姜秉國

（中國水產(chǎn)科學研究院信息與經(jīng)濟研究中心，北京 100141）

引 言

深海微生物是指生活在高溫、寒冷、高酸、強堿、高鹽、高壓或高輻射強度等深海環(huán)境中的微生物資源的總稱，主要包括嗜熱微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物、嗜堿微生物、嗜鹽微生物和嗜壓微生物等。深海微生物在極端環(huán)境下生存繁衍，形成了獨特的基因類型、特殊的生理機制及代謝產(chǎn)物，是無可替代的生物基因資源庫，具有重要的科研價值和經(jīng)濟價值，在生物醫(yī)藥、食品保健品、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、海洋防腐、冶金和化學工業(yè)等諸多產(chǎn)業(yè)部門具有廣闊的應用前景。同時，在全球氣候變暖和傳統(tǒng)能源逐漸枯竭的背景下，對深海微生物代謝活動的研究可為解決天然氣水合物等新能源的探尋與安全利用、溫室氣體排放和二氧化碳吸收等重大問題帶來新的思路[1]。

深海微生物及其基因資源研發(fā)涉及到生命起源、深海礦產(chǎn)、全球變暖、可持續(xù)發(fā)展等國際熱點問題，圍繞這一領域的競爭充分反映了國際社會在能源、資源、價值理念方面的最新觀點。另一方面，迄今為止沒有一部國際條約明確深海底生物資源本身的法律地位及由此而定的開發(fā)制度[2]?；诖?，深海微生物資源的基礎研究和開發(fā)應用日益受到重視和關注，成為國際海洋資源爭奪的重要領域。自20世紀90年代以來，以美國、日本、德國等為主的世界發(fā)達國家紛紛從基因水平上對深海微生物資源進行研究，啟動了各自的研究計劃，取得了許多重要研究成果。目前，世界深海微生物資源的開發(fā)應用呈現(xiàn)出三個主要趨勢：第一，深海微生物的資源調(diào)查以及理論和應用研究的范圍不斷擴大；第二，深海微生物應用技術研發(fā)不斷加強，成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化進程不斷加快；第三，世界范圍內(nèi)特別是歐、美、日等發(fā)達國家對深海微生物資源的爭奪日益加劇，加強深海微生物資源管理，保護深海生物多樣性引起了廣泛的重視和關注。

深海微生物資源研究與開發(fā)是提升中國海洋開發(fā)能力的重要途徑，可以提高中國在國際深海區(qū)域的綜合競爭力，有效地維護中國在公海和國際海底資源開發(fā)活動中的權益。面對深海微生物資源研發(fā)和應用不斷加快的國際形勢，積極采取措施，從規(guī)劃政策、資金項目、人才培養(yǎng)、產(chǎn)業(yè)化等各個方面大力推進，不斷提高中國深海微生物資源研發(fā)水平，在深海微生物資源開發(fā)相關海洋規(guī)章出臺之前，獲取更多深海微生物基因資源，并加以培育、研究、開發(fā)、應用，快速提升中國在世界深海微生物資源占有和研發(fā)領域的話語權，是我們當前面臨的重要任務。

1 基于知識產(chǎn)權的深海微生物產(chǎn)業(yè)化開發(fā)模式

深海微生物資源的開發(fā)利用主要是由微生物資源采樣、分離與大量培育、篩選（測活）、活性物質(zhì)提取與基因表達、新活性化合物與轉(zhuǎn)基因生物、開發(fā)應用等幾個環(huán)節(jié)構成（見圖1）。其中，深海樣品采樣環(huán)節(jié)主要依托深潛采集技術的發(fā)展，擁有水下幾千米甚至萬米作業(yè)能力深潛器是深海微生物采樣的最重要也是最先進的設備；深海微生物的分離、培育和篩選環(huán)節(jié)是深海生物資源開發(fā)利用的又一難點，關鍵在于如何模擬深海區(qū)域在壓力、鹽分、溫度和營養(yǎng)成分上的自然環(huán)境。大多數(shù)產(chǎn)生活性產(chǎn)物的海洋微生物在現(xiàn)有實驗室條件下尚不能培養(yǎng)，少數(shù)能培養(yǎng)的海洋微生物培養(yǎng)周期超長，多年來一直是困擾深海微生物技術發(fā)展的重要問題。目前，宏基因組（Metagenomics）工程技術在海洋環(huán)境微生物研究中的應用為深海微生物活性物質(zhì)和基因獲取提供了新的思路。宏基因組工程直接將特定環(huán)境中的總體遺傳物質(zhì)，克隆到可培養(yǎng)的宿主細胞中，建立宏基因組文庫，從所獲得的重組克隆子中篩選活性物質(zhì)和相關基因（簇），避開了環(huán)境微生物分離培養(yǎng)的難題，在挖掘和利用未培養(yǎng)微生物資源，篩選新穎生物活性物質(zhì)方面具有極大的潛力[3]?；钚晕镔|(zhì)提取和基因表達是深海微生物資源開發(fā)利用的核心環(huán)節(jié)，只有在培育和篩選的深海微生物中獲取到具有催化活性及穩(wěn)定性的生物活性物質(zhì)和編碼基因，并在此基礎上合成新的活性化合物，才能在工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、養(yǎng)殖等生產(chǎn)部門中實際開發(fā)利用。

