近年来,合成生物赛道火爆出圈。作为“改变人类未来的关键技术之一”,从政策端到技术端再到产业端,各国政府、科研院校和生物制造企业均在积极发力合成生物学。在此背景下,资本作为“聪明的钱”也开始涌入赛道,合成生物产业化正在加速落地。
1、难以估量的广阔市场
合成生物学是生物学、工程学、物理学、化学、计算机等学科交叉融合的产物,被称为继DNA双螺旋结构发现和基因组测序后的“第三次生命科学革命”。
数据来源:华泰证券从广义上看,合成生物学是指利用基因测序、合成、编辑的技术方法,设计、改造或创建生物分子、生物器件和部件、生化反应途径和系统、单细胞体系和多细胞体系等具有特定功能的合成生物体系并实现应用,变革生产方式,解决气候变化、资源、能源、环境、食品、医疗健康等方面的问题,满足人类不断增长的需求。
狭义上看,合成生物学则是指设计合成新的核酸分子、新的蛋白质和酶、新的代谢途径和细胞体系,构建高效的细胞工厂,利用淀粉、葡萄糖、纤维素等可再生生物质资源甚至二氧化碳为原料,实现功能糖、多糖、核苷酸、氨基酸、蛋白质等生物活性物质和材料分子的生物合成、制备、生产和应用,发展“碳中和”的合成生物制造产业。
作为一项颠覆性的技术,合成生物学为各行各业所面临的重大问题提供了新的解决途径,展现出了高效率、低能耗、前沿性的特征。
之所以被称作颠覆性技术,一方面是因为合成生物技术能够对传统动植物提取、石化来源等生产方式实现替代和补充,进而带来成本的下降以及生产效率的提升,减小工业生产对自然资源、环境条件的依赖,在提高经济产出的同时降低环境污染。
与化工相比,合成生物学以可再生生物资源替代不可再生化石资源,以绿色清洁的生物制造工艺替代高能耗高污染的石化、煤化工艺,从而可以摆脱对石油、煤等不可再生资源的依赖,解决了化学工程过程中的高耗能和高污染问题。据统计,与化工产品相比,生物制造产品平均节能减排30%-50%,未来有望达到50%-70%,同时减少环境影响20%-60%。而与传统动植物提取的生产方式相比,合成生物技术主要通过细胞工厂进行生产,节约养殖、种植时间,并减少过程中产生的碳排和资源消耗。
在全球倡导“碳中和、碳达峰”的背景下,这样的特征无疑让合成生物学更具发展优势,行业内普遍认为合成生物是“双碳”目标达成的重要科技力量。
另一方面,合成生物学的颠覆性还体现在其作为一项平台型技术,可以与具体的业务场景相结合,实现对衣食住行医用等各行各业的赋能。
具体来看,在生命健康领域,合成生物学的应用最为广泛,主要包括细胞免疫疗法、RNA 药物、微生态疗法、基因编辑相关应用、体外检测、医疗耗材、药物成分生产和制药用酶等诸多方向。例如,我们可以利用基因编辑技术治疗遗传疾病,通过设计细胞行为和表型精确调控的免疫细胞来治疗肿瘤。
在化工领域,合成生物学的应用主要包含材料和化学品、化工用酶、生物燃料等方向。例如,利用合成生物学技术有企业已经实现了PHA(可降解塑料)的规模化生产过程,大幅降低了传统塑料制品对环境的污染。
在农业领域,合成生物学的应用主要涉及作物增产、虫害防治、动物饲料及作物改良等方向。例如,利用微生物固氮来帮助作物增产,通过生物发酵生产蛋白质为牲畜提供蛋白饲料等,这些微小的改变不仅可以降低传统农业的能耗和资源浪费问题,而且也为我国实现粮食安全提供了重要保障。
在食品制造领域,合成生物学的应用包含肉类和乳制品制造、食品安全、调味剂和添加剂等多个方向。例如通过合成生物技术的应用,可以实现人造肉的生产,实现动物蛋白的替代从而减少传统畜牧业中温室气体的排放。
在消费品领域,合成生物学的应用涉及宠物食品、皮革、护肤品等多个方向。例如,利用微生物发酵生产动物蛋白食品来满足宠物营养和健康需求,利用菌丝体或微生物发酵生产皮革,通过改造微生物来生产香料、保湿剂和活性成分等用于护肤品。
数据来源:麦肯锡受益于以上两方面因素的共同推动,合成生物学展现出了巨大的应用潜力,未来发展的天花板难以准确估量。根据CB Insights 预测,2021年全球合成生物市场规模为73.7亿美元,而到2025年,将有望突破200亿美元,2020-2025年的年均复合增速高达22.5%。而根据麦肯锡的预测,到2025年,生物制造的产品可以覆盖60%化学制造的产品,并在不断拓展边界。
