美国在本月通过行政命令支持本土合成生物学的发展，让合成生物学再次成为大家关注的焦点。而此前的22年5月，国家发改委印发《“十四五”生物经济发展规划》中也提及发展合成生物学相关内容。合成生物学再次成为市场关注焦点。

华尔街见闻·见智研究很荣幸地邀请到了招商证券生物医药行业分析师【许菲菲】、招商证券生物医药行业研究助理【焦玉鹏】与大家聊聊合成生物学是否会是下一次科技革命，并作出如下判断与分享：

核心观点

(资料图片仅供参考)

1、什么是合成生物学？

合成生物学定义理解成通过对生命系统进行比较底层的基因层面的设计和改造，让其去行使我们想让其行使的功能或生产我们想让其生产的产品的过程。强调底层的设计和改造体现了“生命系统工程化”的思维过程，可以和传统发酵区分开。

2、合成生物学为何此时再次被提出？

1）行业内确实在发生变化，包括工具性技术比如DNA合成，基因测序，下游的分离提纯手段都在不断进步，我们也看到合成生物学产品的上市与商业化的成功。

2）近年对碳中和的要求提升到了越来越高的高度，而合成生物学是符合碳中和要求的生产方式。

3、行业空间有多大？

全球60%的产品都可以通过合成生物生产。那从2030年到2040年，每年产生的经济影响的体量可以达到两到四万亿美元左右。

从最近的美国生物制造方案里面，他们也给出了一个数据，说是到本世界末生物制造的整个规模可以达到30万亿美元。

4、产业链上中下游分别涉及什么行业？行业中目前哪些细分盈利情况好？

把合成生物学的上中下游如果进行一个拆分的话，上游就是工具性技术，中游就是菌株的构建，包括可能涉及到具体产品，下游就是把产品成功推广到可以商业化应用的过程。

目前在国内可以看到一些商业化的比较顺利的项目，比如说是像二元酸，氨基酸，尼龙 56 等等。

5、各细分领域代表企业有哪些？

上中下游来区分，上游这边DNA合成，海外有Twist，国内有金斯瑞生物科技，基因测序PacBio，illumina国内华大智造，其他仪器设备耗材也各有代表性企业。

中游这边我觉得海外向Ginkgo Bioworks，国内有恩和生物Bota等。

下游或者中下游都做的，既自己改造菌株，同时又做产品的，海外的Amyris，国内的企业例子就更多，蓝晶微生物、凯赛生物、华恒生物。

其中，海外最典型的代表就是Ginkgo Bioworks这一类公司它在商业模式上其实不是去做产品，商业模式上有点类似于 CRO，去为下游提供解决方案，下游有什么菌株的需求，或者说合成生物的需求，就来找Ginkgo Bioworks，他不会去做自己产品的生产，也没有自己的产线。

6、合成生物学在一级市场的火热程度？

一级市场是非常火热的程度，全球去年2021年融资额达到180亿美元以上，国内有将近20起融资，统计到的融资额在20亿人民币以上。领域内公司总数量也在200家左右，绝大部分是初创公司。

正文

见智研究：

合成生物学的定义是什么？

许菲菲：

从判断“是或者不是合成生物学的角度”，可以把合成生物学定义理解成通过对生命系统进行比较底层的基因层面的设计和改造，让其去行使我们想让其行使的功能或生产我们想让其生产的产品的过程。

强调底层的设计和改造体现了“生命系统工程化”的思维过程，可以和传统发酵区分开。

而在我们更进一步理解合成生物学的过程中，我们对合成生物学又有了更细致的、可以指导投资的分类。分成1.0-3.0三个阶段。

1.0：技术手段符合合成生物学定义，很早就有相关产品了，但是生产过程不能体现合成生物学优势，产品比较分散。

2.0：生产过程能够全面发挥合成生物学优势，产品能形成管线。它的优势往往体现在成本端的大幅降低，能够替代原有的传统制造方式。所以相关公司的业绩可能会有比较大的增量。

3.0：成为真正的合成生物学平台，完成多种产品的落地，乃至达到“创造万物”愿景。

见智研究：

合成生物学已经发展了很久，为何要在此刻再次提出这个概念？

许菲菲：

“合成生物学”的名词正式出现是2000年左右，在海外已经经历过一定的发展阶段和周期。在国内二级市场端，是最近半年左右的时间达到了一个比较火热的程度，在一级市场端实际上要比二级市场热度出现的更早，同时热度也更高。

