M招商银行研究院行业研究·行业深度INSTITUTE2024年10月23日生物制造系列报告①把握合成生物发展趋势，聚焦产业链上下游突破合成生物学：从“格物致知”到“造物致用”，推动产业技术变革和生物经方博济发展。合成生物学汇聚了多学科发展，基于工程化的设计理念，对生物体进行有目标地设计、改造乃至重新合成，甚至创建赋子非自然功能的“人造生命”，行业研究员推动了从认识生命到设计生命的跨越，正在引领产业技术变革和生物经济发展。招商银行研究院合成生物学在医药、化工材料、食品农业以及生物能源等多领域展现了颠覆性、8:0755-83195340渗透性作用，以其绿色、低碳和循环特点，具备引领“第四次工业革命”潜力。回：fangbo08@cmbchina,com■政策与技术发展双轮驱动，伴随下游市场逐步成熟，市场规模快速增长。《2024年国务院政府工作报告》提出加快发展新质生产力，生物制造作为战略相关研究报告性新兴产业被定义为经济新增长引擎，建设生物制造产业集群己成为多省市工作重点。在底层技术开发方面，低成本高通量测序、DNA合成技术、基因组编辑以及发酵技术等取得重要进展，加快从认识、改造生命向设计、创造生命跨越。在政策以及技术推动下，伴随下游市场逐步成熟，合成生物学迎来高速发展。据麦肯锡分析，预计在2030-2040年，合成生物学每年带来的经济影响将达到1.8至3.6万亿美元。据CB Insights的预测，2019年全球合成生物学市场规模约为53亿美元，到2024年将扩容至约189亿美元，2019-2024CAGR为28.8%。■聚焦合成生物产业链，重点关注下游重磅品种突破。合成生物从产业链角度，主要分为原料层、工具层、技术平台层以及下游应用层。原料层：目前正从第一代碳源往二三代碳源升级，农业产业化下秸秆是较有潜力的原料升级方向，远期有望在风能、光能、水能等可再生能源驱动下，以CO2、甲烷、CO等一碳化合物作为原料，去实现高附加值产品的生物合成。工具层：分散化创新，未形成较为成熟的产业化形态。技术平台层：当前技术平台层仍存在与下游脱离的情况，尚未完全成熟，部分技术平台层企业转型应用开发型。下游应用层：下游在医药、大宗化学品、农业以及生物能源己部分突破，是当前关注的重点。下游市场空间广阔，己形成初步产业化效应，规模化快，具备优秀的产业布局价值。■业务机会及风险提示。（本部分有删减，招商银行各行部请联系研究院，或登录“招银智库”查阅)。敬请参阅尾页之免责声明招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE目录一、合成生物：造物政用，推动产业技术变革和生物经济发展(一)合成生物学的定义以及战略意义…(三)合成生物产业链概祝：主要分为原料层、工具层、技术平台层以及应用层….3(四)合成生物应用场景：赋能医药、化工材料、能源以及农业食品等领域发展.4(一)政策端：碳中和背景下生物制造已成为国家战略.…6(二)技术发展：核心技术突破加速催化下游应用成熟.，7(三)伴随下游应用逐步成熟，合成生物市场规模快速增长…9（一)原料：由第一代碳源往二三代碳源升级，重点关注非粮碳源与合成气体方向.…11(二)工具：分散化创新，未形成较为成熟的产业化形态..13(三)技术平台：仍存在与下游脱节问题，部分技术平台层企业转型应用开发型.……5(四)应用：从“誉代”到“顺覆”，重点关注医药、化工、食品农业以及能源等领域选品与突破..61、医药医疗：原料药主要为环保与低成本替代，创新疗法仍需关注技术与市场匹配性.......163、消费品领域：聚焦高附加值产品，胶原蛋白、玻尿酸等重磅品种率先落地........194、农业：技术壁垒较高，国内整体仍处于商业化初期.......205、食品工业：待培育的广阔市场，当前处于科研向商业化转化阶段.216、生物能源：生物燃料目前开发成本较高，实现规模下的成本优势是商业化成功关键.....23四、业务机会及风险提示……招商银行研究院行业研究行业深度INSTITUTE图目录图1：合成生物学研发及生产过程…】图3：合成生物学发展史.3图4：合成生物学产业链概况..4图6：全球合成生物市场风投及私募股权投资活动..10图8：合成生物全球市场规模..11图9：2020-2050合成生物学预计每年直接经济影响（万亿美元）图10：2030-2040合成生物学细分领域预计每年直接经济影响（万亿美元）图11：合成生物学碳源来源及发展前景分析....