合成生物乘势而起，颠覆传统引领未来，行业龙头将迎来业绩和估值双重提升的戴维斯双击过程

（原标题：合成生物乘势而起，颠覆传统引领未来，行业龙头将迎来业绩和估值双重提升的戴维斯双击过程）

来源：金融界

作者：中信证券

核心观点

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合成生物学行业迎来历史发展机遇，应用领域迅猛拓展。预计2020-2025年，全球合成生物市场规模将保持22.5％的高年均复合增速，至2025年突破200亿美元。当前合成生物领域企业商业模式可分为产品型及平台型。平台型海外巨头Zymergen、Ginkgo Bioworks独具创新发展模式。产品型企业打通从生物改造、发酵纯化到产品改性的全产业链，更具盈利能力。

建物致用：合成生物学集众多优势于一身。合成生物学广义上是指通过构建生物功能元件、装置和系统，对细胞或生命体进行遗传学设计、改造，使其拥有满足人类需求的生物功能，甚至创造新的生物系统。基于微生物细胞工厂的高效构建，众多生物基产品已成功实现产业化，如丙氨酸、1,3-丙二醇、长链二元酸、聚乳酸等，其在成本与质量、工艺路线、环境友好度等方面相较于石化基产品展现出显著优势。由于生物基材料的二氧化碳排放量大幅下降，碳中和趋势下，合成生物企业的成本优势有望进一步放大。

合成生物学跃动新发展，市场空间广阔。当下，合成生物学行业迎来历史性发展机遇，广泛应用于医疗健康、化工、农业、食品、消费品等诸多领域。根据华经产业研究院数据，2020年全球合成生物学市场规模达68亿美元，同比增长28.3％。随着核心技术不断更迭，合成生物行业规模料将进一步迅速扩张，我们预计2020-2025年，全球合成生物市场规模将保持22.5％的高年均复合增速，至2025年突破200亿美元。同时，资本的目光加速向合成生物学聚集，根据SynbioBeta的数据，合成生物学领域的融资从2011年的4亿美元增长至2020年的78亿美元，年复合增长率高达37％。

合成生物公司百家争鸣。国内外从事合成生物学领域的公司已多达500家，商业模式可分为产品型及平台型，例如海外平台型巨头Zymergen、Ginkgo Bioworks等。产品型公司打通从生物改造、发酵纯化到产品改性的全产业链，因而更具盈利能力；平台型企业旨在提供生物体设计与软件开发等合成生物平台，由于自身缺乏应用层面的落地产品，盈利能力受限。

风险因素：相关公司在建项目进度低于预期的风险；玉米等生物质原材料价格波动的风险；宏观经济及下游行业波动的风险；进出口政策及国际贸易环境变化的风险；生物安全与伦理的风险。

行业评级。合成生物学在各领域的渗透率仍有大量提升空间，下游消费属性将带动行业长期稳定增长。龙头公司筑起综合竞争力的行业护城河，呈现强者更强的局面。预计行业龙头公司未来将迎来业绩和估值双重提升的戴维斯双击过程，维持行业“强大于市”评级。

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正文

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▌建物致用：合成生物学集众多优势于一身

合成生物：建物致知，建物致用

合成生物学广义上是指通过构建生物功能元件、装置和系统，对细胞或生命体进行遗传学设计、改造，使其拥有满足人类需求的生物功能，甚至创造新的生物系统。“建物致知、建物致用”是合成生物学的两大愿景，也就是通过建造生物体系而了解生命、通过创造生物体系来服务人类。广义上的合成生物学研究可以划分为三个层面：一是利用已知功能的天然生物模块构建新型的代谢调控网络使其拥有特定的新功能；二是基因组DNA的从头合成以及生命体的重新构建；三是完整的生物系统以及全新的人造生命体的创建。

合成生物学系多学科融合，展现出重大颠覆性。合成生物学是生物学、工程学、物理学、化学、计算机等学科交叉融合的产物，有望形成颠覆性生物技术创新，为破解人类社会面临的资源与环境不足的重大挑战提供全新的解决方案。合成生物学的颠覆性表现在：一方面打破了非生命化学物质和生命物质之间的界限，“自下而上”地逐级构筑生命活动；另一方面革新了当前生命科学的研究模式，从读取自然生命信息发展到改写人工生命信息，重塑碳基物质文明。

产业应用中的合成生物学多为狭义概念，即利用可再生的生物质资源为原料生产各种产品。具体而言，合成生物学通过构建高效的细胞工厂，利用淀粉、葡萄糖、纤维素等可再生碳资源甚至CO2为原料生产氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、微生物多糖、可再生化学品、精细与医疗化学品等。我们所更加关注的合成生物学产业应用以微生物细胞工厂为核心，建立“原料输入—菌株培育—发酵控制—提取纯化—产品输出”的工艺路线，从而实现利用生物技术生产化学品的技术变革，并持续推进生物制造技术工艺的升级和迭代。

