耐疲勞以及耐摩擦等方面的優勢，可以廣泛應用于 RTP 管材、風電、建筑模板、飛機、醫療器械、高級文體用品、汽車零配件、新能源電池殼體等領域，實現以塑代鋁，以塑代鋼。2023 年營收承壓主因需求不及預期+國際市場影響，24Q1 下游需求回暖驅動營收大幅增長。1)生物法長鏈二元酸:2023 年營收 19.08 億元，同比-8.99%,銷量同比+2.22%;均價同比-10.97%。公司太原 4 萬噸癸二酸產能釋放+市場開拓取得成效，銷量同比增長。由于海內外需求不及預期,長鏈二元酸價格承壓拖累營收,截至 2023 年末長鏈二元酸庫存同比+33.23%;2)生物基聚酰胺:及單體

68、:2023 年營收 1.54 億元,同比-33.27%,銷量同比-31.34%;均價同比-2.82%。下滑主因生物基聚酰胺產品處于商業化推廣階段，下游客戶配套工藝、設備改進、客戶認證過程需要時間，產能利用率較拖累營收。分地區看，2023 年境內/境外營收同比分別+8.86%/-35.21%,境外營收受國際市場影響較大。公司 24Q1 營收增長主因下游需求回暖及公司癸二酸市場拓展有所成效。公司部分產品尚處于推廣期，盈利能力階段性承壓。公司2023 年毛利率為 35.24%，同比-3.79pcts。分產品看，公司長鏈二元酸系列/生物基聚酰胺系列毛利率為 37.86%/-17.99%，同比-2.83

69、pcts/-10.65pcts。長鏈二元酸系列毛利率下滑主因癸二酸產品尚處于推廣期，售價相對較低，剔除癸二酸后公司生物法長鏈二元酸產品毛利率同比保持穩定;而公司生物基聚酰胺系列也處于推廣期，其排產較少、產能利用率較低。24Q1 公司毛利率為 28.68%，同比-5.35pcts，環比-1.02pcts?？春眯马椖慨a能釋放、戰略合作驅動中長期增長。公司推進新項目建設，據公告，公司生物基聚酰胺工程技術研究中心及年產 3 萬噸長鏈二元酸、2 萬噸長鏈聚酰胺項目已于 23 年結項。山西產業園生物基聚酰胺項目計劃于 24 年底先行建成部分產能(其中年產 5000 噸高溫尼龍示范線已于 2023 年年底建

70、成)。公司擬定增募資并引入招商局集團作為間接股東，有望加速推動生物基聚酰胺復合材料產品商業化進程。此外，公司于 24 年 1 月與韓國 3P.COM 公司簽署合資協議，將致力于開發熱塑性生物基聚酰胺復合材料的應用(氫氣儲存和運輸、城市空中交通等領域)36/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 九、九、前景展望前景展望 1.學術領域成果豐厚，生物合成技術有望持續突破學術領域成果豐厚，生物合成技術有望持續突破 生物醫藥在各國的合成生物學研究領域中均占首位。根據從入選中國科學十大進展看合成生物學的發展數據，研究人員通過對世界主要大國合成生物學研究方向和應用

71、領域統計分析發現美、中、法合成生物學主要研究及應用領域為生物醫藥、生物能源和環境修復，英、德、瑞士為生物醫藥、環境修復和化工制品合成。其中，生物醫藥在各國合成生物學研究領域中均占首位，主要涉及天然產物藥物的挖掘與生物合成、基因編輯與細胞療法、遺傳線路設計與疾病診斷等與人類健康息息相關的生物醫學方面的研究，這也是當前合成生物學研究的熱點和重點。近十余年間中國生物醫藥合成生物學相關研究文獻發表數量全球第二。根據從入選中國科學十大進展看合成生物學的發展，從 2010 年 1 月 1 日到 2021 年 10 月 31 日全球范圍內同時與“synthetic biology”和“drug”相關的文獻共

