東吳證券發(fā)布研究報告：《合聚萬物，成致未來》，觀點如下：

      1、合成生物學(xué)通過對生物體進行有目標地設(shè)計、改造乃至重新合成，可以實現(xiàn)以合成生物為工具進行物質(zhì)加工與合成的新型生產(chǎn)制造方式。根據(jù)麥肯錫研究，生物制造的產(chǎn)品可以覆蓋60%化學(xué)制造的產(chǎn)品，未來生物制造的方式有望對未來醫(yī)藥、化工、食品、能源、材料、農(nóng)業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)帶來巨大影響。

      2、合成生物學(xué)投資的三個維度：研發(fā)、選品和放大生產(chǎn)。從三個維度看合成生物學(xué)公司，擁有集成性的研發(fā)平臺，所選品種下游市場應(yīng)用場景豐富、產(chǎn)品間具有協(xié)同作用的選品策略，放大生產(chǎn)能力技術(shù)完善的公司是行業(yè)的標桿。

      1.1 合成生物學(xué)----造物致知，造物致用

      底盤細胞：底盤細胞是合成生物學(xué)的“硬件”基礎(chǔ)，其中常用的模式微生物有釀酒酵母、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、谷氨酸棒桿菌等。

      發(fā)酵工程：根據(jù)生產(chǎn)流程可分為上游、中游和下游三部分，上游工程主要為菌種的選育和改造，以獲得生產(chǎn)性能良好的菌株；中游則為發(fā)酵過程控制，通過對發(fā)酵過程中各種參數(shù)的采集、分析和反饋，以達到生產(chǎn)最佳發(fā)酵條件；下游則是對產(chǎn)品的分離和純化，采用多種技術(shù)將發(fā)酵產(chǎn)品從發(fā)酵液或者細胞中分離、純化出來，在達到特定標準后制成產(chǎn)品。

      生產(chǎn)規(guī)模上發(fā)酵體積每增加10倍，生產(chǎn)成本下降37%-60%。大規(guī)模發(fā)酵罐需要機械攪拌以保證基質(zhì)、氧氣和熱量的均勻分布，同時需要防范發(fā)酵過程中的染菌風(fēng)險。

      1.2 合成生物學(xué)----強科技屬性構(gòu)筑高壁壘

      合成生物學(xué)具有強科技屬性，從微觀的基因合成到宏觀的放大生產(chǎn)的發(fā)酵工程存在大量know-how，技術(shù)壁壘高。

      1.2.1 合成生物學(xué)關(guān)鍵底層技術(shù)——DNA的合成、編輯、組裝、測序

      基因編輯技術(shù)的迭代：1996年，第一代代基因編輯技術(shù)，經(jīng)基因工程改造的鋅指核酸酶(ZFNs)被設(shè)計出來，開啟人工改造生命體的旅程。2009年，第二代基因編輯技術(shù)類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶(TALENs)誕生。但前兩代技術(shù)構(gòu)建周期長，步驟繁瑣，難以進行高通量基因編輯，極大限制了其推廣應(yīng)用。直到2012年，CRISPR技術(shù)橫空出世，與ZFNs和TALENs技術(shù)相比, CRISPR/Cas9的設(shè)計要簡單得多, 而且成本很低, 對于相同的靶點, CRISPR/Cas9有相當(dāng)甚至更好的靶向效率。

      CRISPR/Cas9：實現(xiàn)基因編輯能力的重大飛躍。作為第三代基因編輯技術(shù)，相比前兩代，其優(yōu)勢明顯：1）構(gòu)建簡單方便快捷,適用于任何分子生物實驗室; 2）用于基因組的點突變編輯優(yōu)于ZFN或TALEN;3）CRISPR/Cas9精確的切口酶活性用于基因治療安全性高于ZFN或TZLEN。

      根據(jù)頭豹研究數(shù)據(jù)，2016-2018年，中國CRISPR/Cas9行業(yè)市場規(guī)模從9.7億元人民幣增長至24.8億元，年復(fù)合增長率高達59.6%。

      1.3 合成生物應(yīng)用場景豐富——下游空間廣闊

      1. 生命健康：合成生物學(xué)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，包括創(chuàng)新治療療法（細胞免疫療法、RNA 藥物、微生態(tài)療法、基因編輯相關(guān)應(yīng)用）、體外檢測、醫(yī)療耗材、藥物成分生產(chǎn)和制藥用酶等諸多方向。