微生物细胞工厂是合成生物学产业应用的核心环节，经历了不同的历史阶段。20世纪90年代之前，主要通过非理性诱变及筛选技术获得目标产物高产菌株，“以时间（人力）换水平”。20世纪90年代以来，代谢工程学科逐步创立，利用重组DNA技术对生物体中已知的代谢途径进行有目的的设计，构建具有特定功能的细胞工厂。但由于微生物代谢网络结构及其调控机制的复杂性，仍然需要耗费大量的时间和精力。当下，全基因组规模定制工程化细胞工厂实现创造性发展，通过将高通量技术在全基因组范围基因型空间的挖掘与改造相结合，有望获得生产效率更为高效、生产性能更加优越的下一代微生物细胞工厂。

基于微生物细胞工厂的高效构建，众多生物基产品已成功实现产业化。理论上，所有的有机化学品理论上都可以通过合成生物制造来生产。目前，包括生物基丁二酸、长链二元酸、乙醇、1,4-丁二醇、异丁醇、1,3-丙二醇、异丁烯、L-丙氨酸、戊二胺、青蒿素等在内的众多合成生物化学品已经成功实现产业化。随着合成生物学的进一步发展，以及与人工智能、大数据等新技术的融合加深，未来更多的生物基产品有望通过合成生物法生产，从而促进生物经济形成，更好地服务于人类社会的可持续发展。

生物合成集低成本、高质量、高收率、环境友好度等优势于一身

合成生物学相较于化学工程优势显著。与化学工程相比，合成生物学以可再生生物资源替代不可再生化石资源，以绿色清洁的生物制造工艺替代高能耗高污染的石化、煤化工艺，从而可以摆脱对石油、煤等不可再生资源的依赖，解决化学工程过程中的高耗能和高污染问题，生产过程更为安全、绿色、环保，并大幅度降低生产成本，对于促进国民经济的可持续发展至关重要。下面以生物法丙氨酸、1,3-丙二醇、长链二元酸、聚乳酸为例做具体说明。

生物发酵法在产品成本与质量、工艺路线、环境友好度等方面优势显著。从原料端来看，生物发酵法制备丙氨酸以可再生葡萄糖等生物质为原料，相较于化学合成法与酶法降低了对不可再生石化资源的依赖，实现生物质资源对化石资源的替代。从工艺端来看，生物发酵法避免了化学合成法的高温高压条件，反应条件温和且转化率高，产品质量高，发酵周期短，展现出绿色环保优势。尤其是厌氧发酵法，反应无需通入空气，减少发酵过程的污染风险，且无二氧化碳排放，相较于酶法生产1摩尔丙氨酸产品降低1摩尔二氧化碳排放量。

参看华恒生物以酶法和生物发酵法生产L-丙氨酸的成本，根据其招股书披露，华恒生物近年生物发酵法生产L-丙氨酸的平均单位成本约8635元/吨，而酶法生产L-丙氨酸的平均单位成本为17,427元/吨，发酵法生产成本仅为酶法的一半。华恒生物发酵法L-丙氨酸的近年平均毛利率约46％，也远高于酶法的25％，展现出极大的成本优势。另外，华恒生物发酵法生产L-丙氨酸的转化率在95％以上，而酶法通常低于67％，是合成生物学在化学品生产领域发挥经济效益的典型实例。

生物基长链二元酸具有产品种类更丰富、成本更低及更环保等优势。化学合成法生产长链二元酸合成条件苛刻（>；200℃、10MPa），合成步骤复杂，环境污染严重，且产品收率低、成本高，迄今只有十二碳二元酸（DC12）通过化学合成法工业化生产。而生物发酵法原料来源广，反应条件温和，没有环境污染，成本低、收率高，可以大规模工业化生产，展现出无可比拟的优越性。目前，生物法制备长链二元酸在我国已经取代了传统的化学合成法，逐渐从实验室研究发展到工业化生产。

生物基聚乳酸塑料相较于石油基传统塑料能耗、水耗、碳排放优势显著。生物基聚乳酸塑料凭借原料的可再生性、生产使用过程中的低碳排放，以及废弃后的可生物降解性等优势，已在许多领域开始替代传统石油基塑料。根据《中国塑料的环境足迹评估》报告，以玉米为原料的聚乳酸塑料（PLA）能耗、水耗及碳排放量都远低于PE、PP、PVC、PS、ABS等石油基传统塑料。随着世界范围内垃圾分类和“限塑令”的强制性逐步升级，生物基聚乳酸塑料替代传统塑料的进程正在加速，预计在未来具有广阔的发展前景。

碳中和趋势下合成生物企业成本优势有望进一步放大

温室气体排放总量中占主导地位的是化石能源二氧化碳的排放。化石能源包括煤、石油、天然气等天然资源，是目前的主要能源来源之一，2020年约占全球一次能源需求的83％。然而，全球温室气体排放中有三分之二以上来自化石燃料二氧化碳的排放，因此，降低化石燃料在能源消费结构中的比例，推动化石能源向新能源加快转型，成为实现碳中和目标的必要途径之一。

