医药健康：合成生物学深度报告：紧跟下游重磅品种突破，兼顾上游技术进步

不是你吗 投资逻辑 合成生物学：异军突起的交叉学科，有目标的改造、设计合成生命体。合成生物学（SyntheticBiology）是设 计和建造新的生物部件、设备和系统，以及重新设计现有的自然生物系统，以达到特定实用目的的学科。这门新兴学科天然具备工程学科特点，所以有时候称之为工程生物学。这个强科技属性的行业每次都是伴随着理论创新和新技术的产生而取得重大突破。合成生物学的各个核心技术环节也与生命科学前沿研究存在密切联系，技术快速迭代。 合成生物学在医药、化工、能源等领域存在巨大的应用价值，可为手性药物以及天然产物提高高效、低成本的生 产路径；可用于解决石油资源日益耗竭以及石油加工中带来的环境污染等问题；可用于合成生物能源缓解石油依赖压力；同时合成生物农业推广有望加速粮食增产和助力稀缺营养物质合成生产。 政策端：海外各国政府积极推进合成生物学发展，国内政策红利助力产业发展。各国政府积极响应生物技术发展， 相关政策频出。国内早在2011年国家科技部在《“十二五”生物技术发展规划》中提及，生物技术是国际科技发展的主要推动力，并将合成生物学技术列为重点需要突破的核心关键技术之一。《2024年国务院政府工作报告》中再次提及，要加快发展新质生产力，加快前沿新兴氢能新材料、创新药等产业发展，积极打造生物制造、商业航天低空经济等新增长引擎。 合成生物学的核心技术是底盘细胞的构建和生产规模的放大。现在合成生物学的起点通常利用基因工程技术对 特定的细胞进行改造，使其具有合成某种特定物质的能力，随后将细胞进行扩大培养，之后发酵等工艺进行大规模的生产。原有的发酵技术基础上，通过加入系统生物学技术、合成生物学技术、信息与人工智能技术、先进材料技术等，实现新一代发酵工程技术的智能、节约和高效。尤其是AI技术的发展加速了新一代发酵技术的落地。 上游使能技术平台：关注“DNA合成”及“高通量测试”环节：合成生物学的上游使能技术开发涉及设计、构建、测试和学习四个环节。具备底层技术优势的公司在服务研发过程中积累了大量的DNA合成与生物元件设计方面的经验，构建的研发信息数据库能够为中游及下游企业提供更简便、准确的服务。 中游：技术领先是立身之本，同时关注有向下游延伸潜力的公司。 下游产业化应用：关注大单品选品的成长性及产业化前景。 投资建议 我们积极看好合成生物学未来的发展前景以及在医药、化工、能源等领域应用带来的商业价值，建议关注上游技术的开发和进步，以及下游拥有高成长性的合成生物学品种以及产业化能力的标的。具体到产业投资方面，下游已经取得工业化、商业化生产突破的品种尤其值得重点关注。 重点标的：川宁生物、华恒生物、华东医药、凯赛生物、华熙生物等。 风险提示 产业化进度不及预期风险、原材料成本波动的风险、行业监管政策变化的风险、市场竞争加剧的风险。 内容目录 合成生物学：异军突起的交叉学科，有目标的改造、设计合成生命体5 合成生物学的跨越发展由生命科学技术的进步驱动5 合成生物学在医药、化工、能源等领域存在巨大的应用价值7 合成生物学可为手性药物以及天然产物提高高效、低成本的生产路径8 合成生物学在化工领域应用广泛，相比传统石油化工生产路线优势明显9 生物燃料低碳环保，虽离产业化仍有距离但发展趋势清晰10 合成生物学应用多方位提高粮食产量，为稀缺营养物质提供廉价替代的可能12 政策端：海外各国政府积极推进合成生物学发展，国内政策红利助力产业发展13 美国：合成生物学的领跑者，总统行政令推动生物技术发展13 欧洲：主要大国持续加强生物技术政策驱动14 中国：生物技术的发展及应用逐步被纳入国家战略计划15 合成生物学核心技术：构建底盘细胞和放大生产规模15 发酵技术升级助力合成生物产品产业化18 上游使能技术平台：关注“DNA合成”及“高通量测试”环节20 设计：部分为海外公开数据库查询便捷，测序国内较为成熟20 