圖1 深海微生物資源開發(fā)的主要環(huán)節(jié)Fig.1 The main links in the development of deep-sea microbe

通過深海微生物資源開發(fā)應用的主要環(huán)節(jié)，可以看出深海微生物資源的開發(fā)就是通過高新生物技術來獲得具有特殊功能的生物活性物質(zhì)和基因序列，擁有這些生物活性物質(zhì)和基因序列的知識產(chǎn)權，通過自主開發(fā)或者是知識產(chǎn)權轉(zhuǎn)讓，在工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等領域進行成果轉(zhuǎn)化和應用，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。因此，獲取深海微生物活性物質(zhì)和基因序列的知識產(chǎn)權就成為資源開發(fā)利用活動的關鍵和核心。由于公海深海微生物資源是人類公共財產(chǎn)，凡是具備深海開發(fā)能力的國際組織和個人都可以獲得，盡管在深海微生物中提取的活性物質(zhì)和基因本身不能申請專利，但是相關研發(fā)技術和制成品卻可通過申請專利的形式被開發(fā)者所獨有，進而擁有商業(yè)應用的權力，一旦深海微生物資源應用技術被申請專利，專利擁有國家和組織就會獲得巨大的經(jīng)濟和其它利益?？梢灶A計，隨著深海微生物資源技術的不斷發(fā)展，新的深海微生物活性物質(zhì)和基因序列的不斷發(fā)現(xiàn)，將會形成一個具有廣闊前景和巨大經(jīng)濟效益的深海微生物活性物質(zhì)和基因知識產(chǎn)權產(chǎn)業(yè)。

在深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)過程中，以知識產(chǎn)權轉(zhuǎn)讓為核心“產(chǎn)-學-研”相結合的科技成果轉(zhuǎn)化模式將是主要實現(xiàn)形式。在這種模式中，科研機構和企業(yè)是兩大主體，政府和中介服務機構在其中起著支持和促進作用。市場經(jīng)濟條件下，科研院所和企業(yè)會根據(jù)利益最大化原則自主選擇合作方式，而政府會在政策、資金、制度和管理等方面對產(chǎn)業(yè)化進程進行支持，中介組織在聯(lián)系科研院所和企業(yè)、信息傳遞等方面發(fā)揮積極作用。需要強調(diào)的是，基于深海微生物資源的研發(fā)投入大、周期長、難度高，同時資源占有面臨激烈的國際競爭和海洋權益爭奪，政府在深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)過程中扮演著最為關鍵的角色，無論是在資源的占有、研發(fā)，還是成果轉(zhuǎn)化都需要政府積極推動，出臺相關政策進行引導，并在前期占有和研發(fā)階段提供大量資金支持。

在“產(chǎn)-學-研”三位一體的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)模式下，深海微生物資源產(chǎn)業(yè)基地在產(chǎn)業(yè)化過程中具有十分重要的作用。圍繞企業(yè)與科研院所兩大主體，充分揮發(fā)政府和中介組織的支撐服務作用，通過建設深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地，一方面加速科研開發(fā)的深度和進程，取得知識產(chǎn)權優(yōu)勢，另一方面加快從科研成果到現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，獲得巨大經(jīng)濟效益。深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地主要由研發(fā)中心、知識產(chǎn)權交易平臺、應用中心三大部分組成，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)相互支撐、融合，并在政策、資金、信息、基礎設施等各個方面獲得區(qū)域內(nèi)相關機構的支持。海洋科研院所是研發(fā)中心的主體，知識產(chǎn)權交易平臺的重要主體就是中介組織，企業(yè)則是應用中心的主體，在特定情況下二個中心和一個平臺可以實現(xiàn)一體化運行（見圖2）。

