合成生物学，一门新兴的跨学科领域。

       既然是跨学科，就意味着能解决单一学科难以解决的复杂问题。这也正是合成生物学能广泛应用在医药、农业、环保等诸多领域的原因。

       半合成生物学产业链的核心盈利环节

       合成生物学企业种类繁多，按产业链划分，包括工具层、平台层和产品层三大类：

       工具层

       上游为涉及DNA/RNA合成、DNA测序、工具酶和基因编辑服务（CRISPR-Cas9）等，由Ginkgo Bioworks、Twist Bioscience、Illumina、博雅辑因、华大智造等合成生物使能技术公司主导。

       平台层

       中游为平台层，专注于菌株的构建，打造高通量、自动化的技术平台，对生物系统和生物体进行设计、开发的技术平台，代表性公司包括Zymergen、Amyris、蓝晶微生物等。

       应用层

       下游为应用层，涉及医药、农业、环保等各个领域的应用开发和产品落地，是产业链上的核心盈利环节。

       应用类公司能提供各种底层技术、关键核心技术和应用支持，在合成生物学产业链中具有提供产品增益的价值。

       例如，Agilent、Twist、Illumina等可以在上游提供定制的DNA合成和基因编辑服务，帮助研究人员设计和构建特定基因序列，用于合成生物学研究和应用开发。

       医药领域的Sangamo、Antheia和化工领域的Zymergen、凯赛生物、华恒生物，可以在中下游提供不同应用领域的过程设计、产品研发和生产，还能实现从实验室到工业化生产的无缝衔接，提高生产效率。

       例如，华恒生物的丙氨酸产品被广泛应用在日化、医药及保健品、食品添加剂、饲料等众多领域；凯赛生物的生物基聚酰胺产品已经在民用丝、工业丝、工程塑料、复合材料等应用领域开发了系列客户并形成销售。

       显而易见，应用类公司在合成生物学产业链中充当着“润滑剂”的角色，通过提供更优化的产品和服务，帮助整个产业链实现产品增益和产业升级。

       应用领域丰富，医疗健康占主导

       合成生物学在应用领域的丰富性，也是其发展的一大特点。

       按具体领域划分，可将合成生物学企业分为产品研发型、技术服务型，还可进一步细分为生物医药公司、农业生物技术公司、环境生物技术公司、人工肉和替代蛋白公司等。其中，医疗健康是是合成生物学的第一大应用领域。

       根据CB insights数据，2021年全球合成生物市场规模达到736.93亿美元，较2020年增长767.5%。从细分赛道来看，医疗是占比最大的领域，2021年市场规模达到687.24亿美元，占比超过93%。

       另外，根据BCCResearch预测，医疗领域合成生物学2024年市场规模将达到50.22亿美元，复合增长率18.9%；在各领域中增长最快的是食品和农业领域，2019-2024年期间年复合增长率在64%左右。

       以生物医药公司为例。

       Moderna公司主要研究如何使用合成生物学技术开发mRNA疫苗和疾病治疗方法，其技术是基于CRISPR-Cas9系统，可以精确地修改病毒基因组中的特定区域，从而使其失去感染能力。因为这个技术，Moderna在新冠疫苗研发方面取得了重要突破，同时也吸引了阿斯利康合作开发心血管和肿瘤疫苗。

       另外，辉瑞与BioNTech合作，利用合成生物技术设计了mRNA新冠疫苗Comirnaty，还利用合成生物技术为新冠口服药Paxlovid的中间体量产提供解决思路。当然，这也正是合成生物学逐步替代传统的化学合成方法的具体表现。

       尽管海外药企在前沿技术领域具有领先优势，但我国在医药领域的发展也正在逐渐崛起，其中也有不少药企运用合成生物学技术研发新药。

       例如，北京合生基因自主研发的核心产品SynOV1.1，就是国内原创的合成生物技术开发的首 款基因治疗产品，于2020年11月获得美国FDA临床试验许可，用于治疗包括中晚期肝癌在内的甲胎蛋白（AFP）阳性实体瘤。

