（报告出品方/作者：中信证券，李超）
合成生物学发展迅猛，生物制造前景广阔
生物制造是合成生物学的重要应用场景。合成生物学被广泛应用于各种产业，在推动科学革命的同时，合成生物学技术正快速向实用化、产业化方向发展。合成生物学技术应用涵盖平台开发、医药、化工、能源、食品和农业等重点领域，简单来看，合成生物学能够改造的生命体包括动物、植物、微生物（细胞），但是动物和植物都是更加复杂的生命系统，以目前的技术手段难以实现理想的结果，因此通过改造微生物（细胞）来进行发酵生产（即生物制造）成为合成生物学最先落地也是近年来最重要的应用场景。
生物制造有望成为对标化工的庞大产业。生物制造作为一种革命性的生产方式，以改造后生物体作为高效细胞微工厂，进行定向化、高效化、大规模化物质加工与转化，为社会发展提供工业商品。根据麦肯锡的数据，原则上全球经济物质投入中的60%可由生物产生，加之其生产过程绿色、条件温和、原材料取得便利，未来发展空间非常广阔。生物制造具有高效、清洁、可再生等特点，是绿色、低碳、可持续的经济发展模式，在能源、化工等领域具有改变世界工业格局的潜力。根据白宫简报《拜登总统将启动国家生物技术和生物制造计划》，到本世纪末，生物制造可能占全球制造业产出的三分之一以上，价值接近30万亿美元。尽管生物制造产业还有很长的路要走，但我们认为其有望发展成为对标化工的庞大产业。
相比其他生产方式，生物制造的核心优势在于凭借助细胞工厂的高效代谢系统降低成本和减少排放。生产是通过若干物理过程或化学过程将原材料加工转化成产品的过程，以某些流程复杂的化工生产为例，从原材料到最终产物往往要经过数步化学反应，其中每一步涉及的转化率、催化剂、设备折旧、能源消耗等因素都将增加生产成本，因此对于这些生产过程，制造费用往往明显高于原材料成本，而如果能构建出高效的细胞工厂将原材料转化成同样的产品，将有效降低成本，因为原材料到产物的一系列化学反应将在细胞内进行（即借助代谢系统），只需要提供适宜发酵的条件，远比自行进行反应容易。打个比方，想要通过化学反应将青草转化成牛奶，无疑是十分困难的，而将青草喂给奶牛再挤出牛奶，显然更容易，本质是利用了奶牛的代谢系统。举个实际例子，华恒生物构建了以可再生葡萄糖为原料厌氧发酵生产L-丙氨酸的微生物细胞工厂，相比传统的生产方式，实现了降本减排。根据中科院天津工业生物技术研究所统计，和石化路线相比，目前生物制造产品平均节能减排30%-50%，未来潜力将达到50%-70%，这对化石原料替代、高能耗高物耗高排放工艺路线替代以及传统产业升级，将产生重要的推动作用。
生物制造和传统发酵的关键区别在于菌种。传统发酵往往通过对野生菌种采取各种诱变方式，选育出高产优质菌种，随着下游各领域对产品需求的多元化，天然存在的微生物中缺乏所需产物的代谢途径，或其代谢途径调控复杂，所需产物难以实现过量积累。尽管存在相对成熟的人工代谢调控方法—基因修饰如密码子优化、过量表达、竞争途径敲除等和发酵条件控制如温度、pH、供氧量、培养基碳氮比、前体物质添加等，但是传统改造属于静态调控，改造菌种往往遇到瓶颈。生物制造的核心在于用合成生物学技术构建高效细胞工厂，借助编辑工具和生物元件进行代谢通路的移植或动态调控。将合成生物学工具应用于定向进化，能缩短菌种定向进化周期，增加突变体筛选效率，将其应用于代谢工程，在将生物系统作为一个整体进行工程改造前提下，通过动态控制各复杂途径表达量，可以迅速提升产品多样性。
底层技术不断进步，助力合成生物学释放潜力
合成生物学的发展得益于多种底层技术的进步。合成生物学本身的发展和增长要归功于多种技术的融合，包括DNA/RNA设计和合成、基因测序和基因编辑等基础技术，以及一系列不断扩展的技术，如计算、生物信息学、多组学、人工智能、自动化、3D生物打印和精密发酵等。近些年，生命科学领域的一系列技术创新，如CRISPR/Cas9基因编辑、干细胞重编程和单细胞测序等，正在为合成生物学提供新技术和工具，这些基础技术和工具的发展和应用加速了合成生物学的商业化落地进程。
基因测序成本下降速度快于摩尔定律。解析基因组中的信息是现代生物学研究的基础，发起于1990年的“人类基因组计划”历时13年、耗资约30亿美元，完成了人类基因图谱的测绘。然而，只有当基因测序变得足够快捷和便宜时，人类所知的各种生物的基因图谱的潜力才能被充分释放出来。随着下一代测序技术（高通量测序）和第三代测序技术（单分子测序）的发展，目前基因测序成本的下降速度已经快于摩尔定律，2019年在美国人类个体全基因组测序的价格已低于1000美元，并且这一价格有望在未来10年内降至100美元以下。测序的成本下降和通量提升带动了生物数据的大量产生，以便人类能够更好地理解生物学。
