2023合成生物全链路平台能力建设研究报告

2023合成生物全链路平台能力建设研究报告 2023合成生物全链路平台能力建设研究报告 03前言 04Chapter1合成生物从单一品类走向全链路产业生态 •技术创新——横跨20年，合成生物已在各领域崭露头角 •政策加码——生物经济成为制造业转型升级新引擎 •融资火热——规模生产在即，增量持续释放，呼吁产业协同 •产业借鉴——化工领域也曾由单一品类走向全链路产业生态 •行业趋势——合成生物也终将进入全产业链布局的形态 •未来发展——解决痛点亟需合成生物全链路平台能力建设 11Chapter2合成生物全链路平台建设的核心能力 •技术平台核心能力——多样化底盘、模块化细胞构建、高通量自动化 工具、人工智能（AI）赋能 •规模化生产核心能力——高效发酵优化放大、大规模发酵 •多品种产业化能力——快速商业化落地&多样化产品覆盖 •多元化合作能力——构建多元发展的产业生态 21Chapter3合成生物全链路平台的产业化 •全链路平台能力建设串联合成生物学产业各发展类型 •以市场需求为驱动开展选品和商业化 •面向“存量替代”与“增量拓展”，宜采用不同商业化策略 •开展应用研究，打通合成生物“一站式”解决方案 •Ginkgo——横向整合，推升核心技术壁垒 •态创生物——多物质量产的平台型发展企业 37结语 37关于联合发布方 38版权声明 前言 合成生物学是一门跨学科的领域，亦是一揽子技术和方法论，将生物学、工程学和计算机科学等多个学科的知识相结合，越来越多的公司、研究机构和创业者投入到合成生物学的研发和应用中。 在技术层面上，合成生物学的发展得益于一系列顶尖水平的研发工具，高通量筛选、基因编辑等工具的应用使得研究人员能够更快速、高效地设计和优化生物系统。此外，工业化制造的工程能力也是合成生物全链路平台能力建设的关键所在，如智能发酵优化和分离纯化等技术的发展，为实现产业化提供了重要保障。 纵观化工行业的发展史，许多化工巨头通过由单一品类向多品类发展的道路，获得过巨大的成功，平台能力建设使得这些公司从传统的单一产品制造商转变为拥有多样化产品组合和广泛应用领域的综合性公司。平台型化工公司通过关键核心化学品、关键平台技术、关键研发能力铸就壁垒。 在合成生物向纵深发展的当下，产品品类逐渐丰富，各个垂直领域快速布局。在各公司纷纷发展纵深技术时，在众多公司被“选品”所困惑时，我们开始探讨合成生物是否存在类似于化工行业发展历程的“赢家通吃”路径。在此过程中，我们发现合成生物学在中国的落地过程中平台能力建设至关重要。 合成生物全链路平台能力建设，我们希望看到合成生物企业利用工程化的研发能力开发多管线产品，有效衔接工厂的放大生产，为市场供应稳定产能，并利用开放多元化的合作模式，实现研产销一体化、全产业链布局，形成打通上下游的完整“大平台”。从单一产品或应用领域扩展到多个产品和广泛的应用领域，凭借良性的产业生态和全面的能力实现合成生物可持续发展。 本报告聚焦合成生物全链路平台能力建设，重点关注平台化发展的推动力量、核心能 力，以及平台化发展在中国落地的特色产业变革。 Chapter1 合成生物从单一品类走向全链路产业生态 技术创新——横跨20年，合成生物已在各领域崭露头角 政策加码——生物经济成为制造业转型升级新引擎 融资火热——规模生产在即，增量持续释放，呼吁产业协同 产业借鉴——化工领域也曾由单一品类走向全链路产业生态 行业趋势——合成生物也终将进入全产业链布局的形态 未来发展——解决痛点亟需合成生物全链路平台能力建设 技术创新——横跨20年，合成生物已在各领域崭露头角 2023年3月，美国发布《美国生物技术和生物制造的明确目标》，涵盖了21个主题、49个具体目标。2022年，中国印发《“十四五”生物经济发展规划》，将生物经济作为今后一段时期中国科技经济战略的重要内容。2010年，Science将合成生物列为十大科学突破。