我國合成生物學(xué)行業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道-市場“百家爭鳴”-未來有望帶來新一輪產(chǎn)業(yè)革命

-1-我國合成生物學(xué)行業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道-市場“百家爭鳴”-未來有望帶來新一輪產(chǎn)業(yè)革命一、行業(yè)基本概述合成生物學(xué)即利用可再生的生物質(zhì)資源為原料生產(chǎn)各種產(chǎn)品。具體而言，合成生物學(xué)通過構(gòu)建高效的細(xì)胞工廠，利用淀粉、葡萄糖、纖維素等可再生碳資源甚至CO2為原料生產(chǎn)氨基酸、有機(jī)酸、抗生素、維生素、微生物多糖、可再生化學(xué)品、精細(xì)與醫(yī)療化學(xué)品等。我們所更加關(guān)注的合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用以微生物細(xì)胞工廠為核心，建立“原料輸入—菌株培育—發(fā)酵控制—提取純化—產(chǎn)品輸出”的工藝路線，從而實(shí)現(xiàn)利用生物技術(shù)生產(chǎn)化學(xué)品的技術(shù)變革，并持續(xù)推進(jìn)生物制造技術(shù)工藝的升級(jí)和迭代。合成生物學(xué)相較于化學(xué)工程優(yōu)勢顯著。與化學(xué)工程相比，合成生物學(xué)以可再生生物資源替代不可再生化石資源，以綠色清潔的生物制造工藝替代高能耗高污染的石化、煤化工藝，從而可以擺脫對(duì)石油、煤等不可再生資源的依賴，解決化學(xué)工程過程中的高耗能和高污染問題，生產(chǎn)過程更為安全、綠色、環(huán)保，并大幅度降低生產(chǎn)成本，對(duì)于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。合成生物學(xué)與化學(xué)工程對(duì)比合成生物學(xué) 化學(xué)工程核心技術(shù) 生物合成途徑規(guī)?；馕?、元件庫建設(shè)、高通量組裝和優(yōu)化、人造系統(tǒng)的調(diào)試 化學(xué)催化過程、生產(chǎn)工藝包原料來源 淀粉、纖維素、二氧化碳等可再生碳資源，具有清潔、高效、可再生等特點(diǎn) 石油、煤等不可再生化石資源反應(yīng)條件 常溫常壓，反應(yīng)條件溫和 多需高溫高壓，反應(yīng)條件嚴(yán)苛技術(shù)壁壘 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段到產(chǎn)業(yè)化放大階段技術(shù)瓶頸眾多，一般需要經(jīng)歷漫長的研究探索和生產(chǎn)實(shí)踐 技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，新增技術(shù)較少，主要聚焦于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化技術(shù)特點(diǎn) 降低工業(yè)過程能耗、物耗，減少廢物排放與空氣、水及土壤污染，以及大幅度降低生產(chǎn)成本 能耗較高，二氧化碳、廢水等污染物排放量大，對(duì)環(huán)境的影響程度更高涉及學(xué)科 生命科學(xué)與工程學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、合成科學(xué)等的交叉融合 化學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、材料學(xué)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一，合成生物學(xué)已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。合成生物學(xué)不僅使人類對(duì)于生命本質(zhì)的認(rèn)知從“格物致知”上升至“建物致知”，同時(shí)也為醫(yī)療健康、農(nóng)業(yè)、化工、食品和消費(fèi)品等領(lǐng)域的重大問題解決提供了新途徑，展現(xiàn)出前沿性、顛覆現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)流程、有應(yīng)用市場及能創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)等鮮明特征。