合成生物学建物致知大有可为

1、1 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：合成生物学，生命科学，西南证券整理1.1 合成生物学含义合成生物学“建物致知”：是指在工程学思想指导下，按照特定目标理性设计、改造或者从头重新合成生物体系，即生物 学的工程化，涉及生物学、生物信息学、化学、计算机科学等多个学科的交差。简单来说就是通过DNA基因层面的设计通过 多组学方法生产想要的各类产物。要解决的主要技术：1）关键元件（DNA序列）的挖掘/合成；2）底盘细胞的优化（菌株的选择及改造）；3）代谢途径/基因 表达途径的构建和产物鉴定；4）如何分离纯化以及放大生产。且全过程中与机器学习等算法/以及生物数据库的完备程度息息 相关。合成生物

2、学涉及到的学科广泛合成生物学发展要解决的关键技术DNA设计/ 功能鉴定整体功能通 路打通合成生 物学天然宿主改 造/无细胞 体外合成底盘细胞选 择/优化21 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：CB insights，西南证券整理合成生物学下游应用领域多样基于合成生物学原理以及技术方式可分为三大类型公司：1）开发使能技术，如 DNA 合成和测序；2）制造 DNA 构件及集成系统，如软件服 务；3）利用合成生物学平台生产所需产品，（医疗、农业、消费品、食品饮料、能源、工业等领域）。31 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：合成生物学及其研究进展，西南证券整理1.2 合成生物学下游

3、应用领域多样不同领域关注的侧重点不同。传统化工能源、食品领域更多关 注其降本增效能力，医药领域则更关心产物质量效果，如蛋白 质的靶向性、成药性等指标。应用领域产物/疾病产量微生物菌种天然产物呋喃香豆素3.6 mg /L厦门链霉菌吡喃香豆素3.7 mg /L厦门链霉菌虾青素29.6 mg /g蓝细菌人参皂苷 h2300 mg /L酿酒酵母番茄红素2.37g/L酿酒酵母医学领域-能源领域霍乱弧菌感染疟疾 肿瘤黑色素瘤 肾衰竭 乳腺癌 丁醇552mg/L大肠杆菌沙雷氏菌属 沙门氏菌 大肠杆菌 埃希氏菌属 噬菌体大肠杆菌乙醇90.7g/L酿酒酵母脂肪酸4.5g/L大肠杆菌富马酸22.4g/L大肠杆菌丁

4、二酸12.51g/L嗜热厌氧杆菌工业化学品-聚谷氨酸32.14g/L解淀粉芽孢杆菌 苹果酸201.13g/L黑曲霉琥珀酸134.25g/L曼海姆菌41 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：各公司公告，西南证券整理存量市场大，细分赛道天花板高1.3 合成生物学如何选品目前以自下而上为主，从需求、价格等维度考虑产品立项的策略市场需求：寻找大的存量市场中细分赛道市场天花板足够高的赛道，如某些食品添加剂产品目前只能应用成人食品中，后续品质提升后可拓展 到婴幼儿食品或老人保健当中；或碳中和背景下，某些环保材料。价格：传统领域，应用合成生物学能做到降本增效的产品。如部分氨基酸。高附加值产品，如角鲨

5、烯、医药中间体等。工艺可行性：一般生命体中的化合物/天然提取物的代谢途径都是经由酶催化进行的，需要寻找到相对应的功能酶，多次调试后才会立项生产。Follow+创新：如食品添加剂、维生素等领域，国内企业一般会follow帝斯曼或者巴斯夫等国际巨头产品线，有现金流后拓展新项目。产品立项的考虑策略选什么做？ 赚产能的钱，国产替代工艺可行性强Follow和创新并存蓝晶微生物：化工材料：2万-3万亿元规模，其 中环保塑料未来10年全球规模超万亿元。凯赛生物：聚酰胺原材料，产能3/4依赖进口，且传统化学方法单位产量较低，成本高已知代谢途径的化合物食品维生素：跟随帝斯曼、巴斯夫； 医药生物：自主创新，定向合

6、成全新产物51 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：CNKI，西南证券整理合成生物学的核心技术基因设计是底层技术，也合成生物学发展必需技术：绝大多数具有生物活性的天然产物，决定其生物合成的众多基因元件都不清楚，因此，挖 掘出合成途径中的关键基因元件尤为重要。根据一般的化学反应原理及已知的中间体结构并辅以同位素示踪，可推测可能的生物合成途径。菌株改造：如何选择最适合的菌株，如何改造最适合的菌株。产物功能性质的鉴定：产物种类众多，功能鉴定具有独特性，难度最大。对于遗传操作手段不成熟，难以实现 ( 多 ) 基因编辑的菌株，将候选 基因克隆出来并在异源系统中表达，以内源产生或外源添加的办法提供

7、底物，进而通过色谱、质谱、核磁等技术对产物进行分析鉴定，从而确 定酶的催化活性是目前常用手段。分离纯化、放大量产：从实验阶段如何扩大生产也是难点。未来的方向：结合计算机技术建立整体流程的学习反馈机制。基于合成生物学筛选平台的基因元件挖掘路线图多组学分析底盘细胞培养高 通 量 测 序功能验证化学分析61 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：Trends in Biotechnology，西南证券整理合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力基因设计化合物代谢途径的关键酶+各类型蛋白质对代谢途径/基因表达途径的理解是基础。2022年8月10日，合成生物学知名学者，Sang Y

