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1、合成生物学行业深度合成生物学行业深度颠覆传统，造物致用颠覆传统，造物致用2021年年12月月27日日证券研究报告证券研究报告|行业深度行业深度医药医药|生物药生物药许菲菲许菲菲SAC：S1090520040003-2-前言前言合成生物学是碳中和背景下多学科融合创新的新兴领域，具体定义为“设计改造生命系统，合成具有成本规模优合成生物学是碳中和背景下多学科融合创新的新兴领域，具体定义为“设计改造生命系统，合成具有成本规模优势的产品”，前端为菌株改造，后端为生物生产。势的产品”，前端为菌株改造，后端为生物生产。本文将从四个维度阐释合成生物学对世界和中国的战略意义，本文将从四个维度阐释合成生物学对世界
2、和中国的战略意义，1）合成生物学在碳中和碳中和和成本成本上的优势将对传统石化领域形成破坏式创新替代，同时创造新的需求。2）碳中和的战略时间表和生物基因技术的精进（基因测序成本降低，分离技术成熟等）使得合成生物学当下正处在加速发展阶段。3）中国在合成生物学后端生物生产环节具备天然的产业基础和成本优势。4）合成生物学的企业天然具有平台延伸和先发优势，体现为代谢通路的改造涉及多种产品代谢通路的改造涉及多种产品和前端菌株设前端菌株设计优化不断迭代。计优化不断迭代。合成生物学企业百花齐放，主要分为合成生物学企业百花齐放，主要分为平台型（前端菌株改造）与产品型（后端生物生产）平台型（前端菌株改造）与产品型
3、（后端生物生产）两类。两类。1）平台型公司注重前端菌株改造，致力于模块化和通用化；产品型公司则侧重后端发酵规模生产。而合成生物学产品落地成功的关键在于规模化的成本优势，前端菌种改造是基础，后端放大生产工艺是保障前端菌种改造是基础，后端放大生产工艺是保障。2）从投资角度来看，利用规模生产优势对石化产业链进行破坏式创新替代是当务之急且切实可行的，因此中短期看好具备规模生产能力的后端产品企业（中国具备天然优势）；而要想平台不断延伸并创造新的产品需求则需要前端菌株的改造能力，因此中长期来看，具备菌株改造优化能力的前端企业更具备平台潜力。3）复盘不同类型公司的海外案例。A股重点推荐华恒生物，关注凯赛生物
4、等股重点推荐华恒生物，关注凯赛生物等。风险提示：风险提示：研发不及预期风险；产业化进程不及预期风险；生物安全风险；菌种泄密风险；伦理风险等。mNsMnQmPnPyQpRtQtOtNyQaQaO9PnPnNsQnMlOoPmOfQmOqP7NmNrOMYrRoOwMsOxP-3-标题XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX四个维度阐释合成生物学对世界和中国的战略意义四个维度阐释合成生物学对世界和中国的战略意义合成生物学百花齐放，主要分为平台型与产品型公司合成生物学百花齐放，主要分为平台型与产品型公司A股相关标的及投资建议股相关标的及投资建议目录目录-4-标题XXXXXXXXXXXXX
5、XXXXXXXXXXXXX定义合成生物学定义合成生物学设计改造生命系统设计改造生命系统合成生物学：合成生物学：设计改造生命系统，合成具有成本规模优势的产品。在此处需要指出我们更关注合成生物学产业上而并非学术上的定义，因此最终将落地到产品。整个流程可以分为前端-菌株改造；后端-通过发酵过程实现生物生产。输入端原料为菌株能够利用的营养物质如葡萄糖等。资料来源：合成生物学、招商证券改造代改造代谢通路谢通路底盘底盘细胞细胞发酵发酵分离分离纯化纯化产品产品后端后端工程工程细胞细胞前端前端玉米玉米淀粉淀粉葡萄葡萄糖糖秸秆秸秆-5-合成生物学具有划时代意义合成生物学具有划时代意义碳中和碳中和合成生物学应用较
6、为广泛的合成化学品领域，划时代意义体现在其完全符合“碳中和”的要求，将成为合成生物学应用较为广泛的合成化学品领域，划时代意义体现在其完全符合“碳中和”的要求，将成为ESG投投资重点：资重点：1）生物基生产过程条件较传统化工温和，可以节约生产过程中的能源消耗。2）生物基生产原料多为淀粉，葡萄糖等，相较于石油可再生。3）可以设计厌氧过程通路，完全不排放CO2甚至吸收CO2。根据碳中和要求，目前阶段某些化学品的石油基化工法产能已经不再获批不再获批，例如丁二酸。远期看，当各企业的碳配额明确后，减少的碳排放将直接转化为经济效益。按照目前中国碳交易市场价格，碳排放价格为42元/吨，欧盟交易价格为90欧元/
