枯草芽孢桿菌應(yīng)用技術(shù)專利分析

樊艷爽 唐亞麗

摘要：枯草芽孢桿菌具有代時(shí)短，抗逆性強(qiáng)，安全高效，無致病性的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。本文針對(duì)枯草芽孢桿菌的應(yīng)用專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括專利申請(qǐng)量趨勢(shì)、申請(qǐng)人類型分析以及重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域成果概況，旨在為我國(guó)微生物研究應(yīng)用的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：枯草芽孢桿菌;發(fā)酵;專利技術(shù);

中圖分類號(hào)：G306;TQ925.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）12-0109-04

1 枯草芽孢桿菌的簡(jiǎn)介

枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）是一類革蘭氏陽性、好氧型、內(nèi)生抗逆孢子的桿狀細(xì)菌，廣泛存在于土壤、湖泊、海洋和動(dòng)植物的表面，為芽孢桿菌科（Bacillaceae）的模式菌株。自18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌以來，其發(fā)展歷經(jīng)100多年。國(guó)內(nèi)外研究者們的早期大部分工作集中在枯草芽孢桿菌的形態(tài)觀察、分類鑒定、生理機(jī)制、功能發(fā)掘及防治等方面[1]，隨著對(duì)此菌性能進(jìn)行的系統(tǒng)性的研究，該過程積累了豐富的研究資料。

由于該菌生長(zhǎng)速度快、營(yíng)養(yǎng)需求簡(jiǎn)單、易于存活、無致病性、環(huán)境兼容性好、不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)，并可以分泌多種酶和抗生素，而且還具有良好的發(fā)酵基礎(chǔ)，基于上述特點(diǎn)，使得枯草芽孢桿菌用途十分廣泛[2]，其應(yīng)用主要集中于醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域，并具體涉及到發(fā)酵產(chǎn)酶、食品發(fā)酵、農(nóng)作物病蟲害防治與促生長(zhǎng)、畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、環(huán)境修復(fù)等方面。隨著對(duì)枯草芽孢桿菌的深入研究，枯草芽孢桿菌在現(xiàn)代科學(xué)研究中也體現(xiàn)出很高的應(yīng)用價(jià)值，例如近年來，對(duì)枯草芽孢桿菌的研究漸進(jìn)到遺傳學(xué)與分子生物學(xué)領(lǐng)域，研究?jī)?nèi)容具體體現(xiàn)在特定功能基因的尋找并克隆到需要的物種中或者通過誘變、基因工程等手段對(duì)枯草芽孢桿菌生產(chǎn)菌進(jìn)行遺傳改造等。

2 枯草芽孢桿菌的專利申請(qǐng)分析

針對(duì)枯草芽孢桿菌的研究和應(yīng)用進(jìn)展，本文以枯草芽孢桿菌分別與酶、醫(yī)藥、飼料、生防、農(nóng)藥、水處理、基因等作為主要關(guān)鍵詞在CNABS（中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)）和DWPI（德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫(kù)）進(jìn)行檢索;本文專利數(shù)據(jù)庫(kù)檢索時(shí)限截止于2019年12月。

圖1顯示了從2000年至2019年涉及的枯草芽孢桿菌在發(fā)酵產(chǎn)酶、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量的發(fā)展趨勢(shì)。從圖1可以看出，從2000年至2017年枯草芽孢桿菌的發(fā)展整體處于穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中2012年至2013年的增幅最大，2000年至2006年處于緩慢發(fā)展階段。由于枯草芽孢桿菌的安全、環(huán)境兼容性好和不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)，滿足了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及有害生物綜合防治的要求，在現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用;但是，發(fā)展總會(huì)伴隨著新的突破，從宏觀到微觀的研究，從常規(guī)的應(yīng)用到基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)方面的研究還有待進(jìn)一步深入，產(chǎn)業(yè)開發(fā)也有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

