繁華褪去，冷靜思考合成生物學的“紅與黑”_風聞

2024年夏初之季，合成生物學是資本市場風口之一。

從4月20日至5月8日，A股50支合成生物概念股中，只有兩支出現下跌，平均漲幅幅度達23.5%。其中，川寧生物、蔚藍生物更是分別上漲91.42%、90.41%，差點實現股價翻倍；富士萊、廣濟藥業、聖達生物期間股價累計漲幅也超過50%。

繁華之下，投資者總是會被利好矇住雙眼。如今合成生物學熱度消退，讓我們靜下心來冷靜思考，這究竟是一個怎樣的賽道？它真的可以顛覆未來嗎？

01 第三次生物科技革命

合成生物學可以理解為生物學的工程化，相當於解構各種基礎生物元件，然後重新構建具有期望功能的生物系統，生產各種我們想要的東西。看似神秘的合成生物學，最初實則是用來生產“合牛”（人工合成結晶牛胰島素）的。

圖：合成生物學鏈條，來源：國聯證券

20世紀前頁，胰島素剛被證實能夠治療糖尿病，仍是一種極為針對的藥品。在當時，胰島素主要是從豬的胰腺中提煉，不僅數量稀少，價格昂貴，而且還經常伴有副作用。直至1956年，我國科學家開始運用合成生物學人工合成結晶牛胰島素，才將胰島素價格打下來，而且純度更高、副作用更小，拯救了無數糖尿病患者的生命。

這是合成生物學的第一次應用，雖然碩果豐厚，但卻並未引起業界重視。直至千禧年之後，隨着一系列新技術的突破，如DNA測序、合成、基因編輯、底盤細胞構建、人工智能等，讓合成生物學重新被產業科學家所重視。

2000年，美國科學家Gardner成功在大腸桿菌中利用基因元件構建 “邏輯線路”，標誌着合成生物學作為一項新的領域正式產生。

2003年，美國加州大學Jay D. Keasling教授在大腸桿菌中成功合成青蒿酸的前體物——青蒿二烯，開啓了人造細胞工廠生產植物來源天然化合物的新時代。

2015年，美國斯坦福大學的研究人員利用基因改造的酵母，實現了阿片類藥物的全合成。

2021年，中國科研團隊利用二氧化碳合成澱粉，又將合成生物學帶到了一個新的高度。

通過合成生物學，人類以類似計算機編程的方式，利用基因編輯技術“編寫”改造生命體，藉助生命體高效的代謝系統，在生物體內定向、高效組裝物質和材料。合成生物學正在發展成為一個基礎性和工具性的學科，理論上，可以合成任何想象的到物質。麥肯錫數據顯示，未來全球60%的物質生產可通過生物製造方式實現。

基於合成生物學強大的顛覆能力，它被視作繼“DNA雙螺旋結構”、“基因組技術”之後的第三次生物科技革命，推動人類實現從“認識生命”到“設計生命”的偉大跨越。

目前，合成生物學已在醫藥、化學品、食品、材料、生物燃料、環境等領域展現出廣闊應用前景。與傳統的生產方式相比，合成生物製造憑藉細胞工廠高效的代謝系統，表現出的核心優勢包括產品成本低、反應條件温和、對環境污染較小等。以上述二氧化碳合成澱粉為例，1立方米體積的生物反應器年產澱粉量約等於中國5畝玉米地的年產總澱粉量。

根據白宮簡報《拜登總統將啓動國家生物技術和生物製造計劃》，到本世紀末，生物製造可能佔全球製造業產出的三分之一以上，價值接近30萬億美元，合成生物學的發展極有可能帶來新一輪的產業革命。

圖：全球合成生物學行業規模（億美元），來源：交銀國際

在我國，《“十四五”生物經濟發展規劃》中，明確提出了合成生物學作為關鍵技術創新領域，要求突破一系列核心技術，促進其在醫藥、農業、化工、能源等多領域的應用轉化。同時出台的一系列支持科技創新和戰略性新興產業發展的政策文件中，都包含了對合成生物技術研發、產業化項目的支持措施。

雖然合成生物學在各個領域展現出廣闊的應用前景，在政策和資本層面表現活躍，但就目前而言，受限於技術成熟度和市場拓展等因素，下游應用領域中只有醫藥領域和化工領域是最具確定性的。

02 當合成生物學遇見醫學

預計未來10-20年，合成生物學應用可能對全球每年產生2-4萬億美元的直接經濟影響。其中，醫藥與健康領域佔比最大，行業規模達到0.5-1.3萬億美元（佔比35%）。

從技術角度，合成生物學對醫藥行業的影響主要有兩種方式：一是涉及生物合成途徑、基因網絡、蛋白質和分子開關的工程，以改善用於體外和體內應用的自然細胞過程；二是包括對天然細胞、生物體進行工程改造以改善其功能或創造具有新功能的新型合成細胞或生物體。具體到應用領域，合成生物學可以在藥物研發、醫療診斷、藥物製造等領域產生“顛覆性”的變革。

（1）藥物研發領域

在藥物研發領域。藥物研發流程通常包括藥物探索、藥學研究、臨牀前生物研究、臨牀研究以及臨牀後審批上市等五大基本階段。在傳統藥物研發過程中，不僅需要耗費大量的資金和時間，其中任何一個階段失敗都將前功盡棄。據統計，一款新藥從I期臨牀到成功獲批上市的平均成功率僅有7.9%。

合成生物學有望大幅提升新藥研發的成功率。在藥物探索和藥學研究領域，合成生物學能夠通過設計和構建合成基因組，快速生成大量候選藥物，並通過高通量篩選技術，快速鑑定出具有潛在藥效的化合物。

