隨著基因測序、基因編輯、DNA合成、代謝路徑研究、生物信息學(xué)以及大數(shù)據(jù)學(xué)科的進步，合成生物技術(shù)發(fā)展迅猛。2022年全球合成生物市場規(guī)模為139.8億美元，預(yù)計到2027年全球市場規(guī)模達387.3億美元。其中，醫(yī)療健康將成為最大的細(xì)分市場，2027年市場規(guī)模占比達26.6%。未來幾年將是國內(nèi)合成生物學(xué)企業(yè)進行商業(yè)化落地的關(guān)鍵階段。

行業(yè)現(xiàn)狀：

合成生物產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括菌株設(shè)計改造、工藝開發(fā)、工業(yè)化量產(chǎn)和終端產(chǎn)品的交付，涉及生物、化學(xué)、材料、計算機等多個學(xué)科的交叉。

圖1合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈

國內(nèi)合成生物學(xué)企業(yè)大致可分為兩類，一類是專注于下游應(yīng)用的產(chǎn)品型企業(yè)，專注垂直化產(chǎn)品及專項技術(shù)突破，覆蓋所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)的全產(chǎn)業(yè)鏈，擁有規(guī)?；a(chǎn)的能力和市場化能力；另一類是底層技術(shù)驅(qū)動、專注于菌株設(shè)計和改造等基礎(chǔ)研究能力的平臺型企業(yè)，根據(jù)性能特點選擇應(yīng)用場景，交付的產(chǎn)品是菌株，由代工廠完成產(chǎn)品的生產(chǎn)。產(chǎn)品型企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)過程中往往會同步建立研發(fā)平臺，讓多個產(chǎn)品管線的快速落地，而平臺型企業(yè)也可以在發(fā)展后期逐漸建立下游的研發(fā)創(chuàng)新能力，生產(chǎn)出自己的產(chǎn)品。

圖2合成生物學(xué)公司分類

國內(nèi)合成生物學(xué)企業(yè)具有產(chǎn)業(yè)、成本、市場優(yōu)勢，但也面臨研發(fā)平臺、資本、人才、知識產(chǎn)權(quán)等挑戰(zhàn)，進步空間較大，未來幾年將是國內(nèi)合成生物學(xué)公司底層技術(shù)突破驗證、轉(zhuǎn)化落地的關(guān)鍵時期。目前大部分企業(yè)處于商業(yè)模式探索的階段，在資本市場顯現(xiàn)出產(chǎn)品型公司比平臺公司更受認(rèn)可的趨勢。

由于合成生物學(xué)整體仍然處于比較早期的階段，市場規(guī)模不大，對產(chǎn)品研發(fā)的需求也不大，僅僅依靠平臺為客戶提供研發(fā)服務(wù)，可能并不足以支撐平臺型企業(yè)的發(fā)展。平臺通過與公司合作來開發(fā)具體產(chǎn)品，公司不會因為某個產(chǎn)品的失敗而陷入困境。但作為橫向平臺型企業(yè)，其業(yè)務(wù)中不涉及產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，或許會錯過產(chǎn)業(yè)鏈中最能創(chuàng)收的環(huán)節(jié)，因此平臺型企業(yè)的價值與利潤很難實現(xiàn)轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在，投資界和產(chǎn)業(yè)界越來越傾向于有自主產(chǎn)品，能夠完成全產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)品型公司，這類公司在當(dāng)前階段更容易形成商業(yè)閉環(huán)，快速盈利。

產(chǎn)品型公司商業(yè)化關(guān)鍵點：

長期而言，成本問題是合成生物學(xué)技術(shù)公司與傳統(tǒng)行業(yè)抗衡的關(guān)鍵。當(dāng)下，合成生物學(xué)公司的發(fā)展道路應(yīng)該更傾向于對標(biāo)化工巨頭的發(fā)展路徑，具備豐富且有競爭力的自主產(chǎn)品線和規(guī)?；a(chǎn)的能力，以及形成到銷售的閉環(huán)。選品和規(guī)模化生產(chǎn)，是絕大部分合成生物學(xué)公司面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

