生物经济被誉为继农业经济、工业经济、数字经济之后的第四次产业浪潮，生物制造有望在21世纪末成为全球制造业主导力量。近年来合成生物作为第三代生物制造技术在全球迅速发展，2018年以来我国相关支持政策密集出台，广东、湖北、山西、北京、上海、天津、杭州等省市也纷纷发布合成生物产业发展规划，一个万亿美元的产业新赛道正当风口。

一、产业进入快速发展阶段

合成生物产业即运用合成生物学的手段实现生产产品产业化，主要利用糖、淀粉、纤维素、二氧化碳等为原料，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。其生产过程主要包含菌种改造、代谢调控、分离纯化、聚合工艺、应用开发五个重要环节。

从产业发展看，2000年合成生物学基础研究领域开始加速发展；2011年以来基因测序、基因合成和基因编物学技术的专利布局进入加速期；2013年CRISPR技术极大降低了基因编辑的难度和成本，彻底改变了合成生物学；2015年以来合成生物产业投资加速，产业规模迅速扩大。

根据Deep Tech 2021年的研报数据，2021年全球合成生物产业市场规模达73.7亿美元，2016-2021年间合成生物产业市场规模的年复合增长率（CAGR）达到83.6%。我国合成生物学从基础研究到产业发展进入了快车道，2022年市场规模约为102.99亿元，同比增长75.81%。

SynbioBeta数据显示，2009-2021年全球合成生物融资规模快速增长，从2011年的4亿美元增长至2021年的180亿美元，年复合增长率达46%。2021年以来，随着海内外多家合成生物学企业上市和资本市场的突出表现，大量VC机构也迅速展开在该领域的密集布局。

合成生物产业不仅是以新的生物制造技术替代传统产品生产，还将催生许多新技术新产品的创造。据麦肯锡咨询公司预计，全球经济活动中60%的物质产品可由生物技术进行生产，在2030年至2040年期间，合成生物学技术每年将为全球带来2万亿至4万亿美元的直接经济效益。

二、产业链及产业生态构成

合成生物产业链可以划分为工具层、平台层和应用层。上游工具层提供基础技术和原料，涉及DNA合成、测序、基因编辑、酶工程、模式生物库等；中游平台层提供生物体设计和自动化平台，涉及生物设计软件、自动化实验设备、生物工厂等；下游应用层开发面向不同行业领域的垂直产品或服务，是产业链上的核心盈利环节。

合成生物产业链示意图

合成生物学领域的公司主要分为两类：一是平台型商业模式，提供生物体设计与软件开发等平台化的集成系统，包括元件库和菌种库的积累以及加载信息、工程技术的研发平台；二是产品型商业模式，借助合成生物学技术生产原料或产品，需要打通从生物改造、发酵纯化到产品改性的全产业链。如蓝晶微生物从菌种筛选、培养、优化到产品开发、生产、销售进行全产业链布局，已开发生物可降解材料PHA、再生医学材料、食品添加剂等产品。

产品型商业模式又可分为提供原料和终端产品两类，前者如瑞德林生物依托多肽和酶催化领域的技术储备，致力于特色原料药、化妆品功能原料、保健品特色原料、功能性分子砌块等领域的开发，产品包括玻色因、九肽-1、依克多因、燕窝酸等；后者如水羊股份以小分子透明质酸切入合成生物赛道，侧重从护肤应用落地上加大细分领域研发，开发面膜、水乳膏霜等美妆产品。

作为合成生物领域的龙头企业，华熙生物在产业生态方面进行了多方面探索。一是原料提供商，其玻尿酸原液销量占全国70%、全球30%的市场；二是产品化开发，其旗下自有产品品牌18个，包括润百颜、夸迪、Bio-MESO肌活、米蓓尔等，合作并代加工各品牌品类产品已超过200余个；三是平台化发展，从单一活性物到活性物平台公司，探索胶原蛋白、麦角硫因、人乳寡糖等新赛道新领域，寻求支撑企业持续成长的第二、第三曲线。

三、合成生物的主要细分领域

合成生物学作为一种底层技术，为能源、医药、营养健康、农业、环保、新材料等多个领域带来巨大的增长机会，近年来在化妆品、营养健康、农业食品等领域的应用更是迅猛增长。

1、可再生能源

在能源领域，主要体现在以农林废物资源、城市有机垃圾资源、合成气和CO2等为原料，利用人工设计的合成生物系统生产不同产品类型的能源产品。合成生物能源包括生物乙醇、生物柴油、高级醇等生物液体燃料、生物沼气(甲烷)、生物氢气及生物电等。目前全球至少有60多个国家开始推行生物能源，其中巴西、美国、欧盟贡献了全球消费量的84%。