8、up Lee教授发表了一张最新的微生物可参与合成的 化学品清单。汇编了目前所有可用的生物和化学反应途径，共包含有着 532 种化合物和 580 个反应，这其中生物反应和化学反应分别为 438 个和 142 个。生物基化学品交互式代谢全图71 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：合成生物学，西南证券整理合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力基因设计化合物代谢途径的关键酶+各类型蛋白质生物体代谢生产化合物中如何生产关键功能酶是难点：理性设计/定向进化（非理性设计）/人工智能辅助开发。三种设计蛋白质的方法限制因素：需要对结构功能信息 有深入了解，并且需要巨大的计 算资源理性

9、设计限制因素：较低的筛选速率和 序列空间中庞大的变体数量定向进化学习已有数据中的信息，建立起输入属性（如序列）到输出属性（如功能）的映射，不需要详细的物理或生物层面的基础信息。 就能够通过实验中容易得到的输入值来预 测输出值，从而免除大量的重复性实验。人工智能 辅助81 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：Deep Mind，人工智能辅助的蛋白质工程，西南证券整理合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力基因设计如何设计机器学习的算法？需要解决的问题蛋白质结构预测：之前PDB数据库中可预测结构的蛋白质大约为15万种，而最近谷歌子公司Deep Mind宣布其Alpha Fo

10、ld 平台已经可以预测 的蛋白质结构超过2亿，来自于100万个物种，几乎涵盖了全球上所有已知的蛋白质。其中有约35%的预测结构与实验确定的结构高度一致， 除此之外，还有45%的结构是被认为有足够的可靠性，其能够用于之后的各种分析应用。功能预测：研究者通过收集原始酶的序列信息和底物的物理化学特性（如疏水常数 lgP、分子表面积）和结构信息（如官能团拷贝数、框架 类型），建立了初始的数据集，并以多种基于决策树的算法来构建突变酶功能的预测模型。结构-功能对应关系。Alpha Fold可预测的蛋白质结构已超2亿功能预测算法迭代91 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：CNKI，西南证券整理合成

11、生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力菌株改造与选择底盘细胞的优势：天然产物传统的生物制造方法主要是通过微生物大规模发酵或植物栽培进而分离提取。然而，天然菌株一般生长慢、不易培 养和产量低；至今仅有 1% 的可培养微生物，而绝大多数的生物资源并未获开发利用。底盘细胞具有遗传背景清晰、遗传操作简便、生长快、 易大规模培养等优势。改转录：拓展其启动子识别的广谱性及转录强度；使用高效的诱导表达体系；人工构建的更适合底盘的启动子提高效率：“自上而下”，删除底盘细胞非必要基因，减少代谢负担，提高细胞活力。“自下而上”，如酵母基因组中几条染色体已通过人工方式设计合成，并且在合成的酵母染色体中

12、引入了SCRaMbLE系统，制造突变库，高通量测序选择最优解。用于生物制造的底盘细胞体系与天然宿主和无细胞体系的比较底盘细胞天然宿主无细胞体系细胞生长快较慢-遗传操作简单较复杂-合成途径外源导入或人工改进天然多酶复合体系，适用于反应途径较简单的体系活性物质合成能力高、易改造较低高分离纯化较易较难易用于营养保健领域不宜合适-101 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：CELL systems Review，西南证券整理合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力菌株改造与选择菌株改造的目的。按产物来分可以分为：1）优化天然宿主中代谢物的生产；2）通过异源生物合成途径产生非天然

13、代谢物；3）异源蛋白质的表达优化天然代谢物的策略优化天然代谢物的策略：加精华、去冗余。1A：体内基因过表达酶，提高其活性。1B：建立体外转运泵，及时把产物输出，提高产量。1E：增强辅酶因子的作用。1H：增加底物浓度。1I：提高碳利用率1J：通过工程信号转到控制其他影响代谢的因素1C：去除掉一些非必要基因，提升细胞整理效率。1D：删除可导致产物降解的基因。1F：为扩大单位产量，消除细胞本身负反馈机制（改造酶）。1G：清除副产物。111 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：CELL systems Review，西南证券整理合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力菌株改造与

14、选择菌株改造的目的。按产物来分可以分为：1）优化天然宿主中代谢物的生产；2）通过异源生物合成途径产生非天然代谢物；3）异源蛋白质的表达通过异源生物合成途径产生非天然代谢物。与原始宿主代谢通路的兼容性如果底物与代谢途径在不同区室进行，则需要关注酶和辅助因子。官能团的生物合成，确保酶的功能。底物、共底物、辅助因子确保所有前体都能使用。优化途径增加酶促水平过表达策略、去除反馈抑制、去除竞争活动转运工程，提供产品输出效率去除副产物异源表达的设计策略121 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：CELL systems Review，西南证券整理合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分

15、能力菌株改造与选择菌株改造的目的。按产物来分可以分为：1）优化天然宿主中代谢物的生产；2）通过异源生物合成途径产生非天然代谢物；3）异源蛋白质的表达蛋白质表达的设计策略：与生产较小的化合物想达到 更高产量相比，某些与药物相关的蛋白质可能质量比数 量更重要。 更侧重产量的产品，如酶关注密码子相容性和最优性，以及内含子的去除。设计选择分泌信号，确保产量。减少蛋白质分泌应激，特别是关于二硫键的形成。去除降解酶。工程囊泡运输和易位。 更侧重质量的蛋白质：药物蛋白，首先要决定那个质 量指标是最看重的。蛋白质的糖基化工程，对蛋白质的功能起到很大作用工程二硫键形成和蛋白质折叠通常可去除错误折叠蛋 白。去除降