全产业链平台型玩家“华熙生物”
随着合成生物学的发展,越来越多的玩家开始涌入赛道,呈现出百家争鸣、百花齐放的状态。
截至目前,国外从事合成生物学的公司已多达500家,国内公司也有数10家。主要玩家类型包括:专注于前端技术的科研院校和企业、提供生物设计与软件开发的企业、借助合成生物学手段实现产品生产的企业以及打通了从底层技术研发到产业化落地和市场化扩张全产业链平台型玩家。
由于全产业链平台型玩家打通了从基因编辑、菌种、底盘细胞的研发创新,中试产业转化、以及市场转化的全产业链,因此我们认为这类玩家将会成为赛道快速扩容的最终受益者,华熙生物是其中的典型代表。
作为国内生物科技领域的头部企业,华熙生物发力合成生物赛道具备明显的优势。
首先,华熙生物在底层技术上具有领先性,同时在底盘细胞、基因元件等生物资源上有丰富的积累。
在前端菌种及合成技术上,华熙生物具备突出的底盘细胞设计能力。 公司已经拥有酵母菌、谷氨酸棒杆菌、大肠杆菌等生产各类生物活性物的丰富的底盘库,并且已建设完成高通量自动化、微流控等筛选平台、AI蛋白质预测平台、发酵优化筛选平台等,有利于加快底盘细胞及产品的快速迭代能力,6-12个月即可实现从设计DNA到形成产品。
其次,相比于科研院校为代表的技术型玩家,华熙生物除了在前端基础研究方面具备优势以外,在后端的产业转化和市场转化方面也具备硬实力,而这直接关系到合成生物技术能否迈出实验室真正走向市场,实现价值创造。
在产业转化上,华熙生物拥有全球最大的中试转化平台之一,目前已建成32条中试生产线, 能够快速摸索建立成熟工艺,实现各种物质的产业转化;与此同时,华熙生物在微生物发酵技术上已经具备20多年丰富经验,特别是在微生物发酵的规模化量产、提纯、生产成品等环节具备较强的优势,有助于解决合成生物规模化量产不稳定等重要难题。
在成熟的产业转化能力之上,华熙生物还具备优秀的市场转化能力。作为一家全产业链平台型公司,华熙生物拥有从原料到医疗终端、消费终端的全产业链业务及相关运营经验,并在市场渠道、消费者洞察、品牌建设等方面已建立了扎实的业务逻辑,能够为合成生物终端商业化提供发展支撑。
综上所述,“三力合一”的全产业链优势,使得华熙生物在合成生物领域具备从基础创新到规模化生产、再到产品商业落地的能力,而这也是其在合成生物领域突围的底气所在。
3、合成生物将带来怎样的想象空间?
如前所述,我们看好以华熙生物为代表的全产业链平台型玩家在合成生物领域的发展潜力,那么,合成生物学的快速发展又会给华熙生物带来怎样的想象空间?
通过合成生物技术,华熙生物能够优化已有原料的生产效率,实现部分产品的降本增效,为公司未来利润结构的优化奠定基础。 例如,在透明质酸的生产中,原本通过微生物发酵法(第二代微生物发酵技术),每升发酵液可以提取16-17g的透明质酸;引入合成生物技术后(第三代微生物发酵技术),实验室的发酵产率每升发酵液可提取73g透明质酸,企业生产成本可降低3/4。而其近期发布的麦角硫因新品的发酵水平则从毫克级提升到了克级,生产效率显著提升。
与此同时,通过合成生物学技术的应用,华熙生物能够优化多种生物活性物的生产方式,强化开发多种生物活性物的创新能力。 而未来,受益于多种生物活性物生产效率的提升以及更多物质品类的扩充,将有望驱动公司四大业务的新一轮成长。
在合成生物学技术的驱动下,公司高度关注功能糖、蛋白质、多肽、氨基酸、核苷酸和天然活性化合物6大类生物活性物,目前已经推出重组人源胶原蛋白、麦角硫因等生物活性物原料;多种生物活性物完成了工艺验证,如5-ALA、甘油葡萄糖苷、维生素 C 葡萄糖苷、脂肽、红景天苷等。
综合来看,在“碳达峰”、“碳中和”的大趋势下,华熙生物顺应科学发展规律,进军合成生物领域,通过底层技术的不断革新,公司夯实了自身技术优势,进一步强化了行业龙头地位。长期来看,公司具备研发底蕴和先发优势,有望在合成生物的新赛道上再创佳绩。
(来源：新视线)
