生物制造(合成生物)概念股蓝色档案!节后扛旗迎接第三次生物技术革命!低空经济退潮
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从头设计蛋白质 向造物主发出挑战!迎接第三次生物技术革命!新质生产力→低空经济→生物制造。合成生物是驱动生物科技发展的颠覆性技术,是实现绿色制造、双碳目标的底层支撑。未来,生活中80%的物质都可以通过细胞工厂生产,覆盖‘衣食住行医用’的各个领域。合成生物概念股蓝色档案(股表)!
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生物制造(合成生物)能否扛起节后反攻大旗?低空经济退潮后新的萌芽暗流涌动!产业前景解析暨核心概念股!生物制造涉及产业链很多很广,其中合成生物被认为最具产业意义何在想象力的分支,也被上层多次提到!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。生物制造是新质生产力非常重要的新赛道和新业态,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。
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合成生物是一门涉及生物学、生物技术、工程学和计算机科学等多领域的新兴科学,它通过改变生物体的遗 传物质,创造出具有新功能的生物机器和生物系统。合成生物学的意义在于其对于人类社会和生态环境的发展和影响具有重要的意 义。简单来说,根据工程学思路将设计好具有特定功能的生物元件,辅以基因编辑、基因合成与组装等技术手段,共同完成一套生物体系的定制合成,用来生产各种人们所需的物质,行使全新的功能。某社表示,近年来,合成生物改变了传统的工业生产方式,以更绿色、更高效的方式在医药、能源、材料、化工、农业等领域得到广泛应用,故合成生物也被誉为“第三次生物技术革命”,有望成为新的“黄金赛道”。根据麦肯锡分析,未来生物制造的方式有望对传统行业带来巨大影响,合成生物学相关市场有望达到4万亿美元的市场规模。未来中国制造的能力要在全球布局,生物制造领域在其中存在巨大的机会,不仅仅是替代存量,而是创造增量。未来中国要让全球上下游的生态企业因为中国生物制造的国际化企业而获益,中国有潜力对全球产业链产生更为深远的影响。
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蛋白质由氨基酸组成,是构成细胞的基本物质,对于人体生长发育、组织更新和修复至关重要。蛋白质参与许多生命活动,如细胞呼吸、光合作用等过程需要酶的参与,酶的本质是蛋白质。此外,蛋白质还参与调节生理功能,如酶蛋白促进食物消化吸收、免疫蛋白维持机体免疫功能等。蛋白质在体内还可以被分解,为生命活动提供能量。因此,没有蛋白质就没有生命。生物按照从脱氧核糖核酸 (DNA)转录得到的信使核糖核酸(mRNA)上的遗传信息合成蛋白质的过程。由于mRNA上的遗传信息是以密码(见遗传密码)形式存在的,只有合成为蛋白质才能表达出生物性状,因此将蛋白质生物合成比拟为转译或翻译。所以,RNA是蛋白质合成的直接模板。蛋白质合成是生物按照从脱氧核糖核酸 (DNA)转录得到的信使核糖核酸(mRNA)上的遗传信息合成蛋白质的过程。
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核心品种(鉴于退市新规,微利股亏损股一律剔除核心品种,引导交易资源向优质公司配置,摒弃炒垃圾陋!)
索宝蛋白( 603231 )公司与全球四大粮商中的美国邦吉成为全球战略伙伴,致力于植物肉、功能食品等产业的全球布局。索宝蛋白合成生物技术的核心是利用 微生物(如酵母、大肠杆菌等)作为生物反应器,通过基因工程的手段,将外源基因导入微生物中,并对其 进行调控和表达,以生产出所需的蛋白质。相比传统的蛋白质生产方 式,如动物养殖、植物种植等,该技术可以缩短生产周期,降低生产成本,同时避免了对传统食物资源 的依赖和浪费。此外,索宝蛋白合成生物技术还可以生产出一些难以从天然来源获取的蛋白质,如人乳铁蛋 白、血红蛋白等,为医疗、保健、美容等领域提供了新的解决方案。
无锡晶海( nq836547 )主营氨基酸系列产品的研发生产,产品包括支链氨基酸(异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸)、色氨酸、苯丙氨酸、脯 氨酸等,可广泛应用于医药、食品、保健品、日化等众多领域,下游客户领域以医药类为主,包括制剂厂商和培养基生产商,收入占比超过 70%。公司已经成为国内具备一定优势的通过生物制造方式规模化 生产氨基酸产品的企业之一,公司的氨基酸原料药系列产品种类及生产规模位居行业前列,国内市场占有率较高、超过 30%。