DNA合成技术历经四代，成本下降空间仍很大。DNA合成技术可分为柱合成技术、芯片合成技术、超高通量芯片合成技术和酶促合成技术，其中酶DNA合成则在合成速度、长度、效率及成本等方面拥有化学合成无法比拟的潜力，成为DNA合成技术发展的前沿方向。根据NHGRIGenomeSequencingProgram和Synthesis，近15年测序成本下降超10000倍，oligo合成（一般20-200nt长度）成本只下降约10倍，目前长链DNA（一般200nt以上长度）的单碱基合成成本是其测序成本的1亿倍，DNA合成的高成本使得快速测序的价值降低，市场上缺乏高质量、低成本、按需合成DNA的解决方案。随着DNA合成技术的进步，DNA合成的成本及门槛都会进一步降低，为合成生物学的发展提供支持。
人工智能有望加速菌种改造DBTL循环。随着代谢负担的增加和生物反应器条件的压力变化，底盘细胞生理特性往往变得不可预测，研发人员需要从大量的实验数据以及旧文献中的“教训”中学习。在微生物菌种开发过程中，通常涉及到设计-构建-测试-学习（DBTL）循环，这种方法集成了菌株计算设计、基因工程改造、发酵测试和组学分析，以提升菌种性能，解决生产瓶颈。然而，DBTL可能会进入无效循环，其众多的工程周期只会产生大量的信息，而不会导致产品性能的突破。将将人工智能纳入DBTL循环有助于加速菌种开发，从长远来看，知识挖掘和标准数据库构建、人工智能与代谢网络等机理模型的集成将减少实验室在DBTL方面的工作量，将主要工作负担从人类转移到计算机，加快微生物细胞工厂的开发。
当前产品类公司更佳，万亿级赛道如日方升
短期来看，MarketsandMarkets预计2026年全球合成生物学市场规模达到307亿美元，对应2021-2026年CAGR为26.5%。根据DeepTech，全球合成生物学市场规模由2016年的35.3亿美元增长至2021年的73.7亿美元，对应2016-2021年CAGR为83.6%，其中医疗健康领域是第一大应用领域且增速最快，2021年全球医疗健康领域合成生物学市场规模为68.7亿美元，对应2016-2021年CAGR为105.6%。此外，工业化学品是医疗健康外第二大应用领域，2021年对应市场规模为18.2亿美元。根据MarketsandMarkets，2021年全球合成生物学市场规模高达95亿美元（不同机构的统计口径不同，导致市场规模有差异），该机构预计2026年达到307亿美元，对应2021-2026年CAGR为26.5%。
我们认为当前时点医疗健康和化工领域的产业化进度相对领先。尽管合成生物学在众多下游领域均有广阔的应用前景，但受限于技术成熟度和市场拓展等因素，下游各领域的产业化进度（结合通过产业化案例数和对应的市场规模判断）各不相同，其中医疗健康和化工领域的产业化进度相对领先，我们认为原因主要是：1）医疗健康领域本身就是建立在生物技术之上的，前沿的生物技术也会首先在医疗健康领域得到应用，此外在医疗健康领域产品效果的重要性大于产品价格，因此成本往往不会成为产业化的限制因素；2）化工领域对降低成本的诉求非常强烈，因此一旦生物制造在某类产品上展现出成本优势，往往能迅速替代现有竞品实现放量，此外大企业不断加强对环保、低碳、可持续的重视，也有利于合成生物学产品的产业化。归根结底，限制合成生物学产业化的本质是技术，整体上看合成生物学的产业化进度还处于初期，随着未来各环节技术的进步，下游各领域的发展前景和市场空间均非常广阔。
医疗健康：制药与治疗过程将更具经济性和高效性
合成生物学在医疗健康领域的应用最为深入。目前合成生物学技术应用于医疗健康产业主要有两种方式：一种是对微生物进行设计和改造，使微生物可以生产某种药物分子，或其本身作为活性药物，实现治疗疾病的功能；另外一种是基于合成生物学的工程化思维和设计理念，对哺乳动物细胞进行改造，使其具备相应的功能，如用于器官移植、细胞治疗和疫苗生产等。
预计2020-2030年全球和中国生物药市场规模CAGR分别为10.5%和14.1%。根据Frost&Sullivan（转引自珈创生物招股说明书），凭借生物药卓越的疗效、生物科技的显著发展以及研发投入不断增加，全球和中国生物药市场规模在2020年分别达到2979亿美元和3457亿元，该机构预计在2030年分别达到8049亿美元和12943亿元，对应2020-2030年的CAGR分别为10.5%和14.1%。得益于可支付能力的提高、患者群体的增长以及医保覆盖范围的扩大，中国市场增速更快。
化工：低成本+可持续，化工产品的制造将被重塑