      2. 化學(xué)品、材料和能源：合成生物學(xué)

      在化工領(lǐng)域的應(yīng)用主要包含材料和化學(xué)品、化工用酶、生物燃料等方向，例如，生物可降解塑料、生物燃料（生物柴油、燃料乙醇）等；

      3. 農(nóng)業(yè)：合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及作物增產(chǎn)、蟲害防治、動物飼料及作物改良等方向，例如，利用微生物固氮來幫助作物增產(chǎn)，通過生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)為牲畜提供蛋白飼料，利用基因編輯技術(shù)改良作物等。

      4. 食品：合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用包含肉類和乳制品、飲品、食品安全、調(diào)味劑和添加劑等多個方向。

      5. 消費品：涉及寵物食品、皮革、護膚品等方向。

      1.3.1 合成生物應(yīng)用場景豐富——生命健康領(lǐng)域的十大方向

      1、疾病機制的認識：為病原體的分析、疾病機制的研究提供了全新的視角。H1N1 病毒基因組以重組的形式重建原發(fā)性無丙種球蛋白血癥模型建立。

      2、合成疫苗：通過合成生物的生物設(shè)計，直接設(shè)計mRNA、DNA疫苗，通過重編程基因以產(chǎn)生減毒病毒。輝瑞生物科技的mRNA疫苗。

      3、基因治療：（工程化設(shè)計）改造遞送載體，降低載體免疫原性、增強靶向遞送。作為基因治療的療法本身，合成基因回路，默、激活和調(diào)整所需基因表達的能力。腺相關(guān)病毒（AAV）載體的改造。

      4、工程噬菌體/病毒療法：使用噬菌體來對抗細菌病原體。通過工程化改造，來使其靶向特定的病原體和病理機制。工程化改造大腸桿菌特異性噬菌體T7來增強其殺菌能力。

      5、疾病診斷：通過在細胞中設(shè)計傳感電路，在發(fā)生疾病時，對體內(nèi)相關(guān)的生理分子波動的檢測與感應(yīng)。胃腸出血檢測器。

      6、工程微生物療法：伴隨診斷，工程化改造微生物用于活體生物療法。苯丙酮尿癥管線——改造大腸桿菌Nissle 1917 表達相關(guān)酶來幫助機體代謝苯丙氨酸。

      7、細胞療法：工程化改造CAR 分子進入T 細胞使其具有額外的抗原特異性來重新定向靶細胞。工程T細胞（CAR-T ）。

      8、藥物發(fā)現(xiàn)與生產(chǎn)：藥物發(fā)現(xiàn)——設(shè)計基因回路，篩選特異藥物。藥物生產(chǎn)——改造細胞生物合成小分子藥物、單克隆抗體等。新型抗結(jié)核化合物2 - 苯乙基丁酸酯抗瘧疾藥物青蒿素前體的生物合成。

      9、微生物群落療法：合成微生物群落，實現(xiàn)復(fù)雜生理功能治療疾病。改善艱難梭菌感染、自身免疫病、炎癥性腸病治療和輔助癌癥免疫治療。

      10、器官異種移植：通過合成生物學(xué)技術(shù)，克服排斥反應(yīng)等，實現(xiàn)器官的異種移植。一位57 歲的男性患者在馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心接受了基因編輯豬心臟的移植手術(shù)。

      1.3.2 合成生物應(yīng)用場景豐富——化學(xué)品、材料和能源領(lǐng)域

      材料領(lǐng)域相關(guān)公司產(chǎn)品：耐用生物膜。Zymergen開發(fā)了一種透明的生物膜，這種生物膜薄、柔韌、耐用，可用于在智能手機、電視屏幕和皮膚等多種表面?zhèn)鬏斢|摸。智能包裝：Infarm創(chuàng)造了一種可在物體周圍折疊的可再生塑料。Earthpac利用馬鈴薯加工廢水中的淀粉生產(chǎn)可生物降解的餐具和托盤。

      合成生物的能源應(yīng)用：合成生物能源包括生物乙醇、生物柴油、高級醇等生物液體燃料、生物沼氣(甲烷)、生物氫氣及生物電等。目前全球至少有60多個國家開始推行生物能源，其中巴西、美國、歐盟貢獻了全球消費量的84%。

