合成生物重塑传统行业边界，农业食品正当时
引言
农业是经济支柱产业，关乎国计民生。尤其是当下，可持续发展和经济发展是各地政府关注的问题。这一趋势下，我们通过与璞跃中国的行业领头企业客户的交流沟通、食品农业领域的专家采访等方式，特别推出璞跃中国食品农业系列「洞见」报告。系列报告将关注农业科技、食品科技、新零售/新消费、食品农业供应链等各细分领域开展研究，并把所观察到的产业链各环节的进步与升级分享给对农业与食品领域有兴趣的各位同仁，希望能吸引更多伙伴加强对这个行业的关注。
核 心 观 点
// 为何现阶段关注合成生物学？
政策点名生物经济：“十四五”规划中，明确指出四大重点发展领域为生物医药、生物农业、生物质替代应用、生物安全。
技术迭代推动行业发展：高效的基因编辑技术CRISPR-Cas9、基于芯片的DNA合成、DNA测序成本的降低，帮助合成生物学研发效率显著提高。
技术溢出效益明显：从最初在医疗的应用，合成生物学技术已溢出到化工、农业、食品等领域。其中农业和食品领域在未来5-10年将高速发展，年复合增长率预计分别为43.9%和64.6% 。
// 哪些合成生物学公司值得关注？
1. 从产业链划分来看，重点关注中游，生物体设计平台公司以及全产业链的生物制造公司：前期全产业链型公司能够形成资源闭环，达到收入最大化；在行业发展中后期，平台型公司能够形成数据壁垒，赋能行业上下游。
2. 从应用场景来看，重点关注农业和食品中的高附加值原料：食品中的功能原料和蛋白、农业中的小核酸药物为有潜力的几个方向。
3. 从投资角度看，对于生物体设计平台公司来说，①首先需要重点关注其平台数据库的壁垒；②另一方面关注其平台延伸广度和迭代能力；对于产品型公司来说，①首先重点关注其选品所在的市场空间是否可观，②其次需要判断产品是否解决现有痛点，是否有性能、成本等核心优势，③最后关注公司自身能力，是否能持续推出产品研发能力，以及工业放大能力（是否能解决规模生产难点）。
第一部分
为什么我们要关注合成生物学技术？
// 合成生物学概况
相较于传统化工技术，合成生物学通过融合生物科学、化学、工程学和信息科学等学科技术进行系统化工程改造，将数个至数十个生物酶按照特定顺序组装成生物合成途径，并将该合成途径（按序排列的生物酶）以基因编码的形式置于底盘细胞中，构建成一个能够按照经设计的反应路径进行目标产物合成的微生物细胞工厂，最终通过细胞的发酵实现目标产物的量产。
合成生物学是一个横跨不同领域和学科的交叉技术，
其流程可类比电脑工作流程
//合成生物学发展阶段
合成生物的发展历史主要分为5个阶段
1. 19-20世纪，理论建立：基于物理和化学方法，早期实践与探索。
2. 2000-2003 ，创建时期：基因线路在代谢工程领域的应用是这一时期的代表；青蒿素前体在大肠杆菌中的合成。
3. 2004-2008，扩张和发展期：基础研究快速发展，工程化理念日渐深入，使能技术平台得到重视，方法以及工具不断开发，“工程生物学”开始早期发展。
4. 2008-2013，创新和应用转化：基因组编辑效率大幅提升，技术开发和应用不断拓展，技术的应用从生物基化学品、生物能源拓展至疾病诊断、药物和疫苗开发、作物育种、环境监测、生物新材料等诸多领域。
5. 2014-现在，新阶段：以IT技术为主的前沿理念赋能，技术效率全面提升，技术外溢到多个行业。
合成生物学拥有较长的技术积累期，在近十年发展迅速
// 合成生物的技术环节具有流程长、技术环节多，复杂度高的特点。
体内合成生物学研发主要分为DBTL（设计、建造、实验和学习）
设计：根据产品和原料特点选择生产路线，对生物元件进行标准化、模块化定义；
建造：通过元件的选择，实现对基因组的筛选、编辑和合成。底盘细胞为生物元件发挥作用的载体，选择一个形状优良的底盘细胞帮助生产；
实验：通过高通量的筛选、优化，找到最优的设计方法，达到最小基因组。（①基因组越简单，用于维持自身生长繁殖所需的资源和能量越少，菌种可更为有效地合成目的产物；②由于工程菌本身的代谢物成分较为简单，最后得到的目标产物的分离和纯化更为容易）最后通过总结学习，再开始DBTL的循坏，直到菌种的代谢效率最优。一个好的合成工艺流程应该为：合成步骤短，总产率高，设备技术条件和工艺流程简单，原材料来源充裕而且便宜