7、吨。目前碳交易国内首批纳入发电行业，根据相关规定，“十四五”期间石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、航空等高排放行业也将陆续纳入全国碳市场，届时碳排放价格将进一步走高。化学品化学品传统合成工艺传统合成工艺生物基生产企业生物基生产企业化石能源消耗节约化石能源消耗节约CO2排放降低排放降低其他优势其他优势己二酸（ADA）环己烷氧化环己酮和环己醇，再经硝酸氧化Rennovia85%完全无N2O排放（温室效应是CO2的300倍）丁二酸丁烷制备马来酸酐后催化加氢Succinity、BioAmber65%75-100以上%1，4-丁二醇（BDO）乙炔法/马来酸酐法/环氧丙烷法Genomatica60-87
8、%70-110%无需有机溶剂，可以使用循环水L-丙氨酸酶法华恒生物零排放每生产1吨生物基ADA，将降低CO2排放8吨，每生产1吨生物基L-丙氨酸，将减少0.5吨CO2排放。资料来源：E4tech、碳排放权交易管理办法(试行)、WIND、华恒生物招股说明书、招商证券-6-减排实例：以减排实例：以ADA工业生产为例对比碳排放及能源消耗。工业生产为例对比碳排放及能源消耗。KA-油法工业生产ADA需要首先将环己烷高温高压氧化为KA-油（环己醇与环己酮），进一步在铜、钒催化下利用硝酸氧化，在消去氮氧化合物与水后，在硝酸中结晶得到己二酸，该过程产生的副产物戊二酸、丁二酸、戊酸、己酸经进一步精制得到己二酸。
9、过程中产生的气体副产物包括碳氧化合物与氮氧化合物，其中，NO、NO2可完全回收，以硝酸的形式返回到工艺生产中，而N2O则不能回收，必需经历下游的处理。合成生物学方法已经发展到可以利用葡萄糖生产己二酸，合成过程中温度保持在30，pH环境通过缓冲液维持，减少碳排放，气体副产物排放与能源消耗。传统工艺：传统工艺：高温高压伴随化石燃料燃烧，排放CO2，使用金属催化剂（桶，钒），强氧化剂硝酸，向外排放N2O合成生物学：合成生物学：生产1吨ADA，可减排8吨CO2，减排N2O（温室效用是CO2的300倍）60kgE coli.30 资料来源：Metabolic Engineering Communicat
10、ions、招商证券合成生物学具有划时代意义合成生物学具有划时代意义碳中和碳中和-7-合成生物学具有划时代意义合成生物学具有划时代意义成本优势成本优势合成生物学在某些化学品生产领域已经可以体现绝对的成本优势。合成生物学在某些化学品生产领域已经可以体现绝对的成本优势。1）合成生物学方法大规模生产的化学品已经有产品可以达到低于石油基的生产成本，如ADA，BDO，L-丙氨酸。2）合成生物学方法生产过程中成本变动独立于原油，盈利水平更加稳定。更具有优势的成本可以以更低价格切入下游的同时保持较高的利润水平，例如华恒生物的生物合成L-丙氨酸平均售价为1.6万元/吨，毛利率为46%左右，酶法生产的L-丙氨酸平
11、均售价为2万元/吨，毛利率在10-25%之间波动。化学品化学品传统合成工艺传统合成工艺生物基生产企业生物基生产企业成本优势成本优势原油价格平衡（原油价格平衡（$/桶）桶）己二酸（ADA）环己烷氧化环己酮和环己醇，再经硝酸氧化Rennovia20-30%85丁二酸丁烷制备马来酸酐后催化加氢Succinity、BioAmber基本持平351，4-丁二醇（BDO）乙炔法/马来酸酐法/环氧丙烷法Genomatica15-30%45L-丙氨酸酶法华恒生物50%资料来源：E4tech、WIND、华恒生物招股说明书、招商证券原油价格（原油价格（$/桶）桶）-8-合成生物学的应用将对传统石化领域形成颠覆合成生
12、物学的应用将对传统石化领域形成颠覆在传统石化领域，成本和绿色要求是最基础的逻辑，合成生物学方法将打破“强者恒强”的固有格局，为后来在传统石化领域，成本和绿色要求是最基础的逻辑，合成生物学方法将打破“强者恒强”的固有格局，为后来企业提供超越成长的机会，对行业是颠覆性的存在。企业提供超越成长的机会，对行业是颠覆性的存在。传统化工行业对固定资产投入有较高要求，大企业通过规模优势可以优化成本，成本优势下会结余较大空间用于环保技改，在环保要求趋严形式下，规模优势显现的更加明显，由此进入闭环，呈现强者恒强的态势，后进入者进行赶超的机会较小。碳中和进一步加剧了此种趋势，碳排放很大程度上取决于生产过程中化石燃