關(guān)于枯草芽孢桿菌的中國(guó)專利申請(qǐng)，其申請(qǐng)人類型的分布參見圖2。其中，企業(yè)的專利申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先，大專院校的申請(qǐng)量次之，個(gè)人名義申請(qǐng)的專利數(shù)量也不容小視，科研單位的申請(qǐng)量較少?？梢?，枯草芽孢桿菌的實(shí)際工業(yè)研究應(yīng)用較多，科研單位的專利申請(qǐng)量不多。

枯草芽孢桿菌現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，各個(gè)領(lǐng)域的申請(qǐng)量如圖3所示。其中，涉及利用枯草芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)酶的應(yīng)用申請(qǐng)量較多;枯草芽孢桿菌作為基因工程受體菌，在遺傳學(xué)和分子生物學(xué)中的研究應(yīng)用的申請(qǐng)量次之。隨著綠色生物技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)安全性和生物資源利用度的關(guān)注，采用枯草芽孢桿菌發(fā)酵制備飼料、肥料的申請(qǐng)量也較高。而對(duì)于生防菌株和水處理的應(yīng)用較其他領(lǐng)域較少。

3 枯草芽孢桿菌在不同領(lǐng)域的應(yīng)用分析

經(jīng)檢索和初步閱讀后，對(duì)檢索到的專利申請(qǐng)按照應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行分類，主要分為4方面：發(fā)酵、農(nóng)業(yè)、環(huán)境處理、分子生物學(xué)等。

3.1 枯草芽孢桿菌在發(fā)酵產(chǎn)酶中的應(yīng)用

研究資料表明，枯草芽孢桿菌能夠產(chǎn)生蛋白酶、α-淀粉酶、纖維素酶、β-葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶和木聚糖酶等十幾種酶。成都地奧九泓制藥廠的發(fā)明專利CN 101316608B涉及一種枯草芽孢桿菌DIAO 1502（保藏編號(hào)為CCTCC NO：M204092）新菌株及其在制備血栓疾病藥物中的用途，將培養(yǎng)后的菌株作為發(fā)酵用種子液，并使用該種子液經(jīng)液態(tài)發(fā)酵或固態(tài)發(fā)酵得到納豆激酶，并將所述納豆激酶用于制備治療血栓疾病藥物。該發(fā)明的枯草芽孢桿菌新菌株，產(chǎn)酶率高，為工業(yè)化生產(chǎn)納豆激酶藥物制劑提供了新的途徑。山東科隆特酶制劑有限公司的發(fā)明專利CN105176883B涉及一種產(chǎn)中溫α-淀粉酶的枯草芽孢桿菌，該菌株發(fā)酵酶活力高，可廣泛應(yīng)用于啤酒、酒精、發(fā)酵工業(yè)的液化等行業(yè);青島蔚藍(lán)生物集團(tuán)有限公司的發(fā)明專利CN103789227B涉及一株產(chǎn)堿性蛋白酶的枯草芽孢桿菌，在去污效果方面，該菌株所產(chǎn)的堿性蛋白酶優(yōu)于市場(chǎng)上的堿性蛋白酶。HANKYU BIOINDUSTRY 公司的發(fā)明專利JP2001069975A公開了一株產(chǎn)殼聚糖酶的枯草芽孢桿菌，獲得殼聚糖酶能夠有效的降低膽固醇、改善血糖水平和抑菌等;KOTTWITZ BEATRIX公司的發(fā)明專利EP1385943B1公開了一種衍生自枯草芽孢桿菌蛋白酶的新型堿性蛋白酶變體，該蛋白酶變體能夠用于洗滌劑和清潔劑;諾維信公司的發(fā)明專利EP1389228B1公開了一種洗滌劑組合物，該組合物包含表面活性劑和果膠酸裂解酶，所述果膠酸裂解酶由枯草芽孢桿菌菌株的內(nèi)源DNA序列編碼。