…图13：生物基化学产品概祝.1图14：合成生物在农业领域应用.……1图15：基于合成生物学的未来食品制造22图16：2023年生物柴油全球产量结构24图17：2023年生物燃料乙醇产量结构表目录表1：合成生物子行业及其应用场景..5表3：玉米与秸秆可利用性对比15表5：合成生物学中游转化平台概祝.16表6：医药化工领域合成生物应用概况表7：合成生物在化工材料领域应用表8：合成生物在消费个护领域应用20表9：合成生物在食品工业领域应用优势与挑战23招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE一、合成生物：造物致用，推动产业技术变革和生物经济发展(一)合成生物学的定义以及战略意义合成生物学在生物学研究中汇聚了工程、物理、化学、数学、计算机等学科的进展，基于工程化的设计理念，对生物体进行有目标地设计、改造乃至重新合成，甚至创建赋予非自然功能的“人造生命”，推动了从认识生命到设计生命的跨越，正在引领产业技术变革和生物经济发展。合成生物学受益于基因测序、合成以及编辑等领域内的长足进步，逐渐发展成了以“设计-构建-测试-学习”(DBTL循环)为核心的研发模式和发酵为主导的放大生产模式。合成生物学由于存在多学科交叉、对技术、成本控制、研发人员要求高，具有强壁垒属性。根据麦肯锡研究，生物制造的产品可以覆盖60%化学制造的产品，有望对未来医药、化工、食品、能源、材料、农业等传统行业带来巨大影响。图1：合成生物学研发及生产过程关键技术前端研发解决方案放大生产商业化生物医药设计构建细胞工程NA工程农业学习构建级联反应食品营养消费个护无细胞/失生命平台体外合成大宗商品生物能源资料来源：《从全球专利分析看合成生物学发展趋势》，招商纸行研究院合成生物学具备至关重要的战略和商业意义。主要体现在两大方面：一是推动了从认知生命到设计生命的跨越，揭开了“造物致用”的产业前景的“帷幕”；二是合成生物本身具备绿色低碳循环的特点，在双碳减排成为产业发展主旋律的当下，有望助力中国制造业向绿色化转型。合成生物与纳米材料、人工智能、大数据科学等交汇融合，开辟了全新的生物技术世界，正在加速向绿色制造、健康诊疗、农业生产、环境保护、生物安全等领域渗透和应用，为培育打造绿色工业经济、破解疾病和衰老难题、保障粮食有效供给、保护绿色生态环境和构建国家安全体系等提供重要解决方案，引领产业技术变革方向，重塑世界产业格局，推动引发生产方式、社会模式的深刻变化。同时，一系列使能技术的突破加快了合成生物学的工程化应用，开创了以构建分子机器（体外催化)和细胞工厂（体内催化）为代表的合成生物制造的新兴生物工程领域，揭开了合成生物学“造物致用”的产业前景的“帷幕”。合成生物具有绿色低碳循环的特点，有望助力中国制造业向绿色化转型。“双碳”目标下国家迫切需要系统性转型升级以前的工业体系，通过技术进步的方式解决重污染、重能耗的部分。中国由制造业大国向强国升级的过程中，己经将以生物制造为核心的生物经济纳入国家战略，国家《十四五”生物经济1/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE发展规划》明确提出要稳步发展生物能源、替代传统化学原料的生物基材料，构建生物质循环利用技术体系，生物制造从源头降低碳排放，促进产业绿色转型升级，重构产业体系。以合成生物为核心的生物制造主要从减排（重点方向)、固碳、减碳三方面助力国家“双碳”目标。碳减排瞄准重点行业，国内来自能源、工业的碳排放量占比最高，分别约40%、38%。其中，能源替代方案主要为电力结构转型：工业替代方案主要为原材料替代和绿色生产。