构建：DNA合成价值量较高，基因编辑较为成熟21 测试:高通量、自动化平台测试及筛选中外差距较大21 学习：AI赋能数据分析国外领先，但仍处发展早期阶段21 中游：技术领先是立身之本，同时关注有向下游延伸潜力的公司21 下游产业化应用：关注大单品选品的成长性及产业化前景23 大宗发酵产品23 可再生化学品与聚合材料24 精细与医药化学品25 天然产物25 投资建议26 重点标的26 川宁生物：管线丰富的研发&生产一体化合成生物学企业26 华恒生物：丙氨酸龙头，丁二酸等新产品有望持续上市27 华东医药：工业微生物深耕多年，产业化资源丰富28 凯赛生物：长链二元酸龙头29 华熙生物：全球透明质酸行业龙头，研产销一体全产业链平台29 花园生物：维生素D3产业链不断完善30 风险提示31 图表目录 图表1：合成生物学融合多门学科5 图表2：合成生物学发展的不同阶段及进展6 图表3：合成生物学行业产业链7 图表4：合成生物学蕴含着巨大的商业价值7 图表5：多种手性胺类药物前体均可通过生物法合成8 图表6：多种手性醇类药物前体均可通过生物法合成8 图表7：紫杉醇工业化生产前体巴卡亭III生物合成过程9 图表8：当前多种化工原料可通过生物法生产9 图表9：生物合成法合成1,3-丙二醇相比传统石化制造路线优势明显10 图表10：合成生物能源10 图表11：生物能源与合成生物能源发展历程11 图表12：未来5-15年合成生物能源发展方向与目标11 图表13：生物燃料市场规模12 图表14：全球生物燃料市占率12 图表15：合成生物学在农业上的应用13 图表16：美国部分合成生物学相关政策梳理14 图表17：欧洲部分合成生物学相关政策梳理14 图表18：国内部分合成生物学相关政策梳理15 图表19：底盘细胞构建涉及的设计-构建-测试-学习（DBTL）循环16 图表20：因技术进步基因测序成本大幅下降16 图表21：华大智造的BGISEQ与国外典型的二代测序平台相比多种参数相当17 图表22：真迈生物的三代技术平台拥有优秀的准确率17 图表23：DNA合成技术发展历程17 图表24：CRISPR-Cas9相比前两代提升明显18 图表25：合成生物学解决方案18 图表26：发酵工程发展历程19 图表27：现代发酵工艺的组成19 图表28：典型发酵罐系统示意图19 图表29：合成生物学上游使能技术中外差距对比20 图表30：代表型上游技术企业收入规模20 图表31：Zymergen生物制造平台实现产品研发及转化的“三步走”22 图表32：Zymergen规划中覆盖三大领域的十个产品管线22 图表33：Zymergen在宣布Hyaline商业化受阻后股价腰斩23 图表34：大宗发酵产品合成生物制造新进展23 图表35：全球丙氨酸市场需求量（吨）及增速（%）24 图表36：发酵法生产丙氨酸拥有显著的成本优势24 图表37：可再生化学品与聚合材料合成生物制造新进展24 图表38：芳香族化合物合成生物制造新进展25 图表39：我国天然产物合成生物制造进展26 图表40：锐康生物产品管线产业化进度27 图表41：华恒生物产品下游应用场景28 图表42：凯赛生物主要品种定义、应用及公司相关布局29 图表43：华熙生物六大研发平台30 图表44：公司规划的产品结构发展路线图31 合成生物学：异军突起的交叉学科，有目标的改造、设计合成生命体 合成生物学是一门涉及多学科多技术的实用型学科，根据《自然》杂志定义，合成生物学 （SyntheticBiology）是设计和建造新的生物部件、设备和系统，以及重新设计现有的自然生物系统，以达到特定实用目的的学科；根据赵国屏院士在关于合成生物学发展的文章中（生物工程学报，2022,25(11):4001-4011），对合成生物学的定义阐述，另结合李 玉娟等在《合成生物学发展脉络概述》一文中的表述（中国生物工程杂志,2024,44(1):52-60），我们可以认为合成生物学是一个多学科交叉的领域，它以生物科学为基础，融合医学，化学，物理，数学，计算机等学科，采用工程科学的核心研究理念，对生命体进行有目标的改造，设计甚至重新合成，以此来揭示生命运行规律。 