16、解酶。蛋白质表达的设计策略131 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：西南证券整理获得稳定菌株验证菌株稳定性一般需要15-30天； 表达量验证1-2月；合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力产物量产放大生产放大过程：验证阶段实验室小试中试量产放大。整体过程壁垒较高，需要长时间的Know how积累。其中涉及到的微生物的密度变化需要配套采用一些特殊技术，以及控制发酵温度、时间、 溶氧和杂菌污染等。企业在立项之初就应考虑从前期设计到后续生产放大的全产业链规划。若只关注于前期设计如Amyris的生物燃油和Zymergen的光学薄膜都是 忽视了后期产能放大的问题，导致最终没有

17、得到产业的认可和使用。国内的发酵技术目前已经较为成熟，再结合前期平台设计的进步，可能在 后期商业化验证上抢占先机。生产放大过程及所需时间实验室小试阶段中试阶段量产阶段从实验室阶段5L的发酵罐放大到后续的5吨甚至百吨，至少则需要2-3年时间141 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：公司公告，Wind，西南证券整理1.4 合成生物学的核心技术多学科交叉，大部分企业只掌握部分能力1.4.3 产物量产放大凯赛生物10万吨生物基聚酰胺项目成本拆分科目数量单价（元）成本（万元）成本玉米（吨）300000279783910硫磺（吨）7081460103液氨（吨）1438931104475氨水（吨）

18、810427862258NaOH（t）163033354碳酸氢铵（t）41806170711己二酸（t）69515915063606硫酸铵（t）72730920920葡萄糖（t）1255225003138硝酸钾（t）261545001177磷酸二氢钾（t）219777091694人工（人）5251000005250用电24761440010895折旧摊销16486.516487副产物营收190008619016300199414642899玉米胚芽（t）玉米纤维（t）玉米高蛋白饲料（t） 合计3789126184725173545010,00020,00030,00040,00050,0006

19、0,0002010-01-102010-09-262011-06-122012-03-042012-11-252013-08-112014-04-272014-07-032014-08-242014-10-222014-12-122015-02-052015-04-032015-05-282015-07-192015-09-112015-11-082015-12-302016-02-282016-04-212016-06-162016-08-072016-09-302016-11-272017-01-192017-07-302018-04-292019-01-202019-11-102020-

20、08-092021-04-252022-01-09市场价(平均价):PA66在生产成本端，以合成生物学方法制得的产品有较大优势。如华恒生物的L-丙氨酸产品成本降低约50%。以凯赛生物的生物基聚酰胺（PA56）为例，与化学合成PA66对比，生物基聚酰胺单吨成本为17354元。PA66为36500元。节省约1.9万元。PA66价格变化图151 合成生物学“建物致知”的多学科技术信息来源：华恒生物招股书，西南证券整理项目天然提取法化学合成法生物酶法生物发酵法合成生物法产量低高高高高成本高高较高低低核心步骤强酸水解化学催化生物酶催化微生物发酵底层设计+量产技术要求低低高高最高工艺路线长长短短短产品质量

21、低高高高高原材料来源可再生石油基石油基可再生可再生环境友好度低低较高高高技术成熟度成熟成熟较成熟较成熟早期应用场景单一较少一般一般较多合成生物学与传统技术的比较优势合成生物学优势：应用领域广泛（“可以把代码写进发酵罐”）；设计、生产效率提升（拥有大量备选元件）；产品质量、环保属性、成本优势明显；创造新需求。合成生物学对比其他生产方式的区别161 合成生物学“建物致知”的多学科技术1.6 合成生物学发展历程信息来源：CNKI，西南证券整理第一阶段（2005年以前）：技术发展初期，代表成果为青蒿素前体在大肠杆菌中的 合成。第二阶段（20052011年）：基础研究快 速发展，年度的专利申请量较之前并

22、未有 显著增加，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。第三阶段（20112015 年）：基因组编辑 的效率大幅提升，下游应用领域也开始不 断拓展，合成生物学技术重视程度日益提 升。第四阶段（2015 年以后）：合成生物学的 “设计构建测试-学习”等概念提出， 多学科融合程度加深，叠加资本市场加速 入场，行业进入加速发展期。合成生物学发展历程172 政策、技术、资本三重助力行业快速发展信息来源：政府官网，西南证券整理部门政策名称发布时间相关内容国家发改委“十四五”生物经济发展规划2022.5.1

23、0指出包括合成生物学在内的生物经济是未来中国经济转型的新动力。国家发改委、科技部等四部门关于扩大战略性新兴产业投资培育 壮大新增长点增长极的指导意见2020.09.11支持包括建设合成生物技术创新中心在内的各项细则，促进生物技术 大力发展。发改委、工信部关于推动原料药产业高质量发展实施方案的通知2021.11.12加快合成生物技术、连续流微反应、连续结晶控制等先进技术开发与应用。重点发展合成生物技术、酶催化等先进技术。北京市发改委中国（北京）自由贸易试验区科技 创新片区海淀组团实施方案2021.01.19结合人工智能技术以及临床研究优势，终点为肉细胞基因治疗、合成 生物 学、结构生物学等重大产