合成生物在化石原料的替代、高能耗高物耗高排放工艺路线的替代及传统产业升级方面发挥重要作用。据KefengHuang等发表的论文统计，多种生物基材料减排比例超60%，最高超90%。固碳：合成生物通过改良自然的碳代谢路径，增强植物和微生物的固碳能力：减碳：第三代生物能源技术利用微生物细胞工厂，将可再生能源和大气中的二氧化碳转化为燃料和化学物质，已有部分商业化案例。能耗低，利润空问大，碳污染低，能耗低，利润空间附加价值高、排放量低。主要以发达国大，碳排故量低。主要以发数智化为主转型升级低质量污染产业链：新程度高制造业高端化、数智化、绿色达国家为主化高端化污染大，能耗高，利涧空问展中国家为主前端：产品设计中端：加工与生产后端：服务(二)合成生物学发展史梳理合成生物学发展史，合成生物学的发展大致分为四个阶段，在技术突破以及应用领域拓展过程中逐渐完成DBTL循环为核心的研发模式。创建时期(2004年以前)：产生了许多具备领域特征的研究手段和理论，特别是基因线路工程的建立及其在代谢工程中的成功运用，这一时期的典型成果是青蒿素前体在大肠杆菌中的合成。扩张和发展期(2004-2007年)：领域有扩大趋势，但工程技术进步比较缓慢。技术突破上，实现了RNA调控装置的开发，整个领域的设计范围开始从以转录调控为主，扩大到转录后和翻译调控：应用开发上，2006年首次实现利用工程化改造的大肠杆菌侵入癌细胞，成为工程化活体疗法的先驱。快速创新和应用转化期(2008-2014年)：基础研究快速发展，合成生物学研究开发总体上处于工程化理念日渐深入、使能技术平台得到重视、工程方法和工具不断积淀的阶段，体现出“工程生物学”的早期发展特点。同时基因组编辑的效率大幅提升，合成生物学技术开发和应用不断拓展，其应用领域从生物基化学品、生物能源扩展至疾病诊断、药物和疫苗开发、作物育种、2/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE环境监测等诸多领域。新发展阶段(2015年以后)：合成生物学的“设计一构建一测试”循环扩展至“设计一构建一测试一学习”“半导体合成生物学”“工程生物学”等理念或学科的提出，生物技术与信息技术融合发展的特点愈加明显。创建时期：产生了许多具备领域特征的研究手段和理论，创新和应用转化期：涌现了大量新技术和工程手段，使合成生物学研究与应用须域大为拓展，特别是基因线路工程的建立及其在代谢工程中的成功2009年、2011和2012年分别开发MAGE、TALEN、CRISPR/Cas技术用于基因/基因组编辑，开启基因改造新纪元：2000年，合成生物学莲生元年，两篇Nature文章分别2008和2012年分别在大肠杆菌中先后实现支链醇、生物紫油、1.4丁二醇和生物汽油等多种产设计全球首个基因波动开关和生物振荡器：品生产：2013年Amyris公司利用酵母菌株商业化生产青蒿索：2002年，凝生首例人工合成病毒，且具备侵染能力：200B年实现生殖支原体全基因组合成，2010年制造出可自我繁殖的全球首例人造"人造细胞2023年，大肠杆菌中实现青篇素前体途径的工程化(人造支原体ynthia)2011年人工合成酵母的部分基因。●●2000-2003年2004-20072008-20132014-至今扩张和发育期：领域扩大，工程技术进步缓慢。发展新阶段：工程化平合的建设和生物大数据的开源应用相结合，全面推动合成生物学技术创新以及相关应用的开发和商业化，2005年；实现了RNA调控装置的开发，整个领域的设计苑围开始部分代表性技术或应用里程碑包括人工密码子及非天然氨基酸系统的开发、从以转录调控为主，扩大到转录后和翻译调控：计算/A蛋白结构设计及预测、DNA存储、以二氧化碳为原料人工合成淀粉2006年；应用开发上，首次实现利用工程化改造的Ec0侵入密细等。合成生命额域，提出最小基因组胞，成为工程化活体疗法的先驱(~最简生命)概念并在支原体、E.c©i,酵母等不同人造生命体系上陆续实咸，开发人造核糖体、线粒体、叶绿体等合成细胞器、开发人造蔬岛细胞层面向空间三雏结构拓展。