蔚蓝生物( 603739 )公司重视合成生物学的研发工作,已于2019年成立了合成生物学实验室,并在合成生物学领域开展了多项工作。公司专注酶制剂、微生态、动物保健品、海洋水产生物领域,以“生物科技还原生态世界”为宗旨,致力于为生物制造提供核心技术支持,为传统产业提供清洁节能技术,为食品安全提供绿色解决方案,全程服务农牧、食品、洗涤、纺织、健康、环保等多个产业。
锦波生物( 832982 )公司自主研发“重组 Ⅲ型胶原蛋白”及“酸酐化牛β-乳球蛋白”两大核心原料并产业化,产品覆盖原料,医美、私密养护、医疗、护肤品等终端应用领域。在重组人源化胶原蛋白领域处于国际技术领先地位,拥有我国首个采用重组人源化胶原蛋白。新获得一项发明专利授权,专利名为“一种生物合成人体结构性材料的制备方法”。
华恒生物( 688638 )合成生物学领域的领先企业。公司是全球丙氨酸行业的龙头企业,在合成生物学领域具有领先的市场地位。公司生物研究院持续加强人才引 进、组织建设和研发体系建设,已基本建成系统与合成生物中心、发酵与酶工程中心和 技术创新管理中心三大研发管理平台,并将自主研发与产学研合作紧密结合,形成高效 运转的开放式研发体系。
嘉必优( 688089 )公司是一家以合成生物学为底层技术,以细胞工厂为制备方式,生产生物基营养化学品的公司。公司积极布局合成生物学,搭建了生物信息与生物计算平台、基因合成与基因编辑平台、细胞工厂铸造平台、智能发酵及代谢精细调控平台、高效智能分离精制平台、产品应用技术开发平台、高通量分析测试平台、生物技术成果中试转化平台等八大平台,打造了以合成生物学技术为核心的生物制造全技术链。
凯赛生物( 688065 )公司拥有完整产业链研发技术体系,涉及从微观层面基因编辑到生物材料应用开发的各个环节。在生物燃料和生物材料领域,公司已经得了大量技术突破和创新。公司通过合成生物学技术研发生产的生物基聚酰胺产品已经应用在民用丝、工业丝、工程塑料、复合材料等多领域。公司目前业务主要聚焦聚酰胺产业链,其产品包括可用于生物基聚酰胺生产的单体原料——系列生物法长链二元酸和生物基戊二胺,以及系列生物基聚酰胺等相关产品。产品可广泛应用于纺织、医药、香料、汽车、电子电器、日用消费品等多个领域。
华熙生物( 688363 )公司在合成生物全产业链建设、发酵和中试两个关键点上都具备领先优势。公司不仅能够进行基因编辑、创制细胞工厂,还能完成产业转化及市场转化,且公司通过微生物发酵法大规模生产透明质酸,不仅引领了透明质酸产业革命,还在微生物发酵及产业化生产上积累了丰富经验。公司在天津建设了全球最大中试转化平台,该平台规划64条中试生产线,目前已有30多条中试生产线投入使用。华熙生物还将该中试转化平台开放给各大科研院所及创业企业,加速推动合成生物领域科研成果的转化落地。
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$索宝蛋白(sh603231)$蔚蓝生物(sh603739)$播恩集团(sz001366)$
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索宝蛋白(603231.SH)创立于2003年,主营业务为大豆蛋白系列产品的研发、生产和销售,经过多年的积累,公司已逐步建立起较为完整的非转基因大豆深加工产业链。目前公司主要产品包括大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白、组织化蛋白及非转基因大豆油等,可应用于肉制品、面制品、速冻食品、饮料、医药、保健品、宠物食品等不同行业。
技术创新驱动成果转化
公司坚持走技术创新和产品创新的道路,不断加强科技成果转产能力。2020年至2022年研发投入均保持在3%以上,2022年研发投入达到3.61%。截至2022年末,公司各项发明专利、实用新型专利合计15项目,拥有“山东省大豆加工副产品高值化利用示范工程技术研究中心”、“山东省企业技术中心” 等省级平台及“2022 年山东省技术创新示范企业”等荣誉。
此外,公司参与了《肉类制品企业良好操作规范》(计划号:20142772-T-601)、《食品工业用大豆蛋白国家标准》(GB/T 20371-2006)、《组织蛋白团体标准》(T/CCOA 14-宁波索宝蛋白科技股份有限公司 招股说明书(注册稿)1-1-1482020)、《植物蛋白饮料、植物酸奶团体标准》(T/WSJD 12-2020)、《植物基食品第3部分:肉制品》(T/CHC 1004.3-2023)的编制修订工作。
技术创新驱动公司业绩发展。最近三年,发行人营业收入分别为12.79亿元、15.86亿元和 18.47亿元,营业收入增长率分别达到20.25%、24.05%和16.44%;净利润分别为9774.51万元、1.24亿元和1.68亿元,净利润增长率分别为48.12%、26.8%、35.57% ,营业收入规模与净利润保持持续稳定增长。
销量位居行业前列 海内外知名度较高
据中国食品土畜进出口商会大豆蛋白分会调研的统计数据测算,索宝蛋白大豆蛋白的销售规模约占国内大豆蛋白厂商销售规模的10%左右。