72、發表 17718 篇，數量上中國僅次于美國居于第二。具體到 2019-2021 年，各國發表的合成生物醫藥領域論文數基本占 2010-2021 年總數的 30%左右，其中，中國占比 34%位居第一，進一步說明近年來合成生物學普遍成為醫藥研發的熱門領域，中國合成生物學研究蓬勃向上。37/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2.全球投融資進程持續推進，醫藥健康賽道最為熱門全球投融資進程持續推進，醫藥健康賽道最為熱門 2021 年合成生物學投融資創新高，全球風投低迷影響下短期承壓，行業未來依然具備強勁發展動力。近年來，隨著基因測序、基因編輯、基因合成技術

73、的突破，合成生物學進入高速發展階段。根據 Synbio Beta 數據，融資規模方面，2021 年全球合成生物學初創公司共計籌集 218 億美元，融資金額達到頂峰，此后受全球風險投資低迷影響，2022 年行業融資額大幅回調，融資額降低至 103 億美元，2023Q1 進一步降低至 28 億美元。然而，2021 年后風投低迷并不僅僅影響合成生物學賽道，其他風投領域亦快速下滑。從 Synbio Beta 的數據分析角度來看，2020-2021 年合成生物學融資的基數極高，是相對異常值，從 2022 年的數據來看，其相比 2019 年的增幅依然十分顯著，合成生物學行業融資未來仍然具備較強增長動力。從

74、行業投融資熱度來看，醫藥領域是最重要應用場景。從融資額和融資數來看，根據 Synbio Beta 數據，全球合成生物學融資熱度最高的 2021 年全年醫藥健康領域有 77 筆融資，對應 74 億美元融資額（占比 38/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 41.11%），位居首位，其余賽道中，融資數排名靠前的包括食品營養（41 個）、農業（10 個）、自動化試驗設備（10 個）、DNA 合成（10 個），融資額排名前列的包括食品營養（34 億美元）、生物工程（19.7 億美元）、農業（9.9 億美元）。進入 2023 年，根據 Synbio Beta

75、 數據，2023Q1 全球合成生物學風險投資依然是應用領域排在第一位，大約 17.99 億美元，其中，醫藥健康依然占據細分賽道第一位，達到 14.30 億美元。國內合成生物學賽道投融資契合全球趨勢，融資企業集中在中早期；且產品應用型企業融資潮最熱，醫療健康依然是第一大賽道。根據創業邦睿獸分析的數據，逐年來看，2018 年起中國平臺及應用型合成生物學企業融資熱度逐年上升，2021 年達峰，2022 年有所回調。整體來看，2018-2022 年，國內合成生物學企業的投融資事件共計 1039 個，融資總額達到 1466.13 億元；融資輪次方面，主要以 A-C 輪為主，早期（A 輪之前）、成長期（B

76、-C 輪）、后期（DPreIPO 輪）融資事件占比分別為 56.98%、35.32%、7.70%；企業類型方面，應用型企業融資成果位居第一，應用型、工具型、平臺型企業融資總額分別為 741.49 億元、542.97 億元、181.67 億元；細分賽道方面，醫療健康方向融資總額超過 600 億元，是化工能源賽道的 4.5 倍，遠超其余賽道總和?？傮w來看，國內合成生物學投融資趨勢與全球趨勢相似，均以應用型企業更受關注且醫藥健康為細分賽道第一位。39/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 3.AI 技術突破性進展進一步加快了生物制造產業革新的步伐技術突破性

77、進展進一步加快了生物制造產業革新的步伐 AI 技術突破性進展進一步加快了生物制造產業革新的步伐，Bio-AI 模型大幅提升了從研發到生產的效率，高質量數據庫和樣本庫的積累逐漸成為產業競爭的關鍵。合成生物學被用于設計生產發酵所需的生物系統，基于工程設計原則，利用工程可預測性控制復雜系統構建的“設計構建測試學習”循環（DBTL）。當前，人工智能已在基因線路、代謝工程、基因組工程等合成生物學領域廣泛應用，既有助于提升生物工程的研發效率，還能夠降低研究門檻，成為推動合成生物學發展的有力工具。具體來看，AI 對合成生物學的基因編輯效率、代謝途徑優化、生產過程優化、蛋白質設計等方面均具有較大提升作用：1）