13、料燃烧产生的排放，具有规模优势的企业通常燃料利用效率更高，会结余更多的碳配额，转化为经济效益。而合成生物学则通过成本优势及绿色减排打破了以上规则，对传统化工行业形成颠覆。规模化优化成本传统化工行业传统化工行业环保要求大量固定资产投入强者恒强强者恒强碳中和背景下的传统化工企业碳中和背景下的传统化工企业碳配额碳配额单位碳排放单位碳排放成本控制不佳、效率有待提升的中小企业成本控制好、效率高的龙头企业需要额外购买的配额结余配额资料来源：招商证券整理-9-附：合成生物学对石油基基本有机原料形成替代附：合成生物学对石油基基本有机原料形成替代资料来源：E4tech、公司公告、WIND、招商证券-10-合成生
14、物学应用场景极为广泛，可创造新的需求合成生物学应用场景极为广泛，可创造新的需求以模块化，标准化形式改造生命系统（细胞、菌株等）是合成生物学未来发展愿景，应用领域除去对传统石化领以模块化，标准化形式改造生命系统（细胞、菌株等）是合成生物学未来发展愿景，应用领域除去对传统石化领域的替代之外，可以应用在各个方面，创造新的需求。域的替代之外，可以应用在各个方面，创造新的需求。复杂功能的实现可以通过标准化元件的组装完成，类似于“搭积木”的方式完成。届时合成生物学领域将引领下游各领域的颠覆式变化，同时将衍生出产业链分工的投资机会（例如专门做DNA合成，生物元件设计优化，细胞菌株培养等的公司等）。合成生物学
15、未合成生物学未来愿景来愿景生物元件：具有单一且明确功能的DNA片段启动子终止子其他基础功能序列生物装置：通过生物元件组装形成的生化反应信号转化器、信号转导装置、蛋白质生成装置等生物系统：生物装置连接组成的级联线路和调控网络多细胞交互与群体感应资料来源：合成生物学、iGEM、招商证券合成生物学广泛的合成生物学广泛的应用领域：应用领域：替代需求与创造新需求-11-为何合成生物学加速发展阶段出现在当下？为何合成生物学加速发展阶段出现在当下？合成生物学的加速发展为什么发生在当下？合成生物学的加速发展为什么发生在当下？1）“碳中和”的战略时间表：“碳中和”大背景下企业计算产业链总碳排量，将生产方式转为合
16、成生物学，当下处于“碳中和”推进关键阶段；2）合成生物学上游，生物基因技术的精进（基因测序价格随技术成熟迅速降低。合成生物学下游分离提纯的方式更加高效，例如膜分离技术的应用等）。基因测序价格（基因测序价格（Mb/$）百万吨百万吨排放物排放物202020192018CO216.8615.85517.025N2O0.6090.5980.677CH40.0250.0230.027HFC0.0320.0820.091来自供应商的间接碳排放CO23.2793.5194.067总计20.80520.07721.887生物基使用CO20.0240.004来自巴斯夫工厂的碳排放资料来源：NIH、BASF碳足迹
17、报告、招商证券巴斯夫碳排放的构成由1）直接碳排放与2）供应商碳排放组成。生物基的应用占比在逐步提升。基因测序单位价格基因测序单位价格巴斯夫碳年度排放情况巴斯夫碳年度排放情况-12-附：资本市场对合成生物学的认可以及推动附：资本市场对合成生物学的认可以及推动资本市场的合成生物学热既是行业繁荣的体现，同时又成为促使行业向前行进的推动力。资本市场的合成生物学热既是行业繁荣的体现，同时又成为促使行业向前行进的推动力。合成生物学领域内年融资总额在过去十年激增，2021年达到巅峰，并且趋势仍在上行，2021前三季度领域内一级市场融资额已经达到150亿美元。同时2021年两大合成生物学平台公司Ginkgo
18、Bioworks、Zymergen在美股相继上市，巅峰市值分别达到270亿美元，53亿美元。合成生物学里领域一级市场融资额合成生物学里领域一级市场融资额资料来源：SynbioBeta、招商证券融资金额（亿美元）融资金额（亿美元）-13-附：政策推动合成生物学领域向前发展附：政策推动合成生物学领域向前发展公布时间公布时间发布部门发布部门政策/公文名称政策/公文名称合成生物学推动政策/公文合成生物学推动政策/公文2021.3.15求是努力成为世界主要科学中心和创新高地-习近平总书记以合成生物学合成生物学、基因编辑、脑科学、再生医学等为代表的生命科学领域孕育新的变革.2021.5.28中国科学院第二
19、十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会习近平总书记在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会上的讲话科技创新精度显著加强，对生物大分子和基因的研究进入精准调控阶段，从认识生命、改造生命走向合成生命、设计生命合成生命、设计生命，在给人类带来福祉的同时，也带来生命伦理的挑战。2021.1.18北京市发改委中国(北京)自由贸易试验区科技创新片区海淀组团实施方案重点围绕细胞基因治疗、合成生物学合成生物学、结构生物学、高端医疗器械、智能医疗服务布局重大产业平台和重点项目；围绕“互联网+医疗”，为互联网医院、智能医院建设提供科技支撑。