经过多年积累,索宝蛋白拥有“索宝”“索康”“索太”“索乐”“万得福”“康太”等注册商标,产品在海内外具有较高的品牌知名度和美誉度,形成了稳定的客户群,与海底捞、双汇发展、鲁花集团、中宠股份、三全食品、盐津铺子、联邦制药等行业代表性客户保持良好的合作关系。另外,公司与全球四大粮商中的美国邦吉成为全球战略伙伴,致力于植物肉、功能食品等产业的全球布局。
募集资金加码主业生产 政策支持提供有力保障
近年来,国家为了确保食品安全,出台了较多针对豆制品生成、加工鼓励政策。2014年1月,《中国食物与营养发展纲要(2014-2020年)》明确提出,优先发展“三个重点产品”:优质食用农产品、方便营养加工食品、奶类与大豆食品。2017年6月,《国民营养计划(2017-2030 年)》重点强调,着力发展保健食品、营养强化食品、双蛋白食物等新型营养健康食品,强化营养主食、双蛋白工程等重大项目实施力度。
2022年1月,《关于做2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》提出大力实施大豆和油料产能提升工程,扩大粮豆轮作规模。
此外,近几年还陆续出台了《“健康中国 2030”规划纲要》、《全国农产品加工业与农村一二三产业融合发展规划(2016—2020 年)》、《关于促进食品工业健康发展的指导意见》、《大豆振兴计划实施方案》等一系列政策。
索宝蛋白本次公开发行股票数量4786.48万股,拟募集资金约5.55亿元,主要用于3万吨大豆组织拉丝蛋白生产线建设项目、5000吨大豆颗粒蛋白生产线建设项目、75T中温中压高效煤粉锅炉项目及补充流动资金。
伴随着上述政策的逐步实施以及公司募集资金扩产提效,公司产品将在全球植物蛋白市场中获得一席之地,不断提升公司在全球蛋白领域的行业地位。
行业发展前景广阔 未来可期
根据Business Wire预测,植物蛋白质将会占据整个蛋白质市场的1/3。预计2028年底,全球植物蛋白市场规模将达到113亿美元,2021年-2028年的复合年增长率为8.7%。
QY Research预测,2020年全球大豆蛋白市场规模约228亿元人民币,中国是全球最大的大豆蛋白市场,占约50%的市场份额,在2020年-2026年间,全球大豆蛋白市场将以3.4%的年复合增长率增长,到2026年,达到288亿元人民币的规模。
目前,中国用于大豆蛋白生产的大豆量处于逐年增加状态。受政策引导,国内市场逐渐从无序竞争向多元化、高端化发展,缺少技术支撑的中小企业逐步退出市场,具备资源及核心技术优势的龙头企业成为我国大豆蛋白行业的领头羊。索宝蛋白是深耕大豆蛋白制品行业的领先企业,未来将受益于行业大发展和政策加持的业绩兑现。
华安证券:合成生物产业迎来重要拐点
生物制造是生物经济重点发展方向,看好在政策频繁落地背景下,生物制造产业化有望提速。相关公司建议关注:凯赛生物(全球长链二元酸头部企业,招商局入股)、华恒生物(合成生物学产业化平台,全球丙氨酸头部企业)、梅花生物(氨基酸头部企业)、圣泉集团(独特一体化秸秆生物质精炼技术)、华熙生物(国内最早实现微生物发酵法生产透明质酸的企业之一,透明质酸产业化规模位居国际前列)、嘉必优(发酵营养素头部企业)。
国投证券:生物制造多赛道存在破局可能
生物制造主要以合成生物学、基因工程等创新生物技术为基础,利用廉价原料,以菌种、细胞、酶为制造工厂,规模化发酵获得目标产品。生物制造覆盖范围广阔,未来,依赖于传统化工、植物提取获得产品的生产方式将逐步被从传统生物发酵升级后的生物制造方式所替代,有望打开万亿规模的市场空间。建议关注标的:1、川宁生物:合成生物技术平台优质,具备持续输出新品种的能力,抗生素中间体的产业化能力可向生物制造品种移植,多个天然产物品种有望进入放量阶段;2、富祥药业:替代蛋白行业具备广阔的发展空间,公司通过产研合作推动微生物蛋白产业化落地,全力打造新增长极;3、金城医药:自有生物+化学研发及产业化平台,依托主业优势,持续向生物制造领域迈进,期待天然产物品种陆续落地。
东海证券:合成生物产业化加速市场规模有望快速提升
合成生物学是“第三次生物技术革命”,在政策支持和技术进步的推动下,全球合成生物学市场规模有望快速提升。当下生物基化学品项目的价值判断逻辑在于:1、是否显著降低能耗符合国家低碳发展路径。2、产品与现有其他工艺路线相比,是否具备降本、增效或可转换性等替代价值。建议关注:凯赛生物(引入与招商局的合作,生物基聚酰胺放量在即,潜在成长空间高达千万吨级)、华恒生物(高度重视专利积累,持续扩展产品图谱,以快速响应市场需求)。
山西证券:工程化合成生物提高生物产品竞争力
合成生物学产业投资逻辑:短期看选品,长期看平台,首选具备平台化能力的产品型公司。当前合成生物学底层技术仍有较大的进步空间,产业仍处于生命周期早期,产品型公司更易成长。短期角度看,选品能力将对产品型公司的短期财务业绩产生关键性影响。优秀的选品应具备“下游应用成熟”及“成本领先”两大特征,以解决真实的商业需求:下游应用成熟:1、潜在市场规模广阔;2、需求具备确定性,市场成本教育低。成本领先:技术落地概率高,相比现存替代产品具备成本优势。
