魏 鳳 段力萌*， 鄧阿妹

（1.中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心，武漢430071；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院圖書情報(bào)與檔案管理系，北京100190；3.科技大數(shù)據(jù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(lái)諸多好處，比如健腦益智、促進(jìn)神經(jīng)和視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)育、抗癌、抗炎、預(yù)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(yīng)用［5-9］。DHA主要分為從動(dòng)物中提取和從植物中提取兩種方式，其中，從動(dòng)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(dǎo)致其無(wú)法滿足人們對(duì)DHA日益增長(zhǎng)的需求［10］；因此，微藻DHA提取開(kāi)始受到關(guān)注，與動(dòng)物提取DHA相比，微藻具有生長(zhǎng)快、易培育、DHA含量高、提取工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

利用微藻生產(chǎn)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(chǔ)的技術(shù)環(huán)節(jié)。因此，對(duì)菌種選育技術(shù)進(jìn)行分析，了解其發(fā)展態(tài)勢(shì)能夠?yàn)槲⒃錎HA菌種選育技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)研究提供參考，同時(shí)可以進(jìn)一步完善微藻DHA菌種選育技術(shù)的研究體系。

本文通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研對(duì)菌種選育技術(shù)進(jìn)行了解，并且通過(guò)專利檢索和專家咨詢確定了407件相關(guān)專利，利用專利分析工具（Derwent Data Analyzer，DDA）進(jìn)行分析，主要分析了菌種選育技術(shù)專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)、發(fā)明人發(fā)展態(tài)勢(shì)、專利技術(shù)布局和研發(fā)重心、主要申請(qǐng)機(jī)構(gòu)、專利國(guó)家布局和保護(hù)以及最新技術(shù)發(fā)展動(dòng)向等，旨在揭示全球微藻DHA菌種選育技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)和技術(shù)專利布局，以期為我國(guó)DHA領(lǐng)域研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)情報(bào)支撐，促進(jìn)我國(guó)該領(lǐng)域知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略布局的進(jìn)一步發(fā)展。

1 微藻DHA菌種選育技術(shù)的技術(shù)組成

為了揭示菌種選育技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，本文對(duì)菌種選育開(kāi)展了技術(shù)調(diào)研。目前，菌種選育技術(shù)主要包括物理方法、化學(xué)方法和生物學(xué)方法。其中物理學(xué)方法主要包括激光誘變技術(shù)、離子束誘變技術(shù)、射線輻射誘變技術(shù)和紫外線照射誘變技術(shù)；化學(xué)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(yáng)霉素；生物學(xué)方法主要包括細(xì)胞融合技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，其中轉(zhuǎn)基因技術(shù)又包括去飽和酶基因和延長(zhǎng)酶基因。具體的技術(shù)如圖1所示。

圖1 微藻DHA菌種選育技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)Fig.1 Key technologies for breeding techniques of algae DHA strains

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

為了準(zhǔn)確檢索DHA菌種選育領(lǐng)域的技術(shù)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(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是全球最權(quán)威的專利數(shù)據(jù)庫(kù)，收錄了超過(guò)1100萬(wàn)件基本發(fā)明專利的信息、2000多萬(wàn)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(shù)據(jù)時(shí)間為1963年至檢索日期（2019年3月7日）。在構(gòu)造檢索式時(shí)充分考慮了技術(shù)關(guān)鍵詞（圖1）的變體，并從技術(shù)維度出發(fā)，進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)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(shù)專利檢索式Tab.1 Breeding technology selection patent search

3 微藻DHA菌種選育技術(shù)的結(jié)果分析

3.1 專利申請(qǐng)發(fā)展態(tài)勢(shì)

由圖2可知，全球微藻DHA菌種選育技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，并且具有階段性特征。具體可以分為3個(gè)階段：第一階段（1995—2002年）為萌芽期，每年的專利申請(qǐng)量不超過(guò)20件，說(shuō)明該技術(shù)還未引起公眾的廣泛關(guān)注，技術(shù)處于新研發(fā)階段；第二階段（2003—2008年）的專利申請(qǐng)量相較于第一階段有了明顯增長(zhǎng)，并在2009年達(dá)到了峰值，說(shuō)明該技術(shù)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(qǐng)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明該技術(shù)的良好發(fā)展期已經(jīng)過(guò)去，進(jìn)入了技術(shù)發(fā)展的緩慢階段。