相比传统化工，生物制造具有低成本+可持续优势。合成生物学在化工领域的应用主要包含材料、化学品、化工用酶、油类和润滑剂等多方面。如利用改造后的酵母或其他微生物生产化学品、材料和油类，通过定向进化结合高通量筛选寻找在高温高酸等特殊场景拥有高活性的酶等。根据OECD的报告，生物制造可以降低工业过程能耗、物耗，减少废物排放与空气、水及土壤污染，以及大幅度降低生产成本，提升产业竞争力。例如通过生物制造生产1，3-丙二醇，与石油路线相比，CO2减排63%，原料成本下降37%，能耗减少30%，成功创造了一个化纤原料摆脱石油价格体系的范例。OECD预计2023年世界上35%的化工产品将被生物制造产品所取代，生物制造产业将逐步形成可再生资源持续发展的经济形态。
生物可降解材料有望替代传统塑料。塑料作为石化产业重要的下游领域之一，其制造所需要的石油消耗量占据全球石油产量的8%。根据NRDC预测，如果按照目前的趋势发展，2050年全球塑料将消耗全世界20%的石油。塑料污染问题逐渐成为仅次于气候变化的全球第二大环境议题，塑料一旦泄漏到土壤、水体等自然环境中，便难以降解，会造成视觉污染、土壤污染、水体污染等各种环境破坏，处置方式不当还会影响温室气体排放，给脆弱的生态环境带来持久性危害。另外，微塑料进入食物链也可能对人体健康带来严重危害。各国相继出台限塑政策，第五届联合国环境大会上175个国家和地区通过了《终止塑料污染决议（草案）》，将在2024年底前完成首个全球“限塑令”，同时塑料污染治理和可循环包装应用也成为全球主要快速消费品公司亟需解决的重要ESG议题。生物可降解材料具有类似塑料的物理和机械性能，结合了传统塑料的优点，同时又具有白色污染难降解的解决方案，有望成为传统塑料的最佳替代。
PHA是最具前景的生物可降解材料。生物可降解材料分为石油基和生物基，主要的可降解材料如PBAT、PBS、PLA、PHA等的单体（PBAT的己二酸和丁二醇、PBS的丁二酸、PLA的乳酸）或聚合物本身（PHA）理论上均可通过生物制造的方式生产。考虑到原材料的可持续性和生产过程的安全性，生物基可降解材料更有优势，根据EuropeanBioplastics预测，2027年全球生物基塑料产能将达到629万吨，可降解塑料占到56.5%，其中PLA和PHA分别占37.9%和11.8%。相对于其他可降解材料，PHA在降解性能和应用领域方面均更优：降解性能上，PHA的降解范围更广，可以在淡水、海水、土壤、堆肥、甚至有机污泥中生物降解，还可以通过与其他材料共混来提高终产品的可降解性；物理性能上，PHA是系列聚合物，既可以对共聚物的单体结构进行选择搭配，亦可以与其他可降解材料复配，提升共混物的物理机械性能。根据《PHA生物可降解塑料产业白皮书》（普华永道，2022年）预测，短期内，PHA生产成本仍将高于PLA，其市场需求主要为不便于回收、易泄漏到环境中的场景，市场规模约629亿元；长期看，随着PHA生产成本不断下探，其有望在包装领域完全替代PP、PE，市场规模达到1.2万亿元。
看好未来生物制造在化工领域突破大体量产品。生物制造在一些细分领域已经完全取代传统化工，例如，长链二元酸是是一类用途极其广泛的重要精细化工产品，针对长久以来化学合成长链二元酸技术的不足，凯赛生物以石油中的副产物正烷烃为原料，采用微生物发酵的方法生产长链二元酸，显著降低了成本和污染，是世界上首个使用生物法产品取代石油化学法产品的商业成功案例。但无论是凯赛生物的长链二元酸、华恒生物的丙氨酸、杜邦的1，3-丙二醇，都是需求在十万吨级或更小的产品，而在百万吨级需求的化工产品中尚未有成功替代的案例，我们认为随着合成生物学技术的进步，生物制造必然会在化工领域突破大体量产品。目前已经有公司取得进展，东丽株式会社开发出一种100%生物基己二酸的生物合成方法，并已经开始探讨扩大研究规模，目标在2030年左右实现该技术的实用化。
农业和食品：更高效的农业生产和更绿色健康的食品
合成生物学有望改善人类面临的粮食短缺困境。全球人口从1961年的30.7亿增长到2020年的78.2亿，在此期间全球人均耕地却减少约一半，原因除人口因素外还包括工业化和城镇化进程加快以及气候问题。人类生存所面临的粮食危机越来越严重，联合国粮农组织预计至2050年全球粮食产量需增产70%才能满足需求，以快速且可持续的方式在更少的土地上生产更多的粮食是农业界所面临的巨大挑战。随着合成生物学的快速发展，其在农业领域的应用如作物增产、牲畜和动物饲料及添加剂、害虫防治等方面和在食品领域的应用如肉类和乳制品、饮品、食品安全、调味剂和添加剂等方面的潜力日益凸显。
合成生物学能够从多个方面提高农业生产力，其比转基因技术更加高级。对于植物作物，利用合成生物学可以提高光合作用效率来增加产量、促进自主固氮来减少化肥使用、重塑代谢通路来改良农产品品质以及高效防治虫害；对于牲畜，主要是利用合成生物学高效提供蛋白饲料。合成生物学技术与转基因技术在农业上的应用有一部分重叠，前者是建立在后者基础之上的，两者主要不同是转基因技术将个别外源基因转移到某生物基因组内，使之能表达有益的蛋白质，而合成生物学则一方面是从头设计和构建自然界中不存在的人工生物体系，另一方面从对现有生物的重新设计和改造的角度看，其通常是转移一组基因，因而要在更大规模更多层次上涉及到细胞网络，如代谢网络等。因此，合成生物学对农业产生的影响和带来的前景将超过转基因技术。
