， ，

自1990年人類基因組計劃啟動以來，基因測序技術(shù)發(fā)展更加迅速，已經(jīng)在基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和臨床實踐中也得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀70年代至今，基因測序技術(shù)經(jīng)歷了4代的發(fā)展：第一代是英國生物化學(xué)家Sanger的脫氧鏈終止法(1975年，首次完整的基因組測序，人類基因組計劃得以開展的關(guān)鍵)，第二代基于焦磷酸的高通量測序法(1996年，目前普遍應(yīng)用的測序技術(shù))，第三代為單分子DNA測序法(已較為成熟)，第四代納米孔測序法(嶄露頭角)[1]?；驕y序技術(shù)作為人類探索生命奧秘的重要手段之一，對生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展起到了巨大的推動作用。2015年美國啟動的“精準(zhǔn)醫(yī)療計劃”引來了世界范圍內(nèi)的精準(zhǔn)醫(yī)療熱潮，而作為精準(zhǔn)醫(yī)療的關(guān)鍵，基因測序技術(shù)成為了美國、英國、法國等發(fā)達國家的精準(zhǔn)醫(yī)療部署的入口。

2014年美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health，NIH)向開發(fā)新型測序技術(shù)的8支研究團隊資助1 450萬美元(資助時間為2-4年)，2016年美國政府向NIH提供1.3億美元資助用于“百萬人基因組計劃”，2012年英國啟動“10萬人基因組計劃”，2015年年底英國政府宣布將在未來再追加經(jīng)費用于該計劃，2016年6月英國政府宣布已經(jīng)完成了9 892個基因組測序工作，法國于2016年宣布啟動投資6.7億歐元的基因組和個體化醫(yī)療項目即“法國基因組醫(yī)療2025”[2]。

因此，準(zhǔn)確把握基因測序技術(shù)的國際研究發(fā)展態(tài)勢，了解我國在該領(lǐng)域中的競爭格局，能夠為技術(shù)領(lǐng)域科研人員和政策制定者的有關(guān)決策提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

科學(xué)論文是科學(xué)研究成果的重要載體和科研產(chǎn)出的主要形式。專利是技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)物，作為一種制度，它保護并鼓勵技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。本文以科學(xué)論文和專利文獻為基本數(shù)據(jù)，構(gòu)建創(chuàng)新態(tài)勢研究分析框架，利用Web of ScienceTM、ESI、Thomoson Innovation、Innography等數(shù)據(jù)庫從科學(xué)研究態(tài)勢和技術(shù)研發(fā)態(tài)勢兩方面對基因測序技術(shù)的國際研發(fā)創(chuàng)新態(tài)勢進行綜合定量分析。以Web of ScienceTM數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，構(gòu)建基因測序技術(shù)的檢索式，檢索并獲取相關(guān)論文748 381篇，文獻類型為Article、Review、Letter，檢索日期為2016年12月31日；構(gòu)建單細胞測序技術(shù)檢索式，檢索并獲取相關(guān)論文3 719篇，文獻類型為Article、Review、Letter，檢索時間為2016年11月21日。

2 結(jié)果與分析

2.1 科學(xué)研究態(tài)勢

2.1.1 SCI發(fā)文量年度變化趨勢

1970年開始陸續(xù)出現(xiàn)基因測序技術(shù)的相關(guān)論文，發(fā)文量增長緩慢，直至1990年國際人類基因組計劃啟動，論文數(shù)量才呈明顯直線上升趨勢。我國的基因測序技術(shù)發(fā)展起步較晚，在人類基因組計劃啟動后并沒有快速發(fā)展，直至1999年我國參與“國家人類基因組計劃”后，從2002年開始，基因測序技術(shù)相關(guān)論文數(shù)量才開始出現(xiàn)明顯增長，如圖1所示。

2.1.2 主要國家

世界各國基因測序技術(shù)發(fā)文量及所占比例較高的前10個國家依次為美國、中國、日本、德國、英國、法國、加拿大、意大利、澳大利亞、西班牙，其中美國基因測序技術(shù)SCI發(fā)文量排名世界第一，共發(fā)表論文282 071篇，占38%，以絕對優(yōu)勢領(lǐng)先其他國家；我國發(fā)表論文74 913篇，占10%，排名第二。

圖1 基因測序技術(shù)SCI國際發(fā)文量及中美發(fā)文量年度變化趨勢

2.1.3 ESI高被引論文

以湯森路透ESI數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，經(jīng)檢索獲得全球基因測序技術(shù)研究領(lǐng)域高被引論文5 916篇。以第一通訊作者所屬國家為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計各國高被引論文貢獻情況(表1)。結(jié)果顯示，美國排名第一，高被引論文貢獻率為47.46%；我國共發(fā)表高被引論文425篇，占7.18%，排名第三。