在深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的不同階段，深海微生物資源產(chǎn)業(yè)基地呈現(xiàn)出不同的建設方式。初級階段，深海微生物資源產(chǎn)業(yè)基地建設主要依托研發(fā)中心（大學和科研院所）進行規(guī)劃發(fā)展，以加快實現(xiàn)深海微生物資源開發(fā)技術的突破。這是因為，在產(chǎn)業(yè)化初級階段，以大學和科研院所為主體的研發(fā)中心發(fā)揮著主導作用，只有首先推動技術進步和取得相關具有自主知識產(chǎn)權的研究成果，才能為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎。隨著深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的不斷發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)化的高級階段，技術層面的問題得到基本解決，應用中心（生產(chǎn)企業(yè)）的作用越來越明顯，同時企業(yè)自主研發(fā)能力持續(xù)加強。在這個階段，深海微生物資源產(chǎn)業(yè)基地建設主要圍繞應用中心也就是不同類型的生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)來規(guī)劃發(fā)展，以實現(xiàn)深海微生物產(chǎn)業(yè)的集聚效應，獲取更大的經(jīng)濟社會效益。目前，深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然處在初級階段，產(chǎn)業(yè)基地建設還主要以研發(fā)中心為主要載體。

2 加快中國深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的對策建議

中國的深海微生物資源研發(fā)起步于20世紀90年代末，目前主要開展了深海微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用，微生物分離、培養(yǎng)，微生物遺傳、代謝研究，深海環(huán)境下微生物適應性機理的研究等；成功分離、鑒定出各類深海嗜壓、嗜熱、嗜冷、嗜鹽、嗜堿、嗜酸微生物，從中發(fā)現(xiàn)了多個未經(jīng)報道的新種。以此為基礎，正在建設國內(nèi)第一個深海微生物菌株資源庫，克隆了多種深海酶基因，進行了基因表達和分析。同時，關于深海微生物抗菌、抗腫瘤活性物質(zhì)篩選工作也已經(jīng)開展[4]。雖然近幾年來中國在深海微生物及其基因資源研究方面發(fā)展迅速，也取得了一些國際前沿的科研成果，但與發(fā)達國家相比仍存在較大差距，突出表現(xiàn)為技術手段不全面、資金投入不充足、研究隊伍不穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展嚴重滯后等方面。因此，必須采取更多措施，加強深海微生物資源研發(fā)，獲取自主知識產(chǎn)權，加快促進中國深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)進程。

2.1 制定深海微生物資源研發(fā)發(fā)展規(guī)劃，設立資源研發(fā)國家專項

第一，制定中國深海微生物資源研發(fā)的中長期發(fā)展規(guī)劃。為了更好的組織開展中國深海微生物資源研發(fā)，由國家相關部委牽頭，組織相關專家學者，瞄準深海微生物資源研發(fā)的國際前沿，借鑒國外先進經(jīng)驗，制定代表國家利益、面向國家當前和未來戰(zhàn)略需求的“深海微生物及其基因資源研究的中長期發(fā)展規(guī)劃”，明確中國在10～15年內(nèi)深海微生物資源研發(fā)的戰(zhàn)略目標、重點領域、實施步驟、支撐政策、組織管理體系?！鞍l(fā)展規(guī)劃”的制定和實施一方面要全面評估中國在深海微生物資源技術研發(fā)方面的發(fā)展現(xiàn)狀，摸清家底，找出差距，明確發(fā)展方向和具體目標；另一方面要理順中國深海微生物資源技術研發(fā)的體制機制，在政策、資金、項目等各個方面切實加強對深海微生物資源技術研發(fā)的支持力度?！鞍l(fā)展規(guī)劃”對于中國抓住國際深海微生物資源多樣性保護規(guī)章出臺前的重要機遇，促進深海微生物資源技術的跨越發(fā)展，在激烈的國際競爭中爭取更大的國家利益具有重要意義。

第二，盡快設立深海微生物資源研發(fā)的國家專項。通過設立深海微生物資源研發(fā)國家專項，給予必要強度的資金、項目支持來加速深海微生物資源的研究。一是設立專門的深海微生物資源基礎性研究國家專項。大力加強深海微生物遺傳資源的宏基因組研究與生物信息學研究，以引領詮釋生命起源奧秘、探究地球演變規(guī)律、闡釋氣候變暖本質(zhì)等方面的基礎科學研究。同時，重視生命科學及地球科學等相關領域的基礎研究；二是設立專門的深海微生物資源調(diào)查專項。充分利用中國在深海特殊技術裝備的研制方面的突破，通過改造或新建，盡快裝備專業(yè)的可搭載載人或非載人深潛器的深?？疾齑?，系統(tǒng)深入開展深海生物及基因資源多樣性、化學生態(tài)學等方面的大范圍調(diào)查，力爭發(fā)現(xiàn)和占有更多的深海微生物資源。三是建立專門的深海微生物資源研發(fā)平臺體系。以大型深海生態(tài)環(huán)境模擬實驗設備建設為核心，建立專門的深海微生物資源研發(fā)平臺，對國內(nèi)研究單位開放各種樣品、生物材料、基因、數(shù)據(jù)庫及各種專業(yè)設施，使研究工作能在一個較高水平的平臺上起到輻射作用。