预计2026年全球微生物肥料市场规模将达到44.7亿美元。微生物肥料是指以微生物的生命活动为核心，使农作物获得特定的肥料效应的一类肥料制品，从传统的菌种筛选到菌种改造设计、多高效复合菌系制造、肥料菌株功能挖掘等技术的应用，合成生物学实现了肥料菌株研发的多样性、调控性和精确性。根据MarketsandMarkets，北美是全球使用微生物肥料最多的地区，其次是欧洲，2020年美国的微生物肥料使用比例高达60-70%，欧洲许多国家达到45-60%。MarketsandMarkets预计全球微生物肥料市场规模将在2021年达到22.5亿美元，并以11.9%的CAGR增长，在2026年达到44.7亿美元。随着合成生物学技术不断进步，微生物肥料的增产效果、方便程度、生产成本都将持续改善，为解决人类面临的粮食危机做出贡献。
环保健康生活是大势所趋，预计2025年全球人造肉市场规模达到279亿美元。环保方面，根据普华永道的数据，如果全世界用植物肉取代10%的动物肉消费，人类将节约1.76亿吨二氧化碳排放，相当于27亿棵树的吸收量；将释放3800万公顷土地，相当于云南省的面积；将减少86亿立方米用水，相当于渭河一年的总流量。健康方面，根据《美国心脏协会》发表的研究《CenteredDietandRiskofIncidentCardiovascularDiseaseDuringYoungtoMiddleAdulthood》（YuniChoi，NicoleLarson，LynMSteffen等），最常吃植物性食物的人患心血管疾病，如心脏病、中风、心力衰竭和其他疾病的风险降低了16%，他们死于心血管疾病的风险也降低了31%到32%。环保和健康的生活方式是人类发展的趋势，也是消费者选择植物肉的重要原因。MarketsandMarkets预计2025年全球人造肉市场规模达到279亿美元，对应2021-2025年的CAGR为14.9%。
消费品：创造多元化的选择和更美好的生活
合成生物学正在为消费者提供多元化的产品。合成生物学在消费品领域的应用主要包含人类营养、宠物食品、皮革、护肤品等多方面。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。Amyris以甘蔗为原料进行酵母发酵合成法尼烯，再以法尼烯为原料通过化学反应合成角鲨烯和角鲨烷，替代了鲨鱼肝油和高精度橄榄油的提取技术路线，提供更加环保、更加纯净的可持续化妆品原料。
合成生物学助力婴幼儿配方奶粉营养素添新品。HMOs（母乳低聚糖）是母乳中仅次于乳糖的第二大类碳水化合物成分和第三大营养成分，与母乳中其他活性营养相比，HMOs的含量是乳铁蛋白的12倍，免疫球蛋白的6倍。HMOs的结构超过200多种，目前已确定结构的30多种，每一种结构的HMO都有独特的功能性，人类对HMOs的研究超过130年，在合成生物学技术的加持下，2016年前后才实现商业化。目前，在HMOs生产工艺上，实现量产的制备方法包括酶法和发酵法。根据《母乳低聚糖（HMOs）行业市场调研》（恒鲁生物），2021年全球HMOs市场规模为3.8亿美元，仍处于导入期阶段；随着产品价格逐步降低，其在婴幼儿配方奶粉、功能食品和饮料、营养补充剂等领域的渗透率将不断提升，在保守/中性/乐观三种情景下，预计2027年全球HMOs市场规模分别达到9.57/13.60/18.38亿美元，对应2022-2027年CAGR分别为14.1%/22.4%/30.0%。
合成生物学助力重组胶原蛋白渗透率快速提升。胶原蛋白是用于化妆品领域的关键生物活性成分，主要功效是皮肤修护和抗衰老，胶原蛋白可分为重组胶原蛋白（合成生物学制造）和动物源性胶原蛋白（动物组织提取）。重组胶原蛋白具有包括生物活性及生物相容性更高、免疫原性更低、漏检病原体隐患风险更低、水溶性更佳、无细胞毒性以及可进一步加工优化等內在优势，在化妆品领域的应用逐渐普及。根据Frost&Sullivan预测（转引自巨子生物招股说明书），中国重组胶原蛋白产品市场规模将由2021年的108亿元增长至2027年的1083亿元，对应2021-2027年CAGR为46.8%；中国重组胶原蛋白在整个胶原蛋白市场中的渗透率将由2021年的37.7%提升至2027年的62.3%，在主要下游市场中，功效性护肤品/医用敷料/肌肤焕活应用领域重组胶原蛋白渗透率均明显提升。