2.1.4 科學(xué)研究熱點主題

將全球基因測序技術(shù)研究領(lǐng)域5 916篇ESI高被引論文的PMID導(dǎo)入PubMed數(shù)據(jù)庫重新檢索，并抽取最能表征這些論文研究主題的主要主題詞(MeSH Major Topic)，利用Gephi軟件對主題詞進行頻次與共現(xiàn)關(guān)系統(tǒng)計、聚類、分析，得到近5年基因測序技術(shù)領(lǐng)域主要的研究熱點(圖2)。

表1 各國發(fā)表的基因測序研究高被引論文

圖2 基因測序技術(shù)的研究熱點主題

2.1.4.1 基因測序技術(shù)在識別和鑒定HIV病毒和胃腸道菌群中的應(yīng)用

1號論文簇主要出現(xiàn)了病毒、細菌、古生菌、HIV、胃腸道、宏基因組、16S核糖體RNA、大腸桿菌等高頻主題詞。腸道中與人體共生或寄生的微生物如細菌、原生動物、病毒等可被稱為人類的“第二基因組”，但人類其的認識還遠遠不夠?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明，腸道微生物尤其是細菌分布的平衡對人體的健康非常重要，糖尿病、哮喘、慢性腹瀉、肥胖癥、免疫力低下等常見疾病均與細菌分布平衡的失調(diào)有密切關(guān)聯(lián)。比利時魯汶大學(xué)和荷蘭格林寧根大學(xué)兩個團隊利用基因測序分別分析人類糞便中所含的腸道菌群、樣本人群宏基因組數(shù)據(jù)，找出了腸道核心微生物群，有助于判斷多種疾病。

2.1.4.2 基因編輯技術(shù)與基因測序技術(shù)的有效結(jié)合

2號論文簇主要出現(xiàn)了CRISPR/CAS、基因工程、基因打靶、向?qū)NA等高頻主題詞?；驕y序是基礎(chǔ)，細胞測序是中層，基因編輯是最高層次。韓國首爾大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種新型的Digenome-seq方法，通過基因組測序檢測CRISPR-Cas9在基因組中的打靶和脫靶情況[3]。2014年采用一種有效的方法構(gòu)建出了一種新型的CRISPR/Cas9 sgRNA文庫。北大魏文勝團隊利用文庫功能篩查結(jié)合高通量測序分析，成功地鑒別出了對于炭疽和白喉毒素毒性至關(guān)重要的宿主基因[4]。

2.1.4.3 基因測序技術(shù)在植物全基因組中的應(yīng)用

植物全基因組測序是一項非常強大而艱難的工程，它利用基因組學(xué)的方法揭示許多重要植物物種的遺傳藍圖。從基因組水平上對物種的生長、發(fā)育、進化、起源等重大問題進行研究。利用全基因組重測序有助于快速發(fā)現(xiàn)與植物重要性狀相關(guān)的遺傳變異，縮短分子育種的實驗周期等。近年來，植物基因組測序技術(shù)的相關(guān)研究取得了顯著成效，但只有擬南芥與水稻的基因組序列的質(zhì)量水平是最高的[5]。

2.1.4.4 基因測序技術(shù)在腫瘤診療中的應(yīng)用

腫瘤是當(dāng)今世界死亡率最高的疾病之一，而基因測序技術(shù)的快速發(fā)展對腫瘤的早期篩查、診斷、個體化治療起著至關(guān)重要的作用。有研究表明，基因測序技術(shù)能夠更快速、高效、敏感地檢測循環(huán)游離腫瘤DNA[6]，如今的高通量測序技術(shù)可以精確檢測出BRCA2、TP53、KRAS等基因的突變，從而為患者制訂個體化的治療措施[7]；也可以通過對腫瘤高發(fā)家族的人群進行全基因組檢測，確定異?；?，從而進行早期干預(yù)治療。

2.1.4.5 基因測序技術(shù)涉及到的基礎(chǔ)研究、核心技術(shù)以及技術(shù)發(fā)展

單細胞測序技術(shù)是基因測序技術(shù)史上甚至是科技發(fā)展史上的一大創(chuàng)舉，2012年北京大學(xué)謝曉亮、白凡課題組與北大腫瘤醫(yī)院王潔團隊合作通過單細胞基因測序手段首次報道了對于癌癥病人單個外周血循環(huán)腫瘤細胞的全基因組、外顯子組測序結(jié)果，該研究對揭示癌癥轉(zhuǎn)移的分子機制具有重要意義[8]。

2.1.5 單細胞測序技術(shù)

