基于專利的全球微藻DHA菌種選育技術發(fā)展態(tài)勢

魏 鳳 段力萌*， 鄧阿妹

（1.中國科學院武漢文獻情報中心，武漢430071；2.中國科學院大學經濟與管理學院圖書情報與檔案管理系，北京100190；3.科技大數據湖北省重點實驗室，武漢430071）

二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA）是一種ω-3系不飽和脂肪酸，能夠給人體帶來諸多好處，比如健腦益智、促進神經和視覺系統發(fā)育、抗癌、抗炎、預防和治療心血管疾病以及延緩衰老等［1-4］，具有重要的生理活性，在醫(yī)藥、飼料以及功能性食品等方面有著廣泛應用［5-9］。DHA主要分為從動物中提取和從植物中提取兩種方式，其中，從動物中提取的DHA由于膽固醇含量高、含有異味、DHA含量和純度較低等因素導致其無法滿足人們對DHA日益增長的需求［10］；因此，微藻DHA提取開始受到關注，與動物提取DHA相比，微藻具有生長快、易培育、DHA含量高、提取工藝相對簡單、無污染等優(yōu)點。

利用微藻生產DHA包含了菌種選育、發(fā)酵培養(yǎng)、收集提取、富集純化、精制、改性以及衍生化等諸多工藝環(huán)節(jié)。其中，菌種選育是最基礎的技術環(huán)節(jié)。因此，對菌種選育技術進行分析，了解其發(fā)展態(tài)勢能夠為微藻DHA菌種選育技術的發(fā)展和科學研究提供參考，同時可以進一步完善微藻DHA菌種選育技術的研究體系。

本文通過文獻調研對菌種選育技術進行了解，并且通過專利檢索和專家咨詢確定了407件相關專利，利用專利分析工具（Derwent Data Analyzer，DDA）進行分析，主要分析了菌種選育技術專利申請態(tài)勢、發(fā)明人發(fā)展態(tài)勢、專利技術布局和研發(fā)重心、主要申請機構、專利國家布局和保護以及最新技術發(fā)展動向等，旨在揭示全球微藻DHA菌種選育技術的發(fā)展態(tài)勢和技術專利布局，以期為我國DHA領域研發(fā)和生產企業(yè)的技術研發(fā)和創(chuàng)新提供知識產權情報支撐，促進我國該領域知識產權戰(zhàn)略布局的進一步發(fā)展。

1 微藻DHA菌種選育技術的技術組成

為了揭示菌種選育技術的發(fā)展現狀，本文對菌種選育開展了技術調研。目前，菌種選育技術主要包括物理方法、化學方法和生物學方法。其中物理學方法主要包括激光誘變技術、離子束誘變技術、射線輻射誘變技術和紫外線照射誘變技術；化學方法所用處理試劑包括甲基磺酸乙酯、亞硝基胍、疊氮化鈉和平陽霉素；生物學方法主要包括細胞融合技術和轉基因技術，其中轉基因技術又包括去飽和酶基因和延長酶基因。具體的技術如圖1所示。

圖1 微藻DHA菌種選育技術的關鍵技術Fig.1 Key technologies for breeding techniques of algae DHA strains

2 數據來源

為了準確檢索DHA菌種選育領域的技術專利，本研究主要以德溫特創(chuàng)新索引（Derwent Innovations Index，DII）作為專利檢索數據庫，該數據庫是全球最權威的專利數據庫，收錄了超過1100萬件基本發(fā)明專利的信息、2000多萬條專利信息，專利覆蓋范圍可追溯到1963年，引用信息可追溯到 1973年［11］。

本研究檢索的數據時間為1963年至檢索日期（2019年3月7日）。在構造檢索式時充分考慮了技術關鍵詞（圖1）的變體，并從技術維度出發(fā)，進行了文獻調研（表1）。最終得到總的檢索式為：檢索式#1 OR檢索式#2 OR檢索式#3 OR檢索式#4 OR檢索式#5 OR檢索式#6 OR檢索式#7 OR檢索式#8 OR檢索式#9 NOT TS=PGreen0229-RD29A-CBF4-DHA，檢索確定出407條專利。

表1 菌種選育技術專利檢索式Tab.1 Breeding technology selection patent search

3 微藻DHA菌種選育技術的結果分析

3.1 專利申請發(fā)展態(tài)勢

由圖2可知，全球微藻DHA菌種選育技術的發(fā)展態(tài)勢良好，并且具有階段性特征。具體可以分為3個階段：第一階段（1995—2002年）為萌芽期，每年的專利申請量不超過20件，說明該技術還未引起公眾的廣泛關注，技術處于新研發(fā)階段；第二階段（2003—2008年）的專利申請量相較于第一階段有了明顯增長，并在2009年達到了峰值，說明該技術處于發(fā)展階段，并且逐漸步入成熟；第三階段（2009年至今），專利申請量呈現下降趨勢，說明該技術的良好發(fā)展期已經過去，進入了技術發(fā)展的緩慢階段。