长期看,平台化能力决定了合成生物企业的研发延伸和产品拓展空间,具备扎实研发能力、自动化、AI化的合成生物学研发平台是持续成长的根本,因此“强劲的研发能力”和“丰富的储备品类”也较为关键。在此背景下,建议关注华恒生物、凯赛生物、梅花生物、圣泉集团、嘉必优、莱茵生物、无锡晶海、蓝晓科技。
国泰君安:合成生物学或将成为中国弯道超车的机会
“双碳”背景下,合成生物学市场空间快速增长。虽然海外在传统化工行业起步较早,但是在合成生物学和生物基材料层面,国内外的技术代差不大。同时,国内化工行业培养了大批优秀的工程师,以及形成了超强的产业化能力。工程师红利和工艺改进能力,都是海外完全不具备的产业基础,国内产业的发展将代表着合成生物学和生物基材料的未来。
国联证券:AI赋能合成生物学或加速制造业革命
随着技术发展,“设计-构建-测试-学(DBLT)”以及工程化为主要内容的合成生物学体系成本快速下降,技术进步令合成生物学成本快速下降,成本下降的“骑士法则”带来生物制造革命的信号。未来5-10年内,制药、肉类、化妆品、非处方药、化学品、纺织品、非肉类食品、农业等领域将受到合成生物学的较大冲击;在更远期的未来,合成生物学有望在矿业、燃料、发电、建材、机械等领域实现颠覆性革新。建议关注合成生物学平台型企业嘉必优、华恒生物、凯赛生物,关注益生菌制品明星企业科拓生物。
合成生物,作为一项前沿技术,正悄然改变着人类对生命的理解和利用方式。在这股科技浪潮中,深圳光明区迅速崛起为合成生物产业的热土。近三年,国内新成立的相关企业中,有高达40%选择落户深圳,而近80%的企业更是齐聚光明区。
2018年至2022年间,深圳光明区以9.1%的年均增速领跑全市,区域定位从旧农场、工业区向北部科研中心晋级,在这个过程中,合成生物产业起到了极大推动作用。
光明区内合成生物企业总量已突破80家,总估值超270亿元,呈新生物的原料与技术合作伙伴—“安各洛生物”研发团队正坐落户其中。
01
万亿想象
第三次生物技术革命
合成生物学诞生于21世纪初,被誉为“第三次生物技术革命”,是生物学、工程学、化学和信息技术等相互交叉融合的新兴领域,利用基因组测序、生物工程、化学合成和计算机模拟等技术进行生命设计与合成再造,突破原有生物系统的限制,创造出更加符合产业化的新型生物系统。
合成万物,重塑物质世界这一宏达理想,给其带来万亿想象空间。
2010—2022年,合成生物学全球融资事件超700起。麦肯锡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。
数据显示,仅2021年度全球合成生物领域初创企业的融资额已超过千亿元人民币,其中不乏高瓴、红杉、基石等海内外PE巨头追捧。
进入合成生物赛道的商界翘楚
而早在全球风潮涌起之前,出于“技术改变世界”的纯粹理想,以及对合成生物市场的超前预测,“安各洛生物”科学家团队已经默默钻研多年。
02
势成燎原
新型SOD的星星之火
安各洛生物在SOD的开放和应用领域,是全球范围极少拥有在分子水平获取、碰撞和基因转录技术的企业,公司利用合成生物&创新是横五反应器等技术创新研究,聚焦SOD&NAMPT功能蛋白酶的研发及应用,拥有对应知识产权。
传统SOD活性不稳定、不耐高温、不耐酸碱、不耐酶解、难保存,科学家团队把SOD植物母本与日本富士山火山口的古生菌成功配对,培育出古生菌SOD并实现分子克隆。一举突破了SOD的“提取难、保存难、吸收难、成本高”世界性四大难题。
2024年,安各洛更直接参与了SOD新国标标准的制定,在营养食品、科技农业、个护健康等行业的应用也越来越广泛和深入,产品已经走进了40多个国家和地区,星星之火已经势成燎原。
在此背景下,呈新生物承接了“安各洛”在原料与技术上的研发成果,并将其更加深入的应用于强功效护肤领域,实现产业链上下游的珠联璧合,真切地将尖端技术带到大众的日常护理之中。
03
应用为尊
用实践检验真理
护肤品市场技术迭代越来越快,用户对于高品质、强功效产品的期待也与日俱增,2024年初“NE+SOD双肽面膜”应时而生,呈新生物正式进入敏感肌抗衰的应用市场。
以“SOD+X”为核心理念,我们不断丰富配方想象,前期两百多天的活性调试,让单片活性保证突破1200U,并对于肤感、产品稳定性、实际使用功效,以及针对各种肤质的安全性,都进行了充分验证。
结合前沿研究理念,我们添加了针对表层微生态养护的“芽孢杆菌发酵产物”,借助有益菌强化屏障,抵御衰老;类蛇毒肽和六胜肽,可对动态表情纹起到源头阻绝作用;8重植物舒缓体系,多维度呵护东方女性敏弱、泛红等不适场景,改善因肌肤敏感受损造成的衰老。
第三方权威机构“华测”—实测有效
结合合成生物的大趋势、深圳政府的积极政策,还有我们在强功效护肤领域的不断投入,后续新品将陆续上市,现实应用才是对技术的最佳褒奖。
科研是一个非常巨大的海洋,目前还有一些前沿领域研究有待挖掘,未来我们会专注且下定决心长期投入,建立国货美妆自己的话语权。
合成生物学“相关企业“或“创新创业”从去年下半年到现在,获得了几笔大额融资,合成生物学在创投领域的热度仍在延续。