1991年開始陸續(xù)出現(xiàn)單細胞測序技術(shù)的相關(guān)研究論文，之后論文數(shù)量呈緩慢增長趨勢，直至2012年，單細胞測序技術(shù)研究論文數(shù)量在全球、美國以及中國幾乎同一時間開始增長，全球和美國均呈直線增長趨勢，我國則呈現(xiàn)平穩(wěn)增長趨勢(圖3)。

圖3 單細胞測序技術(shù)SCI國際發(fā)文量及中美發(fā)文量年度變化趨勢

2.2 技術(shù)研發(fā)態(tài)勢

2.2.1 全球?qū)＠跈?quán)數(shù)量年度變化

從Thomoson Innovation數(shù)據(jù)庫中檢索并獲得基因測序技術(shù)相關(guān)授權(quán)發(fā)明專利58 634件。1978年陸續(xù)開始有基因測序?qū)＠夹g(shù)獲得授權(quán)，之后呈穩(wěn)定增長趨勢，其中，2010-2013年專利授權(quán)數(shù)量增長較快，2014年達到峰值(共4 066件)，如圖4所示。

2.2.2 專利受理的國家/地區(qū)分布

專利受理的國家/地區(qū)反映了技術(shù)接受地信息、專利權(quán)人的知識產(chǎn)權(quán)與產(chǎn)品市場布局?；驕y序技術(shù)領(lǐng)域主要有美國(30%)、中國(20%)、歐洲(10%)、澳大利亞(8%)、韓國(5%)、加拿大(5%)、日本(4%)、德國(3%)等，其中，中美已成為基因測序技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麢?quán)人最重視的專利保護區(qū)及產(chǎn)品市場。

圖4 國家知識產(chǎn)權(quán)局基因測序技術(shù)的專利授權(quán)數(shù)量年度變化

2.2.3 高價值專利分布

參考Innography的專利強度指標(biāo)，分析基因測序技術(shù)已授權(quán)專利的專利質(zhì)量(圖5)。專利強度越高，專利的質(zhì)量也越高。專利強度在0%-10%之間的專利有10 172件，占17.35%；專利強度在90%-100%的專利有1 611件，被認為是該技術(shù)領(lǐng)域的核心專利。

圖5 基因測序技術(shù)授權(quán)專利的專利強度分布

結(jié)果顯示，專利價值在80-100分之間的授權(quán)專利共有3 277件。其中由我國發(fā)明人發(fā)明的專利共有48件：14件來自深圳華大基因、4件來自中科院、2件來自博奧生物公司、2件來自復(fù)旦大學(xué)。深圳華大基因的高價值專利所占比例為30%。

2.2.4 技術(shù)研發(fā)熱點主題

利用Thomson Innovation專利數(shù)據(jù)庫的Themescape Mapping對近5年授權(quán)的基因測序?qū)＠墨I進行可視化聚類分析，制成專利地圖(圖6)，呈現(xiàn)出5個基因測序技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)熱點主題：引物擴增、分子標(biāo)記等基因測序技術(shù)的關(guān)鍵核心技術(shù)，氨基酸測序，植物轉(zhuǎn)基因、基因組測序，免疫庫組測序，腫瘤診療。

2.2.5 我國授權(quán)的基因測序技術(shù)相關(guān)專利

2.2.5.1 專利授權(quán)數(shù)量呈爆發(fā)式增長

在中國國家知識產(chǎn)權(quán)局的專利檢索平臺通過檢索、人工判讀的方式獲得我國已授權(quán)的基因測序技術(shù)相關(guān)專利1 325件。2002年國家知識產(chǎn)權(quán)局開始有基因測序技術(shù)專利授權(quán)，之后專利授權(quán)數(shù)量緩慢增長，直至2012年專利授權(quán)數(shù)量呈爆發(fā)增長趨勢(2012年、2013年、2015年、2016年分別為136件、196件、218件、259件)，2014年達到峰值(267件)。

圖6近5年基因測序技術(shù)授權(quán)專利的技術(shù)研發(fā)熱點主題

2.2.5.2 我國本土專利授權(quán)量最高

2002年以來，全球共有15個國家向我國國家知識產(chǎn)權(quán)局提交基因測序技術(shù)相關(guān)專利申請，并獲得授權(quán)(共1 325件)。統(tǒng)計分析各個國家專利授權(quán)數(shù)量及其所占比例(表2)，我國授權(quán)的專利主要來自于中國、美國、荷蘭的發(fā)明。中國本土的專利授權(quán)量為1 240件，占授權(quán)總量的93.66%。