2004年，合成生物学技术入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术” （TR10），上榜理由为“合成生物学将为现有领域提供许多好处，它还将在未来实现一系列我们今天甚至无法想象的应用”。 生命科学的漫长进展，催生了合成生物这样集生物理论和工程应用为一体的一揽子技术和方法论，为人类生产制造范式提供了历史性的机遇：①面对严峻环境形势，人类亟需改变现有工业文明的发展模式，转变传统工业生产方式，减少对化石燃料的依赖；②以合成生物为基础的生物制造是实现碳中和的重要途径，也是中国突破石化原料瓶颈的重大机遇；③基于合成生物的生物制造具有极大的物质分子创新潜力，拓展了人类制造能力的边界，也撬动着巨大的经济价值。 生物制药日化消费品食品原料 农业 生物疗法医疗器械化工原料 燃料 电力机械 建筑 图1丨合成生物有望对不同行业产生影响（来源：BCG、DeepTech） 2001 2003 2004 2005 2006 2008 微流控芯片 糖组学 合成生物学 代谢组学 表观遗传学 维素纤酶 2009 2010 2011 磁共振力显微镜 细胞核重组 2012 一百美元基因组测序 干细胞工程 分离染色体 细菌工厂 2015 纳米孔测序 双效抗体 合成细胞 2014 超高效光合作用 2016 2017 2019 2021 基因组编辑 DNA的互联网 免疫工程 基因疗法2.0 定制癌症疫苗 mRNA疫苗 2022 2023 精确编辑植物基因 人造肉汉堡 AI蛋白质折叠 用于高胆固醇的 CRISPR 表1丨“全球十大突破性技术”中合成生物相关技术（来源：《麻省理工科技评论》、DeepTech） 政策加码——生物经济成为制造业转型升级新引擎 2022年9月，美国启动《国家生物技术和生物制造计划》加速生物技术创新，并在多个领域发展美国的生物经济，包括健康、农业和能源等一系列行业。 具体行动包括：①利用生物技术加强供应链；②扩大美国国内生物制造；③促进美国各地的创新；④将生物产品推向市场；⑤培养下一代生物技术专家；⑥推动监管创新以增加获得生物技术产品的机会；⑦生物经济的高级测量技术和标准；⑧通过投资生物安全 创新来降低风险；⑨促进数据共享以推进生物经济。 2023年3月，美国发布《美国生物技术和生物制造的明确目标》涵盖了21个主题、49个具体目标，同时每个版块中都突出生物技术和生物制造带来的可能性。 重点包括：①加强生物系统的预测建模和工程设计，创新生物制造方法；②通过扩大可 再生的航空和其他战略燃料、化学品和材料；③设计更好的农作物成为生物经济原料。 气候变化解决方案 促进人类健康推进交叉领域进展 增强粮食和农业创新提高供应链弹性 生物技术和生物制造已经成为美国国家战略 自2018年起，科技部每年发布《国家重点研发计划“合成生物学”重点专项年度项目申报指南》，明确围绕基因组人工合成与高版本底盘细胞、人工元器件与基因线路、人工 细胞合成代谢与复杂生物系统、使能技术体系与生物安全评估等4个任务部署。 2022年，发改委印发《“十四五”生物经济发展规划》，将生物经济作为今后一段时期中国科技经济战略的重要内容，加快发展高通量基因测序技术，加强微流控、高灵敏等 生物检测技术研发，推动合成生物学技术创新。 2023年1月，工信部等六部门印发《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，提 出到2025年非粮生物基材料产业基本形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展生态。 新药开发 环境保护能源供应新材料开发 疾病治疗农业生产物质合成 中国有望借助合成生物实现换道超车 融资火热——规模生产在即，增量持续释放，呼吁产业协同 从全球合成生物领域投融资来看，根据CBInsights数据，近10年来，融资活动均以B轮及之前为主，仍在早期融资阶段，各企业处于技术发掘和产业经验积累时期，这一阶段企业的主要精力集中在如何将研发成果进行大规模生产，以及如何把生产出来的物质变成有价值的产品。 