24、业平台和重点项目。深圳市人民政府深圳市国民经济和社会发展第十四 个五年规划和2035年远景目标纲要2021.06.09生物育种方面，重点围绕组学技术、合成生物学、植物基因学、动物 基因学、生态基因学等领域展开关键技术攻关。上海市人民政府办公厅上海市战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划2021.06.23基因编辑、拼装、重组技术以及人工组织器官构建等合成生物写技术列为重点发展先导产业，以推动合成生物学工业应用。行业发展的驱动因素政策端：合成生物学发展符合我国“双碳”目标的实现，与传统技术路线相比，更环保、成本优势更明显。以华恒生物的L-丙氨酸产品为例，公司发酵法工艺大幅降低了约50%的产品

25、成本。合成生物学属于创新型技术，属于我国未来生物科技发展的重点技术项目。行业相关政策182 政策、技术、资本三重助力行业快速发展信息来源：Markets and Markets，灼识咨询，麦肯锡，西南证券整理行业发展的驱动因素技术端：基因测序技术发展迅速，检测时间和单位成本明显下降。基因测序提供的基因序列信息，可提供为合成生物学的“代码库”。此外，低成本的全基因组测序（仅需1000美元）能够更有效地控制长基因构建体的质量，这是基因合成的关键步骤。基因合成原材料成本下降，基因编辑技术发展，下游需求提升。平台型使能技术快速发展。人类全基因组测序成本逐渐降低历代测序技术对比测序 技术测序方法读长运行

26、时长成本/1亿碱基第一代Sanger400-900bp20min-3h$2400000Roche-454700 bp24 hours$10000Illumina- Genetic50-300bp1-10 days$50-$150第二代AnalyzerThermo Fisher-ABI-Solid50+35/50+50 bp1-2 weeks$130Ion Torrent400bp2 hours$66.8-$950第三代Pacific Pacbio平均5500-8500bp，最 大读取长度30min-2h$7.2-$43.330000bp第四代Oxford100kb-300kb-$1.5-$4.

27、7Nanopore超长建库192 政策、技术、资本三重助力行业快速发展信息来源：CB insights，西南证券整理行业发展的驱动因素资本端：资本助力行业发展，多领域布局合成生物学。根据 CB Insights 的数据显示，截至2020年8月，合成生物学领域在全球共发生 391 起融资事件，其中 2017 年最高，为 70 起， 2018 年创下融资金额23 亿美元的融资记录。资本和市场的目光正在向合成生物的技术应用层面聚集。从投 资领域来看，主要集中在医疗、食品及饮料开发、生物体设计、自动化生产平台及能源应用开发等。合成生物学领域融资事件及金额融资金额较高的10家公司202 政策、技术、资本

28、三重助力行业快速发展信息来源：麦肯锡，西南证券整理行业发展的驱动因素资本端：基因组学是目前为止在各个组学中商业融资以及学术成果都最丰富的领域。累计目前共有228亿美元的融资金额，学术成果超千篇。合成生物学领域融资事件及金额212 政策、技术、资本三重助力行业快速发展信息来源：CB Insights ，西南证券整理1704.71897.42109.35022.4020002000018000160001400012000100008000600040002017201820192024E医疗健康科研工业化学品食品和饮料农业消费品行业市场规模未来5年超千亿元根据 CB Insights 数据， 2

29、019 年全球合成生物学市场规模达 53 亿美元。预计到 2024 年，与 2019 年相比，合成生物学市场规模的年复合增 长率（CAGR）将增长 28.8%，达到 189 亿美元。从CAGR来看，预计食品饮料、农业领域的增速最快，分别为64.6%/64.2%。从占比来看， 医疗健康领域预计2024年市场规模为50亿美元左右，占到整体市场规模的27%。合成生物学市场规模（百万美元）222 政策、技术、资本三重助力行业快速发展2.3 展望未来可能创造的新需求信息来源：麦肯锡，西南证券整理领域与案例生物 分子创新领域生物 系统生物机 器界面控制度精 度提高改造生物 能力增强转化能力研发通量、生物计

30、算机之前的 产量增加接口潜力加大上下游合作价值链转变并调整业务战略生命健康健康保险；辅助服务POCT推广；更 多药物从治疗 走向治愈减少媒介传 播传染病基因治疗新药物开发农业、食品食品零售和饭 店；房地产； 物流周期调整； 环境友好肉类价值链转 变；产业链可 能整合动植C植物R物育RISP种基因工程植物蛋白 质工程、 人造肉微生物数 据优化农 业投入消费品、服务健康保险；医 疗保健价值链上移； 数据服务DTC基微生因测物美试容基因工 程宠物基于组学数 据个性化健 康服务化工、能源、材料时装和化学品；电子价值链压缩；平台型企业原料新生物路线改进工业酶工艺新型材料232 政策、技术、资本三重助力行

31、业快速发展信息来源：麦肯锡，西南证券整理生命健康化工、能源消费服务农业、食品2.3 展望未来可能创造的新需求2020年前2020-20302030-20402040以后病原体筛查液体肿瘤的CAR-基因驱动预防媒干细胞产生的可无创产前检查细胞疗法介传播疾病移植器官液体活检实体瘤的CAR-T用于医学目的的细胞疗法胚胎编辑辅助育种安全性和真实性的遗传追踪DTC基因测试药物生产的新生 物路线植物基蛋白质作物微生物组诊 断和益生菌治疗培养肉可以更快生长的 基因工程动物通过增强光合作 用加快生长的基 因工程作物基于遗传和微生 物组的个性化膳 食服务基于组学数据的 个人健康、营养 和健康状态的监 测传感器基