生物质替代化石资源生产人类必须的燃料和材料，可显著降低二氧化碳排放。利用淀粉、葡萄糖、纤维素等可再生生物资源生产得到生物基材料，大大降低了工业过程的能耗、物耗，从而减少二氧化碳排放，彰显出优秀的减排能力。据Kefeng Huang等于2021年在《Greenhouse Gas Emission Mitigation Potential of Chemicals Produced from Biomass》论文统计，除低转化率（25％）的生物甲醇外，所有生物基材料的单位温室气体排放量都低于石化材料。在保守的假设（即25％的转化率和高分离能耗）下，生物基材料温室气体减排量最高为88％；在乐观的假设（即75％的转换率和低分离能耗）下，减排量最高可达94％。当前，美国生物基材料替代石化材料的空间约0.92亿吨/年，若实现完全替代则温室气体总减排量高达2.9亿吨/年。

第三代生物合成直接利用CO2生产燃料与化学品。合成生物技术历经三代革新，第一代主要以植物油、废弃食用油等为原料来合成生物燃料；第二代原料发展为非粮食类生物质，包括谷物秸秆、甘蔗渣等；第三代以大气中的CO2为原料进行微生物利用，生产燃料与化学品。目前，第三代生物合成已经取得了初步进展，已诞生成功应用并在商业化模式下进行运转的实例，例如LanzaTech公司与宝钢集团合作建立的利用钢厂废气CO、CO2等气体进行生物乙醇的生产。未来，随着CO2固定以及光能、电能能量捕获技术的发展，第三代生物合成有望成为二氧化碳减排的主要途径之一。

随着碳交易体系的推行，合成生物企业有望进一步扩大成本优势。碳排放权交易（碳交易）是把碳排放权作为商品在市场上流通，利用市场机制控制温室气体排放。政府根据企业的减排承诺，向企业分配碳排放配额。当企业的碳排放量大于其所持有的碳排放权配额时，需从市场上购买碳配额；反之，如果企业持有的碳排放权配额有所盈余，则可以在市场上出售以获取经济利益。未来随着碳交易体系渗透领域的扩张，低排放量的合成生物企业未超出自身碳配额时，可以通过将售盈余配额出售给高碳排放的化工企业获取一定利益，间接导致生产成本的降低，从而助力合成生物企业在碳中和背景下的快速发展。

▌合成生物学蓬勃发展，市场空间广阔

合成生物浪潮已至，迎来历史性发展机遇

2000年，美国科学家成功构建基因拨动开关，标志着合成生物学领域的兴起。自此，合成生物学历经数十年快速发展，成为继DNA双螺旋结构发现和基因组测序后的“第三次生物科学革命”。总的来看，合成生物学的发展大体经历了四个阶段：第一阶段（2005年以前）以基因线路在代谢工程领域的应用为代表，这一时期的典型成果是青蒿素前体在大肠杆菌中的合成；第二阶段（2005~2011年）工程化理念日渐深入，赋能技术平台得到重视，工程方法和工具不断积淀；第三阶段（2011~2015年）基因组编辑的效率大幅提升，合成生物学技术开发和应用领域不断拓展；第四阶段（2015年以后）合成生物学的“设计？构建？测试”循环扩展至“设计？构建？测试？学习”，生物技术与信息技术融合发展的特点愈加明显。当下，我们认为合成生物学正面临历史性发展机遇，有望创造出巨大的社会和经济价值。

机遇一：基础科学研究逐步发展成熟，为合成生物的产业应用提供了前提条件。近年来，合成生物学基础科学研究高速发展，重大突破不断涌现。例如，2013年CRISPR基因编辑技术、2014年拓展遗传密码子、2015年工程酵母菌合成阿片类药物、2016年新“蛋白设计”、2018年人工合成酵母基因组、2021年CRISPR首次成功治愈两种遗传性血液病等一系列颠覆性成果纷纷入选Science期刊年度十大科学突破。当前，合成生物学的研究已从单细胞向多细胞复杂生命体系的活动机理，人工基因线路、底盘生物定量、可控设计构建，以及人工细胞设计调控层次化、功能多样化的方向发展。

从论文发表总量来看，合成生物学在科学界的重视程度达到前所未有的高度，科研成果持续积累。根据WebofScience检索结果发现，近年来合成生物学的相关文章逐年增加，2020年发表量超过1.1万篇，表明其自兴起逐渐引起科学界的广泛关注。截至2020年年底），在合成生物学研究领域，美国研究者发表的文章数量占比34％；中国研究者占比13％，位居全球第二，在合成生物学发展中扮演着重要角色。总的来说，基础科学研究的发展不仅将人类对生命的认识和改造能力提升到一个全新的层次，还极大地催生了生物合成学的产业应用。

机遇二：基因组“读-改-写”技术迭代进步，推动合成生物学快速发展。基因组的“读-改-写”技术是合成生物学研究的基石，基因组序列的读取是后续修改和再造的基础；基因组序列的编辑是注释序列功能的有效手段，可为基因组的从头设计提供理论支撑；基因组的合成再造可对野生型序列进行全局设计，是对基因组相关功能和调控机制的再验证和再利用。基因组的“读-改-写”技术的进步一直在不断拓展合成生物学应用的深度和广度，成为推动合成生物学快速发展的重要动力。

