“十四五”政府工作报告重点提及“生物制造”
“十四五”政府工作报告中首提“生物制造”。报告提出加快前沿新兴氢能、新材料、创新药等产业发 展，积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎。其中生物制造、生命科学、低空经济等是 政府工作报告首次提到的行业。
生物制造顶层设计文件有望近期出台
顶层文件有望近期出台。4月25日~29日2024中关村论坛年会上，北京化工大学校长、中国工程院院 士谭天伟表示，生物经济将有望成为继农业革命、工业革命、数字革命后，未来的第四次产业革命， 目前由发改委牵头，工信部和科技部等国家部委正在联合研制国家生物技术和生物制造行动计划， 并且有望在近期出台，“生物制造+”是其中的关键内容。
生物制造是以合成生物学为工具，利 用淀粉、纤维素、二氧化碳等可再生 碳资源为原料，进行化学品、药品、 食品、生物能源、生物材料等物质加 工与合成的生产方式，具有清洁、高 效、可再生等特点，能够减少工业经 济对生态环境的影响，有望彻底变革 未来医药、食品、能源、材料、农业 等传统模式，重塑碳基物质文明发展 模式。
什么是合成生物学
合成生物学是通过工程化的思路，对生物体功能代码，如酶、合成途径及底盘细胞的代谢调控网络等进行重编以设计出带有新型 功能的生命体，并完成特定用途的一门崭新科学。合成生物学通过对生物体进行有目标地设计、改造乃至重新合成，可以实现以 合成生物为工具进行物质加工与合成的新型生产制造方式。 合成生物学按照工序可分为聚焦技术开发与生物设计的前道研发环节与聚焦工业化生产与产品落地的后道生产环节。
合成生物学的工程化研发理念
合成生物学采用工程设计原理和工程学的可预测性来控制复杂生物系统，形成了以“设计-构建-测试-学习”（DBTL循环）为核 心的研发模式，在过去的十多年里，DNA测序、合成、编辑技术的巨大进步推动了“设计”和“构建”阶段的发展，从而显著降 低了成本和周转时间，近几年兴起的AI则可以加速这一循环的迭代进程。
①设计：研究人员根据目标产物， 利用先验知识、经验和计算机模 型等进行合成生物学的路径设计， 包括选择底盘细胞、设计基因回 路、调控代谢通路和利用底物等； ②构建：主要利用基因合成技术、 基因编辑技术、基因扩增技术等， 构建所需的基因系统、分子表达 系统和代谢网络，最终将设计好 的合成生物学路径构建成为实现 预期目标的生物体系；③测试：对所构建的生物体系进行表型测试表征，包括基因型数据和表型数据的测定，以及目标产物的产量和质量的表征等； ④学习：利用大数据、机器学习、深度学习、人工智能等方法对测试结果进行综合评估分析和预测，用以进一步改进和优化设计；
合成生物学 VS 传统生物发酵
传统生物发酵： 主要通过天然微生物的筛选和非理性诱变育种技术获得目标产物高产菌株，不涉及精确的遗传操作，这些微生物已经适应了特定 的发酵环境，能有效转化特定底物生产所需产品，如酒精、乳酸等，但菌种筛选过程往往花费时间长、工作量大，是一种典型的 “以时间（人力）换水平”的生产方式。
合成生物学： 在微生物开发上采用先进的 遗传工程技术，如 CRISPR/Cas9基因编辑工具， 通过插入外来基因、删除或 改造现有基因来重建其代谢 途径，能够在分子层面上精 确调控和改造菌种的遗传特 性，以生产非传统的或非自 然的化合物，如特殊药物、 工业酶或其他高价值生物化 学品。
合成生物学：优势突出
合成生物学涵盖的代谢反应极为丰富。目前代谢数据库涵盖 14971个反应和14842个代谢物的代谢途径。 根据《生物化学地图集》预测，137416个代谢反应将发生在 生物化学空间中，大约9.2%的代谢反应已通过实验进行了描 述，而剩余的90.8%的反应有待表征。 在一个细胞里面可以有几千个反应发生，典型的在大肠杆菌 里面有2000多个已知的反应，合成生物学对这些反应进行增 添、改造甚至是引入一些自然界不存在的新反应，可以极大 的改变底盘细胞物质转化的能力，可以让它定向地转化，理 论上99.5%以上的有机化合物都可以通过生物合成的方法来 实现。
合成生物学技术进步
