基于专利分析的基因组编辑技术国际竞争态势研究分析

专利文献是获取全球最新技术信息的重要来源，据世界知识产权组织(WIPO)统计，世界上90%～95%的新技术、新发明首先在专利文献中公开。通过对专利文献信息的检索、统计和分析，可以发现反映国家、地区或机构的研发实力及技术竞争态势的重要战略和创新性信息，从而达到节约开发经费和缩短开发时间的目的[1]。基因组编辑技术(Genome Editing)/基因编辑技术(Gene Editing)是国家《“十三五”生物技术创新专项规划》重点布局的前沿技术和颠覆性技术，可以对基因组进行精确而有效的编辑修饰，实现对特定DNA片段的敲除、加入等[2]。本文从专利申请数量、质量、技术布局重点、技术来源和市场布局多个角度分析基因组编辑技术的国际竞争态势，为我国在该领域构建合理的专利保护网，提高专利技术优势与竞争优势提供相关借鉴和参考。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究方法

本文采用的方法主要包括专利计量分析法和专利组合分析法[3-6]。专利组合分析法从专利质量和专利活动两个维度分析创新主体的专利竞争实力，据此识别技术领导者、潜在技术竞争者、技术活跃者和技术落后者(图1)。其中，专利活动(横坐标)主要指创新主体在某领域的专利申请量，专利质量(纵坐标)是指主要通过有效专利占有率、技术范围、国际范围、权利要求数4个指标的均值衡量[7-11](表1)。

1.2 数据来源

本文选取了大为的Innojoy专利数据库，该数据库具有支持中英文检索、可进行同族专利合并处理、提供权利要求数与同族数等可用于评估专利质量的指标等优点。技术要点选取主流的基因组编辑技术，包括锌指核酸酶(zinc finger nucleases,ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activator like effector nucleases,TALENs)、规律性重复短回文序列簇(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)[10]。确定的检索式为(TI,ABST+=Gene Edit or Genome Edit or multiplex gene edit or RNA edit or CRISPR or ZFNs or zinc finger nuclease or TALENs) and (PIC=A61 or C12 or A01H) and (AD=2008 To 2018)，检索得到8 866件专利，进行同族合并和数据清洗后得到4 113条专利。

注：表中的创新主体指国家

2 专利申请态势

2.1 专利申请总体情况

《专利合作条约》(Patent Cooperation Treaty，PCT)专利和三方专利是经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development， OECD)关于创新和技术的重要指标[11]。专利申请人通过PCT可达到同时在众多缔约国家申请专利的目的， 简化了繁杂的申请程序，因此PCT已经成为各国专利国际化的主要途径。OECD对三方同族专利的定义来自欧洲专利局、日本专利局、美国专利与商标局保护共同发明的一组同族专利[12]。本文所指的三方专利不是严格意义上的三方专利，主要指来自欧洲专利局或日本专利局或美国专利与商标局的专利。从图2可以看出，无论专利申请总量、PCT专利还是三方专利都处于增长趋势。需要注意的是，2014年PCT专利数量急剧增长并超过三方专利的申请数量，说明全球基因组编辑技术已经开始加快专利的国际化战略布局步伐。

图2 全球基因组编辑技术专利申请趋势

2.2 技术生命周期

一般来说，技术的生命周期分为技术导入期、技术成长期、技术成熟期和技术衰退期4个阶段。技术导入期专利申请数量较少、增长率较低、创新主体较少，技术成长期专利增长率有所提高、创新主体增多，技术成熟期创新主体竞争激烈、专利申请数量增长缓慢、申请人数保持稳定，技术衰退期技术发展缓慢、市场萎缩、专利申请数量出现负增长、专利申请人变少[13]。

本文采用国内学者常用的曲线图法分析判断基因组编辑技术所处的生命周期[14]，从专利申请数量和申请人数两个指标构建曲线图(图3)。

图3 全球基因组编辑技术生命周期

从图3可以看出，2013年以前为技术导入期，基因组编辑领域专利申请数量和申请人数较少，发展缓慢；2013年以后为技术成长期，基因组编辑技术进入快速发展阶段，专利申请数量快速增加，专利申请数量超过专利申请人数。2013年新一代的基因编辑工具CRISPR出现，与第一代的ZFN和第二代的TALENs相比，CRISPR更加简洁、廉价、高效，从而激发了基因组编辑领域大量专利的产出[15]。由于世界主要国家专利公开时间以及所选用数据库本身数据的纳入和加工具有一定的时间差，如中国的专利从申请到公开大概有18个月的时间间隔[16]，因此很多在2017年下半年及2018年申请的专利信息无法检索到，在图3表现出下降的假象。由于目前基因组编辑技术处于成长期，未来专利申请数量仍然会继续增加，各创新主体之间的竞争将会更加激烈。

