合成生物·策略对话行业系列(一)策略对话化工：合成生物步入“1n”新阶段，看好生物基材料

策略对话化工：合成生物步入“1-n”新阶段，看好生物基材料 合成生物·策略对话行业系列（一） 核心结论 证券研究报告 2024年06月11日 分析师 合成生物作为新质生产力的核心赛道，实现了“造物致用”。合成生物学采用工 策略专题报告 程学“自下而上”的理念，具备“建物致用”的工程能力，可以利用糖、淀粉、纤维素、甚至二氧化碳等可再生碳资源为原料，进行化学品、药品、食品、生物能源、生物材料等物质加工与合成，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。 化工是合成生物赛道的重点关注板块。根据《中国合成生物产业白皮书2024》，全球合成生物市场规模预计在2028年将达到近500亿美元，化学工业占据20%的份额，年均增长24%。合成生物在化工行业的主要应用前景包括新型聚合材料、高性能蛋白、传统化工替代，工艺效能提升等，符合新质生产力的特征。 本篇报告中，我们对话西部化工团队，梳理了合成生物学最关键的六个问题，探讨合成生物在化工板块的核心投资机遇。 Q1:如何理解合成生物这个概念？ A：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，涉及基因工程、细胞筛选与培养的工序。近年来逐渐使用“生物制造”的提法替代“合成生物学”。 Q2:当前合成生物学所处发展阶段？ A：合成生物学正在进入“从1到n”新阶段。政策端，合成生物学已经成为大国博弈关键一环，我国正式发布《“十四五”生物经济发展规划》，明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向。资本端，国有资本不断加入。 Q3:合成生物的主要竞争点是什么？ 做到稳定的低成本生产是第一道门槛。其次，专利壁垒是核心竞争力，先发优势重要性提升。选品能力则决定发展上限。 Q4:当前有哪些值得关注的行业发展趋势？ 1）大企业入局，兼并收购盛行。2）我国生物制造产业集群化发展。3）人工智能技术赋能。 Q5:化工是合成生物重要应用领域，具体有哪些核心应用值得我们关注？ 食品添加剂；氨基酸和替代蛋白领域；香精香料；生物基材料；新型碳源等。 Q6:当前化工团队看好哪些标的？ 看好生物基材料的发展前景，推荐华恒生物、凯赛生物。 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。 黄侃S0800522070001 18818400628 huangkan@research.xbmail.com.cn 慈薇薇S0800523050004 13916466506 ciweiwei@research.xbmail.com.cn 联系人 李妍 18684865879 liyan@research.xbmail.com.cn 索引 内容目录 策略观察：化工是合成生物核心投资领域3 Q1:如何理解合成生物这个概念？4 Q2:当前合成生物学所处发展阶段？4 Q3:合成生物的主要竞争点是什么？6 Q4:当前有哪些值得关注的行业发展趋势？6 Q5:化工是合成生物重要应用领域，具体有哪些核心应用值得我们关注？8 Q6:当前化工团队看好哪些标的？11 风险提示12 图表目录 图1：合成生物学产业化全流程4 图2：合成生物学研究内容4 图3：合成生物学基因测序成本发展情况5 图4：2019年部分合成生物学产品市场开发情况及潜力5 图5：2023年底中国合成生物学企业布局7 图6：菌种理性工程化的试错流程-DBTL循环8 图7：人工智能技术提升全流程效率8 图8：14-22年全球香料香精市场持续增长（十亿欧元）9 图9：2022年全球香料香精市场增长情况9 图10：生物基材料市场规模10 图11：新型碳源情况11 图12：华恒生物产品矩阵12 表1：合成生物市场规模预测5 表2：合成生物学产业化关键技术6 表3：巴斯夫深度布局合成生物学7 策略观察：化工是合成生物核心投资领域 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。 合成生物作为新质生产力的核心赛道，实现了“造物致用”。合成生物学采用工程学“自下而上”的理念，具备“建物致用”的工程能力，可以利用糖、淀粉、纤维素、甚至二氧化碳等可再生碳资源为原料，进行化学品、药品、食品、生物能源、生物材料等物质加工与合成，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。 我国促进合成生物多领域发展，大力发展生物经济。中央经济工作会议&2024政府工作报告提出“以科技创新引领现代化产业体系建设”为首要任务，即发展新质生产力，其中重点提及了“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业，开辟量子、生命科学等未来产业新赛道”。《关于推动未来产业创新发展的实施意见》明确提出加快细胞和基因技术、合成生物、生物育种等前沿技术产业化。 化工是合成生物赛道的重点关注板块，满足“低碳”“新质生产力”等战略发展前景。根据《中国合成生物产业白皮书2024》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，化学工业达到99亿美元，占据20%的份额，年均增长24%。化工领域中合成生物的战略意义既在于节能减碳，比如《中国合成生物产业白皮书2024》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%；此外也能赋能传统行业（新质生产力），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。 