32、因治疗皮肤衰老新型材料：生物农 药 / 生 物 肥 料 （ RNAi农药）改善现有发酵工艺生 物 聚 合 物 （ PLAPET）生物太阳能电池和生物电池242 政策、技术、资本三重助力行业快速发展信息来源：国家菌株资源库，西南证券整理不同应用领域行业监管力度不一终端药品和农牧业食品领域较严，化工领域和医药中间体较灵活。药品的生产是肯定要用到菌株生产的，也有较为完善的申报流程。化工领域相对宽松，有些因为只作为原材料或者化学品的中间体使用，不一定需要菌株注册。整体上还是更关注生产效率高低。食品添加剂以及化妆品的要求较严格：使用的菌种必须列入我国菌种使用目录，并需要试验证明/安全评估对人体无害。先经

33、过国家农业部的 安全性评估，再向食药监局进行审批和注册。国家菌株资源库按不同机构统计菌株数量情况机构名称菌株数量中国农业微生物菌种保藏管理中心10990中国药学微生物菌种保藏管理中心9897中国工业微生物菌种保藏管理中心12757中国兽医微生物菌种保藏管理中心8392中国普通微生物菌种保藏管理中心24056中国林业微生物菌种保藏管理中心15461中国海洋微生物菌种保藏管理中心20551合计102104252 政策、技术、资本三重助力行业快速发展信息来源：公司公告，西南证券整理，备注：按照最新公司公告日期统计2.5 行业专利一般更多以技术秘密的形式存在从基因设计方面来看，仍需进行底层技术开发。如

34、国外Deep Mind公司的Alpha Fold 2仅仅公布了推理代码，但并未公开训练代码，所以想真 正掌握此技术仍需要国内企业从更底层技术做起。从菌株专利方面看，行业内的专利更多是以技术秘密的形式存在。主要的考虑因素有：1）申请后同行模仿难度降低。2）很多工艺方面的菌 株改造设计过程很难求证，同行使用后很难追究责任。目前国内企业的菌株主要从国内高校获得原始菌株，或者从一级市场通过买断授权/多 次买断的形式获得，但大部分项目仍然处于早期阶段，进入中试后的菌株较少。我国部分合成生物学相关企业专利情况对比公司名称专利分类发明专利实用新型专利凯赛生物23454华恒生物4345华熙生物8949弈柯莱生

35、物3811梅花生物12-诺唯赞3323金斯瑞14726-100.0%-50.0%0.0%50.0%100.0%150.0%(300)(200)(100)0100200300400010220112012201301422015201601720182019202020212营业收入（百万美元）扣非归母净利润（百万美元）yoy3 他山之石底层技术搭建+选品+量产能力是重中之重3.1 Amyris选品之初要从产业链视角做决定信息来源：Amyris官网，Wind，西南证券整理0%-50%-100%-150%50%100%10-1011-0111-0411-0711-1012-0112-0412-07

36、12-1013-0113-0413-0713-1014-0114-0414-0714-1015-0115-0415-0715-1016-0116-0416-0716-1017-0117-0417-0717-1018-0118-0418-0718-1019-0119-0419-0719-1020-0120-0420-0720-1021-0121-0421-0721-1022-0122-0422-07阿米瑞斯2003年成立2005 年研发出了能够生产青蒿酸的酵母菌株，迎来第一个里程碑2012-2013 年，聚焦于生物柴油，曾承诺核 心产品生物柴油 Biofene（法尼烯分子）在 2012 年产量能

37、够达到 4000-5000 万升，但 在巴西设立工厂放大规模不及预期，股价因 此大跌。2008 年，把青蒿酸生产技术授权赛诺菲2010 年，在美国纳斯达克股票交 易所上市，合成生物学想象空间 大，公司股价也随之翻倍2014年，转变思路：将业务转向高附加值、小批量的香精业务。至今，Amyris 的业务支柱在于纯净 美妆、香氛和健康三大方面，同时努 力打造底层技术。27信息来源：Amyris，西南证券整理Amyris 选品之初要从产业链视角做决定有了前车之鉴，积极发展底层技术，拓展产品种类。公司通过开发LAB-TO-MARKET平台，开发了源自15种化学分类的分子，已有 13 种不同 分子产品通过

38、此平台在市面上推广并产生收益，24 种成分正在积极开发中。预计到 2025 年，每年将有 4-6 种分子产品商业化，并且每种产 品将在几年内达到5000-10000 万美元的价值。Amyris用法尼烯合成了角鲨烯，应用到了化妆品以及疫苗佐剂领域。成本进一步得到节约。2020年与2012年相比，单个产品开发成本下降90%，平均上市时间缩短80%，研发效率提高500%，每42秒可以构建一个菌株。Amyris底层技术搭建迅速3 他山之石底层技术搭建+选品+量产能力是重中之重283 他山之石底层技术搭建+选品+量产能力是重中之重盘信息来源：公司公告，西南证券整理Ginkgo Bioworks平台化的龙

39、头企业深入融合到产业链中去的商业模式。与Amyris的TO C模式不同，Ginkgo Bioworks通过卖服务与下游客户深层绑定，走合作研发的路线。为此 公司多年来持续投入自动化研发平台的打造，目的是为了打造更高通量、更低成本的平台。收并购快速突破底层技术瓶颈。2022年1月10日收购Inscripta，的Onyx基因组工程技术平台，并将其整合进了公司自身的高通量自动化研发平 台的Foundry部分中。此外预计在2023年Q1完成对Zymergen的收购，整合其极强的自动化、软件、数据科学能力平台营收和新增项目增长迅速。在 2021 年实现了新增细胞编程项目 31 个，累计启动了细胞编程项目