3 技术来源与市场布局

3.1 技术来源

3.1.1 总体情况

基因组编辑技术的专利主要来源于研发实力较强的国家。从专利申请数量来看，基因组编辑技术专利主要来源国为美国、中国、瑞士、日本、法国、韩国、德国、英国、加拿大和荷兰。其中美国最多，中国位居第二位(表2)。

3.1.2 主要技术来源国专利申请

从图4可以看出，美国、瑞士、日本、法国的基因组编辑技术研究起步时间均早于中国，这些国家基因组编辑技术的研发工作在2009年以前就已开始，有了一定的技术积淀，而中国在2010年以后才出现基因组编辑技术的专利。2013年以后中国的基因组编辑技术专利数量逐渐增多，申请数量超过了瑞士、日本和法国，且有追上并超越美国的潜力(图4)。

表2 基因组编辑技术专利主要来源国

图4 主要技术来源国专利申请数量

3.1.3 PCT及三方专利主要技术来源国

2008年-2018年，全球共申请了基因组编辑技术的PCT专利和三方专利2 162件。主要技术来源国见表3。

表3 PCT专利及三方专利的主要技术来源国

美国在PCT及三方专利数量方面遥遥领先其他国家，占比为69.73%；其次为日本、瑞士、法国，占比为72.41%，中国第三，占比为2.68%。但中国申请的专利总量在全球的占比是30.4%，可见目前中国申请的专利多以本土为主，存在母国效应，专利的国际化战略尚处于起步阶段。

3.2 市场布局

由于专利申请和维护需要缴纳一定费用，特别是申请和维护海外的国际专利，费用一般较高。因此，可以认为只有当某个国家知识产权环境较好，而且具有市场潜力时，专利申请人才会选择在这个国家进行专利申请活动。

从基因组编辑技术专利主要市场布局区域(表4)可以看出，专利受理数量最多的国家为中国，其次为世界知识产权组织，再次为美国、印度、加拿大、欧洲专利局、韩国、日本、澳大利亚和俄罗斯等国家或区域,可见全球基因编辑竞争布局高度关注中国市场。

表4 基因组编辑技术专利主要市场布局区域

4 区域竞争态势

对各国专利指标计算结果(表5和图5)分析发现，

美国属于技术领导者，专利数量和专利质量均遥遥领先于其他国家；日本、瑞士、法国属于潜在技术竞争者，专利数量相对较少而专利的质量较高；中国属于技术活跃者，专利数量较多而专利质量有待提升；韩国属于技术落后者，专利数量和质量均有很大的提升空间。

在三方专利占比、同族专利规模、权利要求数方面，中国基因组编辑技术远远低于其他六国，中国三方专利只有7个，而美国有536个；同族专利美国的平均数量为5.24个，中国仅为1.18个；权利要求平均数量瑞士为51.47个，美国为44.96个，中国仅有10.46个。

表5 各国专利指标计算

图5 6个主要技术来源国专利竞争力分析

5 技术竞争态势

5.1 技术IPC申请趋势

国内外很多学者都采用IPC分类号进行技术领域的区分，IPC分类号可以分为部、大类、小类、大组和小组。

本文主要选取专利技术所在的IPC分类号小类进行分析，通过分析发现基因组编辑技术领域的专利主要分布在C12N(微生物或酶)、A61K(医用配制品)、C12Q(含酶或微生物的测定或检验方法)、C07K(肽)、A61P(化合物或药物制剂的特定治疗活性)等小类(图6)。