关注度的变化背后有两个重要因素：

1）内因

合成生物学的本质是通过基因编辑测序的技术改造生物的基因，更高效地表达所需产物。基因测序的价格逐步下降，同时测试的通量在逐步上升。在改造菌株的过程中，随着基因编辑技术的成熟，能做基因编辑的工具包也是越来越丰富了。另外，合成生物学的下游，像分离提纯的技术也在不断精进。

所以，从内因上看，行业内确实在发生变化，包括工具性技术比如DNA合成，基因测序，下游的分离提纯手段都在不断进步，我们也看到合成生物学产品的上市与商业化的成功。

2）外因

近年对碳中和的要求提升到了越来越高的高度，而合成生物学是符合碳中和要求的生产方式，并且在未来将成为ESG投资的重点。

合成生物学的生产方式以发酵法为主。相对于传统生产化工品的企业来说，有几方面的优势。

第一，它的生产条件是相对温和，在生产过程中可以节约化学能源的消耗。

第二，合成生物学的输入端更多的是淀粉和葡萄糖，相对于传统石油，是可再生能源。

第三，菌种的代谢改造过程中，可以设计厌氧通路，可以把大气中的二氧化碳作为碳源来合成想要的物质。

合成生物学经过二十多年的发展，目前是到了内因和外因都共同触发行业更好的发展的阶段。

见智研究：

目前国内和国外的这些技术差距到究竟有多大呢？

焦玉鹏：

可以把合成生物学的分成前端和后端两个环节来看。

前端就是对菌种或者说细胞进行底层设计和改造，后端是把改造好的菌种做发酵的放大生产，最终做成产品落地。

在前端技术里，要承认海外改造技术发展的时间或者成熟度，相较于国内是领先的。这里包括工具性技术，比如DNA合成和基因测序。

其次，在菌种改造这一块海外的平台性的搭建确实是要比国内的公司还是要领先的。大家可以去参考，比如Ginkgo Bioworks在菌种改造建立了自动化平台，数据库的积累，运行的时间充足。所以在前端菌种改造方面，国内还是相对于海外来说是有进步空间的。

在应用端，海外公司确实要比国内的公司更加多元化，国内的公司偏生产如化工品或者中间体。海外的公司用合成生物学做活菌药物，或者在食品领域，在饲料添加领域或者新材料领域进行的探索更多。

在产出环节，中国企业是有优势的。优势包括产业链的配套，大体积发酵罐或者在发酵人才储备上更具优势的。我们国家发酵产能占全球70%以上。

美国推出支持生物制造的法案，实际上就是因为他们在生物制造的整个制造环节是比较缺实际落地的能力。

中国在学术领域也相对领先，有国际水平上非常领先的科研机构，像深圳的先进院，天津工业生物技术研究所，北京大学等。

见智研究：

合成生物学的上中下游分别有哪些环节，涉及到什么行业，各细分的技术含量如何？

焦玉鹏：

做合成生物学项目，通过具体的流程和顺序其实是能够知道每个流程和顺序中的各个环节会涉及到哪些技术，包括各方面的需求。这组成了合成生物的上中下游。

最开始是立项，过程中会去讨论用什么样路径去实现，第一步由合成生物学技术公司去完成。

在实现的过程中，会按照设计的路径去做DNA 的合成，实现表达蛋白质去获得想要的产品。这是在菌株或者细胞里面自然进行的过程。

DNA 合成之后，需要导入底盘细胞，那导入是否成功，或者导入了多少量，需要基因测序进行确认。

在菌株培养的过程中会涉及到很多设备、仪器和耗材，培养菌株是不是达到了我们设想的功能，是需要通过各个检测手段，比如说光谱和质谱仪。

这个过程中涉及的工具型技术包括 DNA合成，设备耗材，工业软件和测试过程中所需要的基础设施可以看作合成生物学的上游。

这些仪器下游应用比较多元化，不是专门为合成生物学服务的。但这些环节技术含量比较高，比如说高端的检测仪器，高质量的培养基等。

中游环节是合成生物学公司要去做的事情。比如说菌株改造，并且把改造好的菌株去做传代，然后繁殖，再到最终的生产环节，这是菌株的一个改造过程。

非工具性的技术是中游的过程，主要由合成生物学公司来完成。如果我们想要构建比如说平台化的公司的话，其实就会走一个所谓的这个 DBLT循环（设计-构建-测试-学习循环 ） 。