2、生物基材料

在生物基材料领域，主要生产生物基丁二酸、长链二元酸、1,4-丁二醇、异丁醇、1,3-丙二醇、异丁烯、戊二胺、聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等生物基聚合物和单体，取代传统化工生产的各种日化用品，如尼龙、塑料、橡胶等。研究发现，约有85%的塑料可以被生物基塑料替代。如凯赛生物的生物基聚酰胺产品已经应用在民用丝、工业丝、工程塑料、复合材料等领域。

3、化妆品及营养品

在化妆品和营养品领域，利用合成生物技术实现功能糖、蛋白质、多肽、氨基酸、核苷酸等生物活性物开发和产业化应用，为新兴企业发展提供了巨大机遇。如华熙生物的透明质酸、巨子生物的重组胶原蛋白、嘉必优的功能性营养化学品等。植物免疫蛋白（螺旋藻蛋白、免疫球蛋白、活性肽等）、植物提取物（人参皂苷、红景天苷、雪莲素等）、益生菌（工程益生菌）等，都是市场追捧的热点产品。

4、农业和食品工业

在农业和食品工业领域，合成生物技术应用包含基因农业、蛋白饲料、肉类和乳制品、饮品、食品安全、调味剂和添加剂等多个方向，代表企业有梅花生物、星湖科技、三元生物等。利用基因编辑技术改良农作物，通过生物发酵生产蛋白饲料，通过动植物细胞工厂培养人造肉、人造蛋白和人造油脂等，通过微生物细胞工厂生产人工合成淀粉、蛋白质等，将是未来产业发展的常态。

5、生物医药产业

在生物医药领域，合成生物技术可以用于药物生产、医学诊断和治疗方法开发等，涉及体外检测、RNA疫苗、药物、抗生素、细胞免疫疗法、微生态疗法、基因治疗、药物成分生产和制药用酶等诸多方向。以微生物、植物、动物细胞为反应器，进行天然活性物质的生产和加工，将是中药现代化的一种新策略。代表企业有蔚蓝生物、金城医药、普利制药、凯莱英、中科碳元、合生基因等。

6、环境保护产业

合成生物技术在环境保护领域的利用，一是体现在处理废水、废气等环境污染物，实现资源化利用；二是通过细胞工厂生产各类生物基材料，替代过去传统动植物提取、石化基来源的材料，可以极大降低资源消耗和碳排放；三是将二氧化碳资源化，来生产合成淀粉、葡萄糖等产品。

四、双轮驱动的产业布局模式

合成生物学是汇集生物学、基因组学、工程学和信息学等多种学科的交叉学科，合成生物产业具有明显的创新驱动属性，科技资源密集、生物产业发达的地区是合成生物企业的主要策源地。目前，国内最多的合成生物企业汇聚于长三角、京津冀、粤港澳等地区，不少企业已经发展成为细分领域行业龙头。

龙头企业的产业链布局，为各地发展合成生物产业提供了广泛的机会。如梅花生物目前已完成河北廊坊、内蒙通辽、新疆乌鲁木齐、吉林白城等多区域布局；华熙生物从济南研发生产基地，逐步形成上海研发中心、北京国际创新产业基地、天津生产基地、湘潭生产基地、海南科技产业园等产业布局；凯赛生物总部和研发中心位于上海张江科学城，3个生产基地分别位于山东济宁市、新疆乌苏市和山西太原市。

伴随龙头企业的不断壮大、创业企业的大量涌入，合成生物产业进入到龙头企业裂变与创业企业孵化双轮驱动的发展局面。合成生物产业大多具有新材料属性，天然具有向应用延伸的特点，十分适合“1+N”产业共同体模式。依托龙头企业的核心技术和产品优势，一方面建立基于生物活性材料等的垂直孵化器，招引应用产品创新研发企业，持续快速开发新产品；一方面招引行业品牌销售企业，合资合作开发运营新的品牌产品，最终形成“核心材料研发-行业产品创新-品牌合作分销”的产业共同体。

从区域经济视角来看，伴随合成生物产业的大发展，合成生物产业集群或专业园区将形成多种发展模式，比如龙头企业引领的产业共同体、创新创业企业集聚区、依赖资源和成本优势的制造业集聚等等。而真正构建合成生物产业集群，有赖于平台、科技、人才团队、产业园、资本等产业生态的支撑，典型如深圳光明区构建的合成生物产业生态，包括教育（深理工合成生物学院）、平台（合成生物研究重大科技基础设施）、科研（深圳合成生物学创新研究院）、产业（深圳市工程生物产业创新中心、合成生物产业园）和资本（合成生物产业基金）。