研究員:蔣雯

幾天前,mRNA領域巨頭Moderna宣布合作基因編輯新創(chuàng)公司Metagenomi進入基因編輯療法賽道,而據Metagenomi公司創(chuàng)始人Brian Thomas披露,該公司通過專有發(fā)現引擎,從大量的宏基因組數據中尋找能夠用于基因治療的新核酸酶,其擁有的核酸酶在基因編輯效率方面優(yōu)于現有的CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng),編輯效率超過90%,有的甚至超過95%。對此,Thomas認為:“對于這一點,主要歸功于宏基因組學�！�

那這里提到的宏基因組學是什么,該技術有哪些應用場景?我國在該領域的發(fā)展如何呢?

筆者基于專利角度在分析宏基因組學發(fā)現:第一,全球范圍內該領域專利申請量7000多件,其中美國作為主要技術來源地,申請專利量達3300多件,中國排名第二,申請專利量達2000多件。第二,美國專利申請人中企業(yè)占比高于中國,說明美國該領域技術商業(yè)化程度高于中國。第三,縱觀中美兩國在該領域專利申請趨勢,美國年專利申請量平均增速約為1．18倍,中國約為1．24倍,自2014年以來,中國年專利申請量增速首超美國后,兩國年專利申請量數量差距逐漸減小,表明中國在該領域正在快速發(fā)展,屬于技術研發(fā)的上升期,盡管目前實力尚不足,但未來可期。

一、宏基因組學,近年來熱門且活躍的研究領域

宏基因組 ( Metagenome),又稱微生物環(huán)境基因組Microbial Environmental Genome或元基因組,由Handelsman 等于1998 年提出的新名詞,定義為“the genomes of the total microbiota found in nature”, 即環(huán)境中全部微小生物遺傳物質的總和。

宏基因組學作為一種新的微生物研究方法,是指以環(huán)境樣品中的微生物群體基因組為研究對象,利用新一代高通量測序技術(NGS)研究環(huán)境微生物的群落結構、物種分類、系統(tǒng)進化、基因功能及代謝網絡等,是近年來熱門且活躍的一個研究領域。

宏基因組學的應用場景覆蓋微生態(tài)學、海洋微生物資源開發(fā)、環(huán)境保護和污染修復、醫(yī)學領域以及生物酶制劑開發(fā)等多個領域。發(fā)表于《自然》(Nature)雜志上的一項研究顯示,美國能源部聯合基因組研究院(DOE JGI)的研究人員利用來自世界各地最大規(guī)模采集的組裝宏基因組數據集,揭示出了125,000個部分及完整的病毒基因組,其中大多數病毒感染微生物。這一研究將已知病毒基因數量提高了16倍,同時提供了獨特的病毒序列信息資源。

中國也在積極推進利用宏基因組技術獲取新型藥物的研究。例如浙江大學研究團隊通過定量宏基因組技術,對98個肝硬化病人和83個健康人的腸道菌群進行了研究;此外,廈門大學研究團隊從南極中山站的排污口采集污泥,構建了宏基因組文庫。通過差異性DNA修復實驗(DDRT)篩選得到了一種具有抗腫瘤效應的物質。

由于其應用廣泛,各國逐漸重視宏基因組學研究,并推進了許多有關宏基因組學的研究計劃。例如,歐盟推出人體腸道元基因組研究計劃(MetaHIT),想要研究組成腸道微生物群落的基因組,總投入超過2000萬歐元。美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)開啟人類微生物組計劃(HumanMicrobiome Project,HMP),旨在確定在沒有明顯疾病的情況下,是否存在“健康”微生物群落的共同元素,總預算高達2．15億美元。

二、宏基因組全球專利趨勢分析

筆者通過智慧芽通過智慧芽全球專利數據庫,針對宏基因組通過關鍵詞限定進行檢索后,發(fā)現世界范圍內關于宏基因組相關專利申請自2001年開始,截至目前申請量約8000件(如圖1),年專利申請量平均增速(定義為申請量年增速的平均值)為1．44倍,其中2016年增速約1．67倍,高于年專利申請量平均增速。

圖1宏基因組領域全球專利申請趨勢(來源:智慧芽)

其次,對近8000件專利申請進行技術來源國家/地區(qū)分析。技術來源國/地區(qū)是指該項專利技術是由哪個國/地區(qū)的申請人提出,技術來源國/地區(qū)的專利申請數量在一定程度上反映了該國家/地區(qū)的專利技術創(chuàng)新能力和活躍程度。美國作為該領域的主要技術來源地,申請專利量達3300多件,中國排名第二,申請專利量達2000多件(如圖2)。

圖2宏基因組領域TOP10技術來源國專利量對比(來源:智慧芽)

進一步對比中美兩國在該領域專利申請趨勢,美國近10年專利申請量平均增速約為1．18倍,中國約為1．24倍,自2014年以來,中國年專利申請量增速首超美國后,兩國年專利申請量數量差距逐漸縮小,表明中國在該領域正在快速發(fā)展,屬于技術研發(fā)的上升期,盡管目前實力尚不足,但未來可期。(如圖3)

圖3中美專利申請趨勢對比-紅色代表美國,藍色代表中國(來源:智慧芽)

同時結合智慧芽全球專利數據庫申請人類型進一步分析后,筆者發(fā)現美國3000多件專利申請中,超過2500多件由公司申請,而中國2千多件專利申請,其中約一半是由院校/研究所提出,公司申請專利量約為800多件,遠低于美國公司的申請量,從側面說明美國在該領域技術的商業(yè)化程度高于中國。

三、中美技術領先企業(yè)分析

下面進一步看下該領域TOP25申請人排名,大部分是國外公司及研究機構(如圖4)。其次,結合宏基因組學主要技術研究手段(高通量檢測技術為主),作為全球基因測序領先企業(yè)的Illumina公司申請量最多(約為300多件)并推出相關測序產品(如圖5);其次,華大基因及其關聯公司作為國內測序領先公司就該領域也積極進行技術的專利布局并推出宏基因組測序服務。(如圖6)

圖4宏基因組領域TOP25專利申請人排名(來源:智慧芽)

圖5Illmina用于宏基因組分析的產品展示(圖片來源官網)

圖6 華大基因宏基因組測序服務(圖片來源官網)

通過智慧芽英策創(chuàng)新詞云,較直觀看出Illumina和華大基因及其關聯公司在宏基因組領域創(chuàng)新點的不同,Illumina公司側重在測序儀器方面,如傳感器、檢測裝置和分析等改進(如圖7);華大基因及其關聯公司則更側重于應用方面的技術改進。(如圖8)

圖7 Illumina公司宏基因組技術創(chuàng)新詞云(來源:智慧芽)

圖8 華大基因宏基因組技術創(chuàng)新詞云(來源:智慧芽)