比如Ginkgo Bioworks 构造了很多自动化平台，能够更好完成这个过程，这个过程壁垒是比较高的。

下游应用比较好的几个领域，比如说像营养健康，新材料，食品添加。评估一个合成生物学项目，把商业化落地，对企业来能够产生正向的现金流这些是主要考量因素。这就要求公司在选品上有自己独到的理解。

所以把合成生物学的上中下游如果进行一个拆分的话，上游就是工具性技术，中游就是菌株，包括可能涉及到具体产品，下游就是把产品成功推广到可以商业化应用的过程。

见智研究：

合成生物学的发展空间有多大？产业链上有哪些是盈利比较好？

徐菲菲：

合成生物学未来的愿景是创造万物，那它的应用确实是非常广泛的，包括营养品、可再生化学品、生物燃料和石油，塑料的替代或者说是食品领域、饲料蛋白、医药中间体等等。

未来的空间是非常大的，比如说麦肯锡估算：全球 60% 的产品都可以通过合成生物生产。那从 2030 年到 2040 年，每年产生的经济影响的体量可以达到两到四万亿美元左右。

从最近的美国生物制造方案里面，他们也给出了一个数据，说是到本世界末生物制造的整个规模可以达到30万亿美元。

目前在国内可以看到一些商业化的比较顺利的项目，比如说是像二元酸，氨基酸，尼龙 56 等等。

具体到细分领域，分成两大类：一类是化工品类公司，还有一类是消费品类公司。两者的投资逻辑，有一些差别。

比如对于化工品公司，需求本身在市场上是已经存在的，所以对于这种已存在需求的应用来讲，他们要做的事情是通过合成生物学把成本降下来，一旦成本降下来之后，可以做到对现有市场的替代。

对于消费品这边来讲，用合成生物学方法，不一定是对原有的产品的替代。比如说人造肉，这一类公司很重要的事情，就是人造肉做出来后，还需要把人造肉市场打开。可以说它是做了一个新产品之后来创造需求。

所以对于这两类市场，企业发展的方式不一样。一类是通过做低成本，形成对原有市场的低成本替代。另外一个就是做出新产品来创造新需求。

所以这里面大家各有各的打法，要去观察它原有产品的替代空间是不是足够大，它原有产品本身的市场空间是不是足够大。

对于新产品的需求创造出来后，要看整个营销，创造需求的能力强不强？

见智研究：

各个细分领域它的代表企业有哪些？

焦玉鹏：

上中下游来区分，上游这边DNA合成，海外有Twist，国内有金斯瑞生物科技，基因测序PacBio，illumina国内华大智造，其他仪器设备耗材也各有代表性企业。

中游这边我觉得海外向Ginkgo Bioworks国内有恩和生物Bota等。

下游或者中下游都做的，既自己改造菌株，同时又做产品的，海外的Amyris，国内的企业例子就更多，蓝晶微生物、凯赛生物、华恒生物。

特别说一下，海外最典型的代表就是Ginkgo Bioworks这一类公司它在商业模式上其实不是去做产品，商业模式上有点类似于 CRO，去为下游提供解决方案，下游有什么菌株的需求，或者说合成生物的需求，就来找Ginkgo Bioworks，他不会去做自己产品的生产，也没有自己的产线。

我们之前有统计过中国的合成生物学企业，或者说和合成生物学相关的企业，大概有 200 家左右，其中绝大部分都是初创公司。那么从企业成立的时间上看在三年之内。

所以我们觉得在国内合成生物学公司来讲，偏中游或者中游和下游的公司来讲，肯定能够跑出来代表性企业的。

见智研究：

为什么平台化的合成生物学公司会更具有这种发展潜力？

焦玉鹏：

这个其实是很关键的一个问题，因为平台化的公司才能够不断地去用合成生物学去替代或者去创造新的需求，才会把自己的公司的未来空间打开。

这就回到我们的第一个问题:合成生物学的定义。这里不是纠结是否是合成生物学公司，而把合成生物学公司分成 1.0 到 3.0 三个阶段，我们觉得 3.0 是会实现这种平台化，能不断地去拓展品类的公司。

为什么认为这类公司会更有发展潜力呢？可以从空间和壁垒两个角度去看。

首先是空间的角度，整个行业的空间根据麦肯锡的数据是说 60% 的产品可以用生物的方法去合成。美国的生物制造的方案里提到的数字是三十万亿美金的市场规模。对应到具体的合成生物学公司去实现的话，产品的实现过程，本质还是去通过生物体内一系列的酶催化反应来实现。这个生产过程即使是针对最简单的单细胞生物，人类其实也没有很深的理解。

