合成生物學(xué)，一門新興的跨學(xué)科領(lǐng)域。

       既然是跨學(xué)科，就意味著能解決單一學(xué)科難以解決的復(fù)雜問題。這也正是合成生物學(xué)能廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等諸多領(lǐng)域的原因。

       半合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈的核心盈利環(huán)節(jié)

       合成生物學(xué)企業(yè)種類繁多，按產(chǎn)業(yè)鏈劃分，包括工具層、平臺層和產(chǎn)品層三大類：

       工具層

       上游為涉及DNA/RNA合成、DNA測序、工具酶和基因編輯服務(wù)（CRISPR-Cas9）等，由Ginkgo Bioworks、Twist Bioscience、Illumina、博雅輯因、華大智造等合成生物使能技術(shù)公司主導(dǎo)。

       平臺層

       中游為平臺層，專注于菌株的構(gòu)建，打造高通量、自動化的技術(shù)平臺，對生物系統(tǒng)和生物體進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)的技術(shù)平臺，代表性公司包括Zymergen、Amyris、藍(lán)晶微生物等。

       應(yīng)用層

       下游為應(yīng)用層，涉及醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等各個領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)品落地，是產(chǎn)業(yè)鏈上的核心盈利環(huán)節(jié)。

       應(yīng)用類公司能提供各種底層技術(shù)、關(guān)鍵核心技術(shù)和應(yīng)用支持，在合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈中具有提供產(chǎn)品增益的價值。

       例如，Agilent、Twist、Illumina等可以在上游提供定制的DNA合成和基因編輯服務(wù)，幫助研究人員設(shè)計和構(gòu)建特定基因序列，用于合成生物學(xué)研究和應(yīng)用開發(fā)。

       醫(yī)藥領(lǐng)域的Sangamo、Antheia和化工領(lǐng)域的Zymergen、凱賽生物、華恒生物，可以在中下游提供不同應(yīng)用領(lǐng)域的過程設(shè)計、產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)，還能實現(xiàn)從實驗室到工業(yè)化生產(chǎn)的無縫銜接，提高生產(chǎn)效率。

       例如，華恒生物的丙氨酸產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在日化、醫(yī)藥及保健品、食品添加劑、飼料等眾多領(lǐng)域；凱賽生物的生物基聚酰胺產(chǎn)品已經(jīng)在民用絲、工業(yè)絲、工程塑料、復(fù)合材料等應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)了系列客戶并形成銷售。

       顯而易見，應(yīng)用類公司在合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈中充當(dāng)著“潤滑劑”的角色，通過提供更優(yōu)化的產(chǎn)品和服務(wù)，幫助整個產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)產(chǎn)品增益和產(chǎn)業(yè)升級。

       應(yīng)用領(lǐng)域豐富，醫(yī)療健康占主導(dǎo)

       合成生物學(xué)在應(yīng)用領(lǐng)域的豐富性，也是其發(fā)展的一大特點。

       按具體領(lǐng)域劃分，可將合成生物學(xué)企業(yè)分為產(chǎn)品研發(fā)型、技術(shù)服務(wù)型，還可進(jìn)一步細(xì)分為生物醫(yī)藥公司、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)公司、環(huán)境生物技術(shù)公司、人工肉和替代蛋白公司等。其中，醫(yī)療健康是是合成生物學(xué)的第一大應(yīng)用領(lǐng)域。

       根據(jù)CB insights數(shù)據(jù)，2021年全球合成生物市場規(guī)模達(dá)到736.93億美元，較2020年增長767.5%。從細(xì)分賽道來看，醫(yī)療是占比最大的領(lǐng)域，2021年市場規(guī)模達(dá)到687.24億美元，占比超過93%。

       另外，根據(jù)BCCResearch預(yù)測，醫(yī)療領(lǐng)域合成生物學(xué)2024年市場規(guī)模將達(dá)到50.22億美元，復(fù)合增長率18.9%；在各領(lǐng)域中增長最快的是食品和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，2019-2024年期間年復(fù)合增長率在64%左右。

       以生物醫(yī)藥公司為例。

       Moderna公司主要研究如何使用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)mRNA疫苗和疾病治療方法，其技術(shù)是基于CRISPR-Cas9系統(tǒng)，可以精確地修改病毒基因組中的特定區(qū)域，從而使其失去感染能力。因為這個技術(shù)，Moderna在新冠疫苗研發(fā)方面取得了重要突破，同時也吸引了阿斯利康合作開發(fā)心血管和腫瘤疫苗。

       另外，輝瑞與BioNTech合作，利用合成生物技術(shù)設(shè)計了mRNA新冠疫苗Comirnaty，還利用合成生物技術(shù)為新冠口服藥Paxlovid的中間體量產(chǎn)提供解決思路。當(dāng)然，這也正是合成生物學(xué)逐步替代傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法的具體表現(xiàn)。

       盡管海外藥企在前沿技術(shù)領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢，但我國在醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展也正在逐漸崛起，其中也有不少藥企運(yùn)用合成生物學(xué)技術(shù)研發(fā)新藥。

       例如，北京合生基因自主研發(fā)的核心產(chǎn)品SynOV1.1，就是國內(nèi)原創(chuàng)的合成生物技術(shù)開發(fā)的首 款基因治療產(chǎn)品，于2020年11月獲得美國FDA臨床試驗許可，用于治療包括中晚期肝癌在內(nèi)的甲胎蛋白（AFP）陽性實體瘤。

