生物试剂行业研究报告:生物试剂长坡厚雪_国产替代方兴日盛.docx
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1、生物试剂行业研究报告:生物试剂长坡厚雪_国产替代方兴日盛1 生物试剂行业:生命科学研究“卖水人”,长坡厚雪优质赛道1.1 生物试剂为生命科学研究中的核心消耗品,行业护城河坚固生物试剂行业处于生命科学研究产业链的上游,包括生命科学基础研 究使用的生物材料、有机化合物,以及临床诊断、医学研究中使用的 试剂,根据用途差异可划分为分子类试剂(酶、核酸、载体等)、蛋白 类试剂(重组蛋白、抗体等)和细胞类试剂(转染试剂、培养基等) 三大类。 作为生命科学研究中的核心消耗品,生物试剂被广泛应用于基础科学 研究、高通量测序、体外诊断、医药及疫苗研发和动物检疫等多个领 域,其终端客户主要为两类,一类为基础科研用
2、户,包括高校及研究 院所,另一类为工业客户,包括制药企业、体外诊断企业、疫苗生产 企业。“生产研发能力+销售渠道”双重加固,构筑生物试剂行业护城河。 (1)从生产&研发端来看,生物试剂行业技术难度大,对人才专业能 力要求高。生物试剂行业涉及临床医学、免疫学、生物医学、有机化 学、生物化学、分子生物学等多学科,属于知识、技术、人才密集型 行业,对从业人员专业背景及研发水平要求十分高,企业需拥有强大 的技术开发能力、并通过多年的研究积累,才能具备一定竞争优势。 人才的招募与培养、技术的研发积累、创新体系的建立均为较长期的 过程,新进入者难以在短期内实现突破。(2)从销售端来看,生物试剂行业客户粘性
3、较强,先行者品牌优势明 显。采购生物试剂产品的客户包括科研院校、高通量测序服务企业、 体外诊断试剂生产企业、制药企业等,用户对产品质量及稳定性具有 较高要求,更倾向于选择具有较高品牌知名度的产品,且一旦选择, 通常不会频繁更换,客户粘性较强,率先进入该领域的企业品牌优势 明显。此外,生物试剂行业的终端客户较为分散,需要依赖厂商广泛而有效的销售网络进行开拓与维护,行业新进入企业难以在短时间打 造客户信赖度和拥有较为广泛的用户群体。1.2 生物试剂种类繁多,分子类产品占据半壁江山由于生命科学研究细分方向众多、研究对象十分复杂,相应而言,所 需使用的生物试剂种类繁多。从大类来看,分子类试剂主要包括核
4、酸、 酶,国内相关企业包括诺唯赞、全式金,蛋白类试剂主要包括抗体、 抗原和重组蛋白,国内主要企业包括义翘神州、百普赛斯,细胞类试 剂主要包括培养基和转染试剂,国内主要企业包括健顺、奥浦迈。从市场规模占比来看,生物试剂以分子类试剂为主,根据 Frost &Sullivan 的数据,2019 年我国生物试剂中分子类试剂产品市场规模 约为 69.22 亿元,占整个市场的 50.90%,蛋白类试剂市场规模约为 39.98 亿元,细胞类生物试剂市场规模约为 26.79 亿元,分别占整个市 场的 29.40%、19.70%。1.2.1 分子类试剂:酶为核心要素,国产品牌集中度有待提升分子类生物试剂是指进行
5、核酸及小份的实验中所需用到的试剂,包括 Taq DNA 聚合酶根、逆转录酶、定制序列的 RNA 和 DNA 片段等。 分子类试剂主要构成是各类酶和由有机化合物、无机化合物、超纯水 组成的缓冲液等,不同分子类生物试剂产品的区别主要体现为酶的种 类、用量以及缓冲液的配方,由于不同的酶对缓冲环境的浓度、pH 值、 温度等因素要求存在差异,因此酶溶液的配制和缓冲剂配制为整个分 子类生物试剂生产工艺流程的关键部分。酶功能特异性较强,应用广泛。通过对酶的定向改造,可以制备出具 有序列识别功能、高效催化活性的工具酶,特异性的工具酶在一定的 条件下可以对底物分子进行高效定向催化,酶的反应条件温和、生物 相容性