能源：生物燃料+生物制氢，帮助人类摆脱化石能源依赖
环保和减排压力下生物能源再受重视。目前合成生物学在能源领域的应用主要包含生物乙醇、柴油和丁醇等方向，能源类合成生物学公司是整个合成生物学行业中起落较大的一个类别。2010-2020年，随着国际环境的变化，加上页岩油开采的商业化落地，使得国际原油价格剧烈波动，这无疑击穿了一众该类别公司的生物燃料梦想。根据IEA，2021年全球石油消耗的产业占比中，交通用汽柴油和航空用油合计占比54%，通过开发生物能源来减少燃料用油的意义重大，而且其发展的最大推动力已经不再是比化石能源廉价，而是比化石能源环保。IEA的一项分析指出，为了阻止全球的升温超过2℃，生物能源在总能源需求中的占比需要从2015年的4.5%提高到2060年的17%，但是截至目前，生物能源的产量远低于达到这个目标所需的速度。
生物能源推广加速，预计2025年生物柴油市场空间超3000亿元。根据《StatisticalReviewofWorldEnergy2022》（BP），全球生物燃料消费量由2011年的117万桶/天增长到2021年的184万桶/天，生物燃料消费量占石油燃料（汽油+柴油+煤油+燃油）消费量的比例由2011年的1.90%提高到2021年的2.95%，提升空间巨大。各国对于交通运输领域的生物能源使用都有指标，欧盟的2021年修订版RED（可再生能源指令）中，要求2030年成员国交通运输部门中生物燃料占总燃料的比例和生物能源占总能源的比例的目标分别提高到26%和40%。生物柴油掺混入化石柴油中制成混合柴油在减少有害气体排放的同时无需额外改动，有效降低了使用门槛。根据卓越新能招股说明书披露，北欧国家如瑞典、芬兰、挪威等2020年目标生物柴油掺混比例均达到20%及以上，欧洲主要经济体德国、法国、英国等也在设置更高的要求。随着生物柴油掺混比例的政策性提升，OECD-FAO预计2025年全球生物柴油需求量将达到5122万吨，按照6000元/吨的价格保守测算，市场空间可达3073亿元。尽管目前生物柴油主要采用化学法生产，但未来具有反应条件温和、无污染排放等优点的生物酶法、发酵法将扮演越来越重要的角色。
合成生物学实现从二氧化碳到生物燃料的直接转化，有望解决成本问题。生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉、木质纤维素等生物基原料生产各种化学品、燃料的过程，第一代生物炼制主要以植物油、废弃食用油等为原料来合成生物燃料，第二代生物炼制原料主要为非粮食生物质，包括谷物秸秆、甘蔗渣等。第三代生物炼制旨在利用微生物细胞工厂将可再生能源和二氧化碳转化为燃料和化学品，微生物是第三代生物炼制的核心，其中自养微生物是一种以二氧化碳作为主要或唯一的碳源，以无机氮化物作为氮源，通过细菌光合作用或化能合成作用获得能量的微生物。目前采用一些经过合成生物学改造的光能或化能自养微生物，已经可以实现从二氧化碳合成生产燃料和化学品，产业化落地后有望解决制约生物能源发展的成本问题。
合成生物学将成为生物制氢突破的关键。根据2022年科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等9部门发布的《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022-2030年）》，前沿和颠覆性低碳技术包括新型绿色氢能技术，即研究基于合成生物学、太阳能直接制氢等绿氢制备技术。通过合成生物学技术从提升菌种光能吸收效率、提高菌种产氢率、改用廉价原料等方面取得突破，生物制氢有望逐步具有经济性。中国氢能联盟预测，2050年中国氢能需求量将达到近6000万吨，假设届时生物制氢占比10%，产氢量约为600万吨，我们按照2万元/吨的价格测算，市场规模高达1200亿元。
资本市场融资火热+各国支持政策频出，合成生物学即将迎来加速发展
看好中国生物制造企业竞争力，影响估值的核心因素是成长性
国外企业集中在美国，上中游环节较多且领先。Amyris和GinkgoBioworks是国外合成生物学企业的标杆：Amyris是合成生物学领域第一家在纳斯达克上市（2010年）的企业，同时也是平台型公司的鼻祖和典型代表，经过长期的产业探索，其逐步成为颇有影响力的法尼烯和长链碳氢化合物生产商。另一家代表性公司是GinkgoBioworks，2021年5月宣布以175亿美元的价格通过SPAC方式正式上市，2022年完成对Zymergen的收购以整合Zymergen强大的自动化和软件能力，以及其在多种生物工程方法上的丰富经验，来显著增强GinkgoBioworks的合成生物学平台。除此之外，其他合成生物学企业也大多来自美国。整体上看，国外使能技术类、平台类合成生物学企业较多且技术领先。