選品是合成生物學(xué)產(chǎn)品型公司需要考慮的核心。合成生物學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化的一大痛點在于邊界太廣，很難挑選具體的落地路徑，因此最初階段的選品就尤為重要。首先是產(chǎn)品是否存在——全新的產(chǎn)品下游應(yīng)用和市場有待開拓，已有的產(chǎn)品應(yīng)用和市場相對較為成熟；第二是產(chǎn)品市場空間。同時存在大宗化學(xué)品和高附加值化學(xué)品兩條路線，對于大宗化學(xué)品，市場空間大，無疑需要與傳統(tǒng)化學(xué)法或已有產(chǎn)品生產(chǎn)方式競爭，需要關(guān)注生物合成的產(chǎn)品相比于傳統(tǒng)產(chǎn)品是否具有成本優(yōu)勢、工藝優(yōu)勢、質(zhì)量優(yōu)勢，是否符合市場需求。高附加值化學(xué)品通常更貼近消費端，下游往往期望產(chǎn)品具有獨特或差異化的性能，對產(chǎn)品價格有更高的容忍度。

另一方面，以合成生物學(xué)為基礎(chǔ)的生物制造是實現(xiàn)碳中和的重要途徑，總體而言，與化工合成路線相比，目前生物制造產(chǎn)品平均節(jié)能減排30%-50%，未來還有50%-70%減排潛力。同時，政策亦逐步施行碳稅等碳中和政策，將會進一步拉開生物制造對傳統(tǒng)工藝的成本優(yōu)勢，合成生物相關(guān)的制造產(chǎn)業(yè)也將迎來重要發(fā)展機會。

圖3生物制造產(chǎn)品在實現(xiàn)碳中和的優(yōu)勢

選品的核心在于企業(yè)對于商業(yè)模式的不同選擇，并無明顯優(yōu)劣。企業(yè)在選擇產(chǎn)品時，更多考量自身技術(shù)特點及下游行業(yè)資源優(yōu)勢，以盈利為導(dǎo)向，協(xié)同考慮短期盈利和長期發(fā)展。從技術(shù)選品角度出發(fā)，不論是選擇低單價、市場規(guī)模大的產(chǎn)品，還是高附加值且規(guī)模小的產(chǎn)品，均需適配企業(yè)能力，以及終端市場需求。

工藝放大是規(guī)?；a(chǎn)的必要步驟。特別是對于生物技術(shù)類企業(yè)而言，從小試到中試階段的規(guī)?；糯笫侵匾睦锍瘫录?，90%以上在實驗室有效的技術(shù)可能難以在產(chǎn)業(yè)端得到放大。僅以發(fā)酵這一個環(huán)節(jié)而言，一個完整的發(fā)酵周期往往需要一個月，從小試、到中試再到大規(guī)模生產(chǎn)，需要設(shè)計團隊與生產(chǎn)團隊相互配合，從上游的菌株設(shè)計到下游的生產(chǎn)工藝全流程把關(guān)。“工藝放大”過程中需要考慮發(fā)酵規(guī)模、轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)成本、質(zhì)量穩(wěn)定性、能耗、碳排放等因素。在微生物發(fā)酵過程中需要關(guān)注具體指標(biāo)，如溫度、pH值、代謝產(chǎn)物積累都會影響發(fā)酵結(jié)果。我國是發(fā)酵大國，根據(jù)《中國工業(yè)生物技術(shù)白皮書2022》，中國發(fā)酵產(chǎn)品總量位居全球第一，氨基酸、維生素、有機酸等發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)量也全球領(lǐng)先。在分離純化領(lǐng)域，國內(nèi)化工基礎(chǔ)堅實，可以幫助企業(yè)產(chǎn)品提純工藝降本增效。

代表性企業(yè)案例：

合成生物學(xué)企業(yè)成熟周期長、研發(fā)投入大，美國起步較早，在基礎(chǔ)研究與人才培養(yǎng)方面均有領(lǐng)先優(yōu)勢。以代表性企業(yè)Ginkgo Bioworks為例。Ginkgo bioworks作為平臺型公司，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(xì)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)。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%。目前在積極并購擴張，布局合成生物領(lǐng)域資源整合及拓展合作。

圖4波士頓Ginkgo Bioworks實驗室

Ginkgo Bioworks堅持“平臺型”企業(yè)定位，通過向客戶提供細(xì)胞編程、菌株設(shè)計、編碼和修正、生產(chǎn)微生物細(xì)胞服務(wù)等來獲取收入。Ginkgo Bioworks打造細(xì)胞編程代碼庫和鑄造廠核心資產(chǎn)，掌握合成生物學(xué)前端關(guān)鍵技術(shù)。其搭建的高通量工程化平臺，能夠大批量測試多種元件及線路組合，獲取海量實驗數(shù)據(jù)并分析改進，深入掌握基因線路的設(shè)計原理。同時積累大批優(yōu)質(zhì)元件，從而讓合成生物學(xué)的基因線路設(shè)計變得可預(yù)測，大大提高了菌株構(gòu)建的效率，掌握了一定的先發(fā)優(yōu)勢。Ginkgo通過與公司合作來開發(fā)具體產(chǎn)品，可以降低某個具體產(chǎn)品的商業(yè)化風(fēng)險，但同時也可能會錯過創(chuàng)造高額收益的機會，平臺型企業(yè)的價值與利潤很難實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

