基于文献的基因组编辑技术发展研究

刘琦

摘要：基因组编辑技术是一种可特异性改变目标基因序列的新兴生物学技术，目前已得到广泛关注。为了解全球及中国在该领域的发展情况，采用文献计量法，对基因组编辑的文献进行整体分析。主要对时间分布、空间分布、主要机构、关键词等进行系统分析，旨在了解当前全球和中国基因组编辑领域的研究态势与研发热点。

关键词：基因组编辑;文献计量;研究热点;CRISPR

中图分类号：Q789

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.015

基因组编辑技术是一种特异性改变目标基因序列的技术[1]，目前应用较为广泛的技术包括锌指核酸酶（ ZFN）、类转录激活因子核酸酶（ TAIEN）和成簇规律间隔短回文重复（ CRISPR）技术[2]。这些工具的基本原理是利用外源切割复合体识别并切割目的基因序列，使目标基因DNA产生双键断裂，通过DNA自身启动同源重组机制和非同源末端连接进行修复，从而实现对基因序列的特异性改变[3]。基因组编辑技术是生命科学领域的颠覆性技术之一，特别是CRISPR技术，三次人选Sclence评选的“世界十大科学进展”[4]，在疾病治疗、药物研发、农作物改良、生物技术等领域具有广泛应用前景[5]。

本研究主要利用文献计量学原理对基因组编辑领域近10年的（2008-2018年）相关研究文献进行分析，对文献发表时间、国家和地区、机构、关键词等要素进行统计分析，并利用VO Sviewer软件进行可视化分析，以对基因编辑领域的研究态势与技术趋势有所了解。

1 数据来源及研究方法

选取美国Web of Science信息检索平台中的核心数据库。设定检索式为：（TS-“gene editor'OR'‘genome editing”OR“ZFN”OR“TALEN”OR“CRISPR”）AND DT-（ Artical ORReview），时间范围2008-2018年。命中结果10 258篇，检索时间为2019-03-07。

利用Web of Science分析平台对文献发表时间、国家或地区和研究机构进行分析。在关键词分析方面，运用VO Sviewer绘制图谱并计量分析，该软件能够统计不同单词在数据样本中出现的频率以及共现关系，使用二维可视化视图中的节点展现词频[6]。

2 结果与分析

2.1 时间分布

文献发表的数量及随时间变化情况可以反映该研究领域的发展态势[7]。基因组编辑领域2008 2018年文献发表量如图1所示。2008-2012年，文献量呈线性增长，2013年之后则呈指数型增长，2018年达到3 239篇。对20082018年发表文献的增长曲线进行拟合，得到拟合方程为y=19.474e0.485 5x（ R²=0.990 7），说明年文献发表量与时间之间存在生长曲线函数关系。根据Derek Price的文献指数增长理论，基因组编辑技术目前正处于蓬勃发展阶段[8]。中国在该领域年文献发表量变化趋势与全球基本一致，但年文献发表量快速增长的起始点略晚于全球，2013年开始呈现增长趋势，这与CRISPR技术的兴起有关。

2.2 空间分布

在基因组编辑领域，美国以4 961篇的发文量遥遥领先，且篇均被引量高达39.57次/篇，其在该领域的研究能力处于领先地位。在文献发表量前20的国家中欧洲占据11个，显示其在该领域具有较强研究实力。中国发文量为2 286篇，仅次于美国排名第2，日本、韩国分别排在第4和第8，然而篇均被引数均较低，反映了亚洲国家在该领域关注程度高但整体研究水平还有待提升。基因组编辑领域文献发表量与篇均被引地域分布如图2所示。

2.3 机构分布

发表文献量最多的机构是哈佛大学，共发表646篇，且h指数达到119，反映了其在该领域的科研实力处于全球领先位置。中国科学院以513篇文献排名第2，但h指数仅为58，研究水平有待提高。在该领域文献发表量前20的机构中，美国机构占据13个，中国占据3个，法国与德国分别占据2个，显示了美、中、法、德研究机构在基因组编辑领域的关注程度和研究水平处于领先位置。基因组编辑领域发文量排名前20机构如表1所示。