《从全球专利分析看合成生物学发展趋势》，招商铁行研究院(三)合成生物产业链概况：主要分为原料层、工具层、技术平台层以及应用层合成生物学产业链可分为原料层、工具层、技术平台层以及应用层四个环节。原料层主要为微生物代谢所需的可再生原料。包括以植物油、废弃食用油为原料的第一代碳源：非粮食类生物质包括谷物秸秆、甘蔗渣等为原料的第二代碳源以及在风能、光能、水能等可再生能源驱动下，以CO2、甲烷、CO等一碳化合物做为原料的第三代碳源。工具层主要聚焦使能技术的开发包括读一写一编一学、自动化/高通量化和生物制造等，关注底层技术颠覆及提效降本。技术平台层是通过算法、模型、机器学习等手段来预测合成效果，模拟代谢路径等对生物系统和生物体进行设计、开发的技术平台，与下游企业相比，更强调技术平台的通用性。应用层则通过这些片段DNA来合成或者改造微生物，并得到合成产物的应用研究，具体涉及衣食住行多方面的应用开发以及产品落地。核心技术在于大规模生产的成本、批间差及良品率等的把控，与中游企业相比，更强调应用领域的聚焦、产品的精细打磨及商业化放量。中下游企业之间并无明确界限，现阶段行业整体尚处在产业发展早期，不少生物技术公司实质上为中下游一体化布局。3/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE原料层工具层技术平台层应用层根据炼制原料不同。主要设计分为三代不同碳源，目前●对生物体进行设计利用合成生物技术，以一二代为主，三代是未开发的技术平合，开发垂直产品，市来发展方向，是产业化不当前尚未成熟，平场空间巨大，以形可缺少的基穑，规模化快台型企业开始向产成初步产业效应，第一代碳源：主要以植物品型转型。油、废弃食用油为原料：工具层主要是聚焦使能技●核心技术：与中游公司相比，第二代碳源：主要以非粮术开发，目前仍处于分散路线设计：更强调应用领域的食类生物质包括谷物秸秆、化创新阶段，尚未形成产菌珠开发（主要是聚焦和产品的打磨业化态势：底盘细胞选择、代●核心技术在于大规第三代碳源：在风能、光●设计环节：主要包括测序模生产批间差和良能、水能等可再生能源驱数据库以及工具集：菌珠优化：耐受性，品率的把控动下，以CO2、甲烷、●构建环节：包括DNA合成表达量C0等一碳化合物做为原DNA拼接、基因编辑以及科，去实现高附加值产品定向进化等的生物合成测试环节：设备自动化、高通量化以及虚拟测试等学习环节：A1赋能。(四)合成生物应用场景：赋能医药、化工材料、能源以及农业食品等领域发展合成生物学作为赋能型技术，就像20世纪初蓬勃发展的石油工业一样，有潜力在未来的一个世纪发展成为人类的工业基础之一，并将触角延伸到人类生活的方方面面。合成生物学正在推动一场制造业革命，探索替代原料和原有生产工艺，并进一步延伸到性能更好的产品开发。当前合成生物学主要以成本、创新以及循环为制造业赋能。成本方面主要是替代原有制造路线（化学合成或者天然提取），提高生产效率和经济效益：创新方面主要是创造疗效更好的药品、性能优越的化学品或材料等新产品的潜力：循环方面主要有望实现可持续的“循环”生产模式，使用可再生生物质原料，显著减少对化石燃料的依赖。从产品视角，可根据终产品的需求体量和单位价值将合成生物学赋能场景划分为三类。第一类为市场需求量少、单位价值高的产品，主要下游应用为健康领域医药开发。这类产品往往面对着生物医药行业的通用挑战一需具备差异化优势、需通过临床检验（开发周期长、风险大且成本高）、需满足GMP生产要求等。第二类为市场需求量中、单位价值中的产品主要包括农业和精细化学品，下游应用为高性能材料、消费品、原料药中间体等领域。这类产品市场高度分散、可开发产品多，需识别高潜力、高可行的机会。但开发新分子、开辟新市场在高收益的同时也面临高风险如研发上缺乏对目标分子设计的明确理论指导，商业上对营销能力的要求也较高，相关法规监管也需逐一突破。第三类为市场需求量大、单位价值低的产品，主要为大宗化学品（包括基础化学4/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE品和普通材料)、生物能源等。