6、良好,目前已被广泛地应用于核酸、蛋白质等生物活性分子的 生产及分析检测。酶种类繁多,酶的定向改造技术、产业化生产能力和酶库的丰富度为 关键的竞争要素。酶制剂的种类繁多,针对不同的应用场景具有不同 的结构,例如 PCR/qPCR 中所需要的 Taq DNA 聚合酶、体外转录及 修饰所用到的 RNA 聚合酶、加帽酶等。虽然现在酶的定向改造方法 较为成熟,但酶在产业化生产过程中,对完整的平台开发体系要求较 高,需要酶学、蛋白质科学、生物信息学、缓冲化学等多个学科的专 业人才,且要求其具备丰富的开发经验,才能实现高质量酶的稳定量 产。此外,由于分子类生物试剂的差别主要体现在酶的种类和酶溶液 配制上,因
7、此拥有丰富突变酶库的企业,就可以拥有更强的开发和配 制多种适用性分子类试剂的能力。从市场规模来看,分子类生物试剂市场规模逐年扩大,呈现加速扩张 趋势。根据 Frost &Sullivan 的数据,我国分子类生物试剂市场规模由 2015年的39亿元,增长到2019年的69亿元,年复合增长率达15.33%, 从过往几年增速变化来看,存在加速趋势,同比增速从 2018 年的 16% 上升至 2019 年的 18.97%,发展态势良好。从竞争格局来看,外资品牌占据国内市场主要份额,国内品牌中诺唯 赞遥遥领先,国产品牌集中度有待提升。根据 Frost &Sullivan 的数据, 2020 年中国分子类
8、生物试剂超 70%的市场份额被外资占据,其中赛默 飞、凯杰、宝生物(Takara)、伯乐生物(Bio-Rad)合计占比超过 40%, 诺唯赞为国内分子类试剂领先企业,仅占据 4%的市场份额,进口替 代空间较大。从国产分子类生物试剂品牌的竞争格局来看,国产前五 大企业占比不到 25%,国产品牌市场较为分散,集中度仍待提升,其 中诺唯赞位于绝对龙头地位,占比达 13.70%,远高于规模第二的全式 金(市占率为 5.30%),康为世纪、爱博泰克、翊圣生物分别占比为 2.30%、1.60%、1.00%。1.2.2 蛋白类试剂:制备工艺复杂,品种众多,行业处于高速成长 期蛋白类试剂主要指围绕蛋白质大分子
9、进行的实验中所需的试剂,主要 包括重组蛋白、抗体、蛋白芯片以及专用于蛋白的修饰、纯化、电泳 的产品。重组蛋白和抗体为其中最重要的两大类产品。(1)重组蛋白重组蛋白生产工艺复杂,细胞转染、培养及上清收集是生产关键环节。 在生命科学研究中,为了研究特定的蛋白质和生物调控之间的关系, 通常需要生成相应目的功能的蛋白。由于蛋白质结构较为复杂,难以 直接化学合成,需要利用基因工程及细胞工程等技术,对来源于活细 胞的 DNA 进行改造后,将其作为模板生成具有一定功能和活性的蛋 白质,也就是重组蛋白。一般而言,重组蛋白生产需要经过细胞培养、细胞转染、上清收集、 蛋白纯化、保存等工艺,其中细胞培养较为复杂,是
10、生产的难点,细 胞转染是核心环节,在该环节中,需将用以表达特殊序列重组蛋白对 应的基因序列转染到细胞,以便进行后续的蛋白表达,而上清收集及 蛋白纯化则直接影响产品的纯度与质量。重组蛋白品类及活性差异来源于宿主及表达系统的差异,真核哺乳动 物细胞表达蛋白在人用药物研发中优势最为明显,但生产难度和成本 也最高。常见的重组蛋白表达系统可分为原核细菌蛋白表达系统、真 核酵母蛋白表达系统、真核昆虫细胞蛋白表达系统、真核哺乳动物细 胞蛋白表达系统,宿主及表达系统的差异影响重组蛋白的活性、表达 率等,一般真核哺乳动物细胞表达生产的重组蛋白的蛋白修饰、蛋白 折叠、蛋白结构更加接近天然人源蛋白,在人用药物研发与