2.4 关键词分析

关键词是作者从论文中提取用于表征论文的主题特征的术语或名词，高频和高连接强度的关键词可用来确定某领域技术的研究热点[9]。通过VOSviewer构建的关键词地图分析，可将基因组编辑领域研究热点归为以下3个方面：①基因组编辑技术的原理。gene expression（基因表达）、identification（识别）、homologous r-ecombination（同源重组）等高频、高连接强度词汇的出现，显示基因组编辑技术的生物学原理和机制为研究热点。②不同的基因组编辑技术。CRISPR/Cas9技术、zinc-finger nucle-ases（锌指核酸酶）技术、TALEN（转录激活样效应因子核酸酶）技术得到广泛研究。③基因组编辑的对象与应用。human-cells（人体细胞）、human genome（人类基因组）、nuce（小鼠）、pluripotent stemcell（多功能干細胞）等高频、高连接强度词汇显示出对哺乳细胞的基因组编辑是研究热点。m-vivo（体内）、cancer（癌症）、gene therapy（基因治疗）等高频词汇则说明基因组编辑技术在体内实验以及在治疗疾病等方面的应用已经成为研究热点。

VO Sviewer构建基因组编辑技术关键词术语地图如图3所示。

3 讨论

3.1 基因组编辑发展迅猛，CRISPR技术为研究热点

对2008-2018年的文献进行分析可知，基因组编辑技术的文献数量从2012年CRISPR技术正式诞生开始呈现指数增长，预计未来几年还会呈现继续快速增长的趋势，基因组编辑技术已进入蓬勃发展阶段。CRISPR技术相关关键词的词频与连接强度均排在前列，也证明其为基因组编辑技术的热点研究领域。

3.2 美国研究水平领先全球，中国与顶尖水平仍有差距

美国在基因组编辑领域的文献发表量和篇均被引量上均遥遥领先，且在发文量全球前20的机构中占13席，反映了其在该领域的研究能力处于全球领先地位。中国在发文量上仅次于美国排名第二，但从篇均被引量和领先机构来看，影响力仍较小，与美国有较大的差距，还需要提升研究水平。

3.3 基础研究开展深入，应用领域不断拓宽

基因组编辑技术的基础研究已得到深入开展，不同的编辑技术、技术原理、载体研究、系统优化等领域已出现大量研究成果，技术不断完善升级[1O]。其应用领域也在不断拓展，在能源、环保等领域的应用研究也出现增长趋势，基因组编辑技术的研究方向已从技术研究向多领域应用转化，预计将会创造更大的社会价值和经济价值。

4 结论

对基因组编辑技术的文献进行分析发现，基因组编辑技术的研究已具有一定规模，现在处于发展蓬勃阶段;从文献发表量及影响力、重点机构等方面来看，美国在该领域的研究水平和成果领先全球，中国虽然发展迅速，在文献数量上表现突出，但研究水平尚需提升;目前的研究热点集中在不同的基因组编辑技术和其技术原理在疾病治疗、植物育种等领域的应用。

基因组编辑技术的快速发展，在靶向治疗、药物研发、动植物遗传育种、能源、化工制造、环境保护等领域都产生颠覆性创新。加大对该领域的研究投入，提升研究水平，在解决粮食等全球性重大问题、改变生产和经济发展模式等方面都将发挥重要作用。

参考文献：

[1]朱玉昌，郑小江，胡一兵.基因编辑技术的方法、原理及应用[J].生物医学，2015（ 5）： 32-41.

[2]刘蓓，尉玮，王丽华.基因编辑新技术研究进展[J].亚热带农业研究，2013，9 （4）： 262-268.

[3]李想，崔文涛，李奎.基因编辑技术及其应用的研究进展[J].中国畜牧兽医，2017，44（ 8）： 2241-2247.

[4]赵润州，徐卸古.基于文献计量的CRISPR-Cas基因组编辑技术可视化分析[J].醫学研究生学报，2016.29（6）： 639-644.

[5]王慧媛，袁天蔚，王超男，等.以CRISPR技术为代表的基因组编辑技术发展态势分析[J].竞争情报，2017，13 （3）： 33-42.

[6]高凯.文献计量分析软件VOSviewer的应用研究[J].科技情报开发与经济，2015（ 25）：95-98.

[7]曹学伟，高晓巍，陈锐.基于文献计量分析的基因编辑技术发展研究[J].全球科技经济瞭望，2018，33（4）：60-72.

[8]成帅.文献增长规律的研究[J]科技情报开发与经济，2015，15（22）：51-52.

[9] VANECK N J，WALTMAN L.Software survey：VOSviewer， a computer program for bibliometricmapping[J].Scientometrics， 2010（2）：523-538.

[10] MA D，LIU F.Genome editing and its applications inmodel organisms [J] .Genomics ProteomicsBioinformatics， 2015， 13（6）：336-344.