全球合成生物行业正在走向爆发期国内华熙生物“破壁”而出

2022-12-20 10:00

手机浏览

一、行业基本概述

合成生物学是生物科学在二十一世纪刚刚出现的一个分支学科，是指人们将“基因”连接成网络，让细胞来完成设计人员设想的各种任务，广泛地包括了合成代谢通路、生物传感器、合成基因线路、生物材料、细胞工厂、无细胞表达系统、合成生命体等研究范围。

根据观研报告网发布的《中国合成生物学技术行业运营现状研究与发展战略分析报告（2022-2029年）》显示，合成生物学研究方法通常分为自上而下与自下而上，即利用代谢和基因工程技术赋予活细胞新的功能，与利用非天然的生物组分在体外创造新的生物系统，从而构建一个完全人工的细胞。目前此领域正向全基因组水平的定制化细胞工厂方向发展，以研究范围更广、更加精准的细胞定制。

合成生物学可应用于农业、生物医药、化工与材料和食品饮料等多个领域中。其中在农业领域，CustoMem 使用合成生物学来制造一种颗粒材料，可以吸附农药、药物和废水中的微小化学污染物；在生物医药领域，Demetrix 公司利用基因编辑等技术改造酵母，使其发酵出具有药用价值的大麻素；在化工材料领域，Verdezyne 公司利用合成基因文库人工设计出一种重组酵母，用以生产用途广泛的己二酸；在食品饮料领域，中国科学院天津工业生物技术研究所通过二氧化碳人工合成淀粉。

二、行业发展现状：市场正在走向爆发期

近年来随着人类基因组计划的启动与系统生物学的兴起，合成生物技术得到了快速的发展。尤其是2021 年，全球合成生物市场规模大幅度提升，市场正在走向爆发期。数据显示，2021 年全球全球合成市场规模已达到 736.93 亿美元，同比增长767.86%。

数据来源：观研天下整理

如今合成生物正在逐步应用到多个领域，驱动医疗健康、能源、化工与材料、农业与食品、环境等领域的发展。其中医疗行业所占市场规模最高。有相关数据显示，2021 年医疗市场规模达到了687.24 亿美元，占合成生物市场的 93.26%。

数据来源：观研天下整理

我国也不例外，合成生物学市场增长也很迅猛。有数据显示，2021年我国合成生物市场规模从2016年的9亿美元增长到了64亿美元，相比2020年以及之前增长约2～3倍。

数据来源：观研天下整理

而从市场分析来看，驱动合成生物学市场快速发展的主要是主要包括政策驱动和技术驱动两个方面。具体如下：

政策驱动方面:由于合成生物可通过细胞工厂进行生产，获得低能耗、更环保、可再生的生物基材料，进而替代传统动植物提取、或石化基来源的材料。同时还可以通过碳捕捉、碳回收、碳封存或零碳甚至负碳物质生产等，实现绿色环保及可持续发展。有相关资料显示，生物技术的应用可以降低工业过程能耗15％-80％，原料消耗 35％-75％，减少空气污染50％-90％，水污染33％-80％。因此作为一项低碳环保的生物技术，合成生物在绿色制造方面具备重要意义。

近年来随着合成生物相关技术的发展，在“双碳”政策的影响下，全球各个国家均出台了推动合成生物技术成果落地的政策，应用在医药、能源、材料、化工、农业等各个领域。例如美国在2008-2014年使用公共经费对合成生物学的投入总计约8.2亿美元，同时将“生物制造技术”列为2020制造技术挑战的11个主要战略方向之一，并承诺2050年实现碳中和。我国发布《国家自然科学基金“十四五”发展规划》，强调面向我国制造业绿色改造升级的重大需求，着力发展高效绿色合成方法，基于人工智能与自动合成，实现合成方法的智能化、自动化、集成化，开发高效绿色化学及生物转化策略，推动资源的循环利用，推动高端及重要化学品的绿色智能制造和绿色生物制造，以及再生资源化学与循环化学的工业化应用。