11、生产中的 应用更加有优势,能提高人用药物研发的精度和成功率。从种类上,按照标记状态区分,重组蛋白可分为标记蛋白与非标记重 组蛋白,标记重组蛋白主要是通过生物素、荧光素等标记工具对蛋白 进行标记,主要是为了简化研发人员实验操作,更为精准的识别、区 分和筛选相应的抗体、重组蛋白,应用范围较为集中,主要用于生物 成分检测,如血药浓度检测、免疫原性检测等。而非标记重组蛋白覆 盖了多种疾病的靶点及生物标志物,生产工艺相较于标记重组蛋白更 为简单,价格和成本也更低,被广泛运用于生物药、细胞免疫治疗、 诊断试剂的研发和生产质量控制环节。国内重组蛋白市场规模快速扩张,国产品牌发展空间广阔。随着生物 药行业的高
12、速发展以及药物研发支出的持续增长,作为生物医药研发 的核心工具,重组蛋白试剂需求旺盛。由华经产业研究院的数据可知, 全球重组蛋白生物试剂市场规模自 2015 年的 70 亿美元,增长至 2019 年的 97 亿美元,年复合增长率为 8.50%。而据 Frost &Sullivan 数据, 中国重组蛋白生物试剂市场规模由 2015 年的 4 亿元增长至 2019 年的9 亿元,年复合增长率为 22.47%,远高于全球增速水平,国内重组蛋 白市场规模扩张迅速。外资品牌占据国内重组蛋白主要市场,本土企业能力逐步提升,产品 媲美进口产品,国产替代进口可期。国内目前重组蛋白试剂市场较为 分散,外资品牌占
13、据国内主要市场,根据 Frost &Sullivan 的数据,2019 年中国重组蛋白试剂市场中,前 5 家公司占据市场 47%的份额,其余 约 53%的市场份额被众多小公司瓜分,市场集中度较低,其中市场份 额第一、二名为外资品牌 R&D 与 PeproTech,分别占比 20%和 16%, 国内领先企业义翘神州和百普赛斯分别占比 5%、4%。近年来,随着国家对生物研究、药物开发等领域的支持,对关键核心 原料自主可控的倡导,国内相关生命科学产业链快速发展,本土企业 研发能力显著进步,国产重组蛋白品牌中,义翘神州、百普赛斯、近 岸蛋白领跑,其中义翘科技以 4179 万元的销售额占据了 5%的市场
14、份 额,百普赛斯销售金额为 3500 万元,在国内品牌中排名第二。随着本 土产品质量的不断提升,在价格和服务能力优势加持下,逐步打破进 口主导的局面,国产替代可期。(2)抗体抗体是在生物体内由抗原刺激产生,能与抗原特异性结合的免疫球蛋 白,可对目的蛋白进行定性、定量及定位检测。由于抗原的种类繁多, 仅人属抗原就不少于 20 万种,此外还有鼠、兔等多种反应种属,叠加 单/多克隆性、偶联物及应用方法等多种属性,形成各种类型的抗体, 目前市面上的抗体种类多达数百万种。从分类上,基于技术的发展历程,抗体可分为多克隆抗体、单克隆抗 体和基因工程抗体。其中,单克隆抗体可分为鼠源性单克隆抗体、嵌 合性单克隆
