化工系列研究(十九)：合成生物产业化加速，生物基材料有望推动化工行业绿色发展.docx

第三次生物技术革命——合成生物学 4

合成生物学定义及发展历程 4

合成生物学打造化工绿色基因，选品是关键 8

生物基材料——合成生物学化工领域代表 8

显著降低能耗且具备替代价值是选品关键 15

投资建议 18

风险提示 18

图1合成生物学的一般途径 4

图2近十年重要技术进展推动DBTL进程 5

图32000-2018年合成生物学研究的代表性进展 6

图42015年以来我国合成生物材料相关政策时间线 7

图52017-2026年全球合成生物学市场规模（亿美元） 8

图6当前主要生物基化学产品 9

图7PA66产业链 10

图8PA6产业链 10

图9生物基PA56的合成路径 11

图10全球生物塑料产能情况（万吨） 11

图11欧洲生物塑料协会预计2028年全球生物塑料产能占比 12

图12短链PHA合成途径示意图 13

图13不同单体来源PBS的合成示意图 14

图14低碳生物合成路径 16

图15PA66产量、出口量及表观消费量（吨） 17

图16PA66开工率 17

表1近年我国合成生物行业相关政策梳理 7

表2多种纤维性能对比 10

表3PBS与PLA、PE-HD、PE-LD的物理性能 13

表4已建成的生物基丁二酸生产线 15

表5工业重点领域能效标杆水平和基准水平（2023年版）（节选） 16

表6丙氨酸各生产工艺情况对比 17

第三次生物技术革命——合成生物学

合成生物学定义及发展历程

合成生物学以生物科学为基础，汇集化学、物理、信息技术、工程技术等学科而形成，利用基因技术与工程学概念设计改造现有的或合成新的生物体系，揭示生命运行规律，变革生物体系工程化应用，从“格物致知”提升到“建物致知”，为医药健康、工业、农业、能源等行业的生产、改进提供新的解决方案，被誉为是继“DNA双螺旋结构”发现和“基因组测序”之后的“第三次生物技术革命”。

合成生物学通过构建高效的细胞工厂来实现制造，生产步骤主要分为四块，底盘细胞筛选、生产细胞设计与构建、发酵生产、分离纯化。

图1合成生物学的一般途径

资料来源：《合成生物学在化工新材料领域的应用及展望》陈洁等，

底盘细胞是合成生物学生产的基础。目前底盘细胞主要包括三个体系：真核细胞、原核细胞和通用植物底盘细胞，研究人员根据具体的研究和应用选择不同的生产体系。

生产细胞的设计与构建采用工程学“自下而上”的思维，汇聚了基因工程、线路工程、代谢工程等多个学科的技术。生产细胞的构建需要设计出目标产品的最优合成路径，最早研究人员采用随机诱变的方式改造微生物，耗时长，效率低。随着生物学的发展，研究人员采用工程学的DBTL策略对微生物进行有目标的改造并持续迭代，主要过程：1）对生物系统进行设计，2）利用标准化的生物元件将其构建成可被调控的基因线路模块，3）通过基因合成、基因编辑和细胞培养等技术手段创造出符合设计及功能需要的生物系统，4）通过大量测试，逐步优化提高生产细胞的效率及稳定性，最后根据测试结果和研究测试数据，为新一轮循环提供支持。

图2近十年重要技术进展推动DBTL进程

资料来源：《Theseconddecadeofsyntheticbiology:2010–2020》Meng,F.andEllis,T.，

发酵工艺是实现产业化的必经之路，发酵生产环节需要大量时间积累经验。合成生物学的最终目标产物需要经过发酵和分离才实现产业化，生产规模从克到千克再到吨的放大，要经过实验室阶段、小试、中试再到大生产线的不断试验和优化。在不同规模和生产条件下，

越是大宗产品的发酵，固定资产和能耗越高，物料和资金的投入也都快速的上升。另外，发酵生产和发酵产业又存在一定的区别，发酵产业是一个比较传统的产业，而发酵生产考虑的工艺条件和因素更多，需要大量的时间和经验的积累。

产品通过分离纯化达到特定标准。在完成发酵后，根据产品的特点采用多种技术将最终目标产物从发酵液或生产细胞中分离、纯化出来，以达到最终产品的特定标准。

近二十年合成生物学经历了创建时期、扩张和发展期、创新和应用转化时期，目前处于全面提升，快速迭代的新阶段。合成生物学概念最早可追溯到20世纪初，具有多学科交叉的特点，在当时的技术条件下难以实现。上世纪七十年代以来，一系列的技术进步促进了合成生物学的发展，随着分子克隆和PCR的进步，基因操作为人工设计、调整、控制基因提

供了技术手段；DNA测序技术进步和计算工具的改良帮助实现了微生物基因组的完整测序等；分子生物学将计算分析应用到生物实验研究中，促进了