风口洞察·未来生命系列(二)合成生物：造物致用，赋能未来

合成生物：造物致用，赋能未来 风口洞察·未来生命系列（二） 核心结论 为什么我们开始关注合成生物？ 1、合成生物/生物制造是颠覆性技术之一；会聚了科学研究的“发现能力”，工程学策略的“建造能力”，以及颠覆性技术的“发明能力”。 2、合成生物是新质生产力的核心赛道之一，和低空经济、商业航天齐肩。 3、合成生物有远期商业价值，符合绿色发展、国家安全的战略背景，也能助力不同领域的企业降本增效。 4、各国都在加大投入生物技术，我们国家在合成生物领域有一定优势。合成生物学具有以下战略与商业意义： 第一，“负碳”：合成生物的生物路线是绿色、低碳的，符合“碳中和”思路和经济可持续发展下的战略方向。 第二、“安全”。在国际形势复杂化下，粮食、能源资源供应面临的不确定性增加，合成生物提供了不被“卡脖子”的能力，兼顾国计民生需求。 第三，“新质生产力”：合成生物有望建立成本更低、更绿色的新生物技术路线，将有望引领产业技术变革，并扩大中国企业的全球竞争力。 所以从主题催化来看，合成生物叠加了国家安全、碳中和以及新质生产力的概念，且资本市场中有望迎来更多关注。全球都在加快投入生物技术与制造领域，中央经济工作会议&2024政府工作报告均提及发展新质生产力，重点提及 了“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”。2024年5 月23日，北京发布《北京市加快医药健康协同创新行动计划（2024-2026年）》，其中多项内容就涉及合成生物学，后续各地政策有望跟进。此外，AI+合成生物的深度融合赋能“设计-构建-测试-学习”全流程，加速行业发展进程。 合成生物的投资机会更多在下游，近端可验证的机会跨越化工、医药、医美等核心行业。合成生物学产业链包括上游使能技术开发（CRISPR等）、中游平台赋能公司（GingkoBioworks、诺维信等）与下游产品研发与应用。从商业化发 展的路径来看，合成生物近期（5年）的应用成果更多为化学品、食品（替代蛋白）、创新细胞基因疗法/原料药合成，以及重组胶原蛋白等。中期（10年）如农业的共生固氮技术、工程菌疗法等；远期（＞10年）则有望在活体功能材料、生物质燃料等领域实现工业化。根据《中国合成生物产业白皮书2024》中CBInsights和BCapital分析，全球合成生物市场规模预计在2028年将达到近500亿美元（年均增长24%）。 投资建议：合成生物仍在产业化初期，中国企业有望凭借合成生物产品/成本优势，成为具备全球竞争力的企业。关注具备成本领先或产品高附加值/产业化实力强的细分方向，相关标的梳理：凯赛生物（长链二元酸）、华恒生物（丙氨酸）、川宁生物（原料药）、华大智造（基因测序）、金斯瑞（基因合成）、华熙生物（透明质酸钠）、贝瑞基因（基因检测）、蔚蓝生物（酶制剂）、星湖科技 （食品添加剂等）、鲁抗医药（增塑剂），以及巨子生物、锦波生物（重组胶原 蛋白龙头）等。 风险提示：技术发展与应用不及预期，行业政策监管变化风险。 慈薇薇S0800523050004 13916466506 ciweiwei@research.xbmail.com.cn 分析师 证券研究报告 策略专题报告 2024年06月06日 索引 内容目录 一、为什么我们关注合成生物？3 1.1为什么合成生物具有颠覆性？3 1.2我们试图在解决什么问题？4 二、合成生物主题为何有望在市场脱颖而出？