这类产品所面临的挑战主要是正确的可行性预判（生物合成能否成本占优），以及“超级工厂"级别的超大规模生产挑战(如原料供给是否充骈稳定、生产产能建设、纯化能力等)。表1：合成生物子行业及其应用场景产品夹型代表性子赛道高产品单价、低需求量合成生物学在治疗药物研发上的应用主要有细菌工程需求美型：存量替代+增量拓展化改造、人工病毒噬菌体、人体自体细胞改造、基因GMP生产要求治疗及基因编辑：更广义的定义中还包括DNA及各美RNA疗法等粮食作物领域又可分为育种、作物保护、作物营养等农业赛道，合成生物学在各细分领域均可发挥作用。其中，部分设计育种、园氮肥料和微生物农药已实现商中产品单价、中需求量业化。需求类型：存量替代+增量拓展，可开食品与营养植物基食用蛋白：发酵法食用蛋白：细胞基食用蛋发产品多、选品困难白：营养添加剂/香精香料等商业化门横：需要配备高通量筛选设以玻尿酸、胶原蛋白为代表的动/植物提取物：以烟酰备：发酵产能有限：中国监管较严，消费个护胺等为代表的化学合成：以天然防晒剂为代表的类菌新材料可能难以获批：需要市场营销高性能树井以PHA为代表的新型聚合材料：高性能蛋白等原耕药和医药主要以发酵法生产的药物以及由其衍生的中间体和原中间体料药，包括抗生素、维生素和他汀奏药物等合成生物学可合成的大宗化学品仅几十种，在整体基础化学品中的占比还非常有限，未来提升空间巨大。当前，乙醇、丙二醇等基础化工品已基本实现合成生低产品单价、高需求量需求夹型：存量替代为主大宗化学品物学生产替代，乙二酸、丁二酸、1,4丁二醇、乳酸商业化门横：较难进行行业可行性预等分子已在逐步产业化，合成生物学展示出明显成本优势：3羟基丙酸、丙烯酸等已实现技术突破，产业测，如可用生物替代品取代的产品类化在即。别、生物合成能否成本占优等：生物合成生物学将通过优化碳源（如用纤维素代替粮食作基碳源数量有限且对纯化要求高：可能存在污染物排放，对选址和污水处物)、探索新生物能源形式这两个方面作用于生物能理要求高源产业发展。生物能源面临高昂成本和低廉价值的矛生物能源盾，一且单位热值成本与化石燃料持平，其可再生特性将带动行业快速成长。如纤维素乙醇、生物荣油、劣质蛋白生产沼气等可实现碳源优化，而生物脂肪烃、生物氢、生物电等可作为新生物能源。5/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE二、政策与技术发展双轮驱动，伴随下游应用逐步成熟，市场规模快速增长(一)政策端：碳中和背景下生物制造已成为国家战略碳中和背景下生物制造作为战略性新兴产业被定义为经济新增长引率。国内最早从“十二五”开始国家提出对生物制造的支持：到“十三五”，国家将合成生物技术列为引领产业变革的颠覆性技术之一。此后国家出台一系列政策支持合成生物的发展，“十四五”强调了对生物合成的应用，《2024年国务院政府工作报告》提及要加快发展新质生产力，打造生物制造等新增长引擎。生物经济已成为国家未来发展规划的重要战略组成部分，生物制造整体转型已经成为中国未来发展的必经之路。在国家大力支持的大背景下，中央及区域陆续出台生物制造产业相关政策，各地生物制造产业迎来了发展的黄金时段。表2：生物制造相关政策时间部门主要内容2024.03国务院2024《政府工作报告中重点提到要加快发展新质生产力，积极打造生物报告》制造、商业航天、低空经济等新增长引擎《关于加快传统指出要大力发展生物制造，增强核心菌种、高性能酶制2023.12工业和信息化部制造业转型升级剂等底层技术创新能力，提升分离纯化等先进技术装备等八部的指导意见》水平，推动生物技术在食品、医药、化工等领域加快融合应用。《中央经济工作打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴2023.12会议》产业，广泛应用数智技术，嫌色技术，加快传统产业转2023.08国家发展改革委《绿色低碳先进技术示范工程实提及一系列合成生物学相关技术应用领域：二氧化碳碳等十部门施方案》资源化利用及固碳示范项目等相关重点内容工业和信息化部《石化化工行业支持开展非粮生物质生产生物基材料等产业化示范，打2023.08等七部稳增长工作方造化工新材料、非粮生物基材料等细分领域中小企业特案》色产业集群《轻工业稳增长工业和信息化部工作方案加快非粮原料应用，提升非粮生物质低成本糖化技术工2023.07等三部门(2023-2024艺水平，促进生物制造可持续发展。