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 04Chapter 1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 11Chapter 2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 21Chapter 3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 关于联合发布方 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。 政策加码——生物经济成为制造业转型升级新引擎 生物技术和生物制造已经成为美国国家战略 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。 气候变化解决方案增强粮食和农业创新提高供应链弹性促进人类健康推进交叉领域进展 中国有望借助合成生物实现换道超车 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。 新药开发疾病治疗农业生产物质合成环境保护能源供应新材料开发 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CB Insights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。 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。 帝斯曼 巴斯夫 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。 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。 大宗化学品领域 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 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。 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。 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，传统技术平台型企业与产品型企业的界限将趋于模糊，整体趋势在往“大平台”的方向发展，行业未来竞争核心将进入平台能力建设/研产销一体化/全产业链布局的阶段。 合成生物技术已经由过去聚焦于生物医药得到了很好的验证，发展到近期发力于高附加值产品和天然产物，未来长期价值在于生物基化学品和生物基能源。 未来发展——解决痛点亟需合成生物全链路平台能力建设 面对新的技术和产业应用，中国的合成生物落地发展仍然存在堵点和痛点亟待解决： •学科交叉融合带来的研发与工程挑战•核心装备支撑系统仍与先进国家存在差距•产业规模化生产阶段高成本高风险•知识产权壁垒保护不够•提升公众认知与监管接受的社会挑战 合成生物逐步进入从技术考验到综合实力的比拼，随着技术平台的成熟，进一步需要打通上下游全产业链布局，逐步形成全链路的平台能力，并秉持包容开放的态度，其良性的产业生态、全面的能力更有利于可持续发展。 工程化研发 •引入工程化思维：持续挖掘生物元件，通过系统化的设计、数学建模和计算模拟、高通量测试和数据驱动的学习过程，加速底盘生物设计和改造的DBTL循环，实现对生物制造系统的持续改造和多物质生产。 •优化放大：利用先进的生物传感器、高能量平行反应器、自动化智能设备和合成生物大数据等技术，实现物质从小试-中试-大规模工业试产等一系列工艺的快速放大和完善，缩短小试到规模量产周期。 •大规模精准发酵：目标为实现高产出和高效率的生产，涉及工业级生物反应器的设计和操作，优化培养条件，监测和控制微生物的生长和代谢过程。 •多样化产品组合：能够利用合成生物学的先进技术提供多样化的产品组合，以满足不同行业不同市场需求，提高企业竞争力。涉及生物药物、化工、农业、生物材料、生物燃料等多个领域的产品。 •跨领域跨行业覆盖：具备跨领域和跨行业的知识和技能，与其他行业领域进行合作和整合，实现合成生物技术和产品在不同领域的应用。 •开放与合作：与学术界、研究机构和其他企业建立合作伙伴关系。通过共享知识、技术和资源，可以加速创新，推动整个合成生物领域的发展。•持续推动产业创新发展：持续推动产业创新发展，研发新的合成路径，开发新的技术和产品，提高产品性能和生产效率。涉及到持续的研发投入、技术改进和市场导向的创新策略。•人才培养：建立以创新为导向的人才培养体系，注重培养跨学科的人才，特别是在生物学、化学、物理学、计算机科学和工程等领域的人才培养。 产业生态建设 Chapter2 合成生物全链路平台建设的核心能力 ·多样化底盘细胞·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