20、2021.3.9深圳市人民政府深圳光明科学城总体发展规划（20202035年）在生命领域，重点发展合成生物学合成生物学、脑与认知科学、精准医学等细分领域，开展从微生物到灵长类再到人类生命的研究，形成全链条、全尺度的生命解析体系。2021.6.23上海市人民政府办公厅上海市战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划推动基因编辑、拼装、重组等技术发展，构建可生产药物、化学品、天然产物、生物能源的细胞工厂，推动合成生物学合成生物学技术工业应用。2021.6.26天津市人民政府办公厅天津市制造业高质量发展“十四五”规划生物产业以生物技术赋能医药、绿色制造、种业等为重点，加强技术研发，布局建设合成生物学
21、合成生物学国家重大科技基础设施和国家合成生物技术创新中心等创新平台，加快“生物制造谷”、“细胞谷”建设。2021.8.4山西省人民政府山西省“十四五”14个战略性新兴产业规划生物基新材料产业重点发展生物基的聚酰胺、聚酯、碳纤维复合材料等产品，打造国家级合成生物合成生物材料研发制造基地。2021.10.15深圳市光明区政府深圳市光明区关于支持合成生物创新链产业链融合发展的若干措施支持合成生物合成生物战略科技力量建设，支持合成生物合成生物创新链建设，支持合成生物合成生物产业链建设，支持合成生合成生物物生态链建设资料来源：各政府网站、招商证券-14-为何中国在合成生物学领域将会有所作为？为何中国在合
22、成生物学领域将会有所作为？合成生物学后端的发酵与分离纯化过程具备很强的制造属性，中国在此领域具备产业优势与成本优势。合成生物学后端的发酵与分离纯化过程具备很强的制造属性，中国在此领域具备产业优势与成本优势。合成生物学前端为底盘细胞的改造，后端为发酵生产、分离纯化，发酵与分离纯化具备很强的制造属性。尤其是当前的产品结构中，合成生物学大有作为的化工品生产领域，放大生产的稳定性与成本尤为重要。而中国的发酵产业2019年总产量为3064.7万吨，总产值约2 556.7亿元，占据了全球70%的发酵产能占比，具备产业优势与成本优势。I）构建经济模型，设计与优化代谢途径，高通量微孔板微孔板上筛选菌株并模拟发
23、酵条件（温度、pH、气体环境等），当目标产物到达菌株滴度节点时考虑工艺开发，并测试产物毒性。II）在生物反应器生物反应器中开发工艺，首先从工艺参数的单因素测试开始，逐步进行多变量实验设计（DoE）研究。通过干扰条件，检测差异度，所需置信度确定平行试验次数，通常随“S曲线”向右上方发展，试验次数越多III）在工业级生物反应器工业级生物反应器中开发，面临挑战有：1）大型生物反应器氧传递速率较低；2）具有压力与气体浓度梯度，并非均衡环境；3）扩增次数的增加带来菌株遗传上的不稳定性；4）培养基成分需考虑成本；5）与下游工艺团队衔接分离提纯等工艺。资料来源：culturebiosciences、招商证券
24、合成生物学放大生产的“合成生物学放大生产的“S”曲线模型”曲线模型-15-为何合成生物学企业具有平台潜力？为何合成生物学企业具有平台潜力？合成生物学企业天然具有平台延伸性，单一企业市值潜力巨大合成生物学企业天然具有平台延伸性，单一企业市值潜力巨大。在生命系统内，同一通路往往对应调控下游多个物质的合成，当打通某一代谢通路后，理论上后续不同品类的产品生产具有很强的可拓展性。以糖酵解、三羧酸循环过程为例：通过通路改造，可以生物合成的物质种类即有氨基酸类，萜类，高级醇，脂肪酸等等。资料来源：合成生物学、合成生物学与合成酶学、招商证券-16-为何合成生物学企业具有平台潜力？为何合成生物学企业具有平台潜力
25、？合成生物学企业天然具有先发优势，菌株的设计与改造是迭代式创新的过程。合成生物学企业天然具有先发优势，菌株的设计与改造是迭代式创新的过程。具体体现在：1）工程菌株的构建需要经过多步优化，2）同一通路的产品拓展可以通过进一步改造已经经过改造的菌株来实现。D-乳酸的合成经过4步进化，通过关键酶的基因调控，分别完成D-乳酸生成，扩大底物利用范围，代谢进化，调控光学纯度的功能。L-丙氨酸的底盘细胞直接选用D-乳酸生物合成中的SZ194，D-乳酸与L-丙氨酸均为糖酵解途径中的分支，SZ194已经完成甲酸、琥珀酸、乙醇、醋酸的竞争通路抑制与菌体代谢优化，后续删除mgsA抑制生成乳酸的即可促进L-丙氨酸的生