例如，將細(xì)胞傳感器用于臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境和食品監(jiān)測；通過細(xì)菌、細(xì)胞來治療疾病和幫助作物增產(chǎn)；利用微生物細(xì)胞工廠生產(chǎn)化學(xué)品、材料、燃料、植物天然成分和替代蛋白等。二、行業(yè)市場規(guī)模生物制造是我國建設(shè)科技強(qiáng)國的重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)之一。近年來，我國把生物制造列為生物產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容，突出了生物制造的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)屬性；《“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》則進(jìn)一步明確生物制造是國家重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的主攻方向，對(duì)于我國搶占新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命制高點(diǎn)，加快壯大新產(chǎn)業(yè)、發(fā)展新經(jīng)濟(jì)、培育新動(dòng)能具有重要意義，是促進(jìn)合成生物學(xué)動(dòng)能升級(jí)的主要推動(dòng)力。合成生物技術(shù)發(fā)展成為傳統(tǒng)技術(shù)的充分補(bǔ)充和替代，廣泛用于醫(yī)療、化工、食品、農(nóng)業(yè)、消費(fèi)品等終端領(lǐng)域。在政策和技術(shù)的雙重驅(qū)動(dòng)下，我國合成生物學(xué)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道，2022年市場規(guī)模約為102.99億元，同比增長75.81%。合成生物技術(shù)發(fā)展成為傳統(tǒng)技術(shù)的充分補(bǔ)充和替代，廣泛用于醫(yī)療、化工、食品、農(nóng)業(yè)、消費(fèi)品等終端領(lǐng)域。在政策和技術(shù)的雙重驅(qū)動(dòng)下，我國合成生物學(xué)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道，2022年市場規(guī)模約為102.99億元，同比增長75.81%。目前醫(yī)療領(lǐng)域是合成生物學(xué)行業(yè)最大的細(xì)分市場，截至2022年合成生物學(xué)行業(yè)在醫(yī)療領(lǐng)域的市場規(guī)模達(dá)到41.20億元，近年來保持快速增長。目前醫(yī)療領(lǐng)域是合成生物學(xué)行業(yè)最大的細(xì)分市場，截至2022年合成生物學(xué)行業(yè)在醫(yī)療領(lǐng)域的市場規(guī)模達(dá)到41.20億元，近年來保持快速增長。同時(shí)近年隨著相關(guān)化工產(chǎn)品需求增長，合成生物學(xué)在化工領(lǐng)域的市場規(guī)?？焖僭鲩L，市場占比不斷提升，2022年市場規(guī)模為22.38億元。同時(shí)近年隨著相關(guān)化工產(chǎn)品需求增長，合成生物學(xué)在化工領(lǐng)域的市場規(guī)?？焖僭鲩L，市場占比不斷提升，2022年市場規(guī)模為22.38億元。三、行業(yè)競爭格局大批合成生物學(xué)相關(guān)公司相繼成立，商業(yè)模式可分為產(chǎn)品型及平臺(tái)型。截至目前，國外從事合成生物學(xué)領(lǐng)域的公司已多達(dá)500家，國內(nèi)公司也近數(shù)十家?？傮w來看，合成生物學(xué)領(lǐng)域的公司主要分為兩類：一是產(chǎn)品型商業(yè)模式，即借助合成生物學(xué)手段生產(chǎn)面向市場各領(lǐng)域的合成生物產(chǎn)品；二是平臺(tái)型商業(yè)模式，旨在提供生物體設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)等平臺(tái)化的集成系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，平臺(tái)型企業(yè)由于缺乏應(yīng)用層面的落地產(chǎn)品，盈利能力受限；相比之下，產(chǎn)品型企業(yè)打通了從生物改造、發(fā)酵純化到產(chǎn)品改性的全產(chǎn)業(yè)鏈，近年來得到快速發(fā)展，盈利水平不斷提升，部分平臺(tái)型企業(yè)也演化出向產(chǎn)品型公司轉(zhuǎn)變的趨勢。