合成生物学行业专题报告：技术开拓资本赋能，合成生物学未来可期

技术开拓资本赋能，合成生物学未来可期 合成生物学行业专题报告 核心结论 证券研究报告 行业深度研究|基础化工 2022年12月25日 行业评级超配 前次评级超配 合成生物学是第三次生物科技革命，前景广阔。合成生物学可以定向改造细 评级变动维持 胞，使其满足人类需求，目前已在医药、化工等领域有所应用。生物基产品 相对现有的石化产品具备显著的碳减排优势，发展前景广阔，据CBInsights估计，2024年全球合成生物学市场规模将达到189亿美元，19-24年CAGR为28.8%。 合成生物学已经实现“由0到1”的积累。1）合成生物学底层理论技术已打通。基因测序、基因编辑与微生物培养效率大幅提高，使得合成生物学有望绕开理性设计技术瓶颈，全基因组范围搜索基因型。2）合成生物学在化工领域已有应用。当前合成生物学已经在乙醇、乳酸等产品上有所应用，并成功对石化产品进行替代，如生物基乳酸市占率达到100%。以生产效率与知识产权为核心优势的竞争格局也已初步形成。 合成生物学正在进入“从1到n”新阶段，市场有利因素强劲。政策端积极推进，碳减排税的推出使得合成生物学的政策导向正转向经济优势。一级市场看好，大量资本涌入，2021年合成生物学融资额达22.95亿元。其中具备合成生物学核心技术、有量产产品的公司更受青睐，单笔融资最高达8.7亿元。 国内外企业持续经受市场考验，产品为最终落脚点。平台型企业与产品型企业各有利弊，产品型公司营收天花板更高，但在产品工业化放大的过程中存在诸多风险。参考国内外企业发展经验，我们认为最终决定企业价值的是产品规模化后的盈利能力。合成生物学企业需将技术转化为盈利能力，生产的产品需要较化学法有显著优势从而打开广阔市场，支撑其较高估值。 投资建议与投资标的：我们认为，真正具有发展潜力的合成生物学企业应该具备产业化生产的能力，且潜力的大小与其选品策略有关，在其选品的市场中，市场规模是否足够大，生物法是否具有足够的竞争优势，都是决定企业盈利能力与市场价值的关键。建议关注可产业化生产生物基聚酰胺的凯赛生物(688065.SH)，及已产业化利用厌氧发酵法生产丙氨酸的企业华恒生物(688639.SH)。 风险提示：技术进步不及预期、产业化落地效果不及预期、生物安全及伦理风险、产品推广难度。 近一年行业走势 基础化工沪深300 -1% -5% -9% -13% -17% -21% -25% -29% 2021-122022-042022-08 相对表现1个月3个月12个月 基础化工-4.93-6.00-17.85 沪深3001.39-0.72-22.21 分析师 黄侃S0800522070001 18818400628 huangkan@research.xbmail.com.cn 相关研究 基础化工：冬储需求支撑磷铵价格，R134a价差转正—化工行业周观点 （20221212-20221218）2022-12-19 基础化工：气凝胶供需齐发力，碳中和助力渗透加速—气凝胶行业专题报告2022-12-16基础化工：成本、需求双支撑，冬肥市场偏暖运行—化工行业周观点 （20221205-20221211）2022-12-11 索引 内容目录 一、合成生物学：第三次生物科技革命，前景广阔4 二、实现“由0到1”的积累，进入“从1到n”新阶段6 2.1底层理论技术已打通6 2.2化工领域已有应用，技术与知识产权是核心壁垒8 2.3市场有利因素强劲，合成生物学进入“从1到n”新阶段10 2.3.1政策端推进，政策导向正转向经济优势10 2.3.2一级市场看好，大量资本涌入11 三、国内外企业持续经受市场考验，产品为最终落脚点11 3.1国外企业：产品为企业价值提供根本支撑12 3.2国内上市企业：均有产品落地，估值与业绩共振16 3.2.1凯赛生物：布局生物基聚酰胺16 3.2.2华恒生物：主营氨基酸产业链17 3.3国内未上市企业：平台型企业蓄势待发18 3.3.1蓝晶微生物：生产可降解PHA18 3.3.2弈柯莱生物：平台型公司，收入利润体量可观19 四、投资建议20 五、风险提示20 图表目录 图1：合成生物学产业化全流程4 图2：2021年合成生物学细分领域市场规模占比4 图3：合成生物学技术应用历史4 图4：合成生物法利用葡萄糖合成物质5 图5：全球合成生物行业市场规模及增速6 图6：合成生物学工业化工品市场规模6 图7：合成生物学研究内容6 图8：合成生物学细胞工厂6 图9：菌种理性工程化的试错流程-DBTL循环7 图10：合成生物学基因测序成本发展趋势7 图11：微生物细胞工厂（MCFs）设计和构建发展历程及未来展望8 图12：2001-2019年合成生物学的论文、专利和融资和企业发展情况8 图13：凯赛生物申请专利情况（个）9 图14：2017-2021年中国合成生物学融资情况11 图15：2021年中国合成生物学融资轮次情况11 图16：合成生物学企业图谱12 图17：GinkgoBioworks股价走势（美元）13 图18：GinkgoBioworks营收与净利润情况13 图19：Amyris股价走势（美元）14 图20：Amyris营收与增长率14 图21：Amyris净利润与增长率14 图22：Amyris销售与研发费用率情况（%）15 图23：Zymergen股价走势（美元）15 图24：Zymergen营收与增长率16 图25：Zymergen净利润与增长率16 图26：凯赛生物营收及增长率17 图27：凯赛生物净利润及增长率17 图28：华恒生物主要产品下游情况17 图29：华恒生物营收及增长率18 图30：华恒生物净利润及增长率18 图31：凯赛生物与华恒生物PE走势（x）18 图32：蓝晶微生物数字化生物反应器平台19 图33：弈柯莱生物生产工艺19 图34：弈柯莱生物发展历程20 表1：生物基产品具有显著的环保优势5 表2：2019年部分合成生物学化学品和燃料的市场开发现状及潜力9 表3：合成生物学产业化关键技术9 表4：合成生物学化工应用相关政策梳理10 表5：2022年部分中国合成生物学企业融资情况11 表6：凯赛生物产能情况16 表7：华恒生物产能情况17 一、合成生物学：第三次生物科技革命，前景广阔 合成生物学是近年来发展迅猛的新兴前沿交叉学科。