3.2 技術(shù)分布

根據(jù)國(guó)際上公認(rèn)的學(xué)科、技術(shù)與專利的分類方法，國(guó)際專利分類（International Patent Classifications，IPC），對(duì)微藻DHA菌種選育技術(shù)涉及的技術(shù)領(lǐng)域、申請(qǐng)量、時(shí)間跨度開(kāi)展分析；同時(shí)根據(jù)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)在不同類別中的數(shù)量分布，判斷出該技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。具體來(lái)看，目前該項(xiàng)技術(shù)專利覆蓋了5個(gè)領(lǐng)域，分別為含氧有機(jī)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(xué)方法的專利最多，主要側(cè)重在基因工程這個(gè)方面（表2）。

由表2可以看到，C12P-007/64代表含氧有機(jī)化合物，主要涉及脂肪、脂油、酯型蠟、高級(jí)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(jí)脂肪酸。

C12N-015/82代表的技術(shù)領(lǐng)域是植物基因工程，該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量占比超過(guò)20%是在2016—2018這三年申請(qǐng)的。

C07H-021/04指的是基因/核苷酸序列，核苷酸是生物細(xì)胞的主要內(nèi)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(shù)量說(shuō)明了核苷及其衍生品已經(jīng)成為了新的研究熱點(diǎn)。核苷酸的提取與基因技術(shù)密不可分，由此可見(jiàn)基因工程和基因/核苷酸專利數(shù)量的增加是對(duì)核苷酸的微生物發(fā)酵生產(chǎn)以及基因技術(shù)的投入研究比重加大的另一種表現(xiàn)。

圖2 全球微藻DHA菌種選育技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)Fig.2 Trends in patent application for global microalgae DHA strain breeding technology

表2 微藻DHA菌種選育技術(shù)IPC分類小組的TOP 10專利技術(shù)領(lǐng)域及其申請(qǐng)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(shù)主要集中在脂肪、脂油、酯型蠟、高級(jí)脂肪酸及氧化油或脂的制備、植物細(xì)胞表達(dá)載體構(gòu)建、外源基因在植物細(xì)胞的表達(dá)、PUFA/ω-3/DHA合成的相關(guān)基因和基因克隆、DNA重組技術(shù)、酵母的遺傳改造（酵母轉(zhuǎn)基因）、細(xì)胞的遺傳改造、細(xì)胞轉(zhuǎn)基因技術(shù)、細(xì)菌的遺傳改造（細(xì)菌轉(zhuǎn)基因）、植物組織培養(yǎng)、植株再生等技術(shù)領(lǐng)域。從時(shí)間跨度來(lái)看，含氧有機(jī)化合物方面的研究在1995年就已出現(xiàn)，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(guān)技術(shù)出現(xiàn)的早，研究時(shí)間更長(zhǎng)。

3.3 專利主要申請(qǐng)機(jī)構(gòu)分析

專利數(shù)量較多的TOP5專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)的情況如圖3所示，有3家來(lái)自美國(guó)，還有2家來(lái)自歐洲（分別是德國(guó)、荷蘭），均是企業(yè)，由此可見(jiàn)，企業(yè)在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。這些機(jī)構(gòu)擁有的專利數(shù)量均超過(guò)了15件，其中杜邦公司的擁有量遙遙領(lǐng)先。

圖3 微藻DHA菌種選育技術(shù)主要專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)擁有的專利數(shù)量Fig.3 Number of patents of major patent applicants

通過(guò)以上分析可以看出，國(guó)內(nèi)外的菌種選育技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，TOP5的申請(qǐng)機(jī)構(gòu)中，美國(guó)的機(jī)構(gòu)（都是企業(yè)）和專利數(shù)量都最多，是該領(lǐng)域發(fā)展最好的國(guó)家。中國(guó)企業(yè)在微藻DHA菌種選育技術(shù)發(fā)展中處于新生兒的狀態(tài)，應(yīng)該積極學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和理念，加大科研力度，提高創(chuàng)新能力；在面對(duì)國(guó)外強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的壓力時(shí)，應(yīng)該立足于競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)尚未涉足的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

