合成生物重塑未来农业食品，为“技术”匹配“场景”是商业模式成立关键点
编者按：“合成生物学”被称为继“DNA双螺旋结构的发现”和“人类基因组计划”之后的第三次生物技术革命。以“合成生物学”为代表的新兴技术成为了全球科技竞争的新焦点，已广泛应用于医疗健康、化工、农业、食品、能源等多个领域，自2020年下半年开始，合成生物已经成为资本追逐的热门领域。近期，35斗撰写了合成生物学技术在农业食品领域应用情况的研究报告，详细分析了相关技术在具体细分领域、场景的应用情况，并结合对企业家、投资人的一手采访信息，厘清产业图谱并展望行业趋势。本篇文章为研究报告节选，系列文章全部发表之后可联系斗老师获取完整报告。
人口爆炸式增长、气候变化、战争以及疫情等内外环境的影响下，当前全球的粮食安全面临着严重的威胁。联合国粮农组织（FAO）最新发布的《2022世界粮食安全和营养状况》报告指出，2021年，全球约有23亿人（占比29.3%）面临中度或重度粮食不安全状况，近9.24亿人（占比11.7%）面临严重粮食不安全状况。
而与粮食危机相对的，却是耕地、水、能源等资源有限地开发和增长，这也间接表明，《2030年可持续发展议程》提出的到2030年消除饥饿、粮食不安全和营养不良的目标，将可能出现进一步的偏离。因此，迫切需要找到一种快速、可持续的方式，在有限的资源当中生产更多的农产品以及改良产品营养品质，来确保未来的粮食安全。
而新兴的合成生物学，也逐渐验证了其在农业食品中的产业价值，已经以其构建、控制和编程细胞行为的能力，展现出了其在农业食品领域应用当中的巨大潜力，对农业食品的创新发展起到强有力的推动作用，成为很多国家进行战略布局的重要技术领域，甚至更多的权威机构预测未来超过一半的直接影响可能来自医疗健康以外的农业食品领域。
在应用层面，合成生物学已覆盖农业食品行业多个产业发展，是“粮食安全”“大食物观”“碳中和”发展战略的重要诠释。在农业食品创新发展方面，作物育种、生物肥药、创新兽药及肥料、创新食品及添加剂、功能性食品原料、废弃物资源化、新型材料开发和农业环境修复等领域已经初见成效。
从广义定义出发，根据35斗统计，2018-2022年，中国农业食品合成生物学创新企业共发生85起融资，涉及近60家初创企业，融资总额达80.6亿元，尤其在2022年合成生物学在农业食品领域迎来了爆发点，融资事件达46起，融资总额66亿元，约占合成生物学所有应用领域的48%，成为名副其实的重要应用版块。
2023年投资机构对农业食品合成生物领域投入了更多关注，大量资金开始涌入到广义的合成生物赛道，呈现一个爆发期，合成生物到底是不是一个资本泡沫？巨量资本流入是否仍将在合成生物学领域持续？拿了一级市场近百亿的合成生物企业今年能否在农业食品领域有新的商业化成果？近5年又会有哪些新的落地场景和趋势？
35斗研究团队，通过一对一调研访谈，获取一线信息和观点，尝试梳理信息进一步加入有效论据，厘清中国农业食品领域合成生物学产业化基本情况、问题以及发展机遇。
接下来，我们将筛选出本报告部分章节内容，连续发布4篇稿件，并于最后一篇内容发布后，发布报告全文（联系斗老师即可获取）。行业复杂，报告所述不免挂一漏万，如有谬误，热诚欢迎读者朋友们沟通修订。
农业食品领域合成生物企业的商业模式探究
一直以来，合成生物学企业在进入行业时，面临的第一个问题就是做平台还是做产品，但回归到最核心的问题上其实就是产品/服务能不能找到市场。
这也意味着，无论一家合成生物公司究竟选取哪种技术路线，有多么复杂与先进，它最终都要实现商业化落地。那么它就至少要回答四个基本问题：产品/服务卖得出去么？能规模化么？是最优解么？公司的业务科学么？
1. 到底是在存量市场里谋发展，还是在增量市场里求突破？
选品之前其实首先考虑的就是选什么样的市场，是存量市场还是增量市场？