      1.3.3 合成生物應(yīng)用場景豐富——農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

      在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有三大主要應(yīng)用：

      1）農(nóng)業(yè)產(chǎn)量主要受限于光捕獲效率、生物量積累效率和收獲指數(shù)等。目前,植物的光捕獲率已接近最大理論值,且大幅度提高收獲指數(shù)已無可能。但合成生物可以通過提高光合碳同化效率如提高Rubisco酶活性、引入碳濃縮機制和減少碳損耗,以及提高光能利用效率等提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

      2）合成生物可以通過構(gòu)建人工高效固氮體系為農(nóng)作物提供氮源,從而部分替代或大幅度減少化學(xué)氮肥的使用，減輕水體富營養(yǎng)化和大氣污染等問題。 

      3）植物合成生物學(xué)可以通過改造現(xiàn)有代謝途徑或者從頭合成新的人工代謝途徑對作物進行改良或者獲得新的代謝產(chǎn)物，提高作物營養(yǎng)價值，規(guī)?；a(chǎn)天然產(chǎn)物。

      相關(guān)公司產(chǎn)品：Pivot Bio研發(fā)出了針對玉米作物的微生物固氮產(chǎn)品，促使特定的微生物在作物根部釋放氮，以滿足作物日常氮需求。

      1.3.4 合成生物應(yīng)用場景豐富——食品領(lǐng)域

      合成生物學(xué)可以提高食品生產(chǎn)的資源轉(zhuǎn)化效率。合成生物學(xué)可以通過使用程序化的單克隆細胞工廠、工程微生物群落或無細胞生物合成平臺來改善食品生產(chǎn)。這有利于擺脫傳統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)的弊端，同時提高資源轉(zhuǎn)化效率。世界資源研究所分析，到2050年，相比2010年糧食缺口高達56%。牛奶和肉類的需求將更大。

      合成肉類：合成肉包括植物蛋白生產(chǎn)的植物肉、動物細胞培養(yǎng)的養(yǎng)殖肉以及其他可持續(xù)蛋白生產(chǎn)的肉類類似物（如藻類和真菌蛋白質(zhì)）。植物肉利用大豆、小麥、豌豆等合成。養(yǎng)殖肉又稱體外肉，通過將動物的胚胎干細胞或肌肉組織在生物反應(yīng)器中增殖，然后用支架或微載體獲得特定的肌纖維和大塊組織。

      無動物生物工程奶：使用大腸桿菌或酵母細胞工廠培養(yǎng)牛奶的主要成分，乳清蛋白、酪蛋白等，然后將純化的蛋白與水、脂肪以及其他成分（低聚糖、維生素等）混合即可制成合成牛奶。

      食品添加劑：用細胞工廠生產(chǎn)取代傳統(tǒng)的植物提取甜味劑等。

      2. 技術(shù)革新，制造升級，合成生物正當(dāng)時

      合成生物將對廣泛的領(lǐng)域產(chǎn)生重大的經(jīng)濟影響。根據(jù)麥肯錫的分析，預(yù)計在2030-2040年，合成生物學(xué)每年帶來的經(jīng)濟影響將達到1.8至3.6萬億美元，未來生物制造的產(chǎn)品可以覆蓋60%化學(xué)制造的產(chǎn)品，并在繼續(xù)拓展邊界。而應(yīng)用最清晰的醫(yī)療健康領(lǐng)域每年受到的直接經(jīng)濟影響在未來20年內(nèi)達到0.5至1.2萬億美元。而在這堆經(jīng)濟數(shù)字的背后，是碳中和背景下節(jié)能減排的實際需求、生物技術(shù)的發(fā)展帶來的制造升級、政策與資金引導(dǎo)誘發(fā)的產(chǎn)業(yè)革命。

      2.1 碳中和背景下合成生物制造大有可為

      合成生物制造是一種具有潛力的綠色生產(chǎn)方式，隨著全球變暖及各國碳中和的提出，合成生物制造無疑成為潛在的最優(yōu)解之一。合成生物制造可以降低工業(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，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。根據(jù)創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展司報告，和石化路線相比，生物制造產(chǎn)品平均節(jié)能減排30%-50%，未來潛力將達到50%-70%，以基礎(chǔ)化學(xué)品1，3-丙二醇合成生物制造為例，與石油路線相比，生物法制造的CO2減排63%，原料成本下降37%，能耗減少30%。在全球和國家倡導(dǎo)”碳中和”的背景下，合成生物學(xué)無疑提供了非常好的解決方案，2014 年世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）發(fā)布《合成生物學(xué)政策新議題》報告，預(yù)測未來將有35%的化學(xué)品和其他工業(yè)產(chǎn)品可能涉及生物制造，世界自然基金會（WWF）估測到2030 年，工業(yè)生物技術(shù)每年將可降低10億-25億噸的CO2排放。