3.3.1 技術(shù)布局和研發(fā)重心分析

微藻DHA菌種選育領(lǐng)域TOP 5機(jī)構(gòu)對(duì)該領(lǐng)域排名前10的IPC分類實(shí)現(xiàn)了全面覆蓋（圖4），對(duì)這些領(lǐng)域的技術(shù)都有所涉及。

杜邦公司技術(shù)分布較廣且專利較多，重點(diǎn)關(guān)注含氧有機(jī)化合物的制備、DNA重組技術(shù)、氧化還原酶、核酸，在脂肪、脂油、酯型蠟、高級(jí)脂肪酸及氧化油或脂的制備（C12P-007/64）技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量最多，酵母的遺傳改造（C12N-001/19）、PUFA/ω-3/DHA合成的相關(guān)基因和基因克隆（C07H-021/04）等技術(shù)領(lǐng)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(jí)脂肪酸及氧化油或脂的制備技術(shù)上，此外，主要集中在植物相關(guān)的菌種選育，主要是植物細(xì)胞表達(dá)載體構(gòu)建和外源基因在植物細(xì)胞的表達(dá)（C12N-015/82）、細(xì)菌的遺傳改造（C12N-001/21）等領(lǐng)域。

巴斯夫植物科學(xué)有限公司重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域有脂肪、脂油、酯型蠟、高級(jí)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(xì)胞表達(dá)載體構(gòu)建和外源基因在植物細(xì)胞的表達(dá)（C12N-015/82）技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量最多。與巴斯夫類似，帝斯曼集團(tuán)重點(diǎn)關(guān)注脂肪、脂油、酯型蠟、高級(jí)脂肪酸及植物相關(guān)基因重組的技術(shù)，在脂肪、脂油、酯型蠟、高級(jí)脂肪酸及氧化油或脂的制備（C12P-007/64）技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量最多。植物細(xì)胞表達(dá)載體構(gòu)建、外源基因在植物細(xì)胞的表達(dá)也是其研發(fā)重點(diǎn)。雅培實(shí)驗(yàn)室的專利更集中于 PUFA/ω-3/DHA合成的相關(guān)基因和基因克隆相關(guān)技術(shù)。

圖4 微藻DHA菌種選育技術(shù)主要申請(qǐng)機(jī)構(gòu)研發(fā)重點(diǎn)分布情況Fig.4 Distribution of key research and development priorities of major applicants

3.3.2 專利國(guó)家布局和保護(hù)分析

首先，各主要機(jī)構(gòu)表現(xiàn)出對(duì)專利合作條約（PCT）專利申請(qǐng)的普遍重視（表3）。申請(qǐng)PCT專利較多的機(jī)構(gòu)包括杜邦公司、帝斯曼集團(tuán)、巴斯夫植物科學(xué)有限公司等。但與其他主要申請(qǐng)機(jī)構(gòu)相比，馬泰克生物科技公司、雅培實(shí)驗(yàn)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(shù)保護(hù)區(qū)域規(guī)劃方面，各主要機(jī)構(gòu)都在本國(guó)申請(qǐng)了較多專利進(jìn)行專利保護(hù)，表現(xiàn)出以本國(guó)市場(chǎng)為主兼顧國(guó)際市場(chǎng)的布局特點(diǎn)。其專利保護(hù)區(qū)域都達(dá)到8個(gè)國(guó)家（地區(qū)）以上，基本都涉及美國(guó)、歐洲、中國(guó)、加拿大等，說(shuō)明其產(chǎn)品在整個(gè)歐美市場(chǎng)以及中國(guó)都占據(jù)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(jī)構(gòu)大多在中國(guó)申請(qǐng)了專利，表現(xiàn)出了他們對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的關(guān)注，這就要求中國(guó)在發(fā)展歐美市場(chǎng)時(shí)充分考慮當(dāng)前因素。

表3 微藻DHA菌種選育技術(shù)主要專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)、國(guó)家技術(shù)布局Tab.3 Technical layout of major patent applicants