在谈存量市场和增市场这个话题之前，我们也与多位企业家进行了沟通，然而不同产品类型的企业观点各异。就目前来看，合成生物学在农业食品中的产业化到底是应该在存量市场里开展争夺战，还是在增量市场中寻找独特价值，这需要根据两种市场场景的特点及企业侧重点等多因素来看。
1.1 存量市场从问题切入找产品
在与多位企业家沟通的过程中，对于市场化程度比较高的大宗商品或大单品，其实合成生物学是在现有的存量市场中带着问题找方法，主要针对面临成本较高、直接获取较难、市场缺口大等问题的产品，希望通过合成生物学技术有所突破。
一直被合成生物学产业界提到的典型案例就是青蒿素，也是合成生物学市场的开山鼻祖，Amyris把生产青蒿素的基因从植物中提出来，导入酵母，让酵母在大规模发酵中，从简单的可再生糖类源源不断生产出青蒿酸，然后提纯并将其转化成青蒿素联合疗法中的衍生物，这一过程不仅可以生产青蒿素，在编辑酵母的过程中还能产生许多其它分子。目前，大约有 9 种不同的分子，被Amyris 用于目前市场上的商品和消费品中，因此也诞生出合成生物学领域的第一家纳斯达克上市公司，但由于经营问题，已于2023年8月9日宣布破产，但业内人士仍对Amyris的技术持肯定态度。
作为国内合成生物学的明星企业，蓝晶微生物也是选择了新型化工材料领域，根据公开采访资料，蓝晶微生物联合创始人兼CEO张浩千博士透露，选择该领域主要是由于目前国内化工材料行业的产业规模在2万亿元到3万亿元的量级，是美国市场体量的3倍，仅存量市场就有很多的成型需求。创业者从这切入肯定更有机会，也是蓝晶微生物也是看准了PHA的市场空间才如此重金投入。
食品原料中功能食品原料和食品添加剂是一直被看好的领域。作为国内最早从事以微生物合成法生产多不饱和脂肪酸及脂溶性营养素的高新技术企业之一，嘉必优在成立之初就选择了ARA作为企业攻关产品，因独特的生产工艺成为全球 ARA 产品主要的供应商之一，随后逐渐增加不同单品，均为可广泛应用于婴幼儿配方食品、膳食营养补充剂和健康食品、特殊医学用途配方食品等领域的主要产品，2021 年，ARA和藻油DHA的市占率分别为14%和2.1%，在全球范围内有较大的国产替代空间。
1.2 增量市场以独特性为切入点
与现在很多大宗产品企业不同的是，农业食品领域的小单品反而有更多的试错机会，多数初创企业都在试图寻找新的增量市场，也许目前多在研发阶段，但有些产品也逐渐开始规模化，为合成生物学的增量市场增添了信心。
在与动保合成生物学初创企业沟通时，创始人向我们透露，由于极端天气出现频率越来越多，由此导致的新型动物疾病、疫病也随之增加，在新的疫病出现之后，企业就要抓住机遇研发出新型疫苗及药物，当然这个路径会比较难，对于企业的要求极高，挑战性极大。但是，如果换一个思路，迭代自身产品以适用于更多物种，这也属于为产品寻找增量市场，然而无论什么途径也都验证了前期技术和平台搭建的重要性。此外，转型升级是一个大趋势，在不断迭代存量市场产品的过程中，也会推动企业找到新的增量市场机遇。
再以生物农药市场为例，国内生物农药市场容量到底有多大，尚没有专业的机构和人士给出具体的数字，但根据相关企业专家粗略估计市场容量在百亿元以上，这也使更多的企业投身研究RNA生物农药、微生物农药、纳米农药等。如今，像RNA生物农药一样都还比较神秘，虽然暂时还未正式走向国内市场，但是已经出现类似硅羿科技、植生优谷这样的企业，试图推动产业化，拥有包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂和种衣剂等在内的多种在研产品，离规模化生产的目标更近了一步。