推动活性原料生物年)》制造规模化生产，加大在食品、化妆品等行业的应用。《加快非粮生物工业和信息化部2023.01等六部门基材科创新发展突破非粮生物质高效利用关键技术，推进技术放大和应用示范三年行动方案》《“十四五”生2022物经济发展规钢领性文件。推动合成生物学关键技术创新，以及在医划》药、农业、环境、能源和材料领域应用资料来源：政府官网，招商银行研究院从地方政府角度，北京、上海、天津、江苏、广东、山西、重庆、湖北、甘肃、贵州、福建等地，均明确提出了合成生物学方向的规划和布局，陆续出台支持合成生物学产业发展的落地政策。其中，北京在2021年11月发布《北京市“十四五"时期国际科技创新中心建设规划》，其中提出重点研发一批高效遗传转化、精准基因编辑、合成生物技术等关键技术，构建现代化生物6/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE育种技术体系，培育一批重大动植物新品种，为保障国家粮食安全和食品安全提供品种与技术储备。天津在2021年8月发布的《天津市科技创新“十四五"规划》中7次提到合成生物学，天津目标成为全球合成生物技术的原始创新策源地以及合成生物学产业的战略高地。上海自2022年起密集发布了合成生物学产业相关政策，《上海市加快合成生物创新策源打造高端生物制造产业集群行动方案(2023-2025年)》中提出到2030年建设合成生物全球创新策源高地、国际成果转化高地和国际高端智造高地，基本建成具有全球影响力的高端生物制造产业集群的目标。广东省在《广东省科技创新“十四五"规划》中提出将合成生物学领域作为“前沿技术和颠覆性技术研究"实施研发专项，以及加快建设合成生物研究重大科技基础设施等。(二)技术发展：核心技术突破加速催化下游应用成熟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。菌种的改造和高效的工业化生产能力是合成生物学产业化成功的关键因素，生物法大部分反应步骤均在微生物或酶的作用下进行，菌种自身的性能如效率和鲁棒性很大程度上决定了其是否适合产业化。改造底盘细胞，使优化的底盘细胞增加重构途径中的物质和能量供应，减少细胞内源的消耗、杂质的生成，解除引入产物对细胞的反馈抑制或毒性作用，使菌种具有更好的操作性、鲁棒性，这些策略都是实现高效生物制造的关键。此外，生物制造一般会经历更为严格的小试、中试、放大过程，去探索不同条件下最优的生产条件、工艺参数、设备选型等，这些对大规模、低成本生产极为重要。在底盘细胞构建的过程中，基因测序技术主要用于关键生物酶的基因序列的测序以及检测宿主细胞是否被正确改造：基因合成技术主要应用于合成编码关键生物酶的基因片段：基因编辑技术则主要用于对宿主的基因组进行改造：发酵技术主要应用于大规模、低成本生产。伴随基因合成和基因编辑技术等顺覆性使能技术突破性发展，下游应用加速成熟。DNA测序技术：DNA测序成本因技术进步显著降低，二代测序成为主流，每兆碱基测序成本从2001年的1000美元降至2022年的0.01美元。三代测序技术提升序列长度和复杂序列准确性。DNA合成技术：相比一代技术，二代技术通量高、成本低，但存在单序列合成载量低，单条序列分离困难等技术局限。目前DNA合成由二代向三代迈进，第三代主要为生物酶合成，具有高效、环保的特点，有希望快速合成超1O00t单链DNA,第三代DNA合成目前处于商业化初期。基因编辑技术：CRISPR-Cs9基因编辑技术因其高效、低成本和多目标编辑能力，引领了基因编辑领域。发酵技术的革新加速了合成生物学产品的产业化进程，成为关键促成因素，特别是在21世纪以来，随着现代发酵工程的发展，由天然发酵到大数据加持下的深层发酵的进展，为合成生物学应用奠定了坚实基础。