中国主要是产品类公司，商业化成功案例较多。凯赛生物和华恒生物是国内合成生物学企业的标杆：凯赛生物以石油中的副产物正烷烃为原料，采用微生物发酵的方法生产长链二元酸，显著降低了成本和污染，是世界上首个使用生物法产品取代石油化学法产品的商业成功案例；华恒生物突破厌氧发酵技术瓶颈，在国际上首次成功实现了微生物厌氧发酵规模化生产L-丙氨酸产品，是行业内拥有厌氧发酵法生产L-丙氨酸完整知识产权的优势企业之一。此外，巨子生物、轩凯生物、引航生物、首钢朗泽等一众国内产品类公司都取得了单个或多个合成生物学产品商业化的成功。
得益于理论研究和产业基础，看好中国生物制造企业竞争力。简单来讲，生物制造的成功关键在于菌种设计和构建、大规模发酵工艺两点，前者取决于合成生物学的理论研究，后者取决于发酵产业的能力。根据WebofScience，核心合集中以合成生物学为主题的全球论文发表量自2000年开始不断增加，其中中国论文发表量自2008年开始快速增加，2022年中国占比已经超过美国，位居世界第一。根据中国生物发酵产业协会，中国生物发酵产品的产量由2015年的2426万吨提升至2019年的3065万吨，出口量由2015年的344万吨提升至2019年的527万吨，我国生物发酵产品中氨基酸、有机酸、淀粉糖及多元醇等产能和产量多年稳居世界第一位。因此，得益于深厚的理论研究和坚实的产业基础，我们现阶段看好中国生物制造企业的竞争力。
美国平台类公司经营情况不佳，中国产品类公司稳定增长。由于研发投入和包括股权激励在内各类费用导致营业支出过高，2019年至2022Q1-Q3，GinkgoBioworks和Amyris的净利润和经营活动净现金流均为负值，相比之下凯赛生物和华恒生物的归母净利润和经营活动净现金流整体呈增长态势。美国平台类龙头公司财务表现远差于中国产品类龙头公司，再次验证我们“当前阶段产品类公司更佳”的判断。
美国平台类公司的股价和估值对国内产品类公司不具备参考价值。2008年初Amyris计划以甘蔗为原料每年生产10亿加仑的生物燃料，每桶价格可低至60美元，然而原油价格暴跌、页岩油开采的商业化落地以及其自身产业化不达预期使得Amyris股价暴跌。2021年GinkgoBioworks以175亿美元的价格通过SPAC方式正式上市，如今市值约缩水为1/5。平台类公司享受了各种概念和投资故事的估值溢价，在没有如预期般兑现业绩后，泡沫必然破裂，相较之下国内的产品类公司的商业模型更加稳健，因此美国平台类公司的股价和估值对国内产品类公司来说不具备参考价值。
中国产品类公司的高估值本质是成长逻辑。截至2023年1月20日，合成生物学公司华恒生物、凯赛生物、嘉必优的PE（2023）分别为43.0、40.4、33.1，显著高于传统发酵公司金丹科技、中粮科技、梅花生物，我们认为产品类公司的高估值是有业绩增速支撑的，按照PEG=PE（2023）/g（2022E-2024E）计算，华恒生物、凯赛生物、嘉必优的PEG分别为1.11、1.21、0.85，高于CS成长板块公司PEG的平均值0.82且在其中位于前列，国内产品类公司的高估值本质是成长逻辑。
华恒生物：产学研结合+产业化能力打造多产品管线
华恒生物是全球领先的小品种氨基酸供应商。华恒生物是一家以合成生物学技术为核心，通过生物制造方式，主要从事生物基产品，如氨基酸和维生素产品研发、生产、销售的高新技术企业，主要产品包括丙氨酸系列产品（L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸）、L缬氨酸、D-泛酸钙和熊果苷（α-熊果苷和β-熊果苷）等，可广泛应用于日化、医药及保健品、食品添加剂、饲料等众多领域。经过多年的创新发展，华恒生物已经成为全球领先的通过生物制造方式规模化生产小品种氨基酸产品的企业之一。2021年华恒生物L-缬氨酸产品开始放量，对收入和利润形成明显贡献，2022年Q1-Q3华恒生物实现营业收入9.84亿元，同比增长58.4%；实现归母净利润2.17亿元，同比增长112.6%。根据其2022年度业绩预增公告，华恒生物预计2022年实现归母净利润3.00-3.25亿元，同比增长78.3%-93.2%。
华恒生物实现L-丙氨酸和L-缬氨酸的厌氧发酵生产，奠定细分领域龙头地位。日化领域的需求量占L-丙氨酸总需求量的50%以上，受益于MGDA市场快速发展，丙氨酸需求保持10%以上增速。华恒生物突破厌氧发酵技术瓶颈，在国际上首次成功实现了微生物厌氧发酵规模化生产L-丙氨酸产品，全球市占率约50%。L-缬氨酸主要应用于饲料及保健品领域，近年来由于饲料原料如豆粕价格升高等因素，氨基酸精确配方饲料迎来了很大发展，L-缬氨酸在饲料里的添加量大幅增长，L-缬氨酸需求保持20%以上增速。华恒生物实现厌氧发酵法生产L-缬氨酸技术，菌种性能高效，发酵技术先进，产能位居行业前列，市场占有率逐步提升。