无论是存量市场还是增量市场，合成生物学的产品研发无法一蹴而就，从立项到验证再到最后量产，均需耗费时间和金钱，错误决策很可能导致前期投入有去无回。因此，再往下一层面拆解就是“拿什么产品进市场？”。若想有相对稳定的商业前景和长期发展潜力，一般来说，公司提供的产品要么需求够大，要么需求够硬。
2.选品迎来选大需求还是选硬需求的商业抉择
需求够大，即该原料下游用量巨大，如GABA、食品添加剂等产品。对于此类产品而言，只要公司能够在合理成本范围内，通过合成生物技术大规模制备，开拓市场比较简单。像三元生物、保龄宝等生产的生物多糖，如麦芽糊精、赤藓糖醇、抗性糊精等功能糖产品，应用广泛、市场需求大，具有较好的市场效益，但同样也会存在较大的市场竞争，毕竟分食大盘子的现象在国内生物制造业中也比较凸显。
需求够硬，即产品需求可以不太大，但也至少是一种刚需。如Januvia（又称西格列汀或者佳糖维），这是一种用量很大的降糖处方药，需求虽然不及大宗工业原材料，但贵在十分固定，且传统化学制备法不易合成，这就给合成生物技术提供了天然的市场空间。而其它附加值极高的领域，如不可或缺的功能性食品添加剂，或是生产细胞培养肉的血红素，同样是合成生物公司重点开发的产品管线。
目前，在产品筛选上，大部分初创公司会选择以天然提取物和全新分子这两个角度去选择产品，这两条路线都有产品附加值高、市场需求增速较快的特点。对于初创公司来讲，商业放大是一个难点，所以选择一个对放大规模不苛刻的单品，从公司发展初期角度来讲是有益的。
而对于传统龙头企业工艺改进以及已获得多轮巨额融资的发展中企业来讲，通过现代合成生物学手段替代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，成为主要切入口。
国内农业食品领域，嘉必优是一家选品比较成功的企业，其主营的花生四烯酸ARA（主要用于婴幼儿配方奶粉、健康食品、动物营养和食品饮料）约占国内市场份额的40%以上，呈现行业寡头垄断格局。2020年，嘉必优提出构建“一主两翼”的业务格局，以人类营养领域为“一主”，以个人护理和美妆领域、动物营养领域互为“两翼”。通过生物制造平台化技术的掌握，逐步形成了以ARA、DHA等为代表的脂肪酸系列、番茄红素、虾青素等为代表的类胡萝卜素系列以及以SA等为代表的复杂碳水系列的生物产品线，在国内合成生物学商业落地方面颇为成功，形成了大小单品融合发展的局面。
当然，要求创业公司在早期阶段就精准切中市场的关键需求，也是过于苛责的。选品失败难以避免，但公司仍需密切关注市场动向，并结合自身研发进度、国家政策及行业需求等作出适时调整，规避发展路线上的风险。
平台型的企业就比产品型企业发展的就好吗？答案也是：同样艰难。
3. 合成生物CXO仍面临巨大挑战
对于平台层企业主要侧重菌种的设计改造与软件平台系统开发，输出技术和服务。而国内发展还处在早期阶段，截止到目前，国内还没有出现平台型上市企业。在睿兽平台统计的数据中，中国广义的合成生物学关联企业现有925家，其中工具层企业441家（占47.68%），平台层企业54家（占5.84%），应用层430家（占46.48%），呈现两端大中间小的格局，分布极不均匀。
这也就出现了，在2018-2022年，合成生物学领域融资中，平台层企业融资额仅占所有融资总额的12.4%，约为181.67亿元；而工具层融资总额为542.97亿元，占所有融资总额的37.1%；产品层融资总额为741.49亿元，占所有融资总额的50.5%，融资分布也极不均匀。
根据睿兽平台统计的62家典型合成生物学企业信息，国内平台型企业仅为9家，并多处于A轮及以前的早期融资阶段，而平台层企业应用技术更为广泛、开发研究资金需求巨大，需要重金锻造。与同样是平台层企业的Ginkgo Bioworks相比，Ginkgo Bioworks在上市前就斩获了7.98亿美元的融资，并且在2021年以作价150亿美元的成绩在纽交所上市，国内平台层企业仅在融资体量上就存在较大差距，还有很长的路要走。