所谓合成生物学，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，使其拥有满足人类需求的生物功能的学科。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。合成生物学是“第三次生物科技革命”，是对制造业进行的科技升级。 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。 图1：合成生物学产业化全流程图2：2021年合成生物学细分领域市场规模占比 化工领域,2% 医疗领域化工领域 科研服务领域农业领域 食品领域 医疗领域,93% 其他领域 资料来源：《微生物细胞工厂的设计构建：从诱变育种到全基因组定制化创制》，西部证券研发中心 资料来源：产业信息网，西部证券研发中心 图3：合成生物学技术应用历史 资料来源：弈柯莱生物招股说明书，西部证券研发中心 生物法具备显著的原料可再生、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，如生物法丁二酸需要的温度是37-39℃，能耗较低。根据中科院天 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%。 以具体产品对比，据凯赛生物官网，公司的生物基戊二胺使用可再生生物质为原材料，产品中可再生碳含量为100%，系列生物基聚酰胺中可再生碳含量高达45%~100%。以戊二胺为原料生产的生物基聚酰胺56的全球变暖潜力仅为尼龙66的一半左右。 表1：生物基产品具有显著的环保优势 评价参数 单位 原材料数据库(Ecoinvent3.6) 产品 尼龙6 尼龙66 戊二胺 聚酰胺56 全球变暖潜力-化石 kgCO2eq. 9.90E+00 8.66E+00 7.31E+00 7.28E+00 全球变暖潜力-生物成因 kgCO2eq. 1.20E-02 3.11E-02 -5.95E+00 -2.90E+00 全球变暖潜力土地利用和土地转化 kgCO2eq. 1.95E-05 1.73E-05 1.12E-03 1.20E-03 全球变暖潜力-总计 kgCO2eq. 9.91E+00 8.69E+00 1.36E+00 4.38E+00 资料来源：凯赛生物官网，西部证券研发中心。注：上述结果为基于1千克产品的产量计算得出。 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（OECD）预测，至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。 图4：合成生物法利用葡萄糖合成物质 资料来源：凯赛生物招股说明书，西部证券研发中心 合成生物学发展潜力巨大。据CBInsights估计，2024年全球合成生物学市场规模将达到 189亿美元，19-24年CAGR为28.8%。其中工业化学品2024年规模可达37.5亿美元， 19-24年CAGR为27.5%。麦肯锡全球研究院预计到2025年，全球合成生物学与生物制造的经济影响将达到1,000亿美元。 图5：全球合成生物行业市场规模及增速图6：合成生物学工业化工品市场规模 资料来源：CBInsights，西部证券研发中心资料来源：CBInsights，西部证券研发中心 二、实现“由0到1”的积累，进入“从1到n”新阶段 合成生物学是近年来学界研究的热点，其真正的底层逻辑来自于方法论和工具包的革新，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。 2.1底层理论技术已打通 代谢工程学科的创立与发展推动合成生物学底层技术迭代。微生物细胞工厂（MCFs）的设计是绿色生物制造的核心环节。20世纪90年代后，代谢工程学科建立，合成生物学趋于理性，可构建具有特定功能的MCFs。 图7：合成生物学研究内容图8：合成生物学细胞工厂 资料来源：严伟等《合成生物学及其研究进展》，西部证券研发中心资料来源：凯赛生物招股说明书，西部证券研发中心 底层技术发展使得业界可以较低的成本运用DBTL循环进行菌种培育。目前，无论是实验室开发MCFs，还是工艺端经实验室10L发酵罐-中试吨级发酵罐-产业百吨级发酵罐的产业化放大流程，主要依靠“设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环，而随着底层技术发展，MCFs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。 图9：菌种理性工程化的试错流程-DBTL循环 资料来源：《微生物细胞工厂的设计构建：从诱变育种到全基因组定制化创制》，西部证券研发中心 1）基因测序成本和基因编辑成本快速下降。人类基因组计划与CRISPR/Cas9基因编辑技术的推出使得基因测序与基因编辑成本快速下降，据麦肯锡数据，2019年人类基因组测序成本仅需花费不到1000美元，未来十年甚