我國的賴(lài)氨酸菌種研發(fā)起步較晚，菌種性能提升仍然主要依賴(lài)于傳統的誘變育種技術(shù)，賴(lài)氨酸龍頭企業(yè)研發(fā)力量薄弱，由企業(yè)主導的研發(fā)投入嚴重不足，運用現代代謝工程改造技術(shù)的能力較低，導致企業(yè)主要的自有生產(chǎn)菌種水平與國外差距較大。但是隨著(zhù)生物學(xué)科在系統生物學(xué)和合成生物學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及我國鼓勵科研創(chuàng )新、加大科研投入力度的政策引導下，我國一批高等院校和科研機構在生物技術(shù)領(lǐng)域快速趕上，在微生物基因組高效編輯技術(shù)和精確重編程、精細調控方面取得了一系列重要成果和突破，相關(guān)研究達到國際先進(jìn)水平。在賴(lài)氨酸菌種研發(fā)方面，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所、中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所、中國科學(xué)院微生物研究所，以及江南大學(xué)、天津科技大學(xué)等在代謝途徑關(guān)鍵酶解除反饋抑制、代謝途徑優(yōu)化、菌種的發(fā)酵環(huán)境適應性改造等方面取得了一系列進(jìn)展，為新一代賴(lài)氨酸工業(yè)菌種的研發(fā)奠定了良好基礎。

四、知識產(chǎn)權現狀與風(fēng)險

賴(lài)氨酸菌種的核心知識產(chǎn)權超過(guò)600個(gè)專(zhuān)利家族，分別集中在味之素、贏(yíng)創(chuàng )德固賽、希杰等國外大公司手中，且布局完整全面；相比之下，我國的菌種的核心專(zhuān)利申請量不足2%，這反映出我國缺乏知識產(chǎn)權保護意識，在代表核心競爭力的菌種專(zhuān)利方面布局極其薄弱。因此知識產(chǎn)權風(fēng)險是我國賴(lài)氨酸工業(yè)面臨的另一個(gè)重大危機。

1、知識產(chǎn)權現狀

早在20世紀90年代，味之素公司便開(kāi)始了大腸桿菌產(chǎn)賴(lài)氨酸的專(zhuān)利申請和保護，隨著(zhù)研發(fā)的不斷深入，其專(zhuān)利申請量也不斷增加，2000年左右其已經(jīng)對賴(lài)氨酸主要合成途徑的技術(shù)形成了全面的保護。協(xié)和發(fā)酵、贏(yíng)創(chuàng )德固賽、希杰公司也都在谷氨酸棒桿菌產(chǎn)賴(lài)氨酸方面進(jìn)行了大量的專(zhuān)利申請和布局，部分如圖3所示。同時(shí)，由于歷史原因，早期菌種改造專(zhuān)利獲得授權的保護范圍極大，例如，味之素公司在專(zhuān)利WO2005010175中保護了含有不能正常發(fā)揮功能的蘋(píng)果酸酶的埃希氏菌生產(chǎn)L-賴(lài)氨酸的方法，其中對不能正常發(fā)揮功能的描述既包括了功能被去除、也包括減弱，而且所述的蘋(píng)果酸酶序列擴大到了大腸桿菌來(lái)源的sfcA或b2463基因編碼的蛋白序列通過(guò)取代、缺失、插入或添加一個(gè)或數個(gè)（2～20個(gè)）氨基酸殘基衍生的蘋(píng)果酸酶，該同族專(zhuān)利在中國、美國、歐洲都獲得了授權。由于國際大公司已有專(zhuān)利對賴(lài)氨酸合成途徑的主要代謝步驟都進(jìn)行了全方位的保護，這對后來(lái)者開(kāi)發(fā)提升相關(guān)菌種制造了極大的專(zhuān)利壁壘，使得后來(lái)者侵犯專(zhuān)利的風(fēng)險顯著(zhù)提高，突破專(zhuān)利封鎖的空間被進(jìn)一步壓縮。

此外，國外公司的專(zhuān)利普遍存在以下特點(diǎn)：①非常注重專(zhuān)利質(zhì)量，所申請專(zhuān)利中高品質(zhì)專(zhuān)利居多；②對全技術(shù)鏈條予以保護，從上游關(guān)鍵酶（如lysC）、工程菌株的構建方法（解除反饋抑制的LysC、DapA以及DapB、Ddh），到下游的發(fā)酵及分離提取工藝，再到菌株和方法的應用都進(jìn)行了保護；③結合產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行了嚴密的專(zhuān)利布局，關(guān)鍵技術(shù)在生產(chǎn)國、銷(xiāo)售國（如中國、美國）都進(jìn)行了專(zhuān)利申請和布局，充分保護自身銷(xiāo)售權益，且一般在有效期內均對專(zhuān)利進(jìn)行維護。反觀(guān)國內公司，專(zhuān)利質(zhì)量普遍不高，且很多公司在專(zhuān)利申請幾年后就終止了專(zhuān)利的維護，自動(dòng)放棄了專(zhuān)利權益。