3.2 枯草芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

枯草芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在其能夠應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害防治、農(nóng)作物促生長(zhǎng)劑、畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的微生物添加劑（飼料添加劑）、養(yǎng)殖環(huán)境凈化劑、防治畜禽疾病等方面。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所的發(fā)明專利CN100404664C公開了一種作物青枯病生防枯草芽孢桿菌菌株，該菌株能夠抑制青枯雷爾氏菌（Ralstonia solanacearum）的生長(zhǎng)，生防實(shí)驗(yàn)表明能夠防治煙草青枯病;煙臺(tái)綠云生物工程研究院有限公司的發(fā)明專利CN100352915C公開了一種新的枯草芽孢桿菌，使用該枯草芽孢桿菌通過發(fā)酵制備的微生態(tài)可以治療并預(yù)防條件致病菌引起的各種疾病，制劑既能夠與抗生素和化學(xué)制劑共同使用，降低抗生素和化學(xué)制劑的副作用，同時(shí)對(duì)耐藥性菌株引起的疾病有較好的治療效果，而且使用本制劑也可以防止致病菌的擴(kuò)散，提高畜禽的自然免疫性;其同樣也是一種可以替代抗生素、無藥殘、無污染、療效高、安全型的微生態(tài)制劑;AMBROSOV VALERIJ ANTONOVICH公司的RU 2094990 C1發(fā)明專利涉及一株枯草芽孢桿菌菌株VKPM B-6554，該菌株能夠作為抗真菌制劑，如抵抗白僵菌、黃萎病菌、核盤菌等;漢森公司的發(fā)明專利WO 2018167171A1的枯草芽孢桿菌，該菌株可以作為飼料添加劑飼喂動(dòng)物，能夠增加動(dòng)物體重、降低壞死性腸炎病變等。

3.3 枯草芽孢桿菌在水處理中的應(yīng)用

枯草芽孢桿菌吸附多種有害物或能夠分泌多種生物絮凝劑，因此，其在水處理和污染水治理方面也有十分廣泛的應(yīng)用。建設(shè)部水處理新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地的發(fā)明專利CN102533590B公開了一種低溫下去除污水中磷的枯草芽孢桿菌CGMCC No.5280，該菌株在低溫下，特別是在8-12℃的條件下，對(duì)磷去除有明顯的強(qiáng)化作用，磷去除率提高了10%，優(yōu)于一級(jí)A的出水標(biāo)準(zhǔn)（水溫≤12℃時(shí)，一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的控制指標(biāo)為0.5mg/L）。山西大學(xué)的發(fā)明專利CN102628066B公開了一種微生物絮凝劑的制備方法。該發(fā)明將枯草芽孢桿菌進(jìn)行有氧擴(kuò)大培養(yǎng)，將發(fā)酵液過濾，上清液減壓蒸發(fā)濃縮，得到發(fā)酵濃縮液，提取并干燥，得到微生物絮凝劑;或?qū)V餅用海藻酸鈉和聚乙烯醇固定化，制得固定化的微生物絮凝劑。該微生物絮凝劑能夠用于水處理工藝中的水質(zhì)軟化，其對(duì)地下巖溶水的礦化度絮凝率達(dá)到36.92%左右，硬度絮凝率最大可達(dá)80.44%左右;KR20170050298 A涉及一種含有枯草芽孢桿菌的凈化水質(zhì)組合物，該組合物能夠改善水質(zhì)以達(dá)到長(zhǎng)期凈化功能;RU2617951C1涉及一株枯草芽孢桿菌SNBS-1，該菌株能夠用于凈化石油和石油產(chǎn)品污染的土壤和水。