6 三、合成生物：市场前景广阔，多应用领域开花10 3.1合成生物应用空间广阔10 3.2投资建议：关注成本领先，高附加值/产业实力强的方向11 四、风险提示13 图表目录 图1：合成生物学研究的代表性进展和成果4 图2：三代生物燃料乙醇技术对比5 图3：发展绿色氢能：以生物制氢为代表的“绿氢”技术5 图4：蓝细菌光合生物制造5 图5：将基于羧酶体的CO2浓缩机制移入植物5 图6：麦肯锡认为未来10-20年生物学手段应用可能对全球价值链每年产生2-4万亿美元程 度影响6 图7：新技术加快了合成生物设计-构建-测试-学习流程7 图8：合成生物一级市场融资热度7 图9：合成生物上下游梳理10 图10：合成生物学在主要领域的发展路径11 表1：我国合成生物相关政策9 表2：合成生物市场规模预测11 表3：合成生物海内外标的对比12 一、为什么我们关注合成生物？ 我们在五一期间发布《合成生物：新质生产力成长赛道》，明确指出“策略视角来看，合成生物想象空间大、政策预期还没打满，市场发酵仍有空间。”Wind合成生物指数在4.22-5.9上涨26%，强势股包括蔚蓝生物股价翻倍，川宁生物涨幅超80%。 为什么我们关注合成生物？ 1、合成生物/生物制造是颠覆性技术之一。 2、合成生物是新质生产力的核心赛道之一，和低空经济、商业航天齐肩（后者在资本市场中已有所表现）。 3、合成生物有远期商业价值，符合绿色发展、国家安全的战略背景，也能助力不同领域的企业降本增效。 4、各国都在加大投入生物技术，我们国家在合成生物领域有一定优势。 1.1为什么合成生物具有颠覆性？ 合成生物学（Synbio）是一门汇集生物学、基因组学、工程学和信息学等的新型交叉学科；被认为是继DNA双螺旋结构发现和人类基因组计划之后的“第三次生命科学技术革命”。1前者为合成生物的研究奠定了基础，而合成生物突破“格物致知”的传统研究范式，进一步实现了“造物致用”，旨在采用工程化的设计理念，重新设计和构造具有新功能的生物系统。 从科学内涵来说，合成生物有“非线性”的发展特征。合成生物学会聚了科学研究的“发现能力”，工程学策略的“建造能力”，以及颠覆性技术的“发明能力”2，进而带动 了全社会的“创新能力”（新质生产力）。基因组革命与基因编辑技术CRISPR使得我们可以体内精确编辑DNA。通过有目的的工程化设计和改造，合成生物打开了从非生命物质向生命物质转化的大门，并实现“造物致用”。 从投资内涵来说，合成生物将科技赋能传统产业，符合新质生产力的特征。合成生物的“工程学”本质使得其可以应用于医疗健康、食品农业、化学工业、消费品等行业，在改善人类健康，解决资源、能源、环境等重大问题上提供绿色、高效的解决方案。比如番茄红素是人类合成的第一种类胡萝卜素，1000m2车间番茄红素的合成能力相当于4× 107m2的农业种植。对番茄红素、天麻素、红景天苷等物质的合成颠覆了传统的植物药物、营养品原料获取模式，并实现了规模化生产。 11828年，德国化学家弗里德里希·维勒无意在无机实验中合成了尿素，揭开了人工合成有机物的“合成化学”序幕。2010年，科学 家合成约100万碱基的支原体基因组，并将其转入另一种支原体细胞中，获得可正常生长和分裂的“人造生命”。 2ZHAOGP.Syntheticbiology:from"build-for-use"tocommercialization.ChineseJournalofBiotechnology,2022,38(11):4001-4011. 图1：合成生物学研究的代表性进展和成果 资料来源：中国科学院，西部证券研发中心 1.2我们试图在解决什么问题？ 西部策略团队认为，合成生物学具有以下战略与商业意义： 第一，“负碳”：合成生物的生物路线是绿色、低碳的，符合“碳中和”思路和经济可持续发展下的战略方向。5月29日，国务院印发《2024-2025年节能降碳行动方案》，要求尽最大努力完成“十四五"节能降碳约束性指标。生物制造本身具有原料可再生、过程清洁高效等特征，降低了传统制造业高度依赖化石原料和高污染的加工模式。我们观察 到的几个思路： 1、生物能源，通过生物质生产生物乙醇、生物柴油、生物航煤等生物燃料，实现高污染化石原料的替代。比如以生物制氢使用生物质为原料，替代了化石燃料制氢、工业副产物制氢等传统制氢方式。此外，生物光伏（BPV）利用光合微生物（如蓝藻）捕捉太阳能来生产电能（尚处实验室开发阶段）。