7/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTEDNA合成基因编辑DNA合成长度大幅基因编辑技术已开提升；合成成本大启商业化；编辑便幅下降利性准确性大幅提升。DNA测序发酵技术成本大幅下降；新一代发酵工程技术具备智能、节约测序长度准确度大幅提升设计和高效的特点学习构建测试DBLT循环在政策以及技术发展驱动下，合成生物投融资整体呈现高速增长。根据Pitchbook数据显示，在2017年至2021年的五年间，全球合成生物市场对风险投资和私募股权投资者的吸引力不断提升。2021年，合成生物市场吸引投资达到近年来高点，融资额达87亿美元，融资笔数达391笔。在投资者的支持下，合成生物学的技术应用及场景拓展进入快速发展通道。2022年之后资本市场逐渐回归理性。2022年，全球合成生物融资额为54亿美元，融资笔数为376笔。2023年前三季度，资本市场融资额20亿美元，融资笔数193笔，较前一年同期亦有所下降。在此背景下，市场估值环境也进一步向理性发展。在国内资本市场，合成生物学也是一个高度活跃的赛道。从2017年至2021年的五年间，风投及私募股权投资额从5100万美元上升至19亿美元，触资笔数从12笔上升至74笔。2021年也是国内合成生物资本投资的大年。2021年10月，国内合成生物医美公司巨子生物以11美元A轮融资额，成为当年度单笔融资最大的合成生物投资项目。中国合成生物市场与全球高度协同，因此进入2022年以来资本市场进入相对冷静期。2022年，国内合成生物赛道融资额接近11亿美元，融资笔数93笔。2023年前三季度，国内资本市场融资额5.5亿美元，融资笔数58笔。8/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE100251009087.06400一风投及私尊项目数量（笔）2019.1580705423155041.3820010.8850403028.7529.78150404.854.011050000.5120172018201920202021202200201720182019202020212022资料来源：Pitchbook,招商银行研究院资料来源：Pitchbook,招商纸行研究院(三)伴随下游应用逐步成熟，合成生物市场规模快速增长伴随政策与技术驱动，全球合成生物学产业过去五年经历了高速增长，市场规模从2018年的53亿美元增长到2023年的超过170亿美元，平均年增长率达27%。预计全球合成生物市场在可见的未来仍将保持较快发展势头，在2028年将成长为体量达到近500亿美元的全球型市场，未来增长空间广阔，行业景气度整体维持较高水平。从广义的产业分类而言，合成生物学产业可被界定为以生物基材料替代化石基材料、以生物技术路线替代传统化工技术路线的科技产业，远期看（超过十年），理论技术与应用实践螺旋式发展，当前尚处科研早期或被技术“卡脖子”的领域有望陆续跑通产业化，合成生物学领域有望迎来爆发式增长。根据麦肯锡McKinsey发布的报告《The BioRevolution》,原则上全球60%的化学品可以采用生物法生产，到2030~2040年，合成生物学每年有望有带来的经济影响将达到1.8至3.6万亿9/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE60050010540024%30027%2003420182023E202BE资料来源：CB Insights,招商锇行研究院图9：2020-2050合成生物学预计每年直接经济形图10：2030-2040合成生物学细分领城预计每年直接响（万亿美元）3.0-5.1<0.1(1%)5其他0.2-0.3(8%)02-0.7(16%)0.6-1.50.8-1.2农业，水产品、食物(36%)0.5-122020-20302030-20402040-2050(33%)002040.60.8121410/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE三、全产业链分析合成生物产业，重点关注上下游突破(一)原料：由第一代碳源往二三代碳源升级，重点关注非粮碳源与合成气体方向合成生物学产业生态覆盖面庞大，不同技术和产业落地方向多元，且都有相当的市场规模。