26、成。W3310SZ631）删除pflB，frdBC，adhE，ackA（分别抑制生成甲酸、琥珀酸、乙醇、醋酸的竞争通路）SZ186SZ194XZ132TG1142）克隆蔗糖利用基因簇（cscR，cscA，cscKB）（扩大底物利用范围，利用蔗糖或糖浆生产D-乳酸）3）代谢进化（多基因突变使重组菌株生长速度变慢，因此通过基于菌体生长速度或产量的代谢进化来优化发酵性能）4）突变mgsA（添加甜菜碱使细胞产量增加，但D-乳酸光学纯度下降，因此突变mgsA使光学纯度提升）1）2）3）4）删除ldhA并插入外源alaD，删除mgsA和dadX（外源alaD可调节L-丙氨酸生产，并且能够在厌氧发酵期间持续
27、高表达；删除mgsA可以抑制生成乳酸；删除dadX可以减少L-丙氨酸转换成D-丙氨酸）资料来源：合成生物学与合成酶学、Google Patent、招商证券-17-标题XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX目录目录四个维度阐释合成生物学对世界和中国的战略意义四个维度阐释合成生物学对世界和中国的战略意义合成生物学百花齐放，主要分为平台型与产品型公司合成生物学百花齐放，主要分为平台型与产品型公司A股相关标的及投资建议股相关标的及投资建议-18-合成生物学公司分类：平台型与产品型合成生物学公司分类：平台型与产品型合成生物学全过程由前端菌种改造，后端生物生产组成。根据企业发展的出发点，有更
28、侧重前端菌种改造的平合成生物学全过程由前端菌种改造，后端生物生产组成。根据企业发展的出发点，有更侧重前端菌种改造的平台型公司，有在后端具备优势，做产品落地的产品型公司。台型公司，有在后端具备优势，做产品落地的产品型公司。从产业角度，在产品落地过程中，前端菌种改造是基础，后端放大生产工艺是保障。相辅相成，缺一不可，前后端均有关键指标与Know How。从投资角度来看，利用规模生产优势对石化产业链进行破坏式创新替代是当务之急且切实可行的，因此中短期看好具备规模生产能力的后端产品企业（中国具备天然优势）；而要想平台不断延伸并创造新的产品需求则需要前端菌株的改造能力，因此中长期来看，具备菌株改造优化能
29、力的前端企业更具备平台潜力。菌株性能1 1）比生产率：）比生产率：越大越好，单位输入条件下生产产品产量。2 2）维持因数：）维持因数：越小越好，位置基础代谢所需消耗的基质和氧指标。3 3）比生长率：）比生长率：越大越好，缩短生长周期，提高周转率。发酵工艺分离提纯1 1）生产规模：）生产规模：成本与发酵罐体积经验公式：C1/C2=（V1/V2）0.6-0.8，发酵体积每增加10倍，生产成本下降37%-60%。2 2）体系均匀成本：）体系均匀成本：大规模发酵罐需要机械搅拌以保证基质，氧，热量的均匀分布，厌氧发酵方式无需混氧，具备优势。3 3）染菌率：）染菌率：大规模发酵罐将增加染菌风险，同时高温灭
30、菌将增加成本。1 1）纯化方式：）纯化方式：纯化方式不断优化，陶瓷膜的广泛应用等。2 2）纯化效率）纯化效率平台型公司：侧重前端菌株改造产品型公司：侧重后端生物生产资料来源：发酵经济学、招商证券-19-合成生物学行业全景：百花齐放合成生物学行业全景：百花齐放按照以上分类标准，各个类型公司均可以找到代表公司，整个行业呈现百花齐放的业态。按照以上分类标准，各个类型公司均可以找到代表公司，整个行业呈现百花齐放的业态。产品型公司根据产品应用场景进一步分为化工品及消费品两类。平台型公司与产品型公司可以互相转化，平台型公司同样可能孵化或生产产品；产品型公司打通某一代谢通路后可成为平台公司。资料来源：各公司
31、官网、WIND、招商证券代表相互转换关系红色为上市公司-20-针对不同类型公司的投资路径总结针对不同类型公司的投资路径总结针对以上不同类型的合成生物学公司，我们分别总结投资路径如下，并分别可以寻找海外市场的对标：针对以上不同类型的合成生物学公司，我们分别总结投资路径如下，并分别可以寻找海外市场的对标：1）平台型公司要重点关注底盘细胞改造技术储备与能力，基因组数据的积累程度。2）平台型公司向下游延伸做产品后，投资要点除去关注改造细胞的技术平台外，需要额外关注选品逻辑与工业化生产能力。3）利用合成生物学进行化工品生产的公司投资要点为产品的成本优势（包括生产成本与绿色成本），具体可拆解为菌株本身生产