华恒生物通过产学研结合+产业化能力打造多产品管线。华恒生物坚持和发展已有的产学研相结合的技术合作创新模式，与中科院天工所、中科院微生物研究所、北京化工大学、浙江工业大学等高校科研机构建立长期的合作关系，在新产品研发方向上，华恒生物坚持“成本优势”和“绿色低碳”两大原则，一方面继续在氨基酸领域横向拓展（异亮氨酸）、纵向延伸（D-泛酸钙），发挥自身一体化优势；另一方面进入到体量更大的化工新材料等领域（1，3-丙二醇、丁二酸、苹果酸），并向产业链上游延伸，从玉米深加工做起，实现核心原材料葡萄糖的自产。华恒生物拓展的生物制造新产品与核心产品丙氨酸、缬氨酸的厌氧发酵法相比，在关键技术、工艺流程、生产设备等方面有着诸多共通之处，华恒生物可以将既有的工业菌种创制、发酵过程智能控制、高效后提取、产品应用开发环节等技术优势和生产经验复制于新产品的工业化生产过程，形成与现有主要产品的协同发展。
华恒生物现有产能规划有望实现约60亿元收入，成长确定性较高。我们预计2023年公司1.6万吨三支链氨基酸（缬氨酸和异亮氨酸）项目和7000吨β-丙氨酸衍生物（D泛酸钙）项目将投产，2024年5万吨1，3-丙二醇、丁二酸、苹果酸项目投产，当前已有产能和规划产能的7个主要产品2025年对应市场空间约200亿元，华恒生物现有产能规划有望取得30%市场份额，即对应约60亿元收入，未来的成长空间、路径和速度的确定性较高。
嘉必优：新国标落地+帝斯曼专利到期，配方奶粉营养素龙头启航
嘉必优是国内婴幼儿配方奶粉营养素龙头。嘉必优以生物技术为立足之本，集成工业菌种定向优化技术、发酵精细调控技术、高效分离纯化制备技术，通过可持续的微生物合成制造方式，为全球营养与健康领域的客户提供高品质的营养素产品与创新的解决方案。嘉必优的主营业务包括多不饱和脂肪酸ARA和藻油DHA以及SA、天然β-胡萝卜素等多个系列产品的研发、生产与销售，产品广泛应用于婴幼儿配方食品、膳食营养补充剂、营养健康食品、特殊医学用途配方食品、宠物营养食品、经济动物饲料以及个人护理及化妆品等领域。2018年至2022年Q1-Q3嘉必优营业收入稳健增长，由于原材料涨价、产品降价、客户和业务结构变化等因素毛利率有所下滑，导致2021年和2022年Q1-Q3归母净利润承压。我们预计随着募投项目2023年投产爬坡，嘉必优业绩有望快速释放。
嘉必优市场份额提升空间巨大。ARA及藻油DHA对于婴幼儿的大脑和视网膜发育具有重要的意义，已经成为全球婴幼儿配方奶粉企业普遍选择添加的营养素，因此婴幼儿配方奶粉行业对于ARA和藻油DHA的持续需求将为行业市场容量增长奠定良好的基础。根据CoherentMarketInsights预计，2026年全球及中国ARA和藻油DHA的市场容量分别将达到12.26亿美元和2.15亿美元，分别对应2018-2026年CAGR为13.45%和16.47%。目前嘉必优ARA及藻油DHA产品在全球市场的份额不到10%，与行业龙头帝斯曼仍然存在较大的差距，随着募投项目2023年如预期投产爬坡，嘉必优市占率有望提升。
以合成生物学为底层技术，新产品布局丰富。嘉必优重点落地“三拓展”发展战略（即拓展产品品类、拓展产品应用领域、拓展产品市场区域），着力构建“一主两翼”业务格局（“一主”即人类营养领域，“两翼”即动物营养领域、个人护理及化妆品领域），截至2022年上半年，基于构建的合成生物学技术平台，嘉必优开展了2'-FL、3'-SL、虾青素、依克多因、EPA、麦角硫因等高附加值产品的开发。
凯赛生物：深耕聚酰胺产业链，百万吨产能蓄势待发
凯赛生物是全球领先的生物制造新材料企业。凯赛生物是一家以合成生物学等学科为基础，利用生物制造技术，从事新型生物基材料的研发、生产及销售的高新技术企业，是全球领先的利用生物制造规模化生产新材料的企业之一。凯赛生物通过生物制造方法生产长链二元酸系列产品，既能满足下游聚合要求的质量标准，同时经济性及绿色环保优势突出，在市场竞争中将以英威达为代表的传统化学法长链二元酸挤出市场。随着凯赛生物生物基戊二胺产业化技术的突破，通过生物基戊二胺与各种二元酸或二元酸的组合物缩聚，可生产系列生物基聚酰胺产品，包括PA56、PA510、PA5X等，进一步打开凯赛生物的成长空间。受到疫情反复、化工法聚酰胺降价等因素影响，凯赛生物的生物基聚酰胺市场开拓不及预期，2022年Q1-Q3凯赛生物实现营业收入18.38亿元，同比增长4.8%；实现归母净利润4.86亿元，同比增长2.2%。