生产：在小试阶段，发酵与菌种的开发同步进行，目的是确定开发和优化生产流程。中试阶段，把确定的流程在工业生产中体现出来，目的为确定合成工艺路线是否成熟、合理，主要经济技术指标是否接近生产要求，规模一般为小试的50-100倍，采用逐级放大原则。商业化基本上就是开始大量生产，规模在百吨级以上
分离纯化：难点在于细胞、目标成分在较大体积下可能混合不均匀，对分离带来困难。同时，发酵过程的过程控制和设备的复杂性，可能会导致不同批量的产品质量不一致，造成困难
合成生物学产品的制造步骤主要分为研发、生产和应用；研发中的代谢通路设计、生产中的放大、分离纯化技术壁垒较高
第二部分
为何现阶段关注合成生物学？
在政策、技术迭代以及溢出效应的多重作用下，合成生物学的热度显著上升。2021年在合成生物学一级市场，全球投资总额接近180亿美元，在中国共有30+起融资事件。多方加持下，现在是关注合成生物学非常重要的时机。
// 市场驱动力
1. 政策推动
国家牵头
“十四五”中的生物经济：2022年5月10日，国家发展改革委印发《“十四五”生物经济发展规划》，《规划》指明了四大重点发展领域：生物医药、生物农业、生物质替代应用、生物安全
“碳达峰、碳中和”目标：合成生物学是一种低碳环保的合成生物学新工艺路径，菌种的部分原料为可再生生物质原料，例如淀粉等粮食原料、秸秆等农业废弃物以及CO2\CH4等含碳气体，从原料端可降低碳排放；其大部分反应在微生物或酶的作用下进行，反应条件更温和，减少废产物和三废生成，实现绿色生产
地方响应
国内各地也相继推出政策指导文件。政策横跨不同区域、不同行业。其中，围绕医药、材料相关的政策较多。出现地区以一线城市&新一线城市为主。
城市区域其中比较突出的有，深圳的研究中心和产业集群规划，深圳在产学研的布局设计走在前沿。
法规政策方面，和产业成熟度有一定关系，医药、材料领域的政策会日趋完善，后续政策会逐渐覆盖到其他领域。在某些重大领域，例如育种方向，政策的态度会更明朗
2. 需求场景拓宽
合成生物技术 + 应用场景 = 新的解决方案
合成生物学作为底层技术，可赋能多领域应用，多场景应用。
需求端的应用场景多元化为合成生物学带来增长
3. 技术迭代更替
过去二十年，细胞编程所需的三大主要技术都取得了巨大进展，即读（DNA测序）、改（DNA编辑）、写（DNA合成）技术。这些进展，加之人工智能的进步，使得DBTL循环成本大大降低
基因测序技术的提升带来的成本降低，使得大量合成生物学公司能够负担基因测序成本从而推进各项研发进程，极大拓宽了基因测序技术的应用范围；
基因编辑技术的进步，特别是获诺贝尔奖的CRISPR/Cas技术，是一个成本低、操作简便、效率高、功能多样的编辑工具技术；
基因合成技术的发展帮助体外人工合成双链DNA分子，实现人工构建细胞
在供给侧，使能技术的迭代为产业的快速发展助力
第三部分
我们要关注哪些合成生物学企业？
// 产业链
合成生物学的上游和中游是全新的产业链条，下游的产品应用端多为市场中的大企业。我们建议重点关注中游的平台型公司和全产业链型公司
上游使能技术中，大部分都是通用性技术，也可应用在其他产业中。其中，DNA编辑与合成、蛋白质优化与设计能看到不少初创公司涌入。
中游为合成生物学生物制造中最主要的一环，包含生物体设计平台类型公司（涉及研发）以及全产业链型公司（涉及研发、生产、产品应用）。两个方向都有优秀的初创公司出现，全产业链公司的数量多于平台型公司
下游为原料购买方，主要为各行业的大型企业居多，通常从中游的公司采购原料或者共同开发相关产品
使能技术、生物体设计与生物制造和产品应用构成产业链上下游
// 应用场景
根据CB Insights预测，全球合成生物市场规模在2019年达到53.19亿美元，预计在2024年达到188.85亿美元，年复合增长率28.8%。2021年中国市场达到64亿美元，年复合增长率高于全球，达到36.7%
从细分赛道增速方面来看，医疗占据总市场规模的40%，紧随其后的为科研的化工产品；未来增长较快的将会是食品和饮料以及消费品，2024年市场规模分别为25.75亿美元和13.46亿美元
全球合成生物学规模进入快速增长，
医药先行带动其他潜力行业发展
// 在农业和食品领域，合成生物学的应用空间广泛
解决的痛点：合成生物学的发展能够帮助发掘动、植物的营养以及功能成分，在现有的原料存量市场上去创造新的增量市场
发展方向：前期会有比较多的现有原料替代，后期会有新型原料的出现（例如：甜蛋白）