      2.2 底層技術(shù)飛速發(fā)展給合成生物學(xué)帶來新機遇

      以基因合成、編輯為代表的合成生物學(xué)在過去20年間有了快速的發(fā)展，支撐產(chǎn)業(yè)迭代、升級。合成生物學(xué)從概念向產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變，最主要在于底層技術(shù)的創(chuàng)新，基因合成從傳統(tǒng)的小片段化學(xué)合成發(fā)展到第四代酶促合成技術(shù)，合成片段的長度和效率逐步提升；基因編輯經(jīng)歷了ZFN→TALEN→CRISPR/Cas9技術(shù)的升級，基因編輯效率和準確度都有了極大的提升。

      以Ginkgo bioworks為代表的合成生物學(xué)平臺型公司建立了相對成熟的生物鑄造廠商業(yè)模式，通過將DNA編輯、合成、插入，細胞水平測試，強化數(shù)據(jù)分析能力，并將數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用到下一次測試中去，形成了研發(fā)閉環(huán)。生物鑄造廠規(guī)模效應(yīng)突出，以Ginkgo bioworks為例，在生物鑄造廠投入使用后，每年經(jīng)濟產(chǎn)出提升了3倍，而每個工作單元的平均支出卻能夠下降約50%。

      2.3 成本降低推動行業(yè)產(chǎn)業(yè)化變革

      底層技術(shù)成本指數(shù)級下降，帶來下游合成生物學(xué)應(yīng)用爆發(fā)。隨著生命科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場景的拓寬，底層的基因合成與基因測序服務(wù)能力得到了極大的提升，價格上，基因測序與基因合成的成本下降速率明顯快于摩爾定律，2021年每Mb的基因合成成本約為0.006美元，而每個基因組的測序成本約為562美元，更低的成本使得這些技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用成為了可能。

      精準發(fā)酵替代傳統(tǒng)發(fā)酵，成本下降帶來競爭優(yōu)勢。隨著在發(fā)酵工程的發(fā)展，精準發(fā)酵逐漸成為合成生物學(xué)放大生產(chǎn)的主流，精準發(fā)酵通過對于發(fā)酵微生物進行基因修飾，已達到目標產(chǎn)物最高得率。精準發(fā)酵的優(yōu)勢在于1）目標產(chǎn)物相對可控；2）成本、能耗降低；3）污染降低。

      2.4 政策支持下合成生物學(xué)成為未來主流發(fā)展方向，合成生物學(xué)迎來發(fā)展機遇

      中國合成生物產(chǎn)業(yè)處于高速發(fā)展時期，國家持續(xù)出臺政策助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從“十二五”，國家提出對生物制造技術(shù)的支持；到“十三五”，國家將合成生物技術(shù)列為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)之一。此后國家出臺一系列政策支持合成生物的發(fā)展，“十四五”更是強調(diào)了對生物合成的應(yīng)用，在政策的大力支持下，合成生物產(chǎn)業(yè)也迎來了重要的發(fā)展機遇。

     歐美國家高度重視合成生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究，通過一系列科技發(fā)展計劃和研究項目，從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用全鏈條布局。（1）美國：2006年，由美國國家科學(xué)基金會(NSF) 向新成立的合成生物學(xué)研究中心（SYNBERC）提供為期十年共3900 萬美元的資助，為美國的合成生物學(xué)研究領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。（2）歐洲：頂層設(shè)計布局始于2009年，英國、德國、法國研究學(xué)院分別發(fā)表在合成生物學(xué)行業(yè)研究報告或設(shè)立研發(fā)中心，旨在提升行業(yè)發(fā)展優(yōu)先級以及指定本國未來行業(yè)發(fā)展目標。