產(chǎn)品型公司的代表性公司包括華恒生物等細(xì)分領(lǐng)域龍頭企業(yè)；平臺(tái)型代表性公司包括GinkgoBioworks、Zymergen、凱賽生物等。目前我國合成生物學(xué)行業(yè)處于“百家爭鳴”的市場競爭狀態(tài)，在產(chǎn)品型、平臺(tái)型細(xì)分的基礎(chǔ)上，可繼續(xù)細(xì)分為生物體設(shè)計(jì)與自動(dòng)化平臺(tái)型公司、提供賦能技術(shù)型公司、產(chǎn)品應(yīng)用層公司，其細(xì)分領(lǐng)域都有實(shí)力強(qiáng)勁的龍頭企業(yè)，但缺乏綜合性的龍頭企業(yè)，未來我國合成生物學(xué)行業(yè)將長期處于多企業(yè)競爭的狀態(tài)下。下表為我國合成生物學(xué)行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的主要企業(yè)。細(xì)分領(lǐng)域的主要合成生物學(xué)企業(yè)分類代表公司業(yè)務(wù)/產(chǎn)品生物體設(shè)計(jì)與自動(dòng)化平臺(tái)型公司GinkgoBioworks1.提供賦能技術(shù)：DNA合成、測序、基因編輯，生物信息學(xué)等；2.設(shè)計(jì)合成生物元件和集成系統(tǒng)；3.產(chǎn)品層：醫(yī)藥、工業(yè)化學(xué)品、生物燃料、農(nóng)業(yè)等Zymergen共有10種產(chǎn)品開發(fā)中，其中電子產(chǎn)品3種，含PI膜，醫(yī)療健康產(chǎn)品4種，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品3種Amyris通過菌種改造生產(chǎn)1.甜味劑；2.日化產(chǎn)品恩和生物利用合成生物學(xué)改造微生物來生產(chǎn)高價(jià)值的化合物及醫(yī)藥產(chǎn)品凱賽生物生物法長鏈二元酸，生物基尼龍藍(lán)品微生物生物材料PHA提供賦能技術(shù)型公司DNAScriptDNA合成CrisprTherapetutics基因編輯泓迅科技DNA合成瑞德林生物固定化酶催化應(yīng)用服務(wù)商迪贏生物高通量DNA合成產(chǎn)品應(yīng)用層公司奔柯萊生物酶工程和基因工程工藝開發(fā)企業(yè)Codexis酶工程、生物催化、大麻素、生物塑料、生物藥等Demetrix構(gòu)建細(xì)胞工廠生產(chǎn)化學(xué)品華恒生物合成生物學(xué)生產(chǎn)丙氨酸、纈氨酸森瑞斯生物設(shè)計(jì)細(xì)胞工廠生產(chǎn)生物藥、營養(yǎng)品、新型煙草、化妝品、肥料、飼料等四、未來發(fā)展趨勢綜合來看，合成生物學(xué)正處于行業(yè)成長期，憑借其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，未來有望推動(dòng)生產(chǎn)制造升級(jí)，帶來新一輪產(chǎn)業(yè)革命。近年來全球范圍內(nèi)合成生物學(xué)學(xué)科迅猛發(fā)展，我國在此領(lǐng)域人才儲(chǔ)備不斷擴(kuò)大，技術(shù)能力不斷提升，在整體發(fā)展水平上保持了與國際同步水平，在合成生物學(xué)學(xué)科技術(shù)的推動(dòng)下，我國生物制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。氨基酸、維生素等傳統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)不斷推進(jìn)，一些重要產(chǎn)品上已經(jīng)能部分突破專利封鎖。在新產(chǎn)品開發(fā)上，國外擁有1,3-丙二醇、聚乳酸等一系列產(chǎn)品的生物制造技術(shù)，而我國在長鏈二元酸等產(chǎn)品的生物制造技術(shù)上實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先。在新合成途徑設(shè)計(jì)、基因編輯這些最前沿、決定未來產(chǎn)業(yè)布局的研究方向上，總體保持了與國際并行。合成生物學(xué)現(xiàn)有的發(fā)展多是基于自然界中已有生物合成途徑實(shí)現(xiàn)生物制造。然而，部分物質(zhì)并無現(xiàn)成的天然生物合成途徑，這為今后生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來很大的挑戰(zhàn)，但這也正是合成生物學(xué)真正展現(xiàn)其顛覆性價(jià)值之處，包括該等產(chǎn)品在內(nèi)的高附加