基因组工程的读-改-写：通过基因组测序获取基因组全序列（读），通过人工诱变、定点编辑研究基因组局部序列的功能与调控 （改），通过对基因组的从头设计与化学再造实现对生命性状的定制（写），是基因组研究的三个不同层面。 基因测序：指用于确定DNA分子中核苷酸或碱基的确切序列的通用实验室技术，建立基因序列是了解基因和基因组其他部分功能 的关键，测序技术从最初的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能力得到了飞跃式的提升。 基因编辑：从ZFN、TALEN到CRISPR/Cas9，历经三代技术，其中2012年出现的CRISPR/Cas9技术使得在不同的物种里面进行 高效率的基因编辑成为可能，极大地促进了合成生物学、代谢工程和医学研究等领域的发展。 DNA合成：DNA的人工合成是合成生物学研究的底层推动技术，化学合成法是当前主流的商业化合成方法，在合成长度和合成通 量上不断取得突破，发展出柱式合成和芯片合成工艺，使寡核苷酸链合成通量可以达到百万条级，合成成本降低约3个数量级。近 年来，DNA酶促合成法日益受到关注，有望推动DNA合成技术的再次升级。
基因测序：测序成本下降速度超摩尔定律
基因测序：从一代测序到三代测序，技术迭代极大地降低了成本 和难度，提升了速度和精准度，引领着复杂基因组、大型基因组 从草图走向完成图时代。根据NHGRI数据，2001年，绘制单条 人类基因组的成本约为1亿美元，到2022年，成本已降至525美 元。在十年甚至更短的时间内，成本可能降至100美元以下。
基因编辑：CRISPR/Cas9技术对产业的意义
基因编辑：按照代际可分为4类，即锌指核酸酶（ZFN）技术、类转录激活因子核酸酶（TALEN）技术、成簇规律间隔短回文重 复（CRISPR）技术以及多重自动基因组改造（MAGE）/ 接合组装基因组改造（CAGE），其中CRISPR/Cas9技术的出现革新 了基因编辑的方法，相较以前技术具有操作难度小、编辑成本低、打靶效率高、无痕编辑等优点，在合成生物学领域被广泛应用 和研究，并由此开发和设计出了大量新的基因编辑元件、工具和基因线路。
案例：CRISPR技术在酶工程中的应用： 1）色氨酸：CRISPR引导的DNA聚合酶可用于靶 向核苷酸进行诱变，提供极高的靶向突变率并引入 一系列可能有益于酶功能的新突变，通过对于这种 氨基酸合成的新酶的工程化，实现了色氨酸产量近 40%的增加。 2）游离脂肪酸：CRISPR/Cas9被用来删除酵母中 脂肪酸生产途径中的8个基因，并最终使得游离脂 肪酸产量在几天内增加了30倍。
发酵提纯：后端产品化的重要挑战，中国具备比较优势
如何将前端经过基因工程设计出的菌株进行放大化发酵与分离提纯得到高产、高纯且品质稳定的工业品是后端产品化的重要挑 战：对于放大化发酵环节，通常会遇到两类挑战：1）大型生物反应器内的流动模式与实验室规模的生物反应器不同，如果无法 进行均匀混合，生物反应器内的进料和氧气浓度梯度会导致细胞生长减少，并导致副产物增加；2）在放大发酵过程中保持 高性能菌株的基因组稳定性，例如菌株无法耐受代谢负荷或毒性环境，则可能出现低产或无产出情况。 对于分离纯化环节，通常遇到的两类挑战有：1）技术挑战，分离纯化的技术难点在于发酵液中含有菌体、培养基、未发酵 的底物、大量无机盐、蛋白质、水等多种杂质，且多相共存，组成复杂，介质粘稠，需要合理利用各类技术（如蒸馏、离子 交换、色谱分析、膜分离、结晶沉淀等）；2）成本挑战，分离纯化的成本通常占总生产成本的20-50%，因此开发出一种经 济可行的下游工艺对产品的成功商业化至关重要，而这一方案设计离不开前端代谢工程开发与后端的发酵提纯工艺的共同配 合。
合成生物学的行业布局方向
合成生物学在医疗、农业、消费以及工业生产等领域都有非常广泛应用，麦肯锡预计未来10-20年合成生物学的应用可以给全球带 来每年2-4万亿美元的直接经济影响。 在短期，根据NovaOneAdvisor的数据，合成生物学市场预计将从2023年的140.9亿美元增长到2033年的801.7亿美元，复合年增 长率（CAGR）为19%。
华恒生物：合成生物学产业化平台，产品矩阵持续扩张
依托科研院所和外部转让独家技术，持续推出具备成本优势的生物合成产品，带动公司业绩保持较快 增长。公司今年将推出丁二酸、1,3-丙二醇、苹果酸、色氨酸、精氨酸、异亮氨酸等。
凯赛生物：长链二元酸生物法取代化学法，打破海外数十年垄断
长链二元酸对材料品质的改善十分显著，是十分重要的精细化工原料。 生物法长链二元酸具备极大优越性。 凯赛生物法长链二元酸产品在中国成功产业化，结束发达国家数十年垄断格局。
以化学法生产长链二元酸的英威达2016年关闭在美国的生产线后，公司在该领域的国际市场占有率达 到了，24年海内外经济恢复，业绩逐步恢复，4万吨癸二酸市场持续开拓，今年有望进一步放量。