而產(chǎn)品型企業(yè)打通了從生物構(gòu)造、發(fā)酵純化到產(chǎn)品改性的全產(chǎn)業(yè)鏈，側(cè)重規(guī)模化生產(chǎn)，也就是發(fā)酵等后續(xù)環(huán)節(jié)。有明確的產(chǎn)品管線規(guī)劃，選品也更務(wù)實，力求能在短期內(nèi)做出上規(guī)模、有利潤的終端產(chǎn)品。這也是目前國內(nèi)合成生物領(lǐng)域的主流商業(yè)模式。如凱賽生物的生物尼龍、華恒生物的丙氨酸，都是合成生物領(lǐng)域打通從研發(fā)到產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的成功案例。

凱賽生物是全球首家、也是目前唯一一家能利用生物法大規(guī)模實施長鏈二元酸產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的企業(yè)，打破了國外技術(shù)壟斷。目前其長鏈二元酸產(chǎn)品在國內(nèi)市占率達95%，在國際市場的占有率也接近80%。凱賽生物著眼于生物基聚酰胺，利用合成生物方法生產(chǎn)聚酰胺材料。在長鏈二元酸的產(chǎn)業(yè)化中，分離純化會耗費大量成本。凱賽生物對此進行了技術(shù)突破，可提供以生物法制造的從十碳到十八碳長鏈二元酸系列產(chǎn)品。戊二胺官能團密度大、反應(yīng)活性高，是重要的碳五平臺化合物。凱賽生物的戊二胺生產(chǎn)菌株在產(chǎn)物耐受性上取得了突破，實現(xiàn)了生物基戊二胺萬噸級產(chǎn)業(yè)化。有了這樣的二元酸和戊二胺，就可以制造聚酰胺材料家族，不同組合可以得到不同熔點、不同透明度、不同軟硬度的材料，經(jīng)過下游的加工可以開發(fā)在紡織、工程塑料和復(fù)合材料上的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)石油基聚酰胺，凱賽生物的生物基聚酰胺是一種來源更環(huán)保、性能更優(yōu)異且可持續(xù)性更強的生物基新材料，可廣泛應(yīng)用于紡織和工程材料領(lǐng)域。

圖5? ?凱賽生物打造完整的生物基聚酰胺系列產(chǎn)品平臺

華恒生物是一家以合成生物技術(shù)為核心的企業(yè)，經(jīng)過多年的創(chuàng)新發(fā)展，華恒生物已經(jīng)成為全球領(lǐng)先的通過生物制造方式規(guī)?；a(chǎn)小品種氨基酸產(chǎn)品的企業(yè)之一，尤其是以可再生葡萄糖為原料厭氧發(fā)酵生產(chǎn)L-丙氨酸和L-纈氨酸的關(guān)鍵技術(shù)已達到國際領(lǐng)先水平。實現(xiàn)了全球首次厭氧發(fā)酵法規(guī)?；a(chǎn)L-丙氨酸。這使得L-丙氨酸產(chǎn)品成本降低約50%，并且形成了自有業(yè)務(wù)的上下游產(chǎn)業(yè)鏈一體化優(yōu)勢，成本優(yōu)勢非常明顯。此外，華恒生物還在持續(xù)拓展產(chǎn)品布局。2023年公司按計劃逐步實現(xiàn)生物基丁二酸、1,3-丙二醇和蘋果酸的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。相關(guān)項目建成后，華恒生物的產(chǎn)品、技術(shù)也將從氨基酸、維生素等擴充到生物基新材料單體，加速更多優(yōu)質(zhì)科技成果的產(chǎn)業(yè)化落地，進一步打開公司業(yè)務(wù)增長空間，持續(xù)提升盈利能力。

結(jié)語：

我國在生物制造領(lǐng)域擁有較為強大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和工業(yè)體系配套，產(chǎn)業(yè)鏈完整，具備產(chǎn)業(yè)與成本優(yōu)勢。目前，國內(nèi)上市的合成生物學(xué)企業(yè)聚焦于產(chǎn)品的商業(yè)化階段，在部分細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域取得行業(yè)領(lǐng)先地位。主要的發(fā)展趨勢是結(jié)合下游需求增長進行選品，對優(yōu)勢產(chǎn)品進行擴產(chǎn)節(jié)奏調(diào)整，持續(xù)研發(fā)推動成本下降，適度、擇時布局量產(chǎn)新產(chǎn)品。