如何观察一个产业的发展阶段?答案藏在该产业中企业的融资方式当中:若大量企业通过一级市场融资,说明产业处于导入期;若企业陆续上市,通过二级市场融资,说明产业进入成长期;而当如果上市企业层出不穷,说明产业进入快速成长期。
这为人们了解合成生物学产业提供了基础依据。伴随着近年来龙头公司实现二级市场上市,一级市场投融资火热,融资金额不断上升,以及相关政策的不断倾斜,合成生物学行业正迈上从成长期到快速成长期的赛道。
自2000年起,我国合成生物学基础研究领域加速发展;2011年以来,合成生物学技术的专利布局进入加速期,相关专利的申请量快速增长;2015年后,合成生物学产业则迎来投资加速。
而自2020年起,资本市场上“可投资资金”总量缩减、生物医药领域“投资回报预期”下降有关;投资界期盼将手头有限的资金,投入到更具有潜力的领域。在这个背景下,合成生物学“相关企业“或“创新创业”,去年下半年到现在,获得了几笔大额融资,合成生物学在创投领域的热度仍在延续。
合成生物学,被许多业内人士称为朝阳行业,亦称作引领“第三次生物技术革命”的产业,是指采用工程化设计理念,按照一定的规律和已有的知识改造已有的天然生物系统,以及设计和建造新的生物元件、装置和系统,来实现构建细胞工厂等目的为人类服务。
在目前阶段,合成生物学落地的主要场景即改造微生物来生产产品,通常是具有高附加值、通过传统方法化学生产成本较高、碳排放较大或难以大量获得的产品。通过这样的方式,让细胞为人类工作生产想要的物质。与传统化学合成相比,合成生物学具有微型化、可循环、更安全的特点。与传统发酵工程相比,合成生物学对细胞的干预是定向的。
作为一项先进技术,合成生物学带来的优势和积极作用也是广泛且明显的。首先,合成生物学具有在低碳经济中支撑经济增长和创造就业机会的巨大潜力,例如,合成生物学可以解决生物燃料生产工艺过程中的一些关键问题。当今的人工合成细菌,可将糖类直接转化成与常规燃油兼容的生物燃油,甚至可以直接从太阳获取能量;更有使用合成基因组学方法,产生将自然界中的二氧化碳转化为甲烷的改造菌,成为一个专门生产甲烷的全新生物体。
运用合成生物学技术对微生物进行改造,构建能够监测、聚集和降解环境污染物的微生物体,可用于消除水污染、清除垃圾、处理核废料等,也可用于水域、空气等开放环境以及飞机、舰艇、洞库等密闭军事作业环境中污染物的检测与清理。
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此外,合成生物学可用于研究和开发高产、抗病、耐旱、耐涝和环保的植物原料,以减少水肥使用,并在贫瘠之地种植出农作物。还可用于军用武器、医药、新能源等的开发,同时也可用于改造军用材料、开发军用生物计算以及治理军用环境污染等多方面。
持续包容性对于合成生物学发展十分重要
合成生物学作为一种具有颠覆性意义的新兴技术,在创投领域的热度引发行业内诸多讨论,其中最核心的问题,莫过于中国合成生物未来的前景问题,尤其是它将面对的安全、伦理性挑战。
目前,我国已经建立覆盖全国的高等级生物安全实验室体系,并建立了与之相适应的病原危害风险和实验活动操作风险评估体系,建立了不同病原危害分级制度,形成了较为完备的实验室能力认可体系和生物安全管理制度体系。在进一步强化强制性生物安全管理的前提下,可以考虑建立合成生物学生物伦理审批制度,倡导良好的科学家行为准则。
专家认为,在未来产业的发展中,持续包容对于合成生物学的持续发展十分重要。一方面,要与产业界、监管和政策制定机构交流合作,使技术推动与市场拉动相结合。另一方面,使更多的公众参与合成生物学对话,了解其可能存在的内在风险,讨论有关的生物安全和伦理问题。
11月29日,以“合成生物大进击”为主题的第一期《沪市汇·硬科硬客》行业沙龙在上交所举办。科创板多家合成生物龙头公司齐聚一堂,与多家证券公司、基金管理公司、QFII等机构面对面交流。《经济参考报》记者从座谈会上了解到,会议从合成生物的特有内涵、发展历程、应用场景、竞争格局、产业政策等视角,深入探讨合成生物产业的现状与未来。与会企业家代表一致认为,目前市场对合成生物产业,特别是合成生物的基本概念和内涵,存在不少认识误区,需要加大宣传,正本清源,让市场主体真正了解、更多关注这一新兴产业。政策利好点燃产业加速发展引擎近年来,合成生物改变了传统的工业生产方式,以更绿色、更高效的方式在医药、能源、材料、化工、农业等领域得到广泛应用,故合成生物也被誉为“第三次生物技术革命”,有望成为新的“黄金赛道”。国家发改委印发的《“十四五”生物经济发展规划》中多处提及“合成生物”;上海出台《上海市加快合成生物创新策源—打造高端生物制造产业集群行动方案(2023-2025年)》;杭州、常州等多地也出台了鼓励政策……为促进合成生物产业发展,从中央到地方政府纷纷推出各项扶助计划。根据麦肯锡分析,未来生物制造的方式有望对传统行业带来巨大影响,合成生物学相关市场有望达到4万亿美元的市场规模。嘉必优董事长易德伟认为,“国家顶层设计上的重视,地方政府的积极响应,都为合成生物行业的发展带来了坚定的信心。