32、效率与后端发酵工艺及分离技术，其中菌株本身生产效率是基础，后端工艺至关重要。4）以合成生物学方式生产消费品的公司投资要点更为关注产品本身的市场推广，合成生物学将成为其构建产品壁垒的一种手段。资料来源：各公司官网、招商证券-21-Ginkgo BioworksGinkgo Bioworks：合成生物学平台型公司典范合成生物学平台型公司典范创立于2009年的Ginkgo Bioworks定位于合成生物学的平台型服务公司，以为客户提供微生物的研发服务为主要经营模式，主要输出产品为工程微生物。5位创始人均为MIT背景，学科背景均为生物学或计算机学。Ginkgo主要技术优势在于构建了生物铸造厂生物铸造厂
33、与代码库代码库。在商业模式上，采用与客户进行50/50的研发成本分摊，并在产品上市后约定销售提成比例的方式。在可以获取客户信任的同时更加注重长期发展。2021年5月通过SPAC在纽交所上市，目前估值约160亿美元。2016年，与嘉吉公司合作，改造生物工业发酵过程2016年，与Prospect Bio合作开发生物传感器2018年，升级生物铸造厂Bioworks S22016年，与Genomatica宣布合作2009年，Ginkgo Bioworks成立，创立之初将自己定位于服务型公司2018年，与德国拜耳成立合资公司2015年，生物菌株工程全自动铸造厂Bioworks S1成立2017年，收购D
34、NA合成供应商Gen92020年，开发新冠快速检测试剂盒2021年，通过SPAC纽交所上市创始人创始人关系关系学历学历职位职位Tom Knight美国合成生物学家和计算机工程师，曾任麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的高级研究科学家，美国科学院院士科学家Reshma Shetty麻省理工生物工程博士学位、犹他大学计算机科学学士学位和博士学位总裁、首席运营官Jason Kelly麻省理工化学工程和生物学学士学位、生物工程博士学位首席执行官、创始人Barry Canton麻省理工生物工程博士学位（重点关注标准生物部分的改进以及宿主细胞与工程基因回路之间的相互作用）、都柏林大学机械工程硕士学位首
35、席技术官Austin Che麻省理工学院电气工程与计算机科学博士学位、斯坦福大学的计算机科学学士学位和心理学学士学位首席战略官五人协助组织第一届合成生物学会议；一起创立了 iGEM和OpenWetWare。资料来源：Ginkgo官网、招商证券-22-生物铸造厂是可以大幅降低开发成本生物铸造厂是可以大幅降低开发成本生物铸造厂是生命系统工程化的典范，标准化化流程将对细胞进行改造的成本每年降低生物铸造厂是生命系统工程化的典范，标准化化流程将对细胞进行改造的成本每年降低50%，测试设计数量每，测试设计数量每年增长年增长3倍以上。倍以上。生物铸造厂可以将细胞改造进行标准化的设计生产：1）挑选底盘细胞，如
36、大肠杆菌、酿酒酵母等。2）通过计算机设计DNA，此过程可以将积累的组件库中的组件加以应用。3）改造并培养底盘细胞，最优化基质提取，适当阻止次级代谢物的过度生产等。4）最终产品的回收和提纯。滴度、产量和产率是决定成本的关键指标。资料来源：Ginkgo年报、招商证券-23-代码库可以提高项目开发效率，增强长期竞争力代码库可以提高项目开发效率，增强长期竞争力代码库是包含海量基因序列构成的生物元件，是代码库是包含海量基因序列构成的生物元件，是Ginkgo的数据资产，构成了其长期竞争力。的数据资产，构成了其长期竞争力。代码库可理解成解析过具体功能的DNA序列，Ginkgo的代码库目前囊括了开源的34亿基
37、因序列以及独有的4.4亿基因序列，并且在持续不断的扩充中。Motif是Ginkgo孵化的制造肉类和奶类替代品蛋白的企业，Ginkgo利用代码库识别并筛选了数百种不同的候选蛋白质。将其中表现最好的基因设计到新表达系统中，以最大限度地提高蛋白质表达量。Ginkgo仅用一年时间开发出 6 个原型菌株，并生产出产品样品。并在接下来的 9 个月内设计、构建和验证了改进的变体。最终拿到kg规模蛋白产品。资料来源：Ginkgo年报、招商证券-24-生物铸造厂与代码库具有正反馈性生物铸造厂与代码库具有正反馈性生物铸造厂与代码库均具有正反馈性，原因在于目前合成生物学开发过程即为“设计，构建，测试，学习”的生物铸