3.2 技術分布

根據國際上公認的學科、技術與專利的分類方法，國際專利分類（International Patent Classifications，IPC），對微藻DHA菌種選育技術涉及的技術領域、申請量、時間跨度開展分析；同時根據相關技術領域專利文獻在不同類別中的數量分布，判斷出該技術領域當前的研究熱點。具體來看，目前該項技術專利覆蓋了5個領域，分別為含氧有機化合物、植物基因工程、基因/核苷酸序列、微生物基因工程、酶類，涉及生物學方法的專利最多，主要側重在基因工程這個方面（表2）。

由表2可以看到，C12P-007/64代表含氧有機化合物，主要涉及脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及氧化油或脂的制備，這能夠充分表明微藻的提取物主要是脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸。

C12N-015/82代表的技術領域是植物基因工程，該領域的專利申請量占比超過20%是在2016—2018這三年申請的。

C07H-021/04指的是基因/核苷酸序列，核苷酸是生物細胞的主要內含物之一，是一種很重要的生物高分子化合物，2016—2018年較多的專利數量說明了核苷及其衍生品已經成為了新的研究熱點。核苷酸的提取與基因技術密不可分，由此可見基因工程和基因/核苷酸專利數量的增加是對核苷酸的微生物發(fā)酵生產以及基因技術的投入研究比重加大的另一種表現。

圖2 全球微藻DHA菌種選育技術專利申請趨勢Fig.2 Trends in patent application for global microalgae DHA strain breeding technology

表2 微藻DHA菌種選育技術IPC分類小組的TOP 10專利技術領域及其申請情況Tab.2 TOP 10 patent technology field and application of IPC classification group of microalgae DHA breeding technology

從以上分析可以推斷出，微藻DHA菌種選育專利的技術主要集中在脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及氧化油或脂的制備、植物細胞表達載體構建、外源基因在植物細胞的表達、PUFA/ω-3/DHA合成的相關基因和基因克隆、DNA重組技術、酵母的遺傳改造（酵母轉基因）、細胞的遺傳改造、細胞轉基因技術、細菌的遺傳改造（細菌轉基因）、植物組織培養(yǎng)、植株再生等技術領域。從時間跨度來看，含氧有機化合物方面的研究在1995年就已出現，要比微生物基因工程、植物基因工程、酶類、微生物及含微生物的混合物、基因/核苷酸序列等相關技術出現的早，研究時間更長。

3.3 專利主要申請機構分析

專利數量較多的TOP5專利申請機構的情況如圖3所示，有3家來自美國，還有2家來自歐洲（分別是德國、荷蘭），均是企業(yè)，由此可見，企業(yè)在該領域占據主導優(yōu)勢。這些機構擁有的專利數量均超過了15件，其中杜邦公司的擁有量遙遙領先。

圖3 微藻DHA菌種選育技術主要專利申請機構擁有的專利數量Fig.3 Number of patents of major patent applicants

通過以上分析可以看出，國內外的菌種選育技術發(fā)展呈現不均勻狀態(tài)，TOP5的申請機構中，美國的機構（都是企業(yè)）和專利數量都最多，是該領域發(fā)展最好的國家。中國企業(yè)在微藻DHA菌種選育技術發(fā)展中處于新生兒的狀態(tài)，應該積極學習國外的先進技術和理念，加大科研力度，提高創(chuàng)新能力；在面對國外強大競爭對手的壓力時，應該立足于競爭企業(yè)尚未涉足的技術領域進行創(chuàng)新發(fā)展，加強自己的競爭優(yōu)勢。

3.3.1 技術布局和研發(fā)重心分析

微藻DHA菌種選育領域TOP 5機構對該領域排名前10的IPC分類實現了全面覆蓋（圖4），對這些領域的技術都有所涉及。

杜邦公司技術分布較廣且專利較多，重點關注含氧有機化合物的制備、DNA重組技術、氧化還原酶、核酸，在脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及氧化油或脂的制備（C12P-007/64）技術領域的專利數量最多，酵母的遺傳改造（C12N-001/19）、PUFA/ω-3/DHA合成的相關基因和基因克?。–07H-021/04）等技術領域也是其研發(fā)重心。

馬泰克生物科技公司的專利主要分布在脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及氧化油或脂的制備技術上，此外，主要集中在植物相關的菌種選育，主要是植物細胞表達載體構建和外源基因在植物細胞的表達（C12N-015/82）、細菌的遺傳改造（C12N-001/21）等領域。

巴斯夫植物科學有限公司重點技術領域有脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及氧化油或脂的制備、植物組織培養(yǎng)、植株再生、植物組織培養(yǎng)、植株再生（A01H-005/00）以及氧化還原酶類（C12N-009/02），在植物細胞表達載體構建和外源基因在植物細胞的表達（C12N-015/82）技術領域的專利數量最多。與巴斯夫類似，帝斯曼集團重點關注脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及植物相關基因重組的技術，在脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及氧化油或脂的制備（C12P-007/64）技術領域的專利數量最多。植物細胞表達載體構建、外源基因在植物細胞的表達也是其研發(fā)重點。雅培實驗室的專利更集中于 PUFA/ω-3/DHA合成的相關基因和基因克隆相關技術。