凯赛生物年产5万吨生物基戊二胺及10万吨生物基聚 酰胺生产线近两年持续开拓市场，从纺织、工程塑料 领域向复合材料版图突破。山西90万吨生物基聚酰胺 项目预计24年底先行建成部分产能。
生物基聚酰胺所面临的技术难点：原材料生物基戊二 胺面临的基因工程改造、提纯和聚合、菌种生产工业 化问题。 生物基聚酰胺所面临的认证难点：下游客户与传统尼 龙制品厂商黏性较大，化学法尼龙近两年价格有所降 低，复合材料作为新的材料体系市场开拓需要时间。
23年6月26日，公司与招商局签署《业务合作协议》并发布定 增66亿元预案，本次发行完成后，招商局集团通过上海曜勤 （拟设立）间接持有公司的股份预计超过5%，将成为公司的 关联方，而签署的业务合作中双方约定招商局从凯赛生物采购 的产品，可以选择生物基聚酰胺树脂，或生物基聚酰胺纤维复 合材料（包括短纤维复合树脂、连续纤维预浸带、连续纤维预 浸纱）， 或其片材、异型材、管材等成型材料。
金禾实业：打造生物—化学合成产业平台
公司定远二期规划建设生物——化学合成产业平台：公司于2022年开始定远二期项目建设，将重点聚焦于营养健康和先进制造两 大产业方向，持续研究和开发有利于人类和动物的营养健康配料、香精香料及绿色环保农药产品,和有利于提升制造业生产力的高 性能材料，推进公司生物—化学合成产业平台搭建的进一步完善，致力于实现综合性生物合成创新平台的搭建，通过自研和协同 研发，提升公司在生物合成领域的研发和产业化能力。目前公司已经掌握合成生物产业化的各项核心技术，依托阿洛酮糖合成生 物学中试线，已陆续开展了非粮生物基材料原料化利用、益生元、膳食纤维、其他淀粉糖（醇）、部分功能性营养健康产品以及 功能性日化香料产品生产的研究工作，完成了技术经验的积累和相关产品的储备，助力公司在合成生物学领域的发展。 现有产能：1500吨/年合成生物学中试线，生物基产品包括甲乙基麦芽酚，生物发酵类产品包括阿洛酮糖、低聚果糖。 规划产能：公司环评公示年产10000吨绿色制造健康产业项目和年产1200吨酶改制甜菊糖苷项目，产品包括9800吨/年阿洛酮糖、 5吨/年圆柚酮、5吨/年檀香油、5吨/年罗汉果甜苷、5吨/年香紫苏醇、50吨/年红没药醇、5吨/年瓦伦西亚烯、10吨/年金合欢醇 （反反式）、15吨/年柚皮苷、100吨/年新橙皮苷和1000吨/年葡萄糖基甜菊糖苷和200吨/年Reb-M。
梅花生物：全球氨基酸龙头，布局合成生物学全产业链
深耕“氨基酸+”战略，以氨基酸为主、 兼顾多品类发展：公司是全球氨基酸龙 头， 23年公司赖氨酸、味精产能分别达 百万吨级、苏氨酸约50万吨（百川数 据），经过多年发展，形成了动物营养 氨基酸、鲜味剂产品及人类医用氨基酸、 胶体多糖等多个优势产品为核心的业务 结构，24年公司将持续扩大生产规模， 按计划建成通辽基地味精项目、新疆基 地异亮氨酸技改项目，吉林基地赖氨酸 项目具备开工条件。 依托合成生物平台，打造全产业链：公 司是全球领先的通过合成生物技术规模 化生产氨基酸的企业，23年公司建成了 包括代谢途径设计、基因编辑与菌株构 建、酶工程改造、产品应用开发、精密 发酵在内的高水平支撑平台，谷氨酸新 菌种、厌氧缬氨酸菌种、谷氨酰胺新菌 种以及赖氨酸、苏氨酸新工艺在生产基 地成功落地，新增年化效益近两亿元。
星湖科技：收购伊品生物，布局氨基酸，开发生物基尼龙
22年收购伊品生物，布局味精及饲料级氨基酸等产品：公司专注于以生物发酵和化学合成为核心技术，主要从事食品添加剂、医药 中间体和化学原料药及制剂。22年11月公司收购伊品生物，伊品生物在全球动物氨基酸行业、味精行业中占据重要位置。21年，伊 品生物L-赖氨酸产能约88万吨，位居全球第二；苏氨酸产能约26.8万吨，位居全球第三；味精产能约42万吨，位居全球第四。24年 星湖科技拟投资37.12亿元投资60万吨玉米深加工及配套热电联产项目，生产各类小品种氨基酸11.5万吨/年，其中主要产品为：缬 氨酸、异亮氨酸、色氨酸、精氨酸，及配套生产相关副产品，提升小品种氨基酸的产能规模。 生物法合成戊二胺，开发尼龙56新材料：伊品生物与中科院微生物研究所合作，通过开发赖氨酸生物法衍生转化与生物基尼龙聚合 关键技术，打通了从赖氨酸到生物基戊二胺再到生物基尼龙56纤维的产品路线，22年10月伊品尼龙56一期项目首次试生产成功，目 前公司已建成1万吨/年戊二胺、2万吨/年尼龙56盐生产线，根据星湖科技23年年报，一万吨尼龙聚合项目顺利投产。根据伊品生物官 网，公司尼龙56切片主要面向纺服领域。
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