以基因测序为例，从最初的Sanger测序发展到二代测序以及三代测序，人类读取基因组序列的速度得到了飞跃式的提升，同时也极大地降低了测序成本，引领着复杂基因组、大型基因组从草图走向完成图时代。2003年，人类基因组计划以近30亿美元的成本完成了人类全基因组的完整测序，而当前仅需花费不到1000美元。未来十年甚至更短时间内，基因测序成本有望降到100美元以下，且速度将进一步加快。

机遇三：全球各国加快部署战略规划及政策支持，驱使合成生物研究及应用不断深入。石化材料的生物制造技术是传统化工产业升级变革的主要方向，合成生物学成为世界各国必争的科技战略高地，被纷纷纳入主要经济体的重点战略发展领域。例如，美国政府通过美国国家科学基金会（NSF）、国立卫生研究院（NIH）、农业部（USDA）、国防部（DOD）等联邦机构积极支持合成生物学的基础研究和技术研发。中国合成生物学发展举措是全方位的，包括政府管理机构与科技界的大量互动，持续规划部署相关产业的发展。

合成生物学蓬勃发展，应用领域迅速拓展

作为战略性新兴产业技术之一，合成生物学已展现出巨大的应用潜力。合成生物学不仅使人类对于生命本质的认知从“格物致知”上升至“建物致知”，同时也为医疗健康、农业、化工、食品和消费品等领域的重大问题解决提供了新途径，展现出前沿性、颠覆现有工业生产流程、有应用市场及能创造新的经济增长点等鲜明特征。例如，将细胞传感器用于临床医学、环境和食品监测；通过细菌、细胞来治疗疾病和帮助作物增产；利用微生物细胞工厂生产化学品、材料、燃料、植物天然成分和替代蛋白等。

合成生物学为医疗健康领域的发展注入了强大动力。医药健康是合成生物学影响最大的下游领域，据麦肯锡预测，未来在全球范围内医药健康领域受到的直接经济影响约占合成生物学总影响的35％。合成生物学在医疗健康领域的应用广泛，包括细胞免疫疗法、RNA药物、微生态疗法、基因编辑相关应用、体外检测、医疗耗材、药物成分生产和制药用酶等诸多方向。如利用mRNA技术快速人工合成疫苗，利用基因编辑技术治疗遗传疾病，设计细胞行为和表型精确调控的免疫细胞治疗肿瘤，开发快速、灵敏的诊断试剂，改造微生物和合成人工噬菌体来治疗疾病，改造微生物生产医疗耗材和药物成分等。随着合成生物学技术的创新及充分应用，有望进一步助力人们对肿瘤、疟疾、菌株感染等疾病的预防、诊断以及治疗。

化工领域中合成生物学发展迅速，生物路线逐步实现对传统化学路线的替代。合成生物学在化工领域的应用主要包含材料和化学品、化工用酶、生物燃料等方向。例如，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。根据张媛媛、曾艳、王钦宏于2021年在《合成生物制造进展》论文预测，未来十年，预计石油化工、煤化工产品的35％可被合成生物产品替代，从而缓解化石能源短缺等问题，对化工、材料、能源等领域产生广泛影响。

合成生物学有望推动农业持续增产，可能成为未来农业发展的方向。合成生物学在农业领域的应用主要涉及作物增产、虫害防治、动物饲料及作物改良等方向。如利用微生物固氮来帮助作物增产；利用无细胞系统生产RNA药物和天然产物衍生化合物来保护作物；通过基因改造控制虫害；通过生物发酵生产蛋白质为牲畜提供蛋白饲料；利用基因编辑技术改良作物等。我们认为未来农业将因合成生物学的技术发生颠覆性的变化，合成生物学的发展势必影响未来农业的走向，展现出广阔的发展空间。

合成生物学推动食品领域的持续创新，为食品行业的发展提供新的思路和活力。合成生物学在食品领域的应用包含肉类和乳制品、饮品、食品安全、调味剂和添加剂等多个方向。如利用微生物生产蛋白来提升人造肉的口感和营养，通过微生物来生产香料、甜味蛋白和甜味剂，通过设计和改造酶来中和毒素等。随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们对食品安全、营养和风味等愈加重视，合成生物学有望在食品领域发挥更大的作用。

合成生物学在消费品领域应用广泛，涉及宠物食品、皮革、护肤品等方向。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。未来随着消费者对天然和更加安全原料的增长需求，消费品行业正逐渐转向生物成分来源，合成生物学有望引领消费品领域的可持续创新浪潮。

新兴技术创巨量市场，吸引全球资本涌入

在合成生物学应用逐渐成熟的支撑下，合成生物学市场已具备成熟规模。根据华经产业研究院数据，2020年全球合成生物学市场规模达68亿美元，同比增长28.3％。随着核心技术不断更迭，行业规模有望进一步迅速扩张，CB Insights预计2020-2025年，全球合成生物市场规模将保持22.5％的高年均复合增速，至2025年突破200亿美元。从区域分布来看，全球合成生物学市场由北美洲主导，占2019年全球总市场规模的58.5％；亚太区是全球第三大市场，占2019年全球总市场份额的15.1％，可发展空间广阔。