78、提高基因編輯的精度與效率：AI 在基因編輯中的應用主要體現在提高編輯效率、減少非特異性剪切和預測編輯結果等方面。2）指導蛋白質設計：AI 在蛋白質設計領域的應用主要集中在預測蛋白質三維結構、設計具有特定功能的蛋白質以及優化蛋白質的穩定性和生物活性等方面。3）優化代謝途徑與生物生產過程：AI 在代謝工程領域主要用于優化代謝途徑、調控基因表達以及預測微生物生產性能等方面。40/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 以 Meta Novas 為例，作為有代表性的 Bio-AI 結合型生物制造企業，其研發的 Meta KG 知識圖譜能快速分析尋找，預測識別出

79、生物活性物質是如何影響特定的健康區域，分子通路以及受體。公司力圖通過AI 驅動功效性原料及產品的革新，目前建立了百萬級別的功能肽庫。通過 AI 平臺已探索并設計出上百個具有抗氧化，祛痘，疤痕修復，防脫發等功效的全新多肽分子。除了上游研發，AI 賦能的生物制造生產環節也有更多的創新機會。人工智能技術在生物制造中有廣泛應用，AI 可以通過數據積累、機器學習等方式，找到最適宜的生產參數，比如發酵罐的攪拌方式、轉速，生產過程中的溫度、壓力、流量、攪拌轉速、液位、pH 值、DO 值（溶氧量）、排氣、菌絲密度、電導率等。通過 AI 找到最優的生產條件，可以實現以下目標：1）優化生產過程（快速提高生產效率、

80、優化流程提供方便，支持實時生產過程優化和調整）；2）自動檢測和質量控制（通過 AI 監測、機器學習等技術，人工智能可以減少質量變異，確保高品質產品的生產）；3）智能決策（使用機器學習、自適應控制算法和傳感器來收集與處理生產過程信息和質量特征）。在 BIO-AI 浪潮之下，國內生物制造企業華恒生物、凱賽生物、嘉必優等科上市公司存在較大機遇和先發優勢。受益于 AI 技術發展，領軍企業的產品構建和商業化有望顯著提速，與此同時，高質量數據庫和樣本的積累有望成為公司較為重要資產和獨特的競爭壁壘。以健康元為例，其于 2020 年便開始投資布局 BIO-AI 相關基礎設施；2020 年末，健康元藥業集團和麗

81、珠集團共同成立健康元生物醫藥研究院，致力于采用先進的合成生物學手段，通過微生物基因組挖掘，利用天然或人工生物學元器件對微生物等生命有機體的遺傳物質進行設計、改造及從頭合成，結合發酵代謝工程和蛋白質定向進化的方法構建高效細胞工廠。2021 年初，健康元與騰訊量子實驗室達成戰略合作，共建量子 AI 計算賦能的微生物合成生物學研究及相關藥物研發系統。這個系統研究方向所覆蓋的生物大數據分析、蛋白質計算模擬和結構預測、全基因組定制化創制等前沿技術，輔助開展的小分子、大分子乃至微生物活體細胞藥物相關表達組件拼接、分子結構模擬等研究，幾乎都是創新藥物研發的新晉熱門路徑。2021 年 11 月，健康元研究院、

82、麗珠集團 BD 總部與騰訊量子實驗室合作項目公布了新的進展，三者已聯合開發了一種基于深度學習的用于預測潛在生物合成基因簇(BGCs)的算法架構，并將研究論文成功發布于生命科學預印本平臺“bioRxiv”上。未來 1-3 年內，生物制造企業與具備人工智能開發能力的企業將涌現出更多強強聯合的案例，從而促進人工智能在生物技術領域的應用。41/42 2024 年年 5 月月 13 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2023 年 5 月，健康元集團召開 2022 年度暨 2023 第一季度業績說明會，提及公司研究院重點集中在高端特色原料藥及中間體的創新研發上，與騰訊量子實驗室的戰略合作正有序推