第三，進一步完善和壯大深海微生物資源研究開發(fā)基地。依托在廈門建立的中國大洋深海生物及其基因資源研究開發(fā)中心，進一步整合國內(nèi)深海微生物資源技術研發(fā)力量，吸納和培養(yǎng)一批具有國際較高水平的深海微生物資源技術研發(fā)人才。同時，研究開發(fā)中心要加強總體設計，加大各個實驗室體量規(guī)模，強化創(chuàng)新團隊建設；進一步加強與國內(nèi)外同行的交流與合作，爭取獲得更廣泛的支持，引進國外先進研發(fā)技術和經(jīng)驗；爭取國家專項資金，建設大型深海生態(tài)環(huán)境模擬實驗設備和配備深海作業(yè)裝置；凝煉深海微生物研究項目與目標，爭取早日建立深海微生物資源國家重點實驗室。

2.2 加快 “產(chǎn)-學-研”平臺建設，規(guī)劃深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)基地

第一，建立深海微生物資源技術成果“產(chǎn)-學-研”平臺。要切實貫徹市場導向原則，把產(chǎn)業(yè)化發(fā)展水平作為衡量深海微生物資源研發(fā)進展的重要標準。鼓勵深海微生物資源科研機構和生物高新技術企業(yè)加強產(chǎn)、學、研結合，逐步形成由實驗室到中試基地再到產(chǎn)業(yè)園的發(fā)展模式。企業(yè)是科研技術和成果產(chǎn)業(yè)化的主體，隨著深海微生物資源技術研發(fā)的不斷深入，企業(yè)在研發(fā)和應用中的作用也將會日益突出。積極鼓勵深海微生物資源科研機構進駐企業(yè)，建立企業(yè)深海生物技術研發(fā)機構，或通過投資、參股、合并等方式與企業(yè)合作；積極促進海洋生物產(chǎn)業(yè)領域的大企業(yè)與科研院所結盟，將科研院所的人才、科研和開發(fā)優(yōu)勢與企業(yè)的資金、市場和理念優(yōu)勢相結合，最大限度發(fā)揮“產(chǎn)-學-研”合作各方的優(yōu)勢。

中試平臺在技術成果轉(zhuǎn)化中具有重要作用，要依托深海微生物資源研究開發(fā)基地，積極聯(lián)合企業(yè)參與，建立技術中試平臺和研究成果轉(zhuǎn)化體系，實現(xiàn)實驗室成果、技術中試與市場中試的有效結合，消除科研成果轉(zhuǎn)化的制約因素，將基礎研究優(yōu)勢和資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為技術優(yōu)勢和產(chǎn)品優(yōu)勢，從而實現(xiàn)深海微生物資源技術的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。要充分發(fā)揮技術中試平臺和成果轉(zhuǎn)化體系在產(chǎn)業(yè)化中的重要作用，充分利用中試平臺積極開展基因工程藥物、基因技術物種改良，以及深海極端微生物酶的小試放大和中試研究，并力爭達到小規(guī)模生產(chǎn)要求。同時，設立深海微生物資源技術成果中試基金，采用風險基金模式，以深海微生物資源技術成果轉(zhuǎn)化過程中的中試階段為資助對象，提高科技成果產(chǎn)業(yè)化的比例。

第二，合理規(guī)劃建設深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)基地。依托深海微生物資源技術研發(fā)中心和“產(chǎn)-學-研”平臺建設，規(guī)劃建設深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地。利用技術服務、政策引導、資金扶植、基礎設施和產(chǎn)業(yè)園建設等各種手段，吸引海洋生物高新技術企業(yè)來產(chǎn)業(yè)基地集聚，或者在基地建設新的研發(fā)應用中心和生產(chǎn)線，一方面可以加快深海微生物資源技術成果轉(zhuǎn)化，另一方面可以實現(xiàn)深海生物技術企業(yè)集群發(fā)展，實現(xiàn)規(guī)模優(yōu)勢，減小成本，獲得更大的經(jīng)濟效益。