从全球生物学行业细分市场来看，医疗健康领域主导了合成生物学的市场应用。根据CBInsights数据，2019年合成生物学在医疗健康领域的市场规模占据了总市场规模的39.5％。另外，化工、食品、农业、消费品等领域也是合成生物学的重要下游市场，相关细分市场空间正保持高速增长。其中，工业化学品领域是合成生物学的第三大下游市场，2019年市场规模达到11亿美元，占合成生物总市场规模的20.8％，CBInsights还预计将在2019-2024年以27.5％的年复合速率持续增长，孕育着重要的市场机遇。

随着合成生物学市场规模的不断扩大，资本的目光加速向合成生物学聚集。根据SynbioBeta的数据，近十年合成生物学领域的融资大幅增加，从2011年的4亿美元增长至2020年的78亿美元，年复合增长率达37％；仅2021年上半年，合成生物学领域的融资就超过2020年的总额，达到89亿美元。同时，合成生物领域企业平均融资额呈现逐年升高的趋势，表明企业的体量不断提升、规模不断扩大。从资本市场表现来看，随着市场渗透率的加快，合成生物行业有望迎来爆发期。

▌合成生物公司百家争鸣

大批合成生物学相关公司相继成立，商业模式可分为产品型及平台型。截至目前，国外从事合成生物学领域的公司已多达500家，国内公司也近数十家。总体来看，合成生物学领域的公司主要分为两类：一是产品型商业模式，即借助合成生物学手段生产面向市场各领域的合成生物产品；二是平台型商业模式，旨在提供生物体设计与软件开发等平台化的集成系统。现阶段，平台型企业由于缺乏应用层面的落地产品，盈利能力受限；相比之下，产品型企业打通了从生物改造、发酵纯化到产品改性的全产业链，近年来得到快速发展，盈利水平不断提升，部分平台型企业也演化出向产品型公司转变的趋势。

产品型公司：生产面向市场各领域的合成生物产品

国内合成生物学企业以产品型为主，以微生物发酵工艺为基础。合成生物学已展现出巨大的应用潜力，催生了大量的产品导向型公司，涉及医疗健康、农业、化工、食品和消费品等诸多领域。产品型公司以微生物发酵工艺为基础，历经菌株筛选及培育、高效发酵工艺、纯化工艺调控等环节，定向生产目标产品。产品的生产从实验室验证阶段到产业化放大阶段往往需要经历漫长的研究探索和生产实践，才能在工业菌种创制、发酵过程智能控制、高效后提取等环节形成完备的技术领先优势，核心产品型企业因此受益。

凯赛生物：生物基材料全球引领者

凯赛生物成立于2000年，以合成生物学等学科为基础，聚焦聚酰胺产业链，规模化产品涵盖上游长链二元酸（DC11~DC18）、戊二胺及下游生物基聚酰胺。公司生产的生物法长链二元酸系列产品在全球市场处于主导地位，按在产产能计，近年全球市占率超过50％，并于2018年被工信部评为制造业单项冠军。公司与杜邦、艾曼斯、赢创、诺和诺德等国际知名企业建立了良好的商务合作关系。目前公司癸二酸、生物基聚酰胺、戊二胺等产品产能逐步释放，规模化后有望打开公司盈利空间，市场前景广阔。

公司拥有一系列生物基聚酰胺产品的完整生产平台，产业链优势凸显。公司产品已覆盖缩聚型聚酰胺生产过程中所需的关键原材料及聚合产品，通过生物法能够生产从碳九到碳十八（目前以DC12、DC13为主）的各种链长的二元酸，结合自有的生物基戊二胺产品，具备通过不同单体组合得到更多高性能聚酰胺的完整平台，展现出开拓多个潜在市场的能力。如聚酰胺56产品性能接近通用型聚酰胺66，戊二胺与长链二元酸（十六碳以上）聚合得到的长链聚酰胺产品具有接近聚酰胺11、12的低温柔韧性能。

四大核心技术是公司生产各类产品的基石。公司拥有合成生物学手段开发微生物代谢途径和构建高效工程菌、微生物代谢调控和微生物高效转化技术、生物转化/发酵体系的分离纯化技术、聚合工艺及其下游应用开发技术四大核心技术，均已应用于主营业务，在提升产品竞争力、降低产品成本的同时，产品质量、性能亦不断提升。随着公司持续地新技术开发和升级，不断优化生产工艺流程并引入数字化、智能化管理方式，成本优势有望进一步加强。

华恒生物：合成生物细分领域的绝对龙头

华恒生物丙氨酸系列产品的生产规模居行业前列，是全球规模最大的丙氨酸系列产品生产企业之一。公司深耕自主研发，突破厌氧发酵技术瓶颈，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，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，在工艺转化率、环境友好度、生产成本等方面优势显著。基于厌氧发酵法生产丙氨酸的核心技术，公司进一步布局了L-缬氨酸、L-异亮氨酸、L-亮氨酸等产品的规模化生产，产品矩阵不断完善。