合成生物学产业大致分为原料层、工具层、技术平台层以及应用层。其中原料层的快速发展是应用层发展的重要基础。原料层主要分为三代碳源，第一代目前仍然是应用最广泛的碳源。第一代碳源主要以葡萄糖及油脂等有机碳源为原料，主要依赖玉米等粮食或甘蔗等经济作物进行生产，存在与人争粮的问题，但目前仍然是应用最广泛的碳源。第二代碳源主要是非粮食类生物质，包括谷物秸秆、甘蔗渣等。现阶段，已有不少企业已经进入以废弃秸秆为新型碳源的技术体系，并开始推进规模化量产进程，如聚维元创，丰原集团等。第三代合成生物制造技术，是在风能、光能、水能等可再生能源驱动下，以CO2、甲烷、C0等一碳化合物做为原料，去实现高附加值产品的生物合成，目前处于研发向商业化转化初期，潜力巨大。围11：合成生物学碳源来源及发展前景分析第三代碳源第三代合成生物制造技第二代碳源术，就是在风能、光能水能等可再生能源驱动非粮食类生物质，包括下，以CO2、甲烷、第一代碳源谷物秸秆、甘蔗渣等CO等一碳化合物做为以葡萄糖及油脂等有机现阶段，已有不少企业原料，去实现高附加值碳源为原料，主要依赖已经进入以废弃秸秆为产品的生物合成玉米等粮食或甘蔗等经新型碳源的技术体系，目前处于研发向商业化济作物进行生产并开始推进规模化量产转化初期，潜力巨大进程，如聚维元创，丰存在与人争粮的问题，原集团等目前仍然是应用最广泛的碳源从原料层升级方向看，目前正从第一代碳源往二三代碳源升级，现阶段非粮碳源如秸秆是较有潜力的原料升级方向，远期有望在风能、光能、水能等可再生能源驱动下，以C02、甲烷、C0等一碳化合物做为原料，去实现高附加值产品的生物合成。一代碳源也即粮食作为碳源的技术路线在产业化上已经得到基本验证，然而从“产量、价格和国家政策”这三大因素综合来看，以粮食11/26招商银行研究院行业研究行业深度CHINA MERCHANTS BANKINSTITUTE作为主流碳源己无法支撑生物基产业相对较大规模化的发展。因此非粮碳源是未来产业布局的第一站点。碳源占产线的成本往往较高，也是影响产品价格的核心因素。比如在PHA、PLA的生产中，制造所用底料（葡萄糖或淀粉）占总成本约50%：在生物基丁二酸的生产中，糖的成本占比近40%。现阶段，已有不少企业已经进入以废弃秸秆为新型碳源的技术体系，并开始推进规模化量产进程。相比于玉米，秸秆储量相对丰富、价格低廉、具有高含糖量，有望替代粮食作为新型碳源广泛应用，秸秆高值化利用的支持政策也将加速秸秆的产业化进程。秸秆基生物合成的流程主要为：纤维提取及分离-酶解糖化-代谢合成，以秸秆为碳源目前仍存在部分技术难点与产业化难点问题，但随着各家企业研发的投入，部分企业如凯赛生物、聚维元创等已开始利用秸秆实现规模量产。主要成分吨)产量（亿吨）转化难易程度淀粉(55-70%)玉米水(10-20%)0.6-0.82000-29002.7较易油脂(3-8%)纤维素(30-40%)半纤维素(15-20%)木质素(30-40%)小于0.2300-5009少量灰分合成气生物转化是另外一条重要路径，自然界中存在可利用合成气中一氧化碳和二氧化碳的化能自养型细菌，主要为梭菌属、醋酸杆菌属和穆尔氏菌属。与现有的工业化生产乙醇大多采用纤维素或粮食发酵的工艺相比，以工业尾气为原料生产乙醇的碳转化率可以达到88%，能量转化率达到58%，不仅节约大量粮食，还可以实现连续发酵生产，降低了产品成本。当前，已有少数企业成功将合成生物技术与碳捕获、利用与封存(CCUS)有机结合，将含碳的工业尾气直接转化为乙醇、微生物蛋白等高价值产品，并开始小规模生产。我国已有几家企业以二氧化碳为原料/或以蓝藻为新底盘生物转化相关高值产品。如光玥生物、中科翎碳、肆芃科技等12/26