《2024-2025年节能降碳行动方案》提出 合理调控石油消费，推广先进生物液体燃料、可持续航空燃料……因地制宜发展生物质能，统筹推进氢能发展。 2、采用非粮、非化石原料或者可再生原料，打造绿色工业经济。比如国投生物采用秸秆生产糖，再用糖生产乙醇，替代通过粮食-糖-乙醇的传统方式。《“十四五”生物经济发展规划》预计未来十年，石油化工、煤化工产品的35%可被生物制造产品替代。 《2024合成生物白皮书》表示如酶制剂的生物制造产品相比石化路线能够实现平均节能减排30%-50%，未来潜力将达到50%-70%。 3、减碳方面，合成生物学在人工固碳、利用二氧化碳方面取得进展，比如将二氧化碳转化为生物燃料和高价值化合物。 4、环境治理方面，“微生物固氮”技术，或者微生物去除难降解的有机污染物。 图2：三代生物燃料乙醇技术对比图3：发展绿色氢能：以生物制氢为代表的“绿氢”技术 资料来源：北京国际工程咨询，西部证券研发中心资料来源：北京国际工程咨询，西部证券研发中心 第二、“安全”。在国际形势复杂化下，粮食、能源资源供应面临的不确定性增加，合成生物提供了不被“卡脖子”的能力，兼顾国计民生需求。 1、能源安全，我国是油气进口第一大国，石油对外依存度70%以上。为了降低能源对外依存度，保障我国的能源安全，我国《“十四五”现代能源体系规划》要求推动生 物质能的多元化应用，因地制宜地发展生物质能。生物能源目前发展还在初期阶段，合成生物在能源、电力领域的潜在应用场景如无人机、微生物燃料电池等，且有潜力通过材料的可持续性和循环利用解决太阳能、风能间歇性的问题。 2、粮食安全，生物制造将在粮食安全、农业生产等领域发挥重要作用。一方面，工程化设计可以重塑植物的光合、抗逆、生长等特征，帮助提高粮食产量并帮助农作物培育和研发，保障粮食供给；人造肉、人造蛋白和人造油脂等食品制造也能形成新的生产 模式。 3、国家安全，合成生物学在国防领域的应用前景受到高度关注，这包括新装甲材料、疫苗与药品、军用新能源/火箭燃料、生物传感器等。 4、生命安全，合成生物帮助人类破解了疾病的难题。青蒿素已经成为一种重要的抗疟疾药物。 5、供应链安全，在某一些领域赋予了反“卡脖子”的能力，比如我国在长链二元酸合成技术的突破使得我国从依赖进口转向主要供应国。 图4：蓝细菌光合生物制造图5：将基于羧酶体的CO2浓缩机制移入植物 资料来源：中科院青岛生物能源与过程研究所，西部证券研发中心资料来源：Chen,T.,Hojka,M.,Davey,P.etal.（2013），西部证券研发中心 第三，“新质生产力”：合成生物有望建立成本更低、更绿色的新生物技术路线，将有望引领产业技术变革，并扩大中国企业的全球竞争力。据麦肯锡全球研究院的报告估计，到2030-2040年，生物应用每年将对全球经济产生2-4万亿美元的直接影响。《“十四五” 生物经济发展规划》指出到2025年，生物经济总量有望达到22万亿元，其中核心产业 总量超过7.5万亿元，从而使生物经济成为推动我国经济高质量发展的强劲动力。例如 大宗化学品可以通过合成生物学实现20-40%的降本，并从而快速占据市场份额。比如Amyris垄断了全球法尼烯，国内方面比如华恒生物是全球首家实现发酵法生产丙氨酸，打破了传统路线对石油基原料的依赖，全球市场占有率超过50%。凯赛生物以生物法生产长链二元酸全面替代化石基尼龙材料，长链二元酸的全球供给超过80%。 图6：麦肯锡认为未来10-20年生物学手段应用可能对全球价值链每年产生2-4万亿美元程度影响 资料来源：麦肯锡全球研究院，西部证券研发中心 二、合成生物主题为何有望在市场脱颖而出？ 从主题催化来看，合成生物叠加了国家安全、碳中和以及新质生产力的概念，且资本市场中有望迎来更多关注。 一方面，合成生物技术和应用实现里程碑式的发展。2000年Nature杂志报道了人工合成基因线路研究成果以来，合成生物学已经步入了第三