由年度申请趋势来看，从2008年开始C12N申请数量遥遥领先于其他小类，从2013年开始A61K的专利数量逐渐超越其他位居第二。

图6IPC年度申请趋势

5.2 技术研发重心分析

技术重心指数是指某一创新主体在某技术领域的专利申请量占其全部申请量的比例。通过专利技术重心指数可以了解和判断该国的技术创新重点和布局的主要领域，从而找出自身的优势和特点。从图7可以看出，美国、中国、日本、瑞士、法国这5个主要技术来源国均注重C12N(微生物或酶)的研发。此外，美国主要的研发重心还包括A61K(医用配制品)、C12Q(含酶或微生物的测定或检验方法)、C07K(肽)，瑞士和法国的研究重点包括A61K(医用配制品)、C07K(肽)、A61P(化合物或药物制剂的特定治疗活性)，中国的研究重点包括A01H(新植物或获得新植物的方法)、A01K(畜牧业)、A61K(医用配制品)，日本的研究重点包括A01K(畜牧业)、A61K(医用配制品)、A61P(化合物或药物制剂的特定治疗活性)。

从申请数量来看，中国在A01H(新植物或获得新植物的方法)、A01K(畜牧业)、C12R(微生物)领域存在数量优势(图8)。

图7 主要技术源国技术重心指数对比

图8 主要技术来源国IPC分类申请数量

6 结论及建议

通过上述分析可知，全球基因组编辑技术领域专利自2013年开始迅速增长，已经正式进入成长期，且从2014年起PCT专利数量急剧增长，专利的国际化战略布局加快。可以预见，未来基因组编辑技术领域的竞争将会更加激烈。建议加强以下几个方面的工作，以不断提升我国在该技术领域的专利竞争力。

6.1 重视专利质量的提升

专利文献除了具备科技文献的属性之外，还具备法律属性和经济属性。专利文献是我们进行技术创新、专利侵权取证、专利交易过程中专利价值评估的重要依据，专利质量的好坏直接影响到专利的技术价值、经济价值和法律价值。通过上述分析可知，目前中国在基因组编辑技术领域的专利申请数量全球排名第二，有望超越美国成为全球第一。但与爆发式的专利数量增长情况形成鲜明对比的是良莠不齐的专利质量，中国的专利在技术范围、国际范围、权利要求数方面与美、日等国家差距较大，专利质量的提升迫在眉睫。近年来，国家知识产权局也意识到了这个问题，并且加强了对专利质量的审核。国内已经有部分企业和机构设立专人专岗从事专利质量提升工作，并且取得了一定成效，但是还没有推广到更多的机构进行实施，因此专利质量的提升还有很长的路要走。

6.2 重视专利国际化战略布局

虽然中国近年来在基因组编辑技术领域的专利申请数量逐年增多，并且成为仅次于美国的第二大技术来源国，但是PCT专利和三方专利数量与美国差距较大，与瑞士、日本、法国也有一定差距，说明中国的专利缺乏全球性布局。目前中国的专利多在本国申请，存在明显的母国效应。从2014年起，PCT专利数量急剧增长，包括美国在内的一些国家加快了专利的国际化战略布局，使未来的专利国际化竞争更加激烈，因此中国应该尽早开展专利国际化战略布局。从市场布局的主要区域来看，目前美国、瑞士、日本、法国等国家多在世界知识产权组织、中国、美国、印度、加拿大、欧专局等区域布局，在一些发展中国家尚未开展国际化战略布局。因此，中国可以结合各个国家的知识产权环境和市场前景，选择一些发展中国家提前进行专利战略部署，如可以选取“一带一路”沿线的发展中国家进行考察、布局，提前抢占市场先机。

6.3 进行持续的专利跟踪与预警

专利竞争态势处于不断变化中，专利申请和授权数量每时每刻都在发生变化，因此应该进行持续的专利跟踪与预警。中国在基因组编辑技术领域应该重点跟踪美国、日本、瑞士、法国4个国家的专利发展态势，设立专人专岗持续地跟踪技术研究热点、发展趋势，选取合作伙伴，并有针对性地提出相关策略。

6.4 找到专利技术和创新的突破口

通过分析IPC分类可以看出，基因组编辑技术领域C12N(微生物或酶)是目前竞争最激烈的技术领域，其次为A61K(医用配制品)。目前中国在这两个类目下均不具备竞争优势，但在A01H(新植物或获得新植物的方法)、A01K(畜牧业)、C12R(微生物)领域存在数量优势，说明中国主要优势在基因组编辑技术的应用方面，而在技术的原创性方面与美、日等国差距很大，短时间内很难超越，需要加强在这几个技术领域的专利申请。