15、抗体、人源化单克隆抗体和全人源单克隆抗体。基因工程 抗体可分为嵌合抗体、小分子抗体、双特异性抗体、抗体偶联物、抗 体融合蛋白,基因工程抗体工艺复杂,成本较高,但是可以降低抗体 对人体的免疫原性,提升研究实验的成功率。抗体应用路径较广,在实验环节起到关键作用。科研工作中, 酶联免 疫吸附实验(ELISA)、蛋白质印迹法(WB)、免疫组织化学(IHC)、 流式细胞术(FCM)等实验应用技术路径都需要用到抗体,抗体在实 验环节通过和特异性抗原结合,达到定性或定量检测的目的,且不同 的实验方法均需用到不同种类的抗体。从市场规模来看,全球抗体市场持续增长,亚太市场占比逐年扩大。 根据 Frost &Su
16、llivan 的数据,全球科研抗体试剂的市场规模从 2015 年 的 22.1 亿美元增长到 2019 年的 26.2 亿美元,年复合增长率为 4.3%。 从市场集中度来看,欧美区域是全球科研抗体试剂的主要市场,其中 美国占比接近 40%,欧洲占比在 27%左右,亚太市场的占比逐年提升, 从 2016 年的 23.9%增长到 2019 年的 26.4%,预计 2022 年占比达 28.8%。从抗体供给区域分布来看,北美和欧洲地区抗体试剂产业较为发达, 全球 90%以上的供应商分布在欧美地区。根据 Frost &Sullivan 的数 据,北美拥有 98 个抗体供应商,占据全球 176 个服务供
17、应商的 55% 以上,欧洲供应商有 62 个,占比为 35.20%,亚洲供应商 13 个,占比 为 7.40%,其中来自中国的供应商在全球科研抗体试剂供应商中仅占 比 5.1%。在中国市场,外资品牌占据绝对优势地位,市场占有率超过 90%,其 中 Abcam、Merk、CST、Invitrogen(Thermo Fisher)、R&D 等国外公 司为市场上的龙头企业,所占市场份额分别为 8.40%、7.30%、6.60%、 5.70%、4.10%。而国产品牌尚处于起步发展阶段,产品种类较少,主 要集中于中低端产品,2019 年合计占比仅为 9.80%。1.2.3 细胞类试剂:长期被外资垄断,仍
18、在起步期细胞类试剂主要指围绕体外细胞进行的实验中所需的试剂,包括培养 基、转染剂、以及专用于细胞培养、转染、凋亡、裂解的单个产品或 试剂盒等,其中培养基是细胞类试剂最主要的产品。 培养基对细胞成长意义重大,是细胞体外培育最关键的用料。细胞培 养技术指将从生物机体中取出的细胞放置在有利于其生长的人工环 境中培养的技术,由于特定的细胞对其生存环境的酸碱度、营养类型 均有特定的需求,因此选择适当的细胞培养基是细胞成功培育最关键 的步骤。细胞培养基通常包含培养细胞的能量来源和调节细胞周期的化合物, 一般由缓冲系统、无机盐、氨基酸、糖类、脂肪酸(脂质)、维生素和 微量元素组成。细胞培养基不仅需要为细胞生
19、长提供营养成分、促生长因子及激素,还需要调节渗透压、调节 pH 并提供无毒、无污染的 细胞生长环境。细胞培养基按照配制原料的来源可分为天然培养基和合成培养基。天 然培养基仅由天然生成的生物液体组成,能较好的拟合细胞在生物体 内的生活环境,适用于多种细胞的培养,但其成分具有不确定及不稳 定性,培养的可重复性较差。合成培养基通过顺序添加准确称量的高 纯度营养物质、维生素、盐、血清蛋白等制备而成,具有较好的稳定 性。若根据蛋白/多肽提取物等不确定成分的含量,培养基可分为含血 清培养基、低血清培养基、无血清培养基、无蛋白培养基等。细胞培养基产品生产工艺分为干粉状和液体状生产。在干粉产品生产 过程中,预