38、造厂与代码库均具有正反馈性，原因在于目前合成生物学开发过程即为“设计，构建，测试，学习”的正反馈过程。正反馈过程。从目标产物出发选取何使的底盘细胞并构建代谢途径，通过不同种类的酶的活性控制完成代谢途径的最佳化，最终得到目标产物。其中具体步骤实现过程均涉及设计，构建，测试，学习的正反馈强化。并且可以形成功能化模块，进行横向拓展。资料来源：合成生物学与合成酶学、招商证券-25-Ginkgo BioworksGinkgo Bioworks业务发展业务发展Ginkgo营业收入在快速增长阶段，营业收入在快速增长阶段，2021Q3总收入总收入1.65亿美元，铸造厂收入亿美元，铸造厂收入7900万美元增长万
39、美元增长84%，其中关联方，其中关联方交易占比由交易占比由70%下降至下降至47%。下游涉及行业广泛，可分为食品营养、工业环境、农业、消费者及其他行业，承接新项目数量增长同样十分迅速。目前收入模式仍为铸造厂预付款，并无下游产品上市销售分成。生物安全业务主要指利用代码库帮助政府完成基因序列的安全性确认与在新冠肺炎期间提供检测试剂而确认的收入。与Ginkgo Bioworks合作的公司有：CRONOS group（大麻）；Roche、Biogen（生物制药）；Givaudan、Robertet（香精香料）；Genomatica、Synlogic（合成生物学产品公司）；住友化学（化工巨头）等。Gin
40、kgo Bioworks成立合资公司或内部孵化企业有：Joyn Bio（拜耳公司合资，农业自固氮）；Motif（人造蛋白）；Arcaea（美容护肤）；Allonnia（污染处理）等。资料来源：Ginkgo年报、招商证券-26-平台型公司投资关键点平台型公司投资关键点通过对通过对Ginkgo复盘，我们认为：复盘，我们认为：1）生物铸造厂本质上为设计与改造菌株的平台，代码库本质上为DNA信息储备库。菌株设计改造能力与数据积累可以看作是平台型企业的核心竞争力。同时二者均具备很强的正反馈正反馈与迭代创新性迭代创新性。2）平台型公司下游空间极广，可以与多领域公司合作开拓客户，对下游企业进行赋能，成立合资
41、公司或内部孵化的形式开展下游业务。对此类平台型服务公司的判断，我们认为应该重点关注：对此类平台型服务公司的判断，我们认为应该重点关注：1）技术平台，底盘细胞改造迭代能力，基因/基因组数据的积累程度。初期关注创始人背景，研发体系架构。2）关注下游客户的合作协议签署及订单（类CXO）。国内相关企业：一级公司恩和生物，寻竹生物等-27-ZymergenZymergen：平台型公司延申下游做产品的代表：平台型公司延申下游做产品的代表Zymergen成立于2013年，是以平台化发展为思路，向产品端延申布局的企业。不仅完成生物制造平台生物制造平台的构造，同时推出新的垂直领域产品垂直领域产品。联合创始人一位
42、为投资背景（Josh Hoffman），两位为技术背景（其中Jed Dean曾任职于Amyris），新任CEO（Jay T.Flatley）曾于2013年-2016年任illumina的CEO。Zymergen产品领域重点关注电子产品，消费者业务以及农业领域，2020年推出公司首款产品Hyaline（生物基聚酰亚胺薄膜）。2016年，成立产品部门，工作重心为电子产品，消费者业务以及农业产品2020年，推出公司首款产品Hyaline2013年，Zymergen成立。以服务起家，同时布局产品2021年，纳斯达克上市2014年，与DAPRA签订研发服务合同，同年与食品公司签订研发服务合同2017年，
43、收购基因组公司Radiant Genomics2021年8月，因推迟Hyaline销售计划股价大跌，同时更换CEO创始人创始人简历简历职位职位Josh Hoffman2005-2008 投资银行Rothschiil董事总经理2009-2013 私募股权公司Norcob合伙人2013-2021 创办Zymergen首席执行官，联合创始人及董事（已离任）Jed Dean2008-2013 Amyris开发生命科学及自动化技术运营及工程副总裁，联合创始人Zach Serber2007-2011 Amyris科学主席2011-2013 Amyris生物董事首席科技官，联合创始人兼任董事Jay T.Fl
44、atley2013-2016 illumina Inc.首席执行官首席执行官（现任）资料来源：Zymergen官网、招商证券-28-产品开拓推广过程并非一帆风顺产品开拓推广过程并非一帆风顺作为平台型公司，平台技术积累是我们关注重点，作为产品型公司，其产品本身的性质与市场以及规模化扩产作为平台型公司，平台技术积累是我们关注重点，作为产品型公司，其产品本身的性质与市场以及规模化扩产时的技术壁垒同样尤为重要。时的技术壁垒同样尤为重要。Zymergen同样有海量的基因数据库与正反馈机制，在产品选择方面，Zymergen走“技术产品”路线，即通过合成生物学技术手段生产下游产品，进一步开拓市场。Zymer