主要国家关于合成生物学相关政策
美国	在2008-2014年使用公共经费对合成生物学的投入总计约8.2亿美元，同时将“生物制造技术”列为2020制造技术挑战的11个主要战略方向之一，并承诺2050年实现碳中和。
欧盟	是最早推动合成生物学路线图的制定，并在2008-2016年在合成生物学领域制定了详细的规划，通过“气候行动和可再生能源一揽子计划”法案，形成了欧盟的低碳经济政策框架。
中国	国家卫计委在2020年8月发布了《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》，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。国家发展改革委在2022年5月10日印发了《“十四五”生物经济发展规划》，明确指出了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。北京政府在“十四五”发展中强调控制温室气体排放，力争在2030年前碳达峰、2060年实现碳中和；上海政府将基因编辑、重组技术及人工器官构建等合成生物学技术列为重点发展先导产业；深圳政府从开展合成生物学研究、建设合成生物中试平台和成果转化基地等维度大力发展合成生物相关新兴产业。 2022年11月，国家自然科学基金委员会正式发布《国家自然科学基金“十四五”发展规划》（以下简称“《规划》”）。其中，作为新兴的前沿科技，合成生物学的相关技术和应用名列“115 个优先发展领域”之中。

资料来源：观研天下整理

技术驱动方面：底层技术成熟带来的成本下行，为合成生物高速发展奠定了基石。近年来基因测序、编辑及DNA合成、组装技术不断进步所带来的技术成本降低，近20年内DNA合成单碱基的成本降低了百倍以上。

例如合成生物学CRO可以通过设计、制造和测试新型微生物底盘来判断是否适合制造特定的产品。而CRO提供一系列与合成生物学相关的服务，帮助用户开发新的生产工艺。同时新的基因编辑技术，包括成簇的定期间隔短回文重复序列 (CRISPR) 和类转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 系统，正在对合成生物学行业产生重大影响。目前基因测序时间和成本的持续减少以多种方式推动合成生物学的快速发展。

资料来源：观研天下整理

与此同时，从学术领域的角度来看，近五年迎来了基础研究的爆发式增长，也在一定程度上说明了底层技术突破所带来的动力和发展可能。有相关数据显示，我国合成生物学领域论文数量已占到发文总量的62.1%。

资料来源：中国科学院，观研天下整理

另外资本端的投融资快速增长，更是直观体现出了行业的爆发态势。有相关资料显示，2009-2020年，全球合成生物学初创公司共计获融资额215亿美元，而在2021年达到180亿美元，单年获融资额占过去12年比例超80%，2021年已成为合成生物学投资的重要节点。其中第三季度单季度融资额为61亿元，为历史单季度最高水平。

同样在国内，2015-2020年间每年的合成生物学领域投融资数量仅有个位数，直到2021年增长到16例；投融资金额方面，2018年金额实现高度增长至26.71亿元；2020年、2021年分别为21.6亿元、22.95亿元。

三、市场竞争情况：具备上中下游全面覆盖能力企业更具竞争力华熙生物“破壁”而出

得益于市场发展向好，相关企业不断布局。截止目前，国外从事合成生物学领域的公司已经近500家，国内相关领域的公司也多达数十家，可谓百家争鸣、百花齐放。

值得注意的是，虽然市场前景十分广阔，但是目前合成生物产业发展中也存在不少亟待突破的难点。具体来看，前端的DNA合成、基因编辑，产业链中间的产业转化，及基于对终端市场把控中的产品设计等是合成生物产业目前的主要门槛和壁垒。对于企业而言，在合成生物产业化全流程中的主要壁垒在于产业化和选品能力。例如产业化过程中，由于从实验室的培养皿到万吨生产体量的工厂，发酵工艺以及设施和环境的变化等诸多因素都会影响菌株的稳定和生长，而在菌株改造、细胞培养工艺过程等方面不少企业普遍存在难题。对此合成生物学产业链内具备底层技术优势的上游公司、拥有自主知识产权的中游平台开发型公司以及选品合理的下游产品型公司将更具竞争力。