合成生物行业深度报告：合成生物学蓬勃发展，市场空间广阔1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。示例一：生物法丙氨酸。丙氨酸是构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋白质的21种氨基酸之一，广泛应用在日化、医药及保健品、食品添加剂和饲料等众多领域。国内丙氨酸生产企业主要包括烟台恒源、丰原生化、华恒生物等，国外丙氨酸生产企业主要为武藏野。其中，烟台恒源通过酶法生产L-丙氨酸，丰原生化采用微生物发酵法生产L-丙氨酸，华恒生物拥有发酵法和酶法两种生产路线，而武藏野通过化学合成法生产DL-丙氨酸。酶法和生物发酵法生产丙氨酸发展成为主流工业生产技术。在丙氨...