       北京合生基因的產(chǎn)品管線

       圖片來源：公司官網(wǎng)

       在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，合成生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用價值體現(xiàn)在改良農(nóng)作物品種，提高產(chǎn)量和抗病蟲害能力等方面。

       例如，Indigo Agriculture利用合成生物學(xué)技術(shù)來改善植物的生長和抗病性，開發(fā)了一種“植物有益菌”（Plant-Microbe）生物技術(shù)，可通過將有益微生物應(yīng)用于種子或土壤，來提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和健康；Inari Agriculture利用合成生物學(xué)技術(shù)來改良農(nóng)作物的基因組，從而培育出適應(yīng)不同環(huán)境條件和市場需求的新品種。

       國內(nèi)草銨膦龍頭利爾化學(xué)是首家掌握精草銨膦大規(guī)模化合成關(guān)鍵技術(shù)的企業(yè)，其中核心產(chǎn)品草銨膦是全球三大非選擇性除草劑之一，可通過生物降解的方式被分解，減少對土壤、水源和環(huán)境的影響。

       在環(huán)保領(lǐng)域，處理廢水、廢氣等環(huán)境污染物，實現(xiàn)資源化利用，是合成生物學(xué)的應(yīng)用價值所在。

       例如，美國生物科技公司Bolt Threads利用合成生物學(xué)技術(shù)生產(chǎn)仿生絲（一種可持續(xù)替代傳統(tǒng)絲綢和化學(xué)纖維的材料）；LanzaTech利用合成生物學(xué)技術(shù)來改變微生物，使其能夠吸收和轉(zhuǎn)化廢棄物中的有害氣體，如二氧化碳和一氧化碳。

       更甚者，在人工肉和替代蛋白領(lǐng)域，Impossible Foods、Memphis Meats、Beyond Meat等公司還利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)植物基礎(chǔ)的替代性肉類產(chǎn)品，包括以植物原料制成的人造漢堡Impossible Burger、人造雞肉和牛肉等。

       可見，合成生物學(xué)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，并且這些應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大和發(fā)展。

       全產(chǎn)業(yè)鏈整合

       盡管合成生物學(xué)企業(yè)類型多樣，但大多都選擇運(yùn)用合成生物學(xué)技術(shù)高度聚焦主業(yè)領(lǐng)域，并實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的整合。

       這意味著，這些企業(yè)在主業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)過程中，從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品開發(fā)都具備自主技術(shù)能力，在產(chǎn)業(yè)鏈上具備更強(qiáng)的競爭力。

       最典型的莫過于產(chǎn)品導(dǎo)向型企業(yè)，往往側(cè)重產(chǎn)品所在市場的專項研究，并在尋求產(chǎn)品性能改良和生產(chǎn)成本降低的過程中引入合成生物學(xué)技術(shù)，之后再逐步實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品開發(fā)的全鏈條覆蓋，例如藍(lán)晶微生物、凱賽生物和華恒生物。

       藍(lán)晶微生物

       藍(lán)晶微生物是國內(nèi)率先進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的合成生物學(xué)公司之一，已經(jīng)實現(xiàn)了從菌種篩選、培養(yǎng)、優(yōu)化到產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，致力于設(shè)計、開發(fā)、制造和銷售新型生物基分子和材料，其中包括生物可降解材料PHA、再生醫(yī)學(xué)材料、美妝新功能成分、新型食品添加劑、工程益生菌等，從而幫助消費(fèi)品、食品、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等眾多行業(yè)的B端客戶在行業(yè)內(nèi)開展差異化競爭。

       凱賽生物

       凱賽生物在合成生物學(xué)領(lǐng)域已形成從基因工程到菌種培養(yǎng)、生物發(fā)酵、分離純化和化學(xué)合成以及應(yīng)用開發(fā)的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，目前商業(yè)化產(chǎn)品主要聚焦聚酰胺產(chǎn)業(yè)鏈，包括為生物基聚酰胺及其單體生物法長鏈二元酸和生物基戊二胺。其中，“生物法長鏈二元酸系列”全球市占率高達(dá)80%以上，而且在“生物基戊二胺”產(chǎn)品領(lǐng)域是當(dāng)前全球唯一具備戊二胺規(guī)?；a(chǎn)能力的企業(yè)。

       華恒生物

       丙氨酸產(chǎn)品行業(yè)龍頭華恒生物，主要產(chǎn)品包括氨基酸系列產(chǎn)品（L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸、L-纈氨酸）、維生素系列產(chǎn)品（D-泛酸鈣、D-泛醇）和其他產(chǎn)品等，可廣泛應(yīng)用于中間體、動物營養(yǎng)、日化護(hù)理、功能食品與營養(yǎng)、植物營養(yǎng)等眾多領(lǐng)域，已建成工業(yè)菌種創(chuàng)制、發(fā)酵過程智能控制、高效分離提取和產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)等全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。

       合成生物學(xué)是一個學(xué)科交叉、應(yīng)用廣泛的新興產(chǎn)業(yè)，不僅需要企業(yè)自身努力，還需要依賴整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。

       毫無疑問，合成生物學(xué)正在迅速發(fā)展并在各個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，相關(guān)企業(yè)還將呈現(xiàn)高度專業(yè)化和細(xì)分領(lǐng)域聚焦的發(fā)展態(tài)勢。