目前，中國比較適宜建設深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地的是廈門和青島。廈門市擁有國家海洋局第三海洋研究所以及依托三所建立的中國大洋深海生物及其基因資源研究開發(fā)中心，具有國內(nèi)首個深海微生物研究平臺，是中國深海微生物資源研究的主要研發(fā)基地，具有在深海微生物資源技術研發(fā)上的比較優(yōu)勢；青島市是中國海洋科學研究中心，集聚了眾多的海洋科研機構，在海洋生物技術領域也具有較強的科研實力，青島國家深潛器基地建設也正式啟動，同時青島市海洋生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好，已經(jīng)形成了規(guī)模效益，具有承接深海微生物資源技術成果轉(zhuǎn)化的企業(yè)載體。在國家相關部門支持下，廈門和青島充分利用各自優(yōu)勢，建設南方和北方兩個以海洋生物基因產(chǎn)業(yè)園區(qū)為核心的深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)基地，采取各種措施，加快推進中國深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2.3 積極參與國際規(guī)章制定，加強深海微生物資源開發(fā)國際合作

首先，積極參與深海微生物資源多樣性保護國際規(guī)章制度的制定。目前，國際深海微生物資源的開發(fā)仍然處于無序競爭的狀態(tài)，擁有深海開發(fā)能力的國家在這個領域處于資源和技術壟斷控制地位。隨著深海微生物資源資源開發(fā)的不斷深入，深海微生物資源的公平開發(fā)和多樣性保護已經(jīng)在世界范圍內(nèi)引起關注。制定深海微生物資源多樣性保護國際規(guī)章制度，約束深海微生物資源資源開發(fā)行為，實現(xiàn)深海微生物資源有序開發(fā)成為國際趨勢，也日益成為世界海洋管理制度建設的重點領域，國際海底管理局近期會議均十分重視深海微生物資源的開發(fā)利用及其法律制度的建立。面對深海微生物資源多形性保護國際趨勢，中國一方面要積極加快深海微生物資源研發(fā)，加快資源占有，獲取自主知識產(chǎn)權；另一方面，要積極參與深海微生物資源多樣性保護國際規(guī)章制度的制定，維護中國及所代表的發(fā)展中國家在國際深海區(qū)域的資源權益。在深海微生物資源多樣性保護國際規(guī)章制度制定多方談判中，中國一方面要充分利用所具備的深海生物資源開發(fā)能力和已取得的研發(fā)成果，一方面要爭取不具備深海開發(fā)能力的發(fā)展中國家的支持，抑制和打破發(fā)達國家利用技術優(yōu)勢壟斷和控制深海微生物資源開發(fā)的局面，使中國在深海微生物資源開發(fā)國際競爭中占據(jù)相對有利地位，有力維護中國在國際深海區(qū)域的權益。

其次，積極參與深海微生物資源國際合作研究，引進國外先進技術和高端人才。積極參與綜合大洋鉆探計劃（IODP）以及其它國際深海微生物資源研究領域的重大科學研究計劃，支持中國大洋深海生物及其基因資源研究開發(fā)中心與國外著名的深海生物技術研發(fā)機構，如日本海洋科學與技術中心、美國Wood Hole海洋研究所、俄羅斯太平洋漁業(yè)研究中心等展開合作研究，建立起長效的、高水平的交流合作關系，鼓勵在中國建立聯(lián)合實驗室或研究中心。引進國外先進的深潛器和深海生態(tài)環(huán)境模擬設備，豐富中國深海微生物資源技術研究手段。積極選派研究人員到世界著名高水平深海微生物資源研究機構學習深造，與之建立研究生聯(lián)合培養(yǎng)機制；同時，大力引起國外深海微生物資源領域的高水平研究人才，組建創(chuàng)新團隊，實現(xiàn)國際創(chuàng)新資源想國內(nèi)集聚。

最后，推進深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國際合作。以美國、日本為代表的發(fā)達國家在深海微生物資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展上具有領先優(yōu)勢，加強深海微生物資源產(chǎn)業(yè)的國際合作，可以較快提升中國深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的水平。一是積極鼓勵中國海洋生物高新技術企業(yè)與世界著名深海微生物資源研發(fā)機構、海外跨國海洋生物技術公司展開合作，通過技術和產(chǎn)品引進，建立合資企業(yè)等各種方式，全面推進深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的國際合作，建立跨國的“產(chǎn)-學-研”聯(lián)盟；二是引導在深海微生物資源產(chǎn)業(yè)化開發(fā)中具有比較優(yōu)勢的海洋生物技術跨國企業(yè)直接投資，在中國深海微生物資源產(chǎn)業(yè)基地建立研發(fā)機構和生產(chǎn)企業(yè)，滿足國內(nèi)市場對深海微生物資源技術產(chǎn)品的需求。

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