20、混、研磨和终混最为重要,混合和研磨的质量决定了培养 基的质量,在液体产品生产过程中,配液和除菌过滤最为重要,因为 配液决定了培养基各组分配比,而液体容易滋生细菌,故除菌过滤保证培养基纯净无菌,保证使用效果。国产细胞培养基市场份额逐年提升,进口品牌仍占据主要地位。根据 Frost &Sullivan 数据显示,中国培养基市场上国产产品占比从 2016 年 的 18.6%逐渐提升至 2020 年的 22.8%,虽国产细胞培养基占比略有提 升,但进口产品仍占据市场主要份额,中国培养基市场中占有率排前 三的分别是赛默飞、丹纳赫和默克,国内企业健顺、奥浦迈仍处于起 步追赶阶段。2 应用端需求旺盛,我国生
21、物试剂行业高景气,市场规模2024 年有望达 388 亿生物试剂被广泛应用于生命科学研究的各细分领域,下游客户包括制 药企业、生物科技公司、科研机构,主要划分为科研与工业两类应用 终端。根据 Frost &Sullivan 统计数据,2019 年国内生物试剂的销售对 象中,针对工业客户的销售额为 99 亿元,占市场份额的 72.40%,针 对科研客户销售额为 38 亿元,占市场份额的 27.60%。2.1 科研端投入高涨,传导上游,为生物试剂行业提供强劲增长力从科研端来看,我国生命科学研发资金投入年复合增速达 20.41%, 远高于全球水平,为上游生物试剂行业发展提供强劲增长力。 由于生物试剂
22、在生命科学研究过程中起到关键作用,一般约 10%-15% 的生命科学研究投入被用于购买生物试剂。根据 Frost &Sullivan 的数 据,全球对于生命科学领域的研究资金投入 2016 年为 1247 亿美元, 到 2019 年已达 1514 亿美元,年复合增长率为 6.69%,预计到 2021 年 投入资金将达 1690 亿美元。随着生物技术在经济社会发展中的引领作用和战略地位日益凸显,我 国对基础科学研究重视程度逐步提升,在国内经济总量不断增长的情 况下,我国生命科学研究投入近年迅猛增长,由 2016 年的 496 亿元 增长至 2019 年的 866 亿元,年复合增长率高达 20.4
23、1%,远高于全球 平均增速,预计 2021 年我国生命科学领域研究资金投入将达 1056 亿 元。生物科研投入力度的大幅增加,将向上游传导,带动了生物试剂 行业的繁荣,为我国生物试剂行业发展提供强劲增长力。此外,资本对医药生物行业的支持,提升创新研发热度,上游需求持 续旺盛。近十年间,中国医疗健康产业投融资金额由 2013 年的 123.19 亿元迅速增长至 2021 年的 3313.68 亿元,资本的支持为生物医药的发 展注入资金,尤其是为研发投入提供支持。我国生物医药上市公司 R&D 从 2016 年的 35.39 亿元上升到 2020 年的 115.34 亿元,年复合 增长率为 36.3
24、4%,随着国内医药上市公司的 R&D 迅速增加,研发力 度加大,带动我国生命科学研究支持类产品的需求上升。2.2 工业端产业化需求上升,推动生物试剂行业快速扩容从工业端来看,下游应用端的市场快速扩容,产业化需求上升,带动 生物试剂产业快速发展。在医药生物领域,生物试剂主要的两大下游 市场是生物制药和 IVD 市场,我国 2020 年 IVD 和生物制药市场规模 分别为 890 亿元和 3870 亿元,2016 年至 2020 年两大市场的复合年均 增长率分别为 19.94%和 20.49%,预计到 2022 年市场规模将分别达到 1290 亿人民币和 5480 亿人民币。在下游生物制药和 IV
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