40、 105 个。2021 年 营收达到了 3.138 亿美元，而 20 年同期营收仅为7670 万美元，同比增长309%。公司产量及成本优势明显收购Inscripta公司，整合平台能力293 他山之石底层技术搭建+选品+量产能力是重中之重信息来源：公司公告，西南证券整理Ginkgo Bioworks 平台化的龙头企业多领域切入。通过与不同领域公司的合作和布局，包括提供技术服务、合作研发、成立合资公司、推出子公司等等，涵盖了医药、消费品、食 品、农业等各个领域。盈利模式包括：销售分成、授权许可、股权投资、里程碑付费等方式。304 合成生物学相关企业对比信息来源：各公司公告，Wind，西南证券整理1

41、80%160%140%120%100%80%60%40%20%0%-20%01002003004005006002019202020212019-2021CAGR450%400%350%300%250%200%150%100%50%0%-50%(30)(20)(10)010203040502019202020212019-2021CAGR化工企业医药企业食品企业营业收入：从复合增长率来看，医药、 化工企业CAGR排名较为靠前。其中凯赛 生物和华恒生物合成生物学产品贡献体 量最大，凯赛生物2020年受疫情影响较 大。医药企业中诺唯赞从2022年开始起 步，目前已有千万级别体量收入。随团 队陆续打

42、造，未来前景可期。金斯瑞主 要优势目前在底层技术的掌握上，未来 几年工业合成生物产品增速预计在10% 左右，目前将逐渐替代一些低毛利率的 酶制剂，开发新品种卡位。食品企业目 前发展较为成熟，增速较慢。利润端：目前相关企业除凯赛生物、华 恒生物外，其他企业尚处于新入局或转 型阶段，合成生物学贡献的利润体量较 小。4.1 企业相关业绩体量尚小，规模效应尚未形成314 合成生物学相关企业对比信息来源：各公司公告，Wind，西南证券整理化工企业医药企业食品企业合成生物学企业盈利能力明显较高：从毛利率水平来看，医药企业毛 利率水平较高比较正常，但从化工企业内部区分看，合成生物学比重较大的企业如凯赛生物、

43、华恒生物 的毛利率为40%-50%， 净利率为20%30%，相较传统化工企业分别提升约30%，1020% 。也从侧面体现了合成生物学的壁垒和议价能力。从毛利率、净利率变化角度看：21 年相较于19年企业毛利率均有小幅 下降。从净利率角度看，医药、化 工企业近年来均有小幅提升。4.2 布局合成生物学可提高企业盈利能力-15%-10%-5%0%5%10%100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%201920202021毛利率变动40%30%20%10%0%-10%-20%-30%-40%-50%-60%80%60%40%20%0%-20%-40%-60%-80%-100%-

44、120%201920202021净利率变动324 合成生物学相关企业对比信息来源：各公司公告，Wind，西南证券整理 备注：球的体积大小根据各公司2021年归母净利润显示4.3 合成生物学领域中，各企业产品优势、渠道优势各异334 合成生物学相关企业对比信息来源：各公司公告，西南证券整理。备注：公司技术平台来源于公司公告以及企业官网，可能存在遗漏，结果仅供参考4.4 合成生物学相关企业共性技术平台掌握情况技术平台名称凯赛生物华恒生物诺唯赞金斯瑞华熙生物华东医药菌株高通量筛选平台未披露筛选平台微生物代谢途径微生物反应放大平台未披露生物转化/分离纯化技术聚合工艺及下游应用开发技术未披露未披露未披露

45、及构建高效工程菌平台345 建议关注5.1 金斯瑞依托基因合成业务优势，公司于2013年孵化出南京百斯杰（Bestzyme），正式进军工业酶制剂领域。2014年百斯杰成功开发了具有自主知识产 权的首个产品普鲁兰酶，该酶在耐热性、耐酸性等方面超越市场标杆产品，打破了国外企业的技术垄断；2016年，公司收购济南诺能51%股份，为公司扩充动物饲料酶/添加剂业务线；2018年综合产能规模扩大至15万标吨，为客户提供从酶制剂研发到工业化生产的全方位服务。目前百 斯杰在国内工业酶制剂企业内收入增长率位列第一，通过自主研发打破长期以来国际酶制剂企业的技术壁垒，被评为“全国酶制剂行业十强企业 ”之一。选品方面

46、，公司主要从行业成熟度、下游景气度、是否具有强替代趋势三方面选择。目前百斯杰主要产品为工业酶制剂，未来会往人造肉、医药中间体等领域拓展。公司发展历史信息来源：金斯瑞官网，公司业绩展示资料，西南证券整理NEW355 建议关注信息来源：华经产业研究院，西南证券整理公司名称成立时间主要产品营业收入（2020年）海外诺维信2000家庭护理产品、食品饮料行业140.12亿丹麦克朗杜邦杰能科1989农业酶制剂、工业酶制剂等203.97亿美元德国AB酶 制剂1958烘焙应用、造纸应用、油籽加工等139.37亿英镑皇家帝斯曼1902营养产品、食品配料、个人护理、制药等大中华区92.2亿元国内溢多利1991饲用

47、酶、食品用酶、能源用酶19.15亿元新华扬2000纺织酶、食品酶、饲用酶3.95亿元蔚蓝生物2005饲料酶、工业酶、食品酶9.6亿元百斯杰2013饲料酶、工业酶、食品酶1.82亿元5.1 金斯瑞目前酶工业已发展为高度多样化的产业，其多元化应用场景叠加行业对高效环保的工业酶需求促进了工业酶制剂行业规模的稳健增长。华经产业 研究院数据显示，2020年全球工业酶市场规模约为63亿美元，预计2026年将达89.37亿美元，2020-2026年复合增长率达6%，具有较大市场空 间。高端酶制剂是国内企业的竞争之路。国内低端酶制剂基本已实现国产化，门槛较低、竞争激烈；高端酶制剂企业起步较晚，大多需要依靠国外