通过多年的技术研发和实践积累，公司丙氨酸系列产品展现出卓越的技术优势。对于L-丙氨酸产品，随着厌氧发酵工艺的不断成熟，公司厌氧发酵法生产L-丙氨酸的产量占比较高，经济和环境效益得以显著提升，使L-丙氨酸产品成本相较于酶法降低约50％。对于DL-丙氨酸和β-丙氨酸产品，公司采用酶法工艺生产，以常温常压的温和反应条件替代了传统化学合成法，在能耗节约、成本降低等方面更具优势，为公司在丙氨酸行业中的领先地位奠定了坚实的基础。

新日恒力：生物基材料顺利转型

新日恒力新建5万吨/年月桂二酸项目，跻身产品型合成生物企业。新日恒力于2017年购买中国科学院微生物研究所月桂二酸生产技术，建设5万吨/年月桂二酸项目，并设立子公司恒力新材负责项目的建设和运营。月桂二酸是碳链上含有12个碳原子的脂肪族长链二元酸的一种，主要用于生产长链尼龙的原料。据公司公告，2021年10月，月桂二酸项目正式投产，已开启二分之一产能，标志着公司转型圆梦。

公司生物法制备月桂二酸源于中科院第三代微生物发酵技术，具有转化率和环保优势。早在20世纪70年代，以方心芳院士、陈远童研究员为代表的中科院微生物所两代专家就开始了生物发酵生产长链二元酸的研究。在此基础上，中科院微生物所利用现代生物技术开发出月桂二酸生产新菌种和无溶剂提取精制新一代工艺，可再生油脂替代石油烷基为原料，原料转化效率达90％以上，高于行业平均水平5~10％；采用无溶剂提取，减少水排放50％，减少二氧化碳排放30％。

控股股东中能集团布局生物合成聚酰胺的上下游一体化，助力公司可持续发展。受产业积极政策的影响，控股股东中能集团近年来将发展生物合成长链/高温聚酰胺专业领域作为公司战略性发展的目标和方向，与大同市政府合作共建生物基新材料生态产业园。生物基新材料生态产业园的建设包括长碳链二元酸项目、生物基新材料一体化项目、煤质活性炭及环保项目三个子项目。公司产品月桂二酸是制备长链聚酰胺PA612和PA1212的主要原料，生物合成聚酰胺上下游一体化一方面利好新日恒力上游月桂二酸原料的合理利用，视市场情况调整自用与外销的比率，从而获得最大经济效益；另一方面助力下游长链聚酰胺产品建立起成本优势，实现可持续发展。

圣泉集团：酚醛树脂行业绝对龙头

圣泉集团系国内酚醛树脂、呋喃树脂产销量最大的企业，集合成树脂及复合材料、生物质化工材料及相关产品的研发、生产、销售为一体。公司将农作物废弃物玉米芯、秸秆中的半纤维素、木质素、纤维素三大成分提纯并高效利用，形成了拥有自主知识产权的生物质精炼技术，不仅生产木糖、L-阿拉伯糖、表面活性剂等生物质化工产品，同时利用木质素、半纤维素制成木质素酚、糠醛等用于生产呋喃和酚醛树脂，形成了生物质化工产业与合成树脂产业一体化产业链条，实现了对植物秸秆的循环利用。

公司产品沿产业链不断纵深延伸。截至2020年末，公司酚醛树脂、呋喃树脂产能分别达到36万吨/年和10万吨/年，产销规模均居国内第一、世界前列。同时，公司通过持续科技创新与应用拓展，产品进一步延伸至陶瓷过滤器、固化剂、涂料、保温冒口、电子级环氧树脂、高强低密度酚醛SMC、口罩等，产品矩阵不断完善。公司通过IPO募投项目扩大公司酚醛树脂及其高端复合材料、陶瓷过滤器和冒口、高端电子化学品的生产能力，有利于巩固行业领先地位。

科拓生物：国内益生菌产业第一股

科拓生物是一家主要从事复配食品添加剂、食用益生菌制品以及动植物微生态制剂研发、生产与销售的高新技术企业。公司拥有1万余株乳酸菌的菌种资源库，掌握了益生菌分离、筛选、评价、培养、冷冻干燥和保藏的全套技术。目前，公司形成了“两个基础，三大系列”的良好业务布局，两个基础是指食品配方、复配食品添加剂配方及相应工艺技术以及乳酸菌菌种资源库和益生菌菌株筛选、评价及生产、储藏的相关工艺技术；三大系列是指复配食品添加剂、食用益生菌制品和动植物微生态制剂。

公司三大系列产品齐头并进，彰显出巨大的发展潜力。公司的主要产品分为复配食品添加剂、食用益生菌制品以及动植物微生态制剂。复配食品添加剂方面，公司与下游蒙牛乳业、光明乳业、完达山乳业等知名乳制品企业紧密合作，为其提供或共同开发食品配方及相应工艺技术。食用益生菌制品方面，公司具有较强的研发和技术优势，自有的干酪乳杆菌Zhang、乳双歧杆菌V9和植物乳杆菌P-8等优势菌种已向市场成功推出。动植物微生态制剂方面，公司产品目前主要应用于反刍动物保健和饲料青贮，未来可进一步拓展至生猪、禽类、水产等领域，发展前景广阔。另外，公司新布局食品板块研发生产基地和微生态制剂生产基地，产品产能大幅提升，有助于开辟新的利润增长点。