解决的痛点：合成生物学的发展能够帮助提高农业生产力、改良作物、降低生产成本以及实现可持续发展，同时能够改造植物光合作用增加农业产量、利用微生物或代谢工程手段减少农业化肥使用以及重塑代谢通路改良作物等，带来农产品产能与营养价值的突破性增长
发展方向：主要是基础科研带领的迭代，在农药、育种等比较重要的主题上会有较多的解决方案
农业和食品各细分管线市场发展速度和潜力不尽相同，
短期看好高附加值原料替代，长期看好原料创新
// 公司评价维度
当评判单个初创公司投资潜力的时候，我们认为选品、技术、商业模式和团队背景需要重点关注
选品
品类：选择先突破小而美的高附加值原料，再挑战大宗化工材料或者全新分子的制造的路径更
规划：多个管线同时布局要考虑好产业化难易度，考虑政策以及监管对于产品商业化的影响
技术
建立研发壁垒：元件数据库的积累，底盘开发能力经验，结合产业化难度思考菌种的改造
放大生产能力：沉淀放大数据和经验，关注菌种的产率优化，智能设备辅助生产
商业模式
CRO导向：数据壁垒、基因元件库的数量、底盘菌种类的积累。技术平台延展性和效率
原料生产导向：下游需求的敏感性，市场是否够大、客户是否有粘性&有需求；产品替代能力，技术本身是否解决痛点、产品生产是否高效
团队背景
团队构成：拥有研发、发酵工程、产品配方能力、产业资源背景的复合型团队，以加速商业化为导向
参考资料
1. 天风证券，“医药生物行业投资策略：合成生物学-未来已来，开启“造物”时代”
2. 招商证券，“合成生物学行业深度 ——颠覆传统，造物致用”
3. 华安证券，“合成生物学——属于未来的生产方式”
4. 天风证券，“合成生物学：其命维新，引领未来”
5. 东方证券，“合成生物学系列报告一：面向未来的行业”
6. 跃为资本，头豹研究院，“造物致用，2022年中国合成生物学行业赛道研究”
7. The mills fabrica x Bolt tThreads, Synbio playbook
8. The mills fabrica, Synthetic biology opportunities in fashion and food
9. McKinsey, The Bio Revolution, https://www.mckinsey.com/industries/life-sciences/our-insights/the-bio-revolution-innovations-transforming-economies-societies-and-our-lives
10. BCG, Synthetic Biology Is About to Disrupt Your Industry, https://www.bcg.com/publications/2022/synthetic-biology-is-about-to-disrupt-your-industry
11. 弈柯莱招股书
12. 智研咨询数据
13. CB Insights数据
14. 头豹研究所数据
15. Paul S. Freemont, “Synthetic biology industry: data-driven design is creating new opportunities in biotechnology”
16. 李春，化学工业出版社，“合成生物学”
17. Choi KR, Jang WD, Yang D, Cho JS, Park D, Lee SY. Systems Metabolic Engineering Strategies: Integrating Systems and Synthetic Biology with Metabolic Engineering. Trends Biotechnol. 2019 Aug;37(8):817-837. doi: 10.1016/j.tibtech.2019.01.003. Epub 2019 Feb 5. PMID: 30737009.
18. Plug and Play China农业&食品组专家访谈
19. 封面图源Visual Capitalist. https://www.visualcapitalist.com/how-synthetic-biology-redesigns-life/
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