在这种情况下，如何实现具体的产品落地呢？可以参照行业里面最先进的公司就是Ginkgo Bioworks的平台性实现。他们通过每个项目去跑DTBL 循环，因为对生命体的体系了解的还不够多，所以按照设计过程去构建菌株，然后菌株再去测试，在测试的过程中发现各种问题，在这个过程中需要把所有信息再反馈到设计中，同时有数据库的积累。

这就实现了DBTL 循环。最终构建菌珠的成功率和这个循环的通量和每个通量能够学到的数据数量相关。

自动化技术，第一个目的就是去增强或者说加速整个的循环速度提升循环的效率。第二点很重要的是做数字化的布局，在每一次循环中，拿到更多的数据去训练最开始的这个设计模型。所以从这个角度去看，我们觉得这个技术平台的跑通是能够实现所谓的跨品类的平台化构建的。

Ginkgo Bioworks实际上已经有所验证。在它五年的整个循环的跑通过程中，总结出来合成生物学领域内的摩尔定律。每年的测试速度翻三倍，每个测试的成本降低50%。

如果不跑这一套技术平台，还是通过单个项目去做，是很难打通各种各样的产品的。一个代谢通路，他下游可以做几个对人类来说有用的产品。但是如果要换一条代谢通路，甚至需要换底盘细胞，这其实从思考方式上就要有所转变。不能再从整个项目制出发了，而是在最开始就要搭建一个含有数据库的信息化的平台，才能够完成技术的拓展。

第二，从壁垒的角度。刚刚谈到基础实现的水平对人才的要求其实是很高的。这一套平台跑下要有懂生物的人，要有懂自动化技术的人，要有懂软件、会做编程的人，会处理数据的人，包括要有能去构建整个体系的数字化的基础设施的人。这个其实是比较重要人才上的壁垒。

另外，我们刚才也谈到数据积累的需要。测试的数量越多，后面训练的模型的效率就是越高的。所以先搭建这样的一个平台的公司，我们觉得也是有壁垒的。

从实现路径、行业壁垒这两个角度，我们觉得合成生物学公司中未来能够平台化的公司才是真正有可能实现“创造万物”的。这一类公司肯定是比我们在新框架中1.0和2.0这类的公司更具发展潜力的。当然企业本身也在不断地进步和发展，就是我们不能静态地去看企业，所谓1.0、2.0和3.0的公司肯定也是相互流通的。

见智研究：

跟传统的发酵比，合成生物学的区别是什么？我们日常见的味精代糖这类产品也算合成生物学吗？如何理解这种合成生物学和传统发酵的区别？

焦玉鹏：

合成生物学强调的是从底层的更理性的要求从基因层面有设计和改造的这样的过程。传统发酵的菌种来源是通过传带筛选、诱导突变，或者逆向环境筛选出来的。筛选而来的菌株就不算合成生物学。

代糖或者味精，要看它菌株来源不能一概而论。关键还在菌株有没有经过底层的理性设计、在基因层面的改造。这是区分的标准。

见智研究：

从政策鼓励的角度，合成生物学有什么特点？

许菲菲：

包括美国的生物制造法案，包括我们国家的《十四五生物经济发展规划》，其他国家也各有政策。

为什么各个国家如此重视，我觉得首先这确实是未来的非常重要的方向，是颠覆性的技术。技术优势是十分明显的，包括碳中和，包括成本优势，包括创造新需求。更进一步，对于各个地方政府，其实我们看到也有很多的支持鼓励政策出台，我觉得也是合成生物学后端生产环节具备非常强制造属性有关，制造业的投入可以增厚GDP，可以产生税收，解决就业。

见智研究：

目前合成生物学在一级市场有什么特点？

焦玉鹏：

一级市场是非常火热的程度，全球去年2021年融资额达到180亿美元以上，国内有将近20起融资，统计到的融资额在20亿人民币以上。领域内公司总数量也在200家左右，绝大部分是初创公司。

今年以来稍微有所放缓，当然和大环境也是相关的，但是横向比较起来，合成生物学领域还是非常火热的赛道和领域。这么多投入，我相信合成生物学领域会有更好的发展。

同时我们觉得未来2-3年会看到越来越多的合成生物学企业上市，这些企业的上市会更进一步促进一级市场投资。