3.3.3 最新技術(shù)動(dòng)向

2017年以來(lái)，微藻DHA菌種選育技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了新的技術(shù)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(shù)主要存在于單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪組織源性干細(xì)胞。2018年還出現(xiàn)了微藻DHA作為“食料添加劑”的新技術(shù)，說(shuō)明微藻DHA菌種選育技術(shù)在食品添加劑方面有了新的發(fā)展和應(yīng)用。新專利之間的相似值并不是很高，可見(jiàn)微藻DHA菌種選育技術(shù)在不斷地拓寬，市場(chǎng)也在不斷地發(fā)展。如今注重的不是技術(shù)的開(kāi)發(fā)，而是產(chǎn)品本身的開(kāi)發(fā)。

表4 微藻DHA菌種選育技術(shù)2017年以來(lái)菌種選育新出現(xiàn)技術(shù)情況Tab.4 New emerging technology situation of strain selection since 2017

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)全球微藻DHA菌種選育技術(shù)的調(diào)研和分析可以發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量不斷增加，在2011年達(dá)到了頂峰，技術(shù)活躍度和創(chuàng)新度都比較高，總體發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，但是申請(qǐng)量和發(fā)明人數(shù)量的下降說(shuō)明了該技術(shù)領(lǐng)域的飽和度相對(duì)較高，技術(shù)發(fā)展比較成熟。

對(duì)專利技術(shù)分布進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，菌種選育專利的技術(shù)主要集中在脂肪、脂油、酯型蠟、高級(jí)脂肪酸及氧化油或脂的制備、植物細(xì)胞表達(dá)載體構(gòu)建等領(lǐng)域，近年來(lái)酶或酶原基因的外源表達(dá)、酶及酶原、酶的激活、活性抑制等酶相關(guān)技術(shù)，以及DNA重組技術(shù)、細(xì)胞的遺傳改造、細(xì)胞轉(zhuǎn)基因技術(shù)等基因工程技術(shù)相對(duì)自身發(fā)展較快。近幾年來(lái)，主要出現(xiàn)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(shù)，這些技術(shù)主要用于在單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪組織源性干細(xì)胞中的提取工藝。2018年還出現(xiàn)涉及“食料添加劑”的新技術(shù)，可見(jiàn)該技術(shù)作為新的研究熱點(diǎn)出現(xiàn)，仍存在一定的研究空間和價(jià)值。

杜邦公司、馬泰克生物科技公司、巴斯夫植物科學(xué)有限公司、帝斯曼集團(tuán)是菌種選育技術(shù)領(lǐng)域最具有競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)。專利保護(hù)機(jī)構(gòu)主要為世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織和歐專局，可見(jiàn)高端技術(shù)主要集中在國(guó)外，中國(guó)比較缺乏，這就要求國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和重視研發(fā)的企業(yè)引起重視，加大科研力度，積極學(xué)習(xí)國(guó)外的理念和技術(shù)，發(fā)展先進(jìn)技術(shù)以提高整體的自主創(chuàng)新能力。

整個(gè)微藻DHA菌種選育技術(shù)的發(fā)展中，國(guó)外的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)起了主導(dǎo)作用，在菌種選育技術(shù)處于相對(duì)飽和的前提下，中國(guó)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的專利數(shù)量仍只占很少的比例，可見(jiàn)中國(guó)的專利和技術(shù)創(chuàng)新極度缺乏，需要加強(qiáng)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的自主技術(shù)和創(chuàng)新能力，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；同時(shí)對(duì)于該領(lǐng)域涌現(xiàn)的新技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，抓住國(guó)外市場(chǎng)中的存在的機(jī)會(huì)，加大研發(fā)和創(chuàng)新盡快進(jìn)行新的專利布局；帝斯曼作為一家國(guó)際性的營(yíng)養(yǎng)保健醫(yī)藥集團(tuán)，收購(gòu)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑制造商馬泰克生物科學(xué)公司后，實(shí)力大大加強(qiáng)，這啟發(fā)國(guó)內(nèi)企業(yè)重視重組并購(gòu)產(chǎn)業(yè)中上游的優(yōu)勢(shì)企業(yè)，提升微藻DHA菌種選育技術(shù)產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。