金丹科技：聚乳酸产业链集大成者

金丹科技系国内乳酸生产规模最大的企业，拥有高效工程菌种的选育、乳酸及衍生产品的制备、提纯等多项核心技术和关键工艺。同时，公司积极布局乳酸产业链一体化，在掌握有机胍催化生产技术的基础上，进军乳酸下游可降解环保新材料丙交酯及聚乳酸领域，产业链一体化带来的规模优势和成本优势将为公司产品提供有力竞争。在可降解材料的方面，公司还进一步开发生物降解聚酯PBAT，通过与聚乳酸、淀粉等材料共混直接生产生物降解制品以提升产品附加值。

公司产能扩张潜力大，生产规模化进一步提升。公司目前拥有乳酸产能10.5万吨/年，乳酸盐和乳酸酯产能2.3万吨/年，淀粉产能20万吨/年，石膏制品产能6.5万吨/年，各类乳酸及乳酸盐产品广泛应用于食品、饲料、生物降解材料、工业、医药等领域。另外，根据2021年中报，公司成功建设1万吨/年丙交酯生产线，已经能稳定产出符合设计要求的丙交酯产品。在建产能方面，公司计划新增乳酸产能25万吨/年，淀粉产能20万吨/年，石膏制品20万吨/年，PBAT产能6万吨/年，规模优势进一步扩大有利于拓展发展空间。

三元生物：赤藓糖醇全球霸主

三元生物自2007年成立以来专注深耕赤藓糖醇产品十余年，先后攻克菌种选育、配方优化、发酵控制、结晶提取等多个环节的工艺难题，逐步发展成为全球赤藓糖醇行业内产能及产量最大、市场占有率最高的企业。截至2021年6月末，公司拥有赤藓糖醇产能8.5万吨/年，产能利用率超过90％。公司IPO募资新建5万吨/年赤藓糖醇产能，预计将于2023年投产，市场份额有望进一步提升。公司在巩固赤藓糖醇行业优势地位的基础上，推出赤藓糖醇与甜菊糖苷、罗汉果甜苷、三氯蔗糖等高倍甜味剂复配的产品，进一步延伸了赤藓糖醇产业链，提升了公司的市场竞争力和盈利能力。

利尔化学：草铵膦和氯代吡啶类除草剂双龙头

利尔化学成立于1993年，经过近三十年发展开拓了除草剂、杀菌剂、杀虫剂三大系列共40余种原药、100余种制剂以及2-甲基吡啶等部分化工中间体。其中，公司拥有草铵膦产能15400吨/年，系国内最大规模的草铵膦原药生产企业；拥有毕克草产能2800吨/年、毒莠定产能3000吨/年、氟草烟1300吨/年，氯代吡啶类除草剂产能产量稳居国内前茅。

积极布局L-草铵膦，依托专利技术助力行业领先。据我们统计，目前全球草铵膦的产能合计约5.25万吨（包含辉丰股份待复产0.5万吨），规划产能约12.25万吨；而全球草铵膦市场空间在10亿美金左右，折合原药用量仅3.5万吨/年，行业存在着产能过剩风险。与消旋的DL-草铵膦相比，L-型草铵膦的理论效果约为外消旋产品的1.8-2倍，而成本上不超过消旋产品的1.5倍，具有较大的调价空间，有望实现对普通草铵膦的快速替代。公司在广安及绵阳基地分别规划3000吨/年和30000吨/年L-草铵膦在建产能。从合成工艺上来看，利尔化学采用合成生物学方法，参考公司《一种L-高丝氨酸生产菌株及其构建方法和应用》，公司通过Lambda-Red重组、FLP-FRT重组和CRISPR/Cas9技术，对野生大肠杆菌MG1655进行基因的敲除和编辑，得到的L-高丝氨酸生产菌株能够利用葡萄糖和少量氮源代谢生产L-高丝氨酸。公司再利用自有的MDP经过3步反应即可制备高手性的L-草铵膦，避免了丙烯醛及氢氰酸等化合物的使用，有望显著降低生产成本。

金达威：国内营养健康全产业链龙头

金达威成立于1997年11月，逐步发展成为贯穿上游原材料供应？中游保健品生产加工？下游终端产品销售的营养健康全产业链龙头企业。营养保健食品原料产品涵盖辅酶Q10系列、维生素A系列、维生素D3系列、维生素K2系列、NMN原料等；营养保健食品终端产品包括膳食补充剂、能量补充剂、运动营养食品、功能性营养食品等。其中，公司采用具有自主知识产权的微生物发酵工艺生产辅酶Q10，目前已成为全球最大辅酶Q10生产厂家之一、国内最大的辅酶Q10出口企业。

保健品终端业务比重上升，维生素A与辅酶Q10优势竞争地位保持。自2015年公司步入保健品终端销售业务，保健品逐步发展成为公司主营业务之一，2020年其营收占比已达到52.65％；同时公司保健品盈利水平呈现稳步上升态势，2021年实现毛利率35.19％。对于维生素A和辅酶Q10传统业务，由于公司供应端的龙头竞争力，叠加价格上扬有利因素，其毛利率维持在70-80％的高位运行。