图表1：合成生物学融合多门学科 来源：PLOS，国金证券研究所 这门新兴学科天然具备工程学科特点，所以有时候称之为工程生物学。它的内涵由学术研究出发，自然迈向应用产业之路，并在加速向绿色制造、健康医药、农业生产、环境保护、生物安全等领域渗透和应用。 合成生物学的跨越发展由生命科学技术的进步驱动 1953年沃森和克里克发现DNA双螺旋结构(1953)，生物学进入了真正的分子时代；1960- 1980年代实现蛋白质和核酸的人工合成，合成生物学有了最初期的实践操作；而2000年后随着人类基因组学和分子生物学理论技术的不断成熟，合成生物学作为一个学科逐步成型；而2010年后随着基因编辑、机器学习和人工智能方面的技术取得突破，合成生物学的发展正式进入快车道。 图表2：合成生物学发展的不同阶段及进展 来源：中国科学院院刊，国金证券研究所 总结以上合成生物学的发展过程可以发现，这个强科技属性的行业每次都是伴随着理论创新和新技术的产生而取得重大突破。合成生物学的各个核心技术环节也与生命科学前沿研究存在密切联系，技术快速迭代。 基因合成技术：合成生物学的基础，涉及DNA/RNA的合成。 基因编辑技术：如CRISPR-Cas9，允许科学家精确添加、删除或替换生物体基因。 高通量筛选和基因测序技术：自动化的高通量技术能够快速筛选和鉴定合成生物学构建的有效性。 蛋白质设计技术：计算机辅助，AI机器学习帮助预测和筛选特定功能蛋白质。 生物信息学：利用计算方法分析和解释生物数据，搭建序列到结构和功能的桥梁。 合成基因回路：设计能够控制基因表达的复杂回路，类似电子工程中的电路。 代谢工程和途径重构：通过修改生物体的代谢途径来增强其生产特定化合物的能力。 细胞工厂构建：通过将特定的遗传回路和代谢途径整合到底盘细胞中，可以构建出能够生产药物、生物燃料或其他有用化合物的“细胞工厂”。 生物反应器和发酵技术：生物反应器提供了适宜的环境条件，以支持细胞工厂的生长和产物的合成，可以大规模生产合成生物学产品。 根据合成生物学中用到的相关技术，可以将合成生物学产业链分为上中下游环节： 上游-底层技术型，主要集中在基因合成编辑测序等相关核心技术以及组学数据分析解读这方面。国外代表性公司如TwistBioscience，Synthace和Benchling；国内代表性企业如华大智造，金斯瑞生物科技和苏州泓迅。 中游-平台型，中游为生物体设计开发类的通用型平台。国外代表性公司如Codexis，Cysbio和GinkgoBioworks；国内代表性公司如蓝晶微生物，恩和生物和弈柯莱。 下游-应用型，下游主要是产品生产应用型，广泛涵盖到了人类生活的方方面面，包括医药，化工，食品，农业等。国外代表性公司如Moderna，CRISPR和ImpossibleFoods；国内代表性公司如川宁生物，华熙生物，华恒生物，凯赛生物，梅花生物，昊海生科，欣贝莱生物，巨子生物等。 图表3：合成生物学行业产业链 来源：各公司官网，2024中国合成生物学产业白皮书，中商产业研究院，国金证券研究所 合成生物学在医药、化工、能源等领域存在巨大的应用价值 根据麦肯锡《2021：定义未来的13个趋势》从理论上讲，全球经济中多达60%的实体材料都能利用生物技术生产。合成生物学应用潜力巨大，在实际应用中的核心战略意义是：1.替代传统以石油为终端原料的合成路线，以减少对石油的消耗和环境的污染，这对于传统化工、能源领域尤其重要；2.对部分使用化学合成较为困难的重要产品提供一种成本更低、产量更高、更为简便、环境更加友好的生产路径，这点尤其体现在医药生产和农业领域。值得一提的是，我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要中更是明确将合成生