48、企 业的菌种和表达系统。从竞争格局看，全球工业酶龙头诺维信、美国杜邦杰能科、德国AB酶制剂、皇家帝斯曼、巴斯夫等全球收入体量大，共 占据约75%的市场份额。2020-2026E全球工业酶市场规模（亿美元）国内外工业酶市场竞争格局365 主要标的信息来源：公司公告，西南证券整理金斯瑞公司聚焦大客户战略，持续优化产品结构，利润端持续改善。2021年，公司工业合成生物产品实现营业收入3860万美元，同比增长33.6%，增速 居中国酶制剂行业首位，2016-2020年复合增长率达40.7%；实现毛利1130万美元，同比增长31.4%，2016-2020年复合增长率达41.39%。并于 2021H2实现

49、历史性的扭亏为盈。我们认为，公司近年来营收与毛利稳定增长主要由于：1）产品：创新酶制剂产品持续投放与积极销售策略；2）业务布局：扩大对大客户渗透率；3）海外扩张：公司持续推进海外市场发展。随着公司业务不断优化、品类持续扩充，公司业绩有望进一步 提升。2016-2021年工业合成产品收入（百万美元）及增速2016-2021年工业合成产品毛利（百万美元）及增速375 主要标的信息来源：公司业绩展示资料，西南证券整理金斯瑞持续推进创新酶制剂研发上市，同时利用自动化生产体系保障产品交付。2021年在食品加工、饲料加工方面有多款产品上市。自动化方面，百 斯杰生产全程采用一键自动控制系统，拥有3000余个

50、数据控制采集点，发酵体积达900立方米，年产成品能力高达20万标吨，有效提升生产效 率，拓展下游产物延伸度。随着创新酶制剂产品持续投放，公司酶制剂业务增长迅猛，2021年公司工业酶、饲料酶业务较2020年分别同比增长 36.3%、32.8%。百斯杰拥有国际领先的菌种表达平台2021年百斯杰多款优质酶制剂产品上市385 主要标的信息来源：诺唯赞招股书，西南证券整理产品系列主要构成方法学应用场景PCR 系列Taq DNA 聚合酶及抗体、高保真DNA 聚合酶及抗体、dNTP 和缓冲液聚合酶链式反应科学研究、体外诊断、医药及疫苗研发、动物检疫qPCR 系列Taq DNA 聚合酶及抗体、UDG 酶、荧光

51、染料、dNTP 和缓冲液荧光聚合酶链式反应科学研究、体外诊断、医药及疫苗研发、动物检疫分子克隆系列T4 DNA 连接酶、拓扑异构酶、DNA 外切酶、dNTP 和缓冲液连接反应和同源重组科学研究、医药及疫苗研发和缓冲液Bio-assay 系列荧光素酶、荧光物质和缓冲液酶催化发光反应科学研究、医药及疫苗研发提取纯化系列核酸硅基质吸附柱、硅基质磁珠、蛋白酶、核酸酶和缓冲液柱式提取和磁珠提取科学研究、体外诊断、动物检疫基因编辑系列细菌DNA 内切酶、T7 DNA 内切酶和缓冲液基因工程技术科学研究细胞/蛋白系列末端转移酶、辣根过氧化物酶、荧光素酶、藻红蛋白、荧光染料和缓冲液酶催化发光反应科学研究、医药

52、及疫苗研发体外转录及修饰系列RNA 聚合酶、加帽酶、全能核酸酶、无机焦磷酸酶、RNA 酶抑制剂体外转录和mRNA 修饰科学研究、医药及疫苗研发逆转录系列逆转录酶、Taq DNA 聚合酶及抗体、RNA 酶抑制剂、DNA 酶、dNTP 和缓 冲液逆转录反应科学研究、体外诊断、动物检疫基因测序系列T4 DNA 连接酶、T4 DNA 聚合酶、T4 多聚核苷酸激酶、大肠杆菌DNA 聚合酶、高保真DNA 聚合酶、逆转录酶、等温扩增酶、dNTP 及文库接头、磁珠高通量测序科学研究、高通量测序、体外诊断、医药及疫苗研 发、动物检疫5.2 诺唯赞合成生物学底层技术相同，诺唯赞作为国内酶制剂领域的头部企业，在使能

53、技术上的优势明显。公司合成生物学业务于2022年刚刚起步，目前 主要以医美领域的多肽产品为主，后续随投入逐渐增加，将会拓展到化工、医药中间体等领域。生物试剂业务：主要为分子类产品，包括qPCR系列、基因测序系列、逆转录系列和PCR系列等酶类、抗体类试剂，用于科研、基因测序、体 外诊断试剂剂原料、mRNA疫苗研发。公司产品覆盖北大、清华、中科院等1000多所科研院所，华大基因等700多家高通量测序企业，药明康 德、恒瑞医药、百济神州等200余家制药及CRO企业，圣湘生物、艾德生物、凯普生物等700余家分子诊断企业及2200多家医院、检验中心。公司生物试剂产品分类395 主要标的产品系列产品用途方