利用合成生物技术产出的原材料数量仍然较少，且尚未大规模应用到终端产品中，其带来的回报还有一定周期。短期来看，合成生物从业者仍需要共同做大市场，从技术到产品、从产品到销售的转化是聚焦合成生物领域的企业面 临的痛点。 图2丨2013-2022年全球合成生物融资轮次分布（来源：CBInsights） 企业名称* 融资时间 轮次 融资金额 简介 昌进生物 2023 A+轮 1.5亿元 新型微生物蛋白、生物合成蛋白 创健医疗 2023 B轮 超2亿元 生物材料、创新蛋白/核酸药品 擎科生物 2022 B轮 4亿元 基因科技服务 态创生物 2022 A+轮 过亿美元 多物质量产的生物制造平台 微构工场 2023 A+轮 3.59亿元 嗜盐微生物的改造和工程化应用 微元合成 2023 pre-A轮 亿元 甘露醇、阿洛酮糖生物合成 智峪生科 2023 A轮 超亿元 AI+合成生物 中科欣扬 2022 B轮 2亿元 合成生物学创新智造企业 周子未来 2023 A+轮 数千万元 细胞培养肉 表2丨2022-2023中国部分合成生物企业融资情况（按企业首字母排序，来源：公开信息、DeepTech） *限于版面，仅展示各垂直领域维度的部分企业，如果您需要完整版信息，欢迎与我们联系 产业借鉴——化工领域也曾由单一品类走向全链路产业生态 正如化学工业在过去的几个世纪中经历了从实验室研究到工业化生产的转变，合成生物也正经历着从基础科学研究到应用和商业化的发展过程。从本质上说，不论化工还是合成生物，均属于技术驱动型领域，必须通过持续的研发、工艺改进以及新产品的推出来实现降低生产成本、满足不断变化的需求、探索新的市场领域的目标，从而不断扩展产品范围、开辟增长机会、提高综合竞争力。 巴斯夫 巴斯夫从印染原料出发，不断开创新的产品，包括有机合成染料、用作化肥原料的氨、各种聚合物、合成维生素、用于显示器的液晶、基础杀菌剂和作物生物科技等领域新产品。以染料为例，从开发品红、苯胺到天然染料茜素、靛蓝等，历经30年成为了全球最大的化学品 制造商。 优选赛道 生产环节 •产品开发 •工艺优化 市场评估 •全球网络 •配套服务 图3丨巴斯夫染料产业发展模式（来源：公开信息） 通过建立广泛的产品组合和技术平台，涵盖诸多领域，如化学品和塑料、保健和营养、涂料和染料、农业解决方案等。平台化发展使得巴斯夫能够灵活应对市场需求的变化，为客户提供全面的解 决方案。 帝斯曼 早在19世纪末，DSM就首次大规模生产酵母和酶，并于20世纪30年代首次用化学方法合成维生素。从早期的单一基础化学品研发，到聚合物产品、化工产品、农业化工最后聚焦生命科学和材料科学。不断技术革新是帝斯曼不断前进的核心策略，在不同的商业驱动力阶 段，利用技术延伸能力。 采矿 大宗化学品领域 石油化工 生命和材料科学 •食品与饮料 •健康、营养与护理 •动物营养与健康 图4丨帝斯曼发展历程（来源：公开信息） 平台化发展的典范之一，从最初的煤炭化学产品公司发展成为一家专注于材料科学、营养与健康领域的综合性化工企业。通过整合不同领域的技术和产品，帝 斯曼取得了业务的多元化和持续的创新。 行业趋势——合成生物也终将进入全产业链布局的形态 纵观化工行业的发展史，许多化工巨头通过平台化发展的道路，获得过巨大的成功，平台能力建设使得这些公司从传统的单一产品制造商转变为拥有多样化产品组合和广泛应用领域的综合性企业。 产品创新 强大的研发能力 多产品和技术创新 平台能力建设 规模化创新 提高产品开发效率降低研发成本 扩大产品生产 多产品市场化加速新产品的市场转化 满足多行业的多样化应用需求 图5丨化工产业的平台能力建设组成模块（来源：DeepTech） 合作和生态建设联合研发 定制化产品开发 优化供应链和物流管理 相同的逻辑也同样适用于生物经济，合成生物仍处于探索阶段，发展模式仍存在未知的可能性。随着技术落地、建厂投产、产品上市、产业融合等全链条布局，传统技术