【合成生物暖风频吹，产业化应用趋势加快】
在 4 月 26 日的 2024 中关村论坛年会上，北京化工大学校长、中国工程院院士谭天伟：提到生物制造是以工业生物技术为核心，利用酶、微生物细胞，结合化学工程技术进行目标产品的加工过程，包括生物基材料、化学品和生物能源等。它加工的产品既包括大吨位运输燃料、中等吨位化学品材料，还包括较小吨位食品资料、非常小的精细化学品、疫苗等。从经济发展维度来讲，生物制造是将生物技术创新产品推向商业规模的引擎，是生物经济的基础。
近日，江南大学未来食品科学中心合成生物创新团队荣获第十九届“江苏青年五四奖章 ”。创新团队成员康振告诉记者，透明质酸最早是从牛的眼睛里发现并提取出来的，价格非常昂贵，每公斤要几万元，团队利用合成生物学技术，借助微生物发酵生产普通分子量的透明质酸，把成本降到每公斤几百元，实现了透明质酸大产量推广应用，我国也成为第一个有能力生产全部类型透明质酸的国家。
合成生物学是一门新兴的跨学科研究领域，是为生命科学服务的新研究范式， 拥有巨大发展潜力。自去年起，北京、江苏、上海等地陆续出台支持生物制造产业发展政策，通过推进生物制造产业园建设、培育生物制造产业人才等措施，达到加快推进合成生物技术创新与产业化应用等目的!
【海内外加码合成生物，行业空间广阔】
合成生物学以生物科学为基础，汇集化学、物理、信息技术、工程技术等学科而形成，利用基因技术与工程学概念设计改造现有的或合成新的生物体系，揭示生命运行规律，变革生物体系工程化应用，从“格物致知 ”提升到“建物致知 ”，为医药健康、工业、农业、能源等行业的生产、改进提供新的解决方案，被誉为是继“DNA 双螺旋结构 ”发现和“基因组测 序 ”之后的“第三次生物技术革命 ”。
合成生物学通过构建高效的细胞工厂来实现制造，生产步骤主要分为四块，底盘细胞筛选、生产细胞设计与构建、发酵生产、分离纯化。
目前全球已有40多个国家、500多个机构资助合成生物学研究。美国、英 国、欧盟、日本、加拿大、澳大利亚、新加坡等国家均有引导扶持合成生物学发展的政策。美国在 《国家生物能源蓝皮书》中明确了 5 项充分实现生物经济潜力的战略目标，在《生物质技术路线图》提出“2030 年替代 25%有机化学 品和 20%石油燃料 ”的目标;2018 年日本正式发布《生物战略 2019——面向国际共鸣的生物社区的形成》; 2019 年欧洲生物产业协会发布《生物技术工业宣言 2019——重振欧盟生物技术雄心》，同年，韩国发布《生物健康产业创新战 略》及发展愿景;2021 年，英国政府宣布为生物质原料创新计划的第二阶段提供 2600 万英镑资助。
2015 年以来，合成生物学行业政策的陆续出台助推了我国生物经济的快速发展，也推动了国内从事合成生物学领域的公司发展。2017 年，国家发展和改革委员会在《生物产业发展“十三五 ”规划》中提出，生物产业是 21 世纪创新最为活跃、影响最为深远的新兴产业，是我国战略性新兴产业的主攻方向，对 我国抢占新一轮科技革命和产业革命制高点，加 快壮大新产业、发展新经济、 培育新动能，建设“健康中国 ”具有重要意义。“十四五 ”以 来，合成生物学 已经逐渐在天然产物合成、医学、能源、工业等多个领域应用。2022 年 5 月 10日，国家发改委印发《“十四五 ”生物经济发展规划》，明确指出发展生物经济是顺应全球 生物技术加速演进趋势、实现高水平科技自立自强的重要方向，是 前瞻布局培育壮大生物产业、推动经济高质量发展的重要举措，是满足生命健康需求快速增长、满足人民对美好生活向往的重要内容，是加强国家生物安全风险防控、推进国家治理体系和治理能力现代化的重要保障，并提出发展合成生物学技术，探索研发“人造蛋白 ”等新型食品，降低传统养殖业带来的环境资源压力。
在政策支持和技术进步的推动下，，合成生物学市场规模有望快速提升。根据中商产业研究院数据，2023年全球市场规模约为151亿美元，预计到2026年， 市场规模有望达到307亿美元。
【合成生物在化工领域替代作用明显】
合成生物学在化工领域已展现出替代潜力，生物基塑料、生物基材料和生物能源为当前主要的发展方向。1.3 丙二醇(PDO)为最早应用合成生物学方法生产的生物基材料之一。在生物法工艺发明以前，杜邦及德固赛采用丙烯醛水合氢化法生产，首先通过丙烯醛的水化反应生成 3-羟基丙醛，随后通过加氢反应合成出 1,3-丙二醇，但丙烯醛水合氢化法的工艺缺陷在于丙烯醛获取困难、丙烯醛的剧毒性质以及产物质量相对较低。2003 年，杜邦通过工程菌将玉米水解产生的葡萄糖转化为 1.3-丙二醇， 凭借原料易得、反应条件温和、环境友好等优势实现了对化学法的替代，并由此获得了美国总统绿色化学奖，并于 2006 年实现生产。2009 年 BioAmber 公司以小麦为底物，利用大肠杆菌成功实现了由葡萄糖生产丁二酸(也称琥珀酸)。2011年，美国 Genomatica 公司积极从甘蔗、甜菜、玉米及其他植物中提取糖类原料，利用大肠杆推进 1,4-丁二醇生产的工业化进程。