圖4 微藻DHA菌種選育技術主要申請機構研發(fā)重點分布情況Fig.4 Distribution of key research and development priorities of major applicants

3.3.2 專利國家布局和保護分析

首先，各主要機構表現出對專利合作條約（PCT）專利申請的普遍重視（表3）。申請PCT專利較多的機構包括杜邦公司、帝斯曼集團、巴斯夫植物科學有限公司等。但與其他主要申請機構相比，馬泰克生物科技公司、雅培實驗室的PCT專利在各自專利總量中的比例不高。其次，在專利技術保護區(qū)域規(guī)劃方面，各主要機構都在本國申請了較多專利進行專利保護，表現出以本國市場為主兼顧國際市場的布局特點。其專利保護區(qū)域都達到8個國家（地區(qū)）以上，基本都涉及美國、歐洲、中國、加拿大等，說明其產品在整個歐美市場以及中國都占據一定的地位，剩余的可發(fā)展空間也因此存在局限。各主要機構大多在中國申請了專利，表現出了他們對中國市場的關注，這就要求中國在發(fā)展歐美市場時充分考慮當前因素。

表3 微藻DHA菌種選育技術主要專利申請機構、國家技術布局Tab.3 Technical layout of major patent applicants

3.3.3 最新技術動向

2017年以來，微藻DHA菌種選育技術領域出現了新的技術和方法，如表4所示，主要有氨基酸及衍生物、核酸及其水解物或衍生物、類固醇以及含磷化合物，這些技術主要存在于單核細胞、巨噬細胞、間充質干細胞、脂肪組織源性干細胞。2018年還出現了微藻DHA作為“食料添加劑”的新技術，說明微藻DHA菌種選育技術在食品添加劑方面有了新的發(fā)展和應用。新專利之間的相似值并不是很高，可見微藻DHA菌種選育技術在不斷地拓寬，市場也在不斷地發(fā)展。如今注重的不是技術的開發(fā)，而是產品本身的開發(fā)。

表4 微藻DHA菌種選育技術2017年以來菌種選育新出現技術情況Tab.4 New emerging technology situation of strain selection since 2017

4 結語

通過對全球微藻DHA菌種選育技術的調研和分析可以發(fā)現，該技術領域的專利數量不斷增加，在2011年達到了頂峰，技術活躍度和創(chuàng)新度都比較高，總體發(fā)展態(tài)勢良好，但是申請量和發(fā)明人數量的下降說明了該技術領域的飽和度相對較高，技術發(fā)展比較成熟。

對專利技術分布進行分析發(fā)現，菌種選育專利的技術主要集中在脂肪、脂油、酯型蠟、高級脂肪酸及氧化油或脂的制備、植物細胞表達載體構建等領域，近年來酶或酶原基因的外源表達、酶及酶原、酶的激活、活性抑制等酶相關技術，以及DNA重組技術、細胞的遺傳改造、細胞轉基因技術等基因工程技術相對自身發(fā)展較快。近幾年來，主要出現了提取氨基酸及衍生物、核酸及其水解物或衍生物、類固醇以及含磷化合物等新技術，這些技術主要用于在單核細胞、巨噬細胞、間充質干細胞、脂肪組織源性干細胞中的提取工藝。2018年還出現涉及“食料添加劑”的新技術，可見該技術作為新的研究熱點出現，仍存在一定的研究空間和價值。

杜邦公司、馬泰克生物科技公司、巴斯夫植物科學有限公司、帝斯曼集團是菌種選育技術領域最具有競爭力的企業(yè)。專利保護機構主要為世界知識產權組織和歐專局，可見高端技術主要集中在國外，中國比較缺乏，這就要求國內的科研機構和重視研發(fā)的企業(yè)引起重視，加大科研力度，積極學習國外的理念和技術，發(fā)展先進技術以提高整體的自主創(chuàng)新能力。

整個微藻DHA菌種選育技術的發(fā)展中，國外的科研機構和企業(yè)起了主導作用，在菌種選育技術處于相對飽和的前提下，中國科研機構和企業(yè)的專利數量仍只占很少的比例，可見中國的專利和技術創(chuàng)新極度缺乏，需要加強企業(yè)和科研機構的自主技術和創(chuàng)新能力，提升市場競爭力；同時對于該領域涌現的新技術進行重點關注，抓住國外市場中的存在的機會，加大研發(fā)和創(chuàng)新盡快進行新的專利布局；帝斯曼作為一家國際性的營養(yǎng)保健醫(yī)藥集團，收購營養(yǎng)補充劑制造商馬泰克生物科學公司后，實力大大加強，這啟發(fā)國內企業(yè)重視重組并購產業(yè)中上游的優(yōu)勢企業(yè)，提升微藻DHA菌種選育技術產業(yè)核心競爭力。