表2 基因測序?qū)＠夹g(shù)主要研發(fā)國家

2.2.5.3 生物科技公司領(lǐng)軍研發(fā)主體

統(tǒng)計2002年以來國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的我國基因測序技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利技術(shù)的主要研發(fā)機構(gòu)，專利授權(quán)數(shù)量在10件及以上的研發(fā)機構(gòu)有18個(表3)。

表3 基因測序?qū)＠夹g(shù)國內(nèi)主要研發(fā)機構(gòu)

其中有3家生物科技公司，包括廣州益善生物技術(shù)有限公司(第一)、深圳華大基因科技有限公司(第三)、北京中科紫鑫科技有限責(zé)任公司(第五)，均位于授權(quán)數(shù)量排名前5位。這3家公司的專利授權(quán)數(shù)量占18個研發(fā)機構(gòu)授權(quán)總量的39%。其次是科研院所和高校，如中科院、農(nóng)科院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)等。

3 結(jié)論

1990年國際人類基因組計劃啟動以來，全球、美國的基因測序技術(shù)相關(guān)研究論文數(shù)量呈明顯直線上升趨勢。1999年我國參與“國家人類基因組計劃”，從2002年開始，我國基因測序技術(shù)相關(guān)科學(xué)論文數(shù)量開始出現(xiàn)明顯增長趨勢。

1978年陸續(xù)開始有基因測序?qū)＠夹g(shù)獲得授權(quán)，之后呈穩(wěn)定增長趨勢，2010-2013年專利授權(quán)數(shù)量增長較快。我國國家知識產(chǎn)權(quán)局2002年開始有基因測序技術(shù)專利授權(quán)，之后專利授權(quán)數(shù)量緩慢增長，直至2012年專利授權(quán)數(shù)量開始呈爆發(fā)增長趨勢。

從世界范圍內(nèi)看，我國基因測序技術(shù)的科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)已處于較為領(lǐng)先的水平，僅次于美國?；驕y序技術(shù)領(lǐng)域SCI論文數(shù)量全球排名第二、高被引論文貢獻率世界排名第三；專利申請受理國排名第二，成為繼美國之后，專利權(quán)人最重視的專利保護區(qū)及產(chǎn)品市場。

基因測序技術(shù)的科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)主題主要集中在腫瘤診療、植物基因組測序、HIV病毒和胃腸道菌群的鑒別、免疫庫組測序等方面。

2012年北大謝曉亮團隊發(fā)明的單細胞基因組擴增新技術(shù)(MALBAC)使單細胞精準(zhǔn)測序變得可能，從而極大推動了單細胞測序，甚至是基因測序領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)進展。2012年以來，單細胞測序技術(shù)的SCI論文數(shù)量在全球、美國以及中國幾乎同時開始增長。同樣，2012年以來，基因測序?qū)＠夹g(shù)的國際授權(quán)量和國內(nèi)授權(quán)量也幾乎在同一時間呈現(xiàn)爆發(fā)增長趨勢。

生物科技公司是我國基因測序技術(shù)的領(lǐng)軍研發(fā)主體。從SCI論文發(fā)表數(shù)量和專利授權(quán)數(shù)量來看，深圳華大基因是我國SCI論文發(fā)表數(shù)量排名前10的研究機構(gòu)中唯一的一家企業(yè)，也是基因測序技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)唯一的一家入圍ESI高被引論文的企業(yè)，在單細胞測序領(lǐng)域也貢獻了2篇論文。同樣，深圳華大基因的基因測序相關(guān)授權(quán)專利的專利質(zhì)量也較高，在美國專利局獲得5件授權(quán)專利，在我國國家知識產(chǎn)權(quán)局獲得101件授權(quán)專利(其中含盛司潼的22件授權(quán)專利)。深圳華大基因自成立以來所獲得的成果，奠定了我國在基因組學(xué)研究領(lǐng)域中的國際領(lǐng)先地位。另外，廣州益善生物技術(shù)有限公司和北京中科紫鑫科技有限責(zé)任公司也是國內(nèi)基因測序技術(shù)的主要研發(fā)企業(yè)。

基因測序技術(shù)的發(fā)展以及最終目的在于臨床應(yīng)用，高校和科研機構(gòu)的技術(shù)研發(fā)要與臨床醫(yī)院的臨床實驗緊密合作，推動轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展。北大的生物動態(tài)光學(xué)成像中心與其附屬第三醫(yī)院、腫瘤醫(yī)院的合作，獲得了顯著的研究成果。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院有自身獨特的優(yōu)勢，協(xié)和醫(yī)院、阜外醫(yī)院、腫瘤醫(yī)院擁有國內(nèi)一流的臨床醫(yī)療水平，應(yīng)該充分發(fā)揮優(yōu)勢，建立機制，鼓勵研究所與臨床醫(yī)院進行充分合作。