2、賴(lài)氨酸專(zhuān)利訴訟情況

近年來(lái)，由于我國賴(lài)氨酸出口總量的不斷增加，國外企業(yè)如味之素、希杰、ADM等公司因價(jià)格、利潤等影響，其市場(chǎng)份額被壓縮。在此情況下，國際大公司轉而通過(guò)專(zhuān)利訴訟壓制中國企業(yè)的發(fā)展。早在2006年，味之素公司就開(kāi)始訴訟我國當時(shí)第一大賴(lài)氨酸生產(chǎn)企業(yè)大成生化公司侵犯其美國專(zhuān)利US6040160及US5827698，經(jīng)過(guò)持久的訴訟過(guò)程，大成生化公司2017年6月30日發(fā)布公告稱(chēng)其與味之素公司就涉嫌侵犯若干專(zhuān)利及違反商業(yè)秘密官司達成和解。2017年韓國希杰公司與寧夏伊品公司知識產(chǎn)權之戰硝煙再起，希杰公司起訴伊品公司侵犯其專(zhuān)利EP2102337和ZL200980103315.6，2017年12月，這場(chǎng)專(zhuān)利戰爭以寧夏伊品公司支付希杰公司高額技術(shù)許可費得以和解。2017年12月8日和9日，希杰公司在中國和德國對諸城東曉生物科技有限公司再次發(fā)起專(zhuān)利侵權訴訟。國內龍頭企業(yè)經(jīng)歷多次賴(lài)氨酸知識產(chǎn)權訴訟后終于意識到知識產(chǎn)權的重要性，紛紛提出開(kāi)發(fā)具有自有知識產(chǎn)權賴(lài)氨酸菌種。

不具有獨立知識產(chǎn)權的賴(lài)氨酸菌種技術(shù)，已經(jīng)成為制約國內擁有數百萬(wàn)噸產(chǎn)能、數萬(wàn)從業(yè)人員的賴(lài)氨酸產(chǎn)業(yè)生存發(fā)展的“卡脖子”技術(shù)。在這種情況下，中國科學(xué)院通過(guò)“STS行動(dòng)”計劃、科技部通過(guò)“863”計劃立項支持氨基酸菌種研發(fā)。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所針對賴(lài)氨酸合成關(guān)鍵酶LysC進(jìn)行理性設計，發(fā)現了解除反饋抑制的重要突變位點(diǎn)D340，并對該技術(shù)進(jìn)行了PCT專(zhuān)利申請，已經(jīng)在日本、美國、加拿大獲得授權，實(shí)現了我國賴(lài)氨酸核心專(zhuān)利零的突破。寧夏伊品公司研發(fā)了弱化烏頭酸酶生產(chǎn)L-賴(lài)氨酸的方法，并申請了專(zhuān)利[18]，除在中國進(jìn)行專(zhuān)利布局外，還在歐洲、美國、韓國、日本、加拿大等進(jìn)行了專(zhuān)利布局。

五、合成生物學(xué)技術(shù)助力賴(lài)氨酸產(chǎn)業(yè)升級

合成生物學(xué)的快速發(fā)展為賴(lài)氨酸工業(yè)菌種革新帶來(lái)了新的發(fā)展機遇，近期我國科學(xué)家接連在工業(yè)底盤(pán)谷氨酸棒桿菌和大腸桿菌的基因組規模研究中取得新突破，為開(kāi)發(fā)自主知識產(chǎn)權的新一代賴(lài)氨酸工業(yè)菌種迎來(lái)曙光。2017年6月中國科學(xué)院微生物所溫廷益實(shí)驗室發(fā)表了最新的谷氨酸棒桿菌基因組規模代謝網(wǎng)絡(luò )模型iCW773，其可助力基因組規模理性設計賴(lài)氨酸菌種?；蚪M規模的菌種改造需要借助高效的基因組編輯技術(shù)，但傳統的谷氨酸棒桿菌基因組遺傳改造步驟繁瑣、效率低。2017年5月中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所楊晟實(shí)驗室率先在NatureCommunications上發(fā)表谷氨酸棒桿菌的CRISPR-Cpf1基因組編輯技術(shù)；隨后中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所孫際賓實(shí)驗室首次在谷氨酸棒桿菌中建立了基于CRISPR-Cas9的高效基因組編輯技術(shù)，并結合CRISPR/nCas9-AID和自動(dòng)化操作平臺在谷氨酸棒桿菌中建立了多元自動(dòng)化堿基編輯技術(shù)MACBETH。這些研究成果預示著(zhù)我國已經(jīng)掌握了基因組規模的菌種設計和改造實(shí)力。2018年11月，科技部發(fā)布指南立項支持合成生物學(xué)重點(diǎn)研發(fā)計劃，可以預期在未來(lái)3～5年我國的合成生物學(xué)技術(shù)將出現長(cháng)足進(jìn)步，利用合成生物技術(shù)創(chuàng )建具有自主知識產(chǎn)權的高性能賴(lài)氨酸工業(yè)菌種的前景已經(jīng)越來(lái)越清晰。

綜上所述，傳統的遺傳誘變育種技術(shù)催生了我國初期的賴(lài)氨酸工業(yè)，基于分子生物學(xué)和DNA重組技術(shù)針對已知關(guān)鍵酶和關(guān)鍵途徑改造的基因工程代謝工程為國外幾家氨基酸公司贏(yíng)得了近幾十年來(lái)賴(lài)氨酸產(chǎn)業(yè)的霸主地位，而我國快速發(fā)展的新一代合成生物學(xué)技術(shù)將實(shí)現對賴(lài)氨酸生產(chǎn)菌種從全基因組規模的設計和改造，為大幅提升菌種性能打下堅實(shí)的基礎。同時(shí)結合知識產(chǎn)權風(fēng)險防范分析，構筑自有知識產(chǎn)權布局，將徹底改變我國過(guò)去賴(lài)氨酸工業(yè)產(chǎn)量全球第一卻嚴重缺乏核心技術(shù)的尷尬局面。我國實(shí)現賴(lài)氨酸工業(yè)的彎道超車(chē)未來(lái)可期。

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