45、gen产品领域重点关注电子产品，消费者业务以及农业领域，2020年推出公司首款产品Hyaline，但过程并非一帆风顺，由于下游推广受阻（Zymergen公告于2021年及2022年可能不会看到产业化产品），Zymergen股价高位下跌越70%，目前市值不到10亿美元。Hyaline是Zymergen以合成生物学的方法合成的带有氟原子的二胺单体，再和住友化学合作用来做聚合，最终生产出的一种聚酰亚胺。聚酰亚胺是最常见的一种柔性屏材料，被应用于电子产品中。Hyaline在折叠性能及耐热性方面具有优势，但是：1）聚酰亚胺本身已经存在固有市场（杜邦），新产品切入存在一定障碍，2）同时在与住友化学合作大规
46、模扩产过程中难以保证良率的稳定。资料来源：Zymergen官网、招商证券-29-平台型公司延申做产品投资关键点平台型公司延申做产品投资关键点通过对通过对Zymergen复盘，我们认为：复盘，我们认为：1）平台型公司向下游延申做产品需要兼顾平台技术能力与产品本身的市场开拓，选品能力与逻辑十分重要，尤其是从技术出发到产品的公司，需要更加重视产品的市场开拓产品的市场开拓以及商业化生产商业化生产中可能遇到的问题。2）对平台型产品公司的估值体系类似于创新药创新药，公司平台本身具有可拓展性，有管线管线的概念，但是需要产品落地来验证，当有产品商业化成功时，正向推动估值的提升（永续增长预期）；当产品落地失败，
47、将影响后续管线内潜在产品的估值（Zymergen股价大跌的教训）。对此类平台型产品公司的判断，我们认为应该重点关注：对此类平台型产品公司的判断，我们认为应该重点关注：1）技术平台，底盘细胞改造迭代能力，产品选品逻辑。2）工业化生产能力。上市公司：华恒生物，凯赛生物（有产品落地，同时向平台化发展）。一级公司：蓝晶微生物，衍进科技，瑞德林等。-30-LygosLygos：合成生物学化工品公司：合成生物学化工品公司对于合成生物学生产化工品的公司化工品的公司而言，成本（包括生产成本与绿色成本）是最重要的竞争要素。成本（包括生产成本与绿色成本）是最重要的竞争要素。成本可进一步拆解为菌株生产效率与下游发酵
48、纯化工艺的成熟度。产品公司的典型代表为Lygos，为生物法制造有机酸的龙头，2012年从美国联合生物能源研究所（JBEI）正式拆分，成立之初受美国能源部资助委托研发生物基丙二酸。2015年实现从纤维素糖到丙二酸的量产，并将成本降至石油基以下，且实现CO2的负排放，消除氯化钠盐与氰基化合物的排放。绿色生产是Lygos亿合成生物学方法生产丙二酸的出发点，但真正到商业化，成本是制约因素，右图是Lygos测算的各个生物基产品的产率与价格，有商业化成功先例产品（灰色，衣康酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸）均是成本较低的产品，而成本居高不下的产品（红色，金合欢烯、生物柴油、丁醇）虽然能够实现生物路径合成，但并未成
49、功商业化。资料来源：Lygos官网、招商证券-31-IMPOSSIBLEIMPOSSIBLE：合成生物学消费品公司：合成生物学消费品公司合成生物学消费品公司消费品公司的投资要素主要关注产品本身主要关注产品本身，单一产品可能造就很大市场，玻尿酸、人造肉均属于此类，合成生物学生产手段将成为此类公司的壁垒之一。公司典型代表为IMPOSSIBLE Food，主营业务为“人造肉”，目前已经推出人造肉汉堡与人造猪肉香肠等产品。使人造肉可以还原真肉的味道与口感的关键在于“豆血红蛋白”，豆血红蛋白通过合成生物学的方式生产。1）豆科植物根茎中提取豆血红蛋白2）对豆科植物基因进行测序读取基因组信息3）鉴别生产豆血
50、红蛋白的基因4）将相关基因插入至毕赤酵母基因组中5）给予底物葡萄糖，优化生产过程，得到粗产物6）分离纯化得到豆血红蛋白资料来源：Impossible官网、招商证券-32-标题XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX目录目录四个维度阐释合成生物学对世界和中国的战略意义四个维度阐释合成生物学对世界和中国的战略意义合成生物学百花齐放，主要分为平台型与产品型公司合成生物学百花齐放，主要分为平台型与产品型公司A股相关标的及投资建议股相关标的及投资建议-33-华恒生物：打通华恒生物：打通EMPEMP-TCATCA代谢通路的平台型产品公司代谢通路的平台型产品公司华恒生物成立于2005年，2011