圖：合成生物學研發模式，來源：東方證券

同時，基於合成生物學原理，還發展出多種新型的疾病治療手段，包括基因編輯、治療性核酸藥物、細胞治療、基於病毒的疾病治療、細菌治療和一些類器官應用等。特別是CRISPR-Cas技術的應用，讓基因編輯技術可以對特定基因進行精準調控，理論上通過基因編輯可以治癒所有這種類型的疾病，讓過去認為的不治之症有了希望。

（2）醫療診斷領域

在醫療診斷領域。傳統的診斷方法，可能無法準確診斷所有類型的疾病，尤其是在早期或症狀不典型的疾病。

基於合成生物學的診斷方法，可以解決傳統診斷方法存在的延遲性、成本高、侵入性等問題。其中，癌症等非傳染性疾病診斷主要利用生物傳感器來檢測早期腫瘤或其前體的失調特徵產生放大的信號，極大提高定量診斷的靈敏度、特異性和準確性，降低診斷成本。

（3）藥物製造領域

在藥物製造領域。傳統的生產方法通常依賴於天然資源，存在着生產效率低、資源浪費和環境影響等問題。合成生物學制藥則能夠通過合成基因組和合成細胞的方法，將目標基因導入到工程菌株中，使其能夠高效地生產所需的化合物。理論上，通過傳統技術合成的醫藥中間體、原料藥、天然產物、大健康原料等產品均可以通過合成生物學優化生產工藝，在降低成本的同時獲得綠色低碳的優勢。

例如抗瘧藥物青蒿素的傳統生產模式是通過種植黃花蒿，經過 18 個月生長週期才可進行提取。而利用合成生物學技術，在大腸桿菌內構建青蒿酸的生物合成途徑，通過生物合成青蒿酸，然後再通過體外化學合成得到青蒿素，幾周內便可大量生產青蒿素。

圖：青蒿素合成鏈條，來源：東興證券

隨着技術的進步和應用的深入，合成生物學有可能在未來醫藥領域扮演越來越重要的角色，藥物研發生產也將進入新紀元。

03 理想與現實

隨着各種新興技術的加持，合成生物學技術得到快速發展，讓全球知名投資機構、創新研發企業紛紛加入合成生物學陣營。

據SynBioBeta的數據，2010-2020年，全球合成生物學投融資1130起，總金額超過210億美元。2021年，合成生物學領域的融資額達到了180億美元，幾乎相當於前面12年的總和。但隨着熱潮褪去，投資熱度從2022年走向下降曲線。2023 年全年，合成生物學初創公司共計融資 69 億美元，比 2022 年總融資額減少了 31 億美元。

圖：全球合成生物融資概況，來源：SynBioBeta

與此同時，中國市場的合成生物學投融資則是方興未艾。2018年至2022年，國內合成生物學項目融資金額分別為26.71億元、4.03億元、21.59億元、22.95億元、66億元，並有望在今年達到新的高度。

從產業鏈分析，合成生物學產業鏈可以分為上中下游。

上游為工具類公司，包含基因測序、基因編輯和基因合成等公司，這類公司為合成生物學公司提供底層技術。國內代表企業包括華大智造、金斯瑞生物、百奧賽圖、近岸蛋白等。

中游為平台型企業，主業涉及對生物系統和生物體進行設計、開發和改造等，此類公司專注於菌株設計和改造，為產品型公司提供合成生物的研發外包服務。國內代表企業包括恩和生物、引航生物、大灣生物、惠利生物等。

下游為產品應用型企業，直接面向各個終端領域進行生產，目前在工業生產及醫藥等領域進展較快。國內代表企業包括凱賽生物、川寧生物、華東醫藥、華熙生物等。

然而，雖然市場炒作很熱，但合成生物學仍然處於發展的早期，還面臨着一些挑戰和風險。

一方面，合成生物學概念性比較足，但企業盈利能力還十分弱；另一方面合成生物學涉及到大量的基因工程和基因組改造，對技術和人才的要求較高，距離大規模運用還有較大的差距；此外還面臨着倫理和安全性的問題，如基因突變的可能性和合成生物體的釋放對環境和生態系統的影響等。

2023年8月，全球合成生物學三巨頭之一Amyris宣佈公司申請破產。這家合成生物產業化的鼻祖公司早在2005年就研發出一種能夠生產青蒿素的酵母菌株，並因此受到市場的廣泛關注，2010年成為合成生物學領域首家在納斯達克上市公司，2011年巔峯股價超過500美元/股。

隨後Amyris聚焦生物燃料賽道，試圖通過設計一種細菌，將甘蔗汁轉化為金合歡烯，再通過氫化過程製成與柴油特性相似的燃料。雖然技術上可行，但量產過程中遇到酵母細胞死亡和轉化率不足的問題，經過兩三年的商業實踐，最終未能實現產量目標，導致鉅額虧損和股價大跌。

圖：合成生物學鼻祖Amyris股價，來源：雪球

除了Amyris，平台型合成生物學公司Zymergen，累計融資金額近10億美元，在首款商業化產品失敗後，被Ginkgo Bioworks以3億美元收購；而Ginkgo Bioworks的日子也不好過，上市前累計獲得了近 15 億美元融資，後續市值最高一度達到了260億美元，如今市值已不足20億美元。

以國外合成生物學巨頭髮展脈絡來看，在一個新興的領域，先行者未必意味着佔據先發優勢，如果時機不成熟，前期的鉅額投入卻只能是為後來者開路。合成生物學或許在未來能夠顛覆一切，但絕對不是現在。