83、進中，目前已發現若干新的代謝產物合成基因簇，后續研究還在進行中。該合作項目將有利于促進公司原料藥業務研發實力的提升，和新方向、新領域的布局，推進量子計算+人工智能在合成生物學研究及相關藥物研究領域的應用，進而提高公司的核心競爭力及可持續發展實力。人工智能與合成生物都是一個底盤技術，人工智能可以在產業鏈各環節增強合成生物學，從而使其充分發揮影響力。AI 可協助進行蛋白質的從頭設計以及功能預測，從而大幅提升效率。隨著越來越多產業方入局，在未來，合成生物技術與 AI 技術的結合將會更緊密，也會有更多的應用場景出現。4.合成生物學：技術前沿的破冰者，跨領域革新的領頭羊合成生物學：技術前沿的破冰者，跨領

84、域革新的領頭羊 合成生物學正引領跨行業的技術革新浪潮，覆蓋生物醫藥、農業、食品與營養、消費個護、高性能材料、大宗化學品及生物能源等關鍵領域。在生物醫藥領域，推動個性化醫療和更經濟的藥物生產方法的開發；農業領域見證作物抗逆性與環境適應力的飛躍提升；食品科技借助合成生物學的幫助，孵化出創新食品成分與替代蛋白質源，重塑餐桌未來；新型個人護理產品和生物材料的開發的新篇章正由生物合成產品撰寫，引領消費市場與材料領域向可持續轉型。合成生物學的技術革新不僅重塑產業格局，更是可持續發展目標的強大驅動力，將在未來全球經濟藍圖中占據重要地位。政策導向+產業鏈完善，合成生物學將迎來快速增長：國內合成生物學上下游產業

85、鏈完善，上游為各類技術賦能公司，包括 DNA 測序、基因合成、基因編輯等技術領域，下游為各類產品應用型公司，涵蓋工業化學品、醫藥、食品、材料、化妝品、保健品等多個應用領域。中央經濟會議已明確提出生物制造為“新質生產力”，基于國內相關企業在基因合成、AI 設計、發酵技術、天然底物、氣候條件等上下游產業鏈的獨特優勢，國內企業有望通過合成生物制造引領世界構造格局。十十、參考參考研報研報 42/42 2024 年年 5 月月 13 日日行業行業|深度深度|研究報告研究報告 1.山西證券-化學原料行業合成生物產業深度報告之一：工程化合成萬物，生物經濟顛覆性力量2.天風證券-醫藥生物行業研究周報：政策導向

86、+產業鏈完善，國內合成生物制造有望引領世界構造格局3.易凱資本-健康行業：2024 易凱資本中國健康產業白皮書，合成生物學篇4.華安證券-基礎化工行業合成生物學周報：生物制造政策有望近期出臺，透明質酸大產量推廣應用5.華安證券-基礎化工行業合成生物學周報：凱賽生物獲“分離提純生物基哌啶的系統”專利，人工智能助力合成生物學發展6.西部證券-風口洞察未來生命系列（一）：合成生物，新質生產力成長賽道7.BCG-醫藥行業：中國合成生物學產業白皮書 20248.國投證券-合成生物學行業專題系列二：生物制造產業升級，醫藥行業多點開花9.國投證券-合成生物學行業專題系列三：生物制造繼往開來，細分領域皆有可為

87、10.東海證券-化工行業系列研究（十九）：合成生物產業化加速，生物基材料有望推動化工行業綠色發展11.山西證券-化學原料行業合成生物產業深度報告之一：工程化合成萬物，生物經濟顛覆性力量12.西部證券-華恒生物-688639-首次覆蓋報告：產業化成熟的合成生物學龍頭，新品涌現強成長13.東莞證券-川寧生物-301301-深度報告：合成生物學助力公司維持抗生素行業領先地位14.銀河證券-川寧生物-301301-業績不斷超預期，核心產品量價齊升&降本增效15.國投證券-川寧生物-301301-利潤持續釋放，合成生物賦能長期增長16.安信證券-生物醫藥行業創新藥研究框架之 ADC：國內企業研發進度梳理，創新布局逐漸進入兌現期免責聲明：以上內容僅供學習交流，不構成投資建議。