商业化、产业化路径清晰，龙头培育新质生产力，进而实现国际竞争力。我们在《合成生物：造物致用，赋能未来》指出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。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。合成生物在化工行业的主要应用前景包括新型聚合材料、高性能蛋白、传统化工替代，工艺效能提升等，符合新质生产力的特征。一些龙头公司也在合成生物领域实现了技术突破和国际市场扩张，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%。 西部化工团队在2022年《技术开拓资本赋能，合成生物学未来可期》报告就提出了合成生物已经实现了0-1的积累，并进入到1-n的新阶段。本篇报告中，我们对话西部化工团队，梳理了合成生物学最关键的六个问题，探讨合成生物在化工板块的核心投资机遇。 Q1:如何理解合成生物这个概念？ 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，涉及基因工程、细胞筛选与培养的工序。与传统的发酵工程不同，合成生物学细胞需要人为构建，产物需要具有可预测和可控制的特性。 近年来逐渐使用“生物制造”的提法替代“合成生物学”。其定义为利用生物组织或生物体（酶、微生物细胞等）进行物质加工，生产相关产品的先进工业模式，这种表述与传统的“合成生物学”侧重点有所不同，强调其具备高科技、高效能、高质量特征，符合新发展理念的新质生产力属性。 图1：合成生物学产业化全流程图2：合成生物学研究内容 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：严伟等《合成生物学及其研究进展》，西部证券研发中心 Q2:当前合成生物学所处发展阶段？ 合成生物学处于创新成长期，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。 图3：合成生物学基因测序成本发展情况图4：2019年部分合成生物学产品市场开发情况及潜力 资料来源：McKinseyGlobalInstitute，西部证券研发中心资料来源：《合成生物学应用产品开发现状与趋势》，西部证券研发中心 政策与资本双轮驱动下，合成生物学正在进入“从1到n”新阶段。 政策端，合成生物学已经成为大国博弈关键一环，战略意义凸显。美国发布《美国生物技术和生物制造的明确目标》，提出在20年内，通过可持续和具有经济效益的生物制造途径，满足美国至少30%的化学品需求。我国也出台多种政策推动合成生物学发展，2022年5月，我国正式发布《“十四五”生物经济发展规划》，明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向，助力我国加快构建绿色低碳循环经济体系，推动生物经济实现高质量发展。 资本端，国有资本不断加入。生物制造作为国家纲领性产业，政府对国央企的布局有一定要求，如招商局集团以定增形式入局凯赛生物，国家开发投资集团有限公司投资多个合成生物技术企业、生物制造企业等，国有资本的加入将为行业发展提供有力的资金基础。 多重促进下，我国合成生物学产业规模预计将不断增长。根据《中国合成生物产业白皮书 2024》，全球合成生物市场规模从2018年的53亿美元增长至2023年的170亿美元，预 计在2028年将达到近500亿美元（年均增长24%）。化学工业领域2028年市场规模预计达到99亿美元，预计23-28年年均增长24%，占比约19.9%。 ， 表1：合成生物市场规模预测 2 行业 018年市场规模（十亿美元） 2023年市场规模（十亿美2028年市场规模（预估2 元）十亿美元） 018年至2023年年平均2023年至2028年年平均 增长率增长率（预估） 医疗健康 2.1 6.4 13.3 26% 15% 食品农业 0.3 2.0 12.7 46% 44% 化学工业 1.1 3.4 9.9 26% 24% 消费品 0.2 0.7 3.6 32% 37% 专业科研 1.6 4.4 10.5 22% 19% 总计 5.3 17.1 49.8 27% 24% 资料来源：《2024合成生物白皮书》，西部证券研发中心 Q3:合成生物的主要竞争点是什么？ 技术是第一道门槛。生物基产品的产业化需要解决一系列工艺难题，如目标产率不稳定、噬菌体污染、裂解纯化步骤繁琐及各个环节的成本不可控等问题，对企业技术考验很大。能做到稳定的低成本生产是第一道门槛。 环节技术 表2：合成生物学产业化关键技术 基因工程PCR技术、CRISPR-Cas9技术、凝胶电泳技术细胞培养菌种培育技术、菌种分离技术 细胞筛选高通量筛选技术 发酵过程发酵工程技术 分离纯化结晶分离技术、膜分离技术、萃取分离技术 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 专利壁垒是核心竞争力。由于合成生物学是用理性设计叠加自然突变，具备一定可控性，因此用专利去保护较为容易，目前主要是在基因编辑时加入一段特殊的序列作为“防伪标识”。对于具备自研能力的合成生物学企业而言，其可以通过积极申请专利来延长生物法高盈利的时间窗口。如凯赛生物的长链二元酸，持续多年为其贡献高利润，主要就是依赖严密的专利保护，其与侵权公司进行了长达十余年的知识产权官司，最终在2016年获得国家知识产权局长链二元酸的专利权属授权。 先发优势重要性提升。近年来我国合成生物学菌