政府高度重视合成生物学的发展,并提供了大量的资金和政策支持,推动了该领域的快速发展。”值得关注的是,以合成生物学为核心的生物制造,正在成为新一轮大国博弈的焦点,中国的合成生物学在全球已经处于相对靠前的有利位置。华熙生物董事长赵燕表示,“中国企业的优势在于拥有庞大的市场和完备的供应链,且多年深耕发酵领域,具备领先的发酵技术和中试能力,是各种氨基酸、维生素、医用原料等生物材料的最大生产国。”易德伟认为,“我国合成生物学产业发展具有突出的优势,国内人口众多,市场需求广泛,为合成生物学提供了巨大的潜力和广阔的市场;庞大的生物学、化学、工程学等领域的专业人才为合成生物学的发展提供了人力资源保障,在基础研究领域整体上已与欧美发达国家并驾齐驱,部分领域甚至犹胜一筹。”不过,在政策面利好的同时,行业也存在一些“痛点”有待解决。在赵燕看来,目前合成生物行业最主要的痛点在于产业转化、市场转化,她呼吁,“要加强产学研合作,让科学家专注于0-1的科学研究。同时企业要积极参与,发挥企业‘产’的作用,推动合成生物科研成果的产业转化和市场转化。”华恒生物董事长郭恒华也指出,“合成生物产业刚刚拉开大发展的序幕,现在跑出来企业还不够多,规模还不够大,需要在产业发展要素方面予以支持,例如知识产权保护、市场准入法规等。比如与欧美相比,目前在知识产权尤其是核心菌种的专利申请,授权保护的范围太窄,起不到专利保护作用;合成生物产品的市场准入特别是在食品医药领域,也缺少明确透明科学的认证标准和专业机构来支撑。”绿色发展助力实现“双碳”目标和传统石化路线相比,目前生物制造产品平均节能减排30%至50%,未来潜力将达到50%以上。记者注意到,华熙生物和嘉必优发布了2022年ESG报告,凯赛生物发布了社会责任报告,华恒生物荣获“2023年福布斯中国ESG创新企业”奖项。对于合成生物学企业,ESG不再是“选择题”,而是“必答题”。专家指出,合成生物产业在推动低碳经济发展中越来越显示出其独特的优势和广阔的发展前景,面对节能减排和低碳经济的发展趋势,也将获得更多发展机会。提高自身的ESG水平,是绿色发展的必然要求。赵燕指出,“合成生物是驱动生物科技发展的颠覆性技术,是实现绿色制造、双碳目标的底层支撑。未来,生活中80%的物质都可以通过细胞工厂生产,覆盖‘衣食住行医用’的各个领域。”据悉,目前凯赛生物的长链二元酸和华恒生物的丙氨酸等产品相比传统石化产品有明显的低碳优势。郭恒华也从创立华恒生物前从事大化工的个人经历出发,分享了华恒生物在生物制造降低产品碳排放方面做出的突出实践,“华恒生物在全球首次实现厌氧发酵生产丙氨酸产品,每生产一吨丙氨酸可以减少0.5吨二氧化碳排放,缬氨酸作为全球第二个大规模厌氧发酵生产的氨基酸,进一步推动产品碳足迹下降,未来厌氧发酵技术相对于其他生物制造技术优势将更加明显。”“想彻底解决碳中和,就回避不了石油等化石能源和化学品、化工材料带来的碳增量,生物制造几乎是彻底解决碳中和的唯一选择。”凯赛生物董事长刘修才认为,“生物制造产品具有天然的低碳属性,在性价比上可以和传统产品相竞争,在应用领域还可以满足轻量化、节能、可回收的需求,这些对碳减排具有实质贡献。”掘金“黄金赛道” 催生百舸争流局面市场前景广阔叠加政策利好支撑,合成生物公司如雨后春笋,勃然而兴,呈现出百舸争流的局面。其中,尤以科创板“四方联”4家公司表现最为亮眼。例如,凯赛生物在全球首次完成了模仿蛋白质结构的一组材料的产业化,正在建设年产100万吨的生产线,部分已经投产;华熙生物已经建成了贯穿“科技创新、中试及产业转化、市场转化”的合成生物绿色制造全产业链,在产业端建成了全球最大的中试转化平台,加快合成生物科研成果转化;华恒生物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,公司近两年研发费用复合增长率达60%以上;嘉必优完成了以基因组装、基因编辑、多组学分析、代谢工程、底盘细胞定向进化等多个合成生物底层技术的体系搭建,打造了以合成生物学技术为核心的生物制造全技术链。与此同时,合成生物学这条“黄金赛道”吸引了众多“掘金人”,众多初创公司如雨后春笋般纷纷成立,全球从事合成生物学领域的公司已多达数百家。“科技-产业-资本”的循环在合成生物领域得到充分体现。此外,多家合成生物科创板公司也在提前布局初创企业。嘉必优成立了嘉必优生物产业投资(武汉)有限公司,华熙生物与赋远投资达成战略合作,共同成立赋远合成生物基金,凯赛生物战略投资AI蛋白质设计平台公司分子之心并与央企招商局达成战略合作协议。业内人士表示,总体来看,合成生物领域投资更加注重企业的实质性合作和商业布局,纯财务投资较少,并非仅为了融资而融资。“未来中国制造的能力要在全球布局,生物制造领域在其中存在巨大的机会,不仅仅是替代存量,而是创造增量。”郭恒华指出,“未来中国会有一批合成生物的上市公司,要让全球上下游的生态企业因为中国生物制造的国际化企业而获益,中国有潜力对全球产业链产生更为深远的影响。”(记者 张纹 上海报道)
关于合成生物学的探讨中,有个问题一直处于模糊状态:人工智能的切入点到底在哪?