      2.5 資金涌入合成生物賽道，合成生物產(chǎn)業(yè)投資正當(dāng)時 

      合成生物學(xué)成為資本最看好賽道之一，全球合成生物融資快速增長。

      據(jù)SynbioBeta數(shù)據(jù)，2009-2021年全球合成生物融資規(guī)模快速增長，從2011年的4億美元增長至2021 年的180億美元，年復(fù)合增長率達46%。2021年，第四季度的28億美元融資金額相比前三季度略有下滑，但全年初創(chuàng)公司籌資金額來到180億美元，約為2009年-2020年籌資金額總和。2021年第四季度共發(fā)生了44筆融資，平均融資金額6330萬美元。

      2.6 技術(shù)革新，制造升級，合成生物正當(dāng)時

      合成生物學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在未來10年內(nèi)將對各個行業(yè)產(chǎn)生重要影響。隨著合成生物學(xué)的應(yīng)用，醫(yī)學(xué)、美容行業(yè)將在5年內(nèi)迎來一定的產(chǎn)品替代和/或工藝改進，紡織品、食品、農(nóng)業(yè)、化學(xué)品等各個行業(yè)也都將受到合成生物學(xué)技術(shù)進步帶來的影響。

      合成生物學(xué)行業(yè)快速擴容，預(yù)計到2024年全球市場規(guī)模將達到189億美元。隨著應(yīng)用場景的增多和技術(shù)的改善，市場逐漸擴容，根據(jù)CBInsights的預(yù)測，2019年全球合成生物學(xué)市場規(guī)模約為53億美元，到2024年將擴容至約189億美元，2019-2024CAGR為28.8%，其中占比最高的為醫(yī)療健康細分應(yīng)用領(lǐng)域。

      3 研發(fā)、選品、放大生產(chǎn)是合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)核心邏輯

      合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈上游由提供基因合成、編輯等底層技術(shù)公司構(gòu)成，產(chǎn)業(yè)鏈中游為從產(chǎn)品研發(fā)到放大生產(chǎn)的產(chǎn)品型和主攻平臺搭建的合成生物學(xué)公司構(gòu)成，而下游為合成生物制造產(chǎn)品的終端客戶，由于產(chǎn)品種類涉及多個行業(yè)，合成生物學(xué)整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也更加豐富。

      從投資角度看，研發(fā)、選品和放大生產(chǎn)的能力是評價公司核心競爭力的三個維度。研發(fā)體現(xiàn)一家合成生物學(xué)企業(yè)的技術(shù)、平臺、人員等多方面的軟實力；選品是對產(chǎn)品下游市場需求的綜合研判，直接決定下游市場空間；放大生產(chǎn)能力體現(xiàn)最終成本控制和競爭優(yōu)勢，決定產(chǎn)品最終是否能走向市場。

      合成生物學(xué)投資的三個維度：研發(fā)、選品和放大生產(chǎn)

      研發(fā)：微生物構(gòu)建、微生物改進的能力，底盤細胞魯棒性（Robust），研發(fā)效率、成本。

      選品：與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法比較是否具有成本優(yōu)勢、工藝優(yōu)勢、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)勢，選品是否符合市場需求，下游市場空間。

      放大生產(chǎn)：可行性，發(fā)酵工藝，放大規(guī)模，生產(chǎn)成本，能耗，溫室氣體排放，污染控制。從實驗室走向市場最后一步在于放大生產(chǎn)，而由于微生物發(fā)酵生產(chǎn)過程中溫度、pH值、代謝產(chǎn)物積累等都將影響發(fā)酵的結(jié)果，因此在放大生產(chǎn)過程中，對于代謝調(diào)控、微生物魯棒性等要求很高。

      以凱賽生物為例，公司在發(fā)酵法生產(chǎn)長鏈二元酸的技術(shù)上積淀深厚，產(chǎn)業(yè)化有效落地。在原材料→細胞工程→發(fā)酵液→提取純化→產(chǎn)品的整體生產(chǎn)線中，公司已建立了完善的技術(shù)，長鏈二元酸的發(fā)酵反應(yīng)已從搖瓶逐步放大到200m3、600m3、800m3的發(fā)酵罐。

      從研發(fā)、選品、放大生產(chǎn)三個維度來看，擁有集成性的研發(fā)平臺，所選品種下游市場應(yīng)用場景豐富、產(chǎn)品間具有協(xié)同作用的選品策略，放大生產(chǎn)能力技術(shù)完善的公司是行業(yè)的標桿。