生物塑料的案例之一为凯赛生物，凯赛生物已经实现了生物法长链二元酸及生物基聚酰胺的量产。
生物能源方面，Amyris 以甘蔗为底物生产生物法尼烯，Gevo 实现了纤维 素异丁醇的生产，并且可以转化为异丁烯和石蜡基煤油。帝斯曼、科莱恩、杜邦等企业持续在纤维素乙醇的应用进行探索。
除此之外，合成生物制造相比传统化工三大优势:
其一，合成生物制造原材料可再生，制造过程中反应条件温和，有效降低碳排放。首先，就材料端而言，传统化学合成法通常以原油和煤炭等化石能源的加工品为原材料，而合成生物学以糖类和纤维素等可再生的生物质为原材料，生物质在光合作用中可吸收二氧化碳。其次,就生产过程而言，生物制造过程通常在常温常压条件下进行，能耗低且产生污染相对较少，也能够显著削减生产过程中的碳排放。
根据《Bio-based Chemicals A2020 Update》一文的测算,与化学法相比， 以乙酸和丙烯酸等为代表的 13 种生物基化学品每吨二氧化碳减排量可高达1.2-5.2 吨。
其二，生物制造相对化学工艺能耗成本降低，且菌种能够实现迭代优化， 因此部分精细化学品仍具备显著的降本空间。以丁二酸为例，丁二酸是一种优秀的平台化合物，在化工、材料、医药、食品领域有着广泛的用途，被美国能源部列为未来 12 种最有价值的平台化合物之一，可以衍生出众多下游产品，如 1,4- 丁二醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、2-吡喏烷酮。丁二酸和 1,4-丁二醇聚合得到的 PBS(聚丁二酸丁二醇酯)是一种性能优良的生物全降解塑料。丁二酸远期市场潜力超过 270 万吨,大约有 250 种可以用苯为原料生产的化工产品都可以通过丁二酸为原料生产。一旦实现丁二酸的大规模生产，就可以部分取代石油化工产品苯。基于顺酐为原料的石油化工路线丁二酸工艺复杂，且常需高温高压， 能耗物耗较高，同时化学合成还会造成严重的环境污染。张学礼团队通过理性改造和进化代谢技术提高丁二酸生产能力，设计的丁二酸合成途径使丁二酸的糖酸转化率接近理论最大值,生物法生产丁二酸单吨成本约 1 万元，相比化学法的1.4 万元降低约 29%,丁二酸成本的大幅下降有望推动可降解塑料 PBS 的商业化进程。
其三，合成生物制造研发经验和设备可共用，拓品空间广阔。以凯赛生物的长链二元酸为例，长链二元酸是合成香料、尼龙工程塑料、热熔胶、树脂、耐寒性增塑剂、医药和农药等的重要原料，其中十二碳二元酸(DC12)和十四碳二元酸 (DC14)分别是合成高级尼龙工程塑料尼龙 1212 和尼龙 1414 等的重要原料。十 二碳以上的长链二元酸在自然界中并不存在，化学法合成路线长，反应需要高温高压，对催化剂要求比较苛刻，因此在工业规模上的长链二元酸品种较少，只有十二碳长链二元酸等少数品种，且收率较低，目前没有经济可行的合成方法，因此利用微生物的特异性转化能力,在常温常压下转化正烷烃或脂肪酸生成相应的长链二元酸成为新的方向。凯赛生物的生物法生产长链二元酸的重要优点在于可以使用相同的微生物、相同设备以及培养基，通过提供不同底物的方案生产各种不同碳链长度的长链二元酸，而化学合成法仅能生产单一二元酸，因此既降低了不同长链二元酸的生产成本，也有效的拓宽了产品品类。依托丰富的长链二元酸品种以及生物基戊二胺技术，公司可生产从尼龙 510 到尼龙 518 等长链尼龙产品。
在国内外政策支持下，合成生物学技术不断进步，伴随生物基材料及其单体合成工艺的不断发展，合成生物学在化工行业的应用有望愈加广泛和深入。当前我国合成生物产品类公司发展迅速，相关公司有望迎机会!
我们筛选出以下潜力标的
川宁生物(301301)2023 年 12月25日互动易：公司目前已有多个合成生物学项目进入中试阶段，公司首个合成生物学项目红没药醇已进入销售阶段。
翰宇药业(300199)公司与中科院深圳先进院、深理工达成三方协议，共建“合成生物学与多肽药物联合研究中心 ”，围绕抗感染、抗肿瘤、内分秘、镇痛等多肽创新药物的研究开展合作。
沃特股份(002886)公司与中国科学院深圳先进技术研究院成立合成生物化学应用联合创新中心，该联合创新中心将主要围绕生物基高分子材料、动植物营养等 方面，在前沿技术研究、新产品开发、技术平台建立及人才培养等多层面进行合作。
参考资料：
东海证券-合成生物产业化加速，生物基材料有望推动化工行业绿色发展.pdf
山西证券-合成生物产业深度报告之一：工程化合成万物，生物经济颠覆性力量.pdf
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