在传统工业端,人工智能可以依托现有的工业路径循序渐进:AI+技术可以将生产流程优化到*,AI+平台则致力于将企业管理效率推到*。
然而合成生物学本身就是一门前沿学科,商业路径仍在早期探索,市场上仍缺乏一套可复制的工业化模板,没有作业可以抄。
合成生物学实在是一块大蛋糕。根据nova one advisor最新数据,2023 年全球合成生物学市场规模为 140.9 亿美元,预计到 2033 年将达到约 801.7 亿美元,在 2024 年至 2033 年的预测期内以 18.99% 的复合年增长率增长。
机遇在前,人工智能的利剑握在手中,却找不到合适的切入点,这种疑问把AI在合成生物领域应用技术创新困在了原地。
从概念上说,合成生物学的研究,本质上是把生物学和工程学相结合来设计和创建具有新颖功能的生物系统。
这套生物系统,我们运用工程学的概念推导,必须经由功能各异、形式多样并且能够良好实现预期功能的生物元件组成。
常见的生物元件包括催化酶、转录因子、转运蛋白、蛋白支架等,看似迥异却有一个共性。
这些功能元件都是蛋白质。
01 蛋白质三维结构一道世纪难题
细胞里中的DNA和RNA记录了我们的遗传信息,但真正在细胞里面执行功能的是蛋白质。
如何执行功能?蛋白质在细胞里会折叠成固定的三维构型,这个三维结构决定了它的功能。
研究蛋白质的三维结构的这个过程,被称为“蛋白质结构预测”。
解构蛋白质就像玩折纸游戏,虽然科学界对蛋白质的分子式已经很了解,但预测这些组成蛋白质的原子最后会形成怎么样的构型仍是个很困难的问题。
在过去 60 多年的历史中,科学界最开始主要利用名为“合理设计”的方法来解析蛋白质。
这种方法需要先根据蛋白质实际3D结构对蛋白质进行建模,再识别出可能影响蛋白质功能的氨基酸,解析水平严重受限于相对稀缺而难于得到的可分辨3D蛋白质结构。
为了获得更多可分辨的3D蛋白质结构,蛋白质结构生物学应运而生。
1959 年,佩鲁茨和肯德鲁对血红蛋白和肌红蛋白进行结构分析,解决了三维空间结构,并因此获得 1962 年诺贝尔化学奖。
之后豪普特曼和卡尔勒建立起应用 X 射线分析的以直接法测定晶体结构的纯数学理论,凭借在晶体研究中划时代的意义,获得1985年的诺贝尔化学奖。
下一程技术创新足足等到了2017 年,亨德森、雅克和约阿希姆三位科学家发明了冷冻电镜技术,并被授予诺贝尔化学奖。
在这长达半个多世纪的时间里,传统方法之下的蛋白质合成领域进展非常缓慢,仅解析出约15万个蛋白质,只覆盖了人类蛋白质序列中17%的氨基酸残基。
并且传统方法下的科研人员需要使用实验仪器亲自测量蛋白质的三维结构,耗费了大量的时间和成本,甚至还不一定准确。
02 后AlphaFold2时代颠覆了什么?
课题没有变,那么以AlphaFold2为代表的人工智能方法,是如何通过计算技术把蛋白质的三维结构给算出来的?
2016年,被誉为“AI预测蛋白质结构*人”的许锦波博士在CASP12(“蛋白质结构预测奥运会”)首次展示了*代人工智能方法RaptorX。
成功将残差网络应用于蛋白质残基接触图的预测中,人类对蛋白质结构的预测精度被大幅提升。
后来领导DeepMind团队,设计了AlphaFold人工智能系统的John Jumper博士当时就坐在台下,这位芝加哥大学生物物理系的博士后,在听完许锦波的报告后,全力转向深度学方法,并在两个月后加入Deepmind。
而2018年,Deepmind带着AlphaFold首次参赛CASP13,并在 98 名参赛者中名列榜首,准确地从 43 种蛋白质中预测出了 25 种蛋白质的结构。
“这是人工智能对科学领域*的一次贡献,也是人类在 21 世纪取得的最重要的科学突破之一”生物物理学家、西湖大学校长施一公对AlphaFold给予了高度评价。
蛋白质预测真正火出圈在2020年,Deepmind升级了AlphaFold2,并在CASP14(“蛋白质结构预测奥运会”)中遥遥*。
AlphaFold2团队颠覆性地提出使用注意力机制对目标蛋白进行预测,对人类蛋白质组58%的氨基酸的结构位置实现了可信预测。
这一成功让物理的trRosetta结构预测模型时代成为历史。
AlphaFold2能直接由AI幻觉(AIHallucinations)产生骨架和相应的序列,随后使用蛋白质设计工具(如ProteinMPNN),就能很快地重新设计产生幻觉的骨干序列。
目前AlphaFold2已经预测出了约20000种人类基因组蛋白质,覆盖几乎整个人类蛋白质组(98.5%的人类蛋白)。
一石激起千层浪,后AlphaFold2时代浪潮席卷而来,蛋白质结构领域多样化的AI探索如泉水般涌现。
同年Bruno E. Correia团队基于并行约束逻辑,编程出蛋白质拓扑预测模型TopoBuilder,能够从二级结构分配和拓扑折叠规则中预测蛋白质的α/β-片层和β-片层拓扑
另一方面在商业市场,全球*批AI+蛋白质企业登上历史舞台。
包括推出蛋白质预测和发现的大语言模型ESM-2的Meta AI公司、推出蛋白质预测机器学模型UniRep的Nabla Bio 公司等。