54、法学心脑血管心脑血管疾病预警，辅助诊断心脑血管 疾病量子点免疫荧光、胶乳增 强免疫比浊炎症感染细菌病毒感染诊断，指导抗生素用药量子点免疫荧光、胶乳增强免疫比浊优生优育胃功能检测卵巢储备功能、维生素D水平量子点免疫荧光检测胃蛋白酶原及胃泌素17指标，评估量子点免疫荧光、胶乳增 胃功能状态，用于胃癌的早期检测强免疫比浊自体免疫检测特发性膜性肾病量子点免疫荧光肾功能实现肾功能的早期诊断和防治量子点免疫荧光、胶乳增强免疫比浊慢病管理检测糖化血红蛋白量子点免疫荧光呼吸道检测新型冠状病毒信息来源：诺唯赞招股书，西南证券整理胶体金免疫层析、荧光PCR 法主流技术技术优势技术劣势国内外的使用情况核酸检测-荧光

55、 PCR法直接检测病毒的遗传物 质， 灵敏度高，在整个 感染期间均可检测检测速度较慢， 操作复杂目前新冠肺炎的主要检测 手段，国内外广泛使用抗体检测-胶体金法操作较为简单，检测速感染 3-5 天后才新冠肺炎的辅助检测手段度快，诊断灵敏度高可检测通常与核酸检测联合使用国内外广泛使用抗原检测-胶体金法操作较为简单，检测速度快灵敏度略低于核酸检测作为核酸检测的补充手段 在国外市场广泛应用，国 内应用较少5.2 诺唯赞POCT业务：公司2016年进军POCT诊断业务，自主研发、生产POCT诊断试剂，包括量子点免疫荧光试剂、胶乳增强免疫比浊试剂和胶体金免疫 层析试剂等，共有心脑血管、炎症感染、优生优育、

56、胃功能、自体免疫、肾功能、慢病管理和呼吸道8个系列产品及配套质控品。公司新冠检测试剂盒覆盖多种技术路线，产品销往国内外市场。公司新冠检测试剂盒产品 包括新冠抗体检测试剂盒（胶体金法）、新冠抗原检测 试剂盒（胶体金法）以及新冠核酸检测试剂盒（荧光PCR法），已进入国内外供应目录涉及的国家或地区包括：中国、欧盟、印度尼西亚、新加 坡、俄罗斯、菲律宾等国家或地区。全球新冠疫情尚未平息，预计短期内新冠检测试剂需求仍将延续，新冠检测试剂仍将成为公司POCT诊断业 务的主要收入来源。公司POCT产品分类公司新冠诊断试剂方法学对比405 主要标的信息来源：公司官网，专家调研，西南证券整理凯赛生物国内合成生物

57、学龙头企业。在早期获得原始菌株中，凭借创始人带领的专业团队已经实现了生物法长链二元酸（DC10-DC18）和生物基戊二 胺、生物基聚酰胺（泰纶、E-2260、E-1273、E-3300、E-6300）等产品的产业化生产和商业化放量。目前各产品线也在积极扩产当中。从行 业地位来看，公司在已经成为全球长链二元酸的主要供应商，基本上承担了国外的需求，在国内市场份额约在9成左右。1994花费250万元从中科院购买5个长链二元酸菌种2000公司成立，签订技术转让合 同，中国科学院微生物研究 所授权凯赛生物拥有专有技术 改进后的专利申请权199520032014董事长刘修才用生物 法生产维生素C，大长链二

58、元酸实现产业化生物基聚酰胺完 成千吨级中试幅降低成本2006获首轮融资，以玉米 为原料，开始研发戊 二胺单体及生物基尼 龙聚合物2020科创板上市；专利权胜诉2016多产线项目建立，收 购金乡凯赛100%股权2021年产5万吨生物基戊二胺及 年产10万吨生物基聚酰胺生 产线已投产凯赛生物发展历程415 主要标的信息来源：公司官网，专家调研，西南证券整理凯赛生物产能逐渐释放，业绩增长稳健。2016-2019年，公司营业收入CAGR为27%，2020年受疫情影响营业收入有所下滑，2021年在产能逐渐释放，利用率逐渐提升的助力下，实现快速增长。归母净利润从2016年的1.5亿元增长到2021年的6.

59、1亿元，CAGR为32%。从占比上看，公司目前主要以生物法长链二元酸为主，收入占比2022H1为84%，生物基聚酰胺和单体占比为10%。未来随着公司乌苏基地的聚酰胺10万吨产能逐渐释放，收入结构比例有望改善。2016-2022H1公司营收和归母净利润情况9.313.617.619.2152212.91.53.34.74.63.4129%40%4.38%-4%33%6.18%140%120%100%80%60%40%20%0%-20%-40%05101520252016201720182019202020212022H1营业收入（亿元）归母净利润（亿元）yoyyoy0%10%20%30%40%5

60、0%60%70%80%90%100%201620212022H120172018生物法长链二元酸20192020生物基聚酰胺和单体其他2016-2022H1公司各产品收入占比425 主要标的信息来源：公司官网，专家调研，西南证券整理凯赛生物生物法癸二酸有望贡献业绩增量。公司募投项目中凯赛太原的年产4万吨癸二酸生产线正在进行当中，样品已经过下游客户验证，在产品质量 上与化学法产品相比具有明显优势。根据公司年报数据，目前全球癸二酸市场规模约11万吨，未来有望竞争全球份额。生物法癸二酸具有环保、成本低等明显优势。与传统蓖麻油裂解法对比，公司的生物法在碳排放、生产成本上均有明显优势（每吨价相差约300