平台型公司：提供集成化的合成生物学平台

典型平台型企业多分布在国外，以微生物开发技术为基础。平台型企业依托涵盖软件工程、生化工具、自动化平台、机器学习与数据科学、代码库等理论与技术在内的集成化平台，实现从产品设计到微生物开发、最终规模化生产的进程。其中，微生物细胞工厂的开发是平台型企业的基础技术，依赖于“设计-构建-测试-学习”的循环迭代：首先利用系统生物学工具建立微生物的代谢模型，设计微生物细胞工厂改进目标；接着通过基因工程手段进行菌株构建；对菌株进行表征，并结合高通量分析或组学分析等手段对目标参数进行评估；根据分析结果，对模型进行改进；重复迭代，直至获得满足需求性状的目的微生物细胞工厂。

Zymergen：合成生物学领域平台型巨头

Zymergen成立于2013年，总部位于加州埃默里维尔，是典型的合成生物学领域平台型公司。公司利用生化工具、机器学习、自动化等理论与技术研发创新产品与材料，经“设计-构建-测试-学习”的循环迭代最终完成从产品设计到规模化生产的进程。2014年1月，公司获得200万美元种子轮融资，随后的几年内又分别进行了A至D轮的融资。2021年4月22日，公司正式在纳斯达克上市，成为合成生物学产业化的一个重要的里程碑。

公司正孕育处于不同开发阶段的10余款产品，涵盖电子、消费护理、农业领域。目前，公司已成功开发出Hyaline高光学质量PI薄膜产品，其展现出优良的透明度、柔性等性能，在可折叠显示器、触摸传感器面板等电子领域展现出广阔的应用前景。另外，公司还有10种其他产品正在开发种，涵盖电子、消费护理和农业领域。根据公司招股书，ZYM0107耐高温光学PI薄膜产品预计于2022年发布，ZYM0101高模量光学PI薄膜与ZYM0201天然驱虫剂产品预计于2023年发布。基于合成生物平台，Zymergen预计新产品推向市场总历时约5年，成本约5000万美元。

GinkgoBioworks：致力于生物铸造平台的独角兽企业

GinkgoBioworks成立于2009年，是一家专注于生物铸造厂、代码库以及由此产生的下游价值的合成生物独角兽企业。GinkgoBioworks由麻省理工学院合成生物学领域专家TomKnight教授及几位研究生于美国波士顿创立，以为客户提供微生物的研发服务为主要业务，致力于对微生物进行基因改造用于生产高端化学材料或优化化工业生产。在公开上市之前，GinkgoBioworks已经在9轮融资中筹集了8亿美元，其中包括比尔·盖茨资产管理公司的参投。2021年5月，GinkgoBioworks通过SPAC在纽约交易所上市。

GinkgoBioworks核心竞争力为其生物铸造平台，包括生物铸造厂和代码库。生物铸造厂（Foundry）形象地来说一个巨大且高效的生物实验室，借助生物铸造平台的软硬件及自动化技术，实施标准化的细胞改造。代码库（Codebase）是包含海量基因序列的生物数据库，为生物铸造厂提供可重复使用的基因元件，公司的代码库目前囊括了开源的34亿基因序列以及独有的4.4亿基因序列。依靠生物铸造平台，公司能够高通量生产和评估菌株，根据客户规格执行各种各样的细胞编程。

▌风险提示

相关公司在建项目进度低于预期的风险；玉米等生物质原材料价格波动的风险；宏观经济及下游行业波动的风险；进出口政策及国际贸易环境变化的风险；生物安全与伦理的风险。

▌行业评级

合成生物学下游行业诸多，涵盖医疗健康、化工、农业、食品、消费品等领域。作为战略性新兴产业技术之一，合成生物学在各领域的渗透率仍有大量提升空间，下游消费属性料将带动行业长期稳定增长。根据华经产业研究院数据，2020年，全球合成生物学市场总规模达68亿美元，同比增长28.3％。随着核心技术不断更迭，行业规模料将进一步迅速扩张，结合CB Insights预测，2020-2025年，全球合成生物市场规模将保持22.5％的年均复合增速，至2025年突破200亿美元。

工业化学品领域是合成生物学的第三大下游市场，孕育大批生物基产品相关企业，呈现强者更强的局面。产品的生产从实验室验证阶段到产业化放大阶段往往需要经历漫长的研究探索和生产实践，才能在工业菌种创制、发酵过程智能控制、高效后提取等环节形成完备的技术领先优势。因此，短期来看，龙头公司筑起综合竞争力的行业护城河，呈现强者更强的局面。

维持行业“强大于市”评级，预计行业龙头公司未来将迎来业绩和估值双重提升的戴维斯双击过程。业绩方面，龙头公司布局生物基产品即将落地，预计将进一步带动上述公司迎来业绩增长。估值方面，龙头公司或布局全产业链、或打造生物合成平台，提升其综合竞争优势，因而未来估值中枢水平有望提升。