AI帮助人类破译了“蛋白质密码”,解答困扰生物学界的世纪难题被解开,下一步,人类想以自己的智慧设计出大自然中不曾存在,具有特殊功能的蛋白质。
并期待它具有诊断、治疗、乃至治愈疾病的潜力。
03 从头设计蛋白质向造物主发出挑战
这一梦想并非后AlphaFold2时代的专属,在没有计算函数工具之前,最早在20世纪80年代的科学家就开始了从头设计蛋白质的探索。
2003年,全球*由科学家从头开始设计的全新蛋白质Top7诞生。
当时该团队自行开发的Rosetta算法,首先分析蛋白质的生物物理特性,模拟出一个大致的形状,生成一个新的蛋白质骨架,然后开始迭代循环。
再根据固定的骨架设计序列,随后根据固定的序列调整骨架,只留下自由能更低的结果。
但Top7是惰性的,没有执行任何有意义的生物功能。
1997年,全球*由科学家从头开始设计的全新蛋白质序列FSD-1诞生。
研究团队利用自然界中存在的骨架结构(Figure 2A) 进行了完整的计算重新设计,算法基于物理化学势函数和立体化学约束,筛选了一个组合库中的1.9 x 10^27种可能的氨基酸序列,设计出的序列名为FSD-1。
该序列与任何已知蛋白质序列的相似度非常低,但设计效率太低。
颠覆性变革发生在2021年,AI蛋白质领域的传奇科学家DavidBaker受到AlphaFold2的启发,带领团队推出基于深度学的从头设计蛋白质设计工具RoseTTAFold。
RoseTTAFold系统结构简介
RoseTTAFold是一个“三轨”神经网络,这意味着它同时考虑一维蛋白质中的氨基酸序列、二维蛋白质的氨基酸如何相互作用以及蛋白质可能的三维结构。
不仅能如AlphaFold2般计算数百种新的蛋白质结构,还能生成与人类健康直接相关的蛋白质结构,包括与非正常脂质代谢、炎症障碍和癌细胞生长相关的蛋白质结构。
2022年,该团队还推出基于深度学的从头设计蛋白质序列新工具ProteinMPNN。
该工具能够在几秒内设计出原创蛋白质分子,并在自然蛋白质骨架上实现52.4%的序列恢复率,而传统的 Rosetta方法仅为32%。
ProteinMPNN设计的纳米环形结构
这些成果都表明,人工智能技术加持下的蛋白质设计工具,可以用从前所需时间的很小一部分,构建出复杂生物组件的模型。
其技术飞跃背后,与后AlphaFold2时代涌现出的相关大语言模型(Large Language Model)紧密相关。
比较有代表性的包括Noelia Ferruz团队的ProtGPT2,这是一套用于蛋白质设计的深度无监督语言模型。
以及Salesforce AI Research 公司的蛋白质语言模型ProGen,可以一次性生成百万序列,而且对酶家族有独特优势。
到如今,风头无二的生成式AI让人类从头设计蛋白质的水平再上新阶梯,基于扩散模型的深度学模型出现。
DavidBaker团队发布的深度学模型RFDiffusion能够突破既往诸多蛋白质设计限制,可根据需要“定制化”设计出包含高阶对称结构等以往无法通过AI设计的蛋白质。
图神经网络(Graph Neural Networks)的应用也极大提升了模型的设计精确度。图神经网络(Graph Neural Networks)的应用也极大提升了模型的设计精确度。
AI蛋白质领域明星企业GenerateBiomedicines开源的生成式人工智能模型Chroma,就建立在扩散模型和图神经网络的框架上,能够从头生成高质量、多样化和创新的蛋白质结构。
在相关论文中研究团队使用Chroma生成了310个自然界中不存在的蛋白质,并通过实验验证了这些蛋白质可以表达、折叠,并具有良好的生物物理特性。
利用人工智能从头设计蛋白质模型的工具诞生,让工业界按需设计生物分子成为可能,为人类带来变革性疫苗和药物开发的新时代。
04 蛋白分子机器回归合成生物
了解到AI+合成生物学的切入点“蛋白质工具”的历史变迁与技术前沿,我们将视野收归合成生物学。
近年来,以 AI 为核心的蛋白质设计已经从技术概念过渡到价值验证阶段。
在实际的生物学和工程学相结合的生物系统中,我们最主要的目标在于,能不能通过AI+蛋白质结构学工具,按需优化现有的蛋白质或者定制设计蛋白质。
比如对特定抗体进行优化,使得它能够跟抗原结合更好;或者说能不能设计一个自然界不存在的蛋白,用它来制药或用于其他目的;或者能不能把某一个生物酶优化得更好?
未来的合成生物学方向,必然走向对工程原理的模块化管理,需要能设计具有任意形状的复杂结构,从而实现即插即用,类似于工业流水线。
这意味着其中的必要元件——设计出的蛋白质,能根据需要调整其生化参数,响应内外刺激,并且能够与其他功能模块组合,形成复杂的“蛋白分子机器”。
无论是抗体药物研发还是合成生物学的酶工程方向,蛋白分子机器的构建是合成生物学从实验室走向工厂,实现规模化生产的必然要求,其中人工智能是必不可少的助推力。
毕竟,蛋白质是人类合成万物,重塑物质世界的基石。
相信不久的将来,我们就能见证人类创造出具有可调性、可控性和模块化的蛋白质,并勇敢驶向合成生物学的星辰大海。