3.4 枯草芽孢桿菌在遺傳學(xué)與分子生物學(xué)中的應(yīng)用

枯草芽孢桿菌作為基因工程受體菌，在遺傳學(xué)和分子生物學(xué)中也有廣泛的應(yīng)用。江南大學(xué)的發(fā)明專利CN102925475B公開了利用一種新的轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)外源蛋白質(zhì)的分泌表達(dá)的方法，具體是利用枯草芽孢桿菌分子伴侶GroEL、烯醇酶Eno、鞭毛蛋白質(zhì)Hag的前50個(gè)氨基酸編碼序列作為轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)，分別與外源目的蛋白質(zhì)（BgaB）的編碼基因進(jìn)行融合，構(gòu)建能夠融合表達(dá)重組蛋白的質(zhì)粒，并轉(zhuǎn)化枯草芽孢桿菌得到枯草芽孢桿菌重組菌株，從而實(shí)現(xiàn)融合蛋白質(zhì)的分泌表達(dá);華南理工大學(xué)的發(fā)明專利CN107857802A涉及一種β-半乳糖苷酶高效分泌表達(dá)的信號(hào)肽，該信號(hào)肽能夠?qū)崿F(xiàn)外源基因的高表達(dá)，特別是為枯草芽孢桿菌表達(dá)外源基因提供了有效的元件;中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的發(fā)明專利CN107760655A涉及從枯草芽孢桿菌中分泌獲得黃曲霉毒素降解酶BADE，然后進(jìn)行體外克隆和原核表達(dá)，獲得能夠降解黃曲霉毒素的降解酶;天津大學(xué)的發(fā)明專利CN103627663B涉及采用進(jìn)化工程與全基因組測(cè)序結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)了三個(gè)有利于枯草芽孢桿菌利用木糖生長(zhǎng)的基因突變，通過基因工程技術(shù)將點(diǎn)突變引入野生菌株，獲得了能夠利用木糖快速生長(zhǎng)的重組枯草芽孢桿菌;花王株式會(huì)社的JP 4955358B2的發(fā)明專利公開了通過使枯草芽孢桿菌基因組的大區(qū)域缺失而獲得的突變株，然后利用該突變株進(jìn)行靶蛋白的表達(dá)。

4 結(jié)論與建議

通過對(duì)枯草芽孢桿菌的應(yīng)用現(xiàn)狀及其專利申請(qǐng)的分析，筆者對(duì)于當(dāng)前基因治療領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)有了宏觀認(rèn)識(shí)，并對(duì)主要應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了技術(shù)上的分析梳理。工業(yè)酶的生產(chǎn)依然是枯草芽孢桿菌應(yīng)用的持續(xù)關(guān)注熱點(diǎn)，其次以基因工程應(yīng)用及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用偏多，醫(yī)藥方面應(yīng)用的專利研究相對(duì)薄弱。

枯草芽孢桿菌由于其自身含有豐富的產(chǎn)酶系統(tǒng)，具備生產(chǎn)多種酶的應(yīng)用潛力，是當(dāng)今工業(yè)酶生產(chǎn)應(yīng)用最廣泛的菌種之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，枯草芽孢桿菌所產(chǎn)的酶占整個(gè)酶市場(chǎng)的50%，這與該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)人以企業(yè)為主，偏向工業(yè)應(yīng)用的研究趨勢(shì)也是一致的。

我國(guó)酶制劑工業(yè)近年來取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用暫不成熟，與世界同行業(yè)發(fā)展仍有差距。如醫(yī)藥方面，對(duì)具有治療效果的酶制劑進(jìn)行商品化開發(fā)并不多見，有待于進(jìn)一步研究。在農(nóng)業(yè)方面，一些相應(yīng)的生物菌劑并未得到大范圍推廣應(yīng)用，應(yīng)縮短理論轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的周期。另外，在科學(xué)研究方面，枯草芽孢桿菌也是研究的熱點(diǎn)材料。開發(fā)利用基因工程菌以滿足不同的應(yīng)用需求，克服野生菌的不足也是未來的重點(diǎn)方向。

總之，中國(guó)科研院校和企業(yè)應(yīng)該不斷克服技術(shù)障礙，在有價(jià)值專利方面投入更多的技術(shù)研究，做好專利布局，在未來的微生物菌種的開發(fā)和應(yīng)用中占據(jù)有利位置。創(chuàng)新與應(yīng)用并重，對(duì)市場(chǎng)前景好的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，加快科技轉(zhuǎn)化，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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