此外，在国内的平台层企业中，以大数据与机器学习（22家）和高通量自动化实验设备（20家）企业为主，而在基于微流控等平台开展定向催化筛选和改造底盘细胞方面，以及在基于大数据、人工智能等技术的微生物反应器、生物发酵罐、生物设计软件、过程传感检测等方面都缺乏头部企业，从服务角度来看合成生物CXO的服务整体条件还不足，面临巨大挑战。
从市场需求来看，由于目前合成生物总体市场规模占比不大，对产品研发的需求也不大，仅仅依靠平台为客户提供研发服务，可能并不足以支撑平台型公司的发展，因此平台型企业现阶段的盈利能力受限。
同样，追溯到全球市场，我们还是以平台层上市企业代表Ginkgo Bioworks为例，年初Ginkgo Bioworks发布了2022年的财务业绩，可以发现Ginkgo收入由两大业务板块构成，即 Foundry 板块和生物安全板块，全年收入均实现了幅度较大的增长，增幅分别达到27%和66%，不过生物安全版块的收入约占总营收的65%~67%。
相关专业人士预测，Ginkgo在Foundry 板块预计还需要几年时间才能达到收支平衡，而对于Ginkgo 的商业模式是否会在未来几年内取得成功可能并不明显，即使 Ginkgo 最终取得成功，实现下游价值并展示其商业模式的可行性也需要时间。
也意味着，真正像育种CRO企业的爆发式发展，合成生物学CXO在农业食品领域的发展还有很多路要走。
当然，平台型企业和产品型企业，并无优劣之分。从产业角度讲，平台型公司主要提供技术支持，而产品型公司则推出产品并解决关键的商业化问题，但无论如何，能够交付过硬的产品/服务，才是产业链中的核心价值。
这也就推动行业出现了融合发展的全产业链模式，平台型公司可以向下游延伸进入产品领域，而产品型公司凭借其研发经验也可向上游延伸打造平台，这样反而赋予了企业更强的延展性，更具成长性。
4. 平台与产品并非泾渭分明，全链条企业逐渐涌现
现在很多企业和投资机构都不再为划定到底是平台型企业还是产品型企业而焦虑，因为我们看到一种融合模式正在快速发展起来。
2022年，平台型企业和产品型企业正在双向奔赴至“平台+管线”的模式：多家平台型企业开始自建产品管线，以验证自身菌种研发和商业落地的能力，如完成两轮共过亿元融资的初创企业倍生生物，除了构建IT化的微生物菌株理性设计平台外，也在研发发酵饮料等管线。产品型企业，除了将核心管线推向量产外，也在承接医药公司、美妆公司的研发合作或定制化解决方案。
态创生物在全产业链发展中也是国内比较典型的案例，态创生物以小分子活性肽作为切入点，最初选品的成功，使公司获得了盈利并在一年多的时间里获得了数亿元融资，进而推动研发和商业化进展。
在生产高附加值产品的同时，态创生物利用自有的微流控（高通量筛选）平台、定向进化平台等七大技术平台，筛选生产效率最高的细胞工厂，强势助力菌株构建、底盘细胞开发和提升效率。此外，态创生物拥有智能工厂，可以精密控制、缩短中试到规模量产周期， 使得公司做到快速提升发酵生产效率，扩大量产的规模效益，打造出一条从研发到生产全链路发展模式。
在全产业链发展中，形成上游以元件、菌种库等平台助力细胞工程搭建；中端注重目标产物合成路径、代谢路线、表达载体等高效循环运作，通过微流控等平台提升发酵效率；下游构建完善的小试—中试—量产路径。这也赋予了态创生物多种跨领域产品量产能力。
另外，态创生物拥有稳定的供应体系和强大的销售、新业务拓展团队，为公司全产业链发展奠定基础。
5.写在最后
未来1-2年，对于已经获取多轮融资的合成生物学企业，面临成功商业化的压力巨大，也许产品与平台的融合会是多数企业的选择，毕竟先选出可以量产的产品，支撑企业更好地“活下来”，再寻求新一轮的突破，是一个不错的选择。