       北京合生基因的产品管线

       图片来源：公司官网

       在农业领域，合成生物学技术的应用价值体现在改良农作物品种，提高产量和抗病虫害能力等方面。

       例如，Indigo Agriculture利用合成生物学技术来改善植物的生长和抗病性，开发了一种“植物有益菌”（Plant-Microbe）生物技术，可通过将有益微生物应用于种子或土壤，来提高农作物的产量和健康；Inari Agriculture利用合成生物学技术来改良农作物的基因组，从而培育出适应不同环境条件和市场需求的新品种。

       国内草铵膦龙头利尔化学是首家掌握精草铵膦大规模化合成关键技术的企业，其中核心产品草铵膦是全球三大非选择性除草剂之一，可通过生物降解的方式被分解，减少对土壤、水源和环境的影响。

       在环保领域，处理废水、废气等环境污染物，实现资源化利用，是合成生物学的应用价值所在。

       例如，美国生物科技公司Bolt Threads利用合成生物学技术生产仿生丝（一种可持续替代传统丝绸和化学纤维的材料）；LanzaTech利用合成生物学技术来改变微生物，使其能够吸收和转化废弃物中的有害气体，如二氧化碳和一氧化碳。

       更甚者，在人工肉和替代蛋白领域，Impossible Foods、Memphis Meats、Beyond Meat等公司还利用合成生物学技术开发植物基础的替代性肉类产品，包括以植物原料制成的人造汉堡Impossible Burger、人造鸡肉和牛肉等。

       可见，合成生物学在许多领域都有广泛的应用，并且这些应用正在不断扩大和发展。

       全产业链整合

       尽管合成生物学企业类型多样，但大多都选择运用合成生物学技术高度聚焦主业领域，并实现全产业链的整合。

       这意味着，这些企业在主业领域的产品研发过程中，从基础研究到产品开发都具备自主技术能力，在产业链上具备更强的竞争力。

       最典型的莫过于产品导向型企业，往往侧重产品所在市场的专项研究，并在寻求产品性能改良和生产成本降低的过程中引入合成生物学技术，之后再逐步实现从基础研究到产品开发的全链条覆盖，例如蓝晶微生物、凯赛生物和华恒生物。

       蓝晶微生物

       蓝晶微生物是国内率先进入产业化的合成生物学公司之一，已经实现了从菌种筛选、培养、优化到产品开发、生产、销售的全产业链布局，致力于设计、开发、制造和销售新型生物基分子和材料，其中包括生物可降解材料PHA、再生医学材料、美妆新功能成分、新型食品添加剂、工程益生菌等，从而帮助消费品、食品、医疗、农业和工业等众多行业的B端客户在行业内开展差异化竞争。

       凯赛生物

       凯赛生物在合成生物学领域已形成从基因工程到菌种培养、生物发酵、分离纯化和化学合成以及应用开发的全产业链布局，目前商业化产品主要聚焦聚酰胺产业链，包括为生物基聚酰胺及其单体生物法长链二元酸和生物基戊二胺。其中，“生物法长链二元酸系列”全球市占率高达80%以上，而且在“生物基戊二胺”产品领域是当前全球唯一具备戊二胺规模化生产能力的企业。

       华恒生物

       丙氨酸产品行业龙头华恒生物，主要产品包括氨基酸系列产品（L-丙氨酸、DL-丙氨酸、β-丙氨酸、L-缬氨酸）、维生素系列产品（D-泛酸钙、D-泛醇）和其他产品等，可广泛应用于中间体、动物营养、日化护理、功能食品与营养、植物营养等众多领域，已建成工业菌种创制、发酵过程智能控制、高效分离提取和产品应用开发等全产业链的技术领先优势。

       合成生物学是一个学科交叉、应用广泛的新兴产业，不仅需要企业自身努力，还需要依赖整个产业生态系统的建设和发展。

       毫无疑问，合成生物学正在迅速发展并在各个领域展现出巨大的应用潜力，相关企业还将呈现高度专业化和细分领域聚焦的发展态势。