长链二元酸全球龙头，癸二酸投产进一步巩固领先地位。凯赛生物能够生产从十碳到十八碳的各种链长二元酸，主要下游应用是合成高性能长链聚酰胺，具备开拓多个潜在市场的能力。目前凯赛生物产品已经占有全球市场主导地位，除癸二酸以外的长链二元酸全球市场份额达80%，与杜邦、艾曼斯、赢创、诺和诺德等主要下游客户建立了良好稳定的商业合作关系。同样是长链二元酸的癸二酸（DC10）全球市场需求高达11万吨，其传统生产方式为蓖麻油水解裂解制取，存在污染严重、原料依赖进口等问题，凯赛生物开发生物法制备癸二酸的工艺，生产工艺安全、环境友好，成本相对化学法大大降低，且产品纯度大大提高。2022年9月底公司4万吨生物法癸二酸项目完成调试，生产线试生产的产品已经获得国内聚合应用客户的认可并开始形成销售，国际客户正在验收过程中。预计凯赛生物的生物法癸二酸将对化学法癸二酸形成替代，快速提升市场份额，成为新的业绩增长点。
凯赛生物聚焦生物基聚酰胺，积极探索下游应用。凯赛生物攻克生物基戊二胺的技术瓶颈后，便开始在生物基戊二胺的基础上开发生物基聚酰胺，2013年5000吨生物基聚酰胺生产线在山东金乡工厂成功完成产业化试验运行，其产品已被总后列为部队换装材料，科技部还为此设立了专项“国家支撑计划”。凯赛生物依托生物基聚酰胺产品打造应用于纺织领域的产品并命名为“泰纶”，可用于轻运动时尚服装、工服等领域；应用于工程材料的产品命名为“ECOPENT”，可用于电子电器、汽车零部件、扎带等领域；与涤纶共聚改性的产品命名为“赛纶”。生物基聚酰胺与连续玻璃纤维或者碳纤维制成的复合材料，正在多个领域进行应用开发和测试，有望进入“以塑代钢、以塑代铝、以塑代塑”用于替代金属、替代热固型材料的大场景应用阶段。
凯赛生物和山西政府共同打造“山西合成生物产业生态园区”，开创生物制造集群化的先河。2020年10月，凯赛生物与山西综改示范区签署《合作协议》，共同在山西综改示范区投资打造“山西合成生物产业生态园区”，目前年产4万吨生物法癸二酸项目已经投产，年产240万吨玉米深加工及500万吨生物发酵液项目、年产50万吨生物基戊二胺及90万吨生物基聚酰胺项目正在建设，我们预计2023年部分投产，产业园一期建设完毕后，将成为全球最具代表性的合成生物产业基地。产业园将重点构建“玉米加工—戊二胺—生物基聚酰胺—工业丝、民用丝”，“烷烃—长链二元酸—长链聚酰胺—特种尼龙”，“植物秸秆—木质素—生物树脂—生物碳纤维复合材料”，“农林废弃物—纤维素—乳酸—聚乳酸—生物降解塑料”等特色产业链，形成生物基化学品、生物环保材料、生物医用材料3个产业集群，引领全球的千亿级生物基绿色新材料产业发展。
其他布局合成生物学的公司
川宁生物：打造合成生物学一体化研发、生产型公司。川宁生物是国内生物发酵技术产业化应用规模较大的企业之一，是抗生素中间体领域规模领先、产品类型齐全、生产工艺较为先进的企业之一。川宁生物根据国际生物技术产业研发趋势和市场情况，在上海设立研究院聚焦合成生物学和酶工程领域的研发，着力开发绿色可持续的高附加值生物产品，向保健和化妆品原料中的高附加值天然产物（红没药醇、光甘草定）、生物农药、动物保健类产品、可降解生物基新材料及其他品类的医药中间体等方向发展。
金城医药：已经形成整条产业链的合成生物学平台。金城医药以生物研究院为基础，面向生物催化（酶催化）和生物合成（细胞工厂）两大主要方向，建设金城合成生物学研发平台，聚焦多手性催化和高难度化学合成的酶催化产品以及高附加值的生物合成产品。目前已经成功实现烟碱和培南类医药中间体4AA的手性酶催化产品产业化落地，实现谷胱甘肽、腺苷蛋氨酸和虾青素三个高附加值生物合成产品的成果转化，同时在研多个生物催化和生物合成产品，已经形成从上游研发、中试放大到产业化落地整条产业链的合成生物学平台。
利安隆：合成生物学打造第三生命曲线。利安隆是高分子材料抗老化产品门类全球配套最完整的两家公司之一，通过整合内部新兴产业并成立生命科学事业部，开始培育第三生命曲线。生命科学事业部目前涉及两个产业方向，分别是核酸药物赛道与合成生物学赛道，其中在合成生物学赛道，利安隆已与天津大学建立产学研合作关系，目前已顺利完成聚谷氨酸和红景天苷两个创新成果的所有权转让，合成生物学研发团队已开展转移技术的验证和放大工作，正在积极对接其他项目。
星湖科技：并购伊品生物，开拓生物发酵新产品。2022年星湖科技完成对伊品生物的并购，伊品生物长期专注于生物发酵技术的研发和应用，产品市场已覆盖全国30多个省、市、自治区，并出口至50多个国家和地区，已发展成为具有行业竞争优势、集产学研为一体的现代化生物制造企业。十四五期间，伊品生物将以“动物营养+食品营养+植物营养+生物基新材料”为主要业务方向，依托“成本领先、技术创新、结构均衡、绿色发展”的战略方针，持续创新，以进一步挖掘现有产品潜力，开拓生物发酵细分领域新产品，优化产品结构，巩固行业地位。