基于海藻产业链分析的海洋药物与生物制品产业发展思路

吴黄铭,郑艳,曹晓荣,汤熙翔

(1.自然资源部第三海洋研究所 厦门 361005;2.国家海洋信息中心 天津 300100)

0 引言

目前,全球海洋生物医药与制品产业规模已达400亿～500亿美元,并保持年均15%～18%的高速增长趋势。“十三五”期间,我国海洋生物医药与制品产业实现稳步发展,行业增加值由2015年的302亿元增长至2018年的413亿元,年均增速11%,在我国主要海洋产业中维持增速第一。2019年实现增加值443亿元,比上年增长8.0%,产业平稳较快增长。

近些年,我国海洋药物和生物制品的研发取得长足进步,已取得高纯硫酸氨基葡萄糖、MPT-NAG肾损伤诊断试剂盒、甘露寡糖二酸(GV-971)等多项自主研发成果,海洋糖类药物研发已率先进入国际领先地位。但我国海洋药物与生物制品的研究、开发与国际先进国家仍存在一定的差距,国内大多数海洋药物与生物制品企业为中小企业,龙头企业和领军企业缺乏,产品线以生产、销售生物制品为主,出口则以工业提取粗成品和原料为主,占据产业链或价值链顶端的海洋创新药物和医疗器械较少。

1 我国海藻产业链发展现状

藻类资源获取、活性成分提取和结构分析、产品研发、规模化生产、产品销售使用等几个互相衔接的版块共同组成了海藻产业链。我国具有丰富的海藻资源,为海藻产品的加工和开发利用提供了充足的原料。海藻中除了含有丰富的蛋白质,还有多种特殊生物活性物质,如藻胶、岩藻多糖、甘露醇等[1-2],这些物质对人类及动植物的生长发育以及健康起着重要的生理作用。

1.1 我国海藻资源

海藻是生长于海洋的低等生物,是海洋中光合作用的主要生产者之一[3]。海洋海藻资源丰富,据统计,全球范围内大型海藻约250属、1 500余种,而我国沿海潮间带海藻种类近850种,隶属于红藻门36科140属463种、褐藻门25科54属165种、绿藻门15科45属207种[4]。

联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)在《2018年世界渔业和水产养殖状况》中指出,2016年,世界海藻年养殖产量达3 005万t(鲜重),我国海藻养殖年总产量达1 438.7万t(鲜重),占世界海藻年总产量的47.9%,产量位居世界首位。我国现已成为海藻生产、加工与利用的大国,且主要养殖种类的产量均居于世界前列。

1.2 我国海藻胶生产加工工艺

我国海藻胶产业主要涉及褐藻胶(主要为海藻酸钠)、琼胶、卡拉胶三大海藻胶,其中又以海藻酸钠产量最大、研究最深入、应用最广。目前我国海藻酸钠的产量位于世界前列,每年产量约为3.8万t,占世界总生产能力的60%以上。由于生产技术等原因,我国海藻胶产品绝大部分属附加值较低的工业级产品,食品和医药级产品生产能力较低,产量仅为8 000 t,约占总产量的22.8%,而国外海藻胶企业,生产的食品和医药级产品占比可达80%。为进一步提升行业技术水平,近年来,我国部分海藻生产加工企业开始使用酶解法与化学法联合、二步法提取工艺等技术,用于提取海藻中的活性物质,进一步提升了海藻胶等海藻产品的附加值[5]。

1.3 我国海藻产品线

在农业应用方面,海藻被广泛用于农业生物肥料、饲料添加剂、土壤调理剂等。在食品加工方面,海藻可制成各具特色的海藻食品(即食海苔和海带食品等)[6],或开发为海藻功能性食品(如海藻茶、海藻胶囊等),此外海藻酸及海藻酸盐作为凝胶剂、增稠剂等广泛用于食品领域。在印纺工业方面,由于海藻细胞壁中富含纤维素及海藻酸钙纤维等,可开发相关产品应用于经纱上浆材料、无纺布、织物、印花糊料等领域[7]。在化妆品应用方面,根据海藻活性物质特性,现已开发了保湿爽肤水、海藻面膜、去油洗发水等一系列的海藻化妆品。在生物医药方面,海藻酸已经广泛应用于医药敷料、药用制剂等领域,并已研发生产多种海洋药物,如甘糖酯、海力特、降糖宁、海藻碘片、肾海康FPS、抗艾滋病毒新药911、阿尔茨海默病新药甘露寡糖二酸(GV-971)等,我国在海洋糖类药物研制上处于国际领先水平。

2 我国海藻产业发展历程

2018年全球海藻产业年产值约800亿元,我国海藻产业年总产值为580亿元,但其中约80%属于直接的食品类,精深加工的制品与医药类仅占约20%。我国海藻养殖面积达14万hm2,产量达217万t干重,在全球处于支配地位。中国的海藻产业随着社会经济和科技水平的发展,逐步从海藻养殖向食品-农业-工业-生物医药提升产业水平。

2.1 我国海藻产业发展过程

海带是中国人工养殖海藻的第一个品种,自20世纪50年代起,中国科学院海洋研究所开始了海带生物学研究,并着手人工养殖试验,解决了生产中出现的一系列关键技术问题,并开展海带种植南移研究。20世纪80年代至今,海藻养殖面积和产量呈现逐年平稳递增的状态,海藻肥料、海藻食品、海藻化工等产业发展迅速,褐藻胶、琼胶、卡拉胶的出口数量也在不断递增,此时期我国成为世界上最大的海藻种植以及工业原料出口国家[8]。

海藻药物作为海藻产业链的最高端产品,具有最高的产品附加值,但海藻药物的研制周期长、投入高、风险大,往往需要产、学、研的紧密结合才能获得成功产业化。藻酸双酯钠(PSS)对于治疗脑血栓、降低血糖、降血脂、降低胆固醇等心血管疾病都有较好的疗效[9],该产品由管华诗院士研制,1985年由青岛第三制药厂生产上市。甘露醇烟酸酯是海带组分甘露醇改造合成制得,由中国科学院海洋研究所、解放军54831部队和青岛制药厂共同研制的新药,适用于治疗高脂血症并有较好的降血压作用[10],于1985投入生产。海昆肾喜胶囊的有效成分是褐藻多糖硫酸酯(FPS),是基于中国科学院海洋研究所的专利,后于2003年5月获国家新药证书,对慢性肾衰具有良好疗效[11]。由中国海洋大学、中国科学院上海药物所以及上海绿谷制药联合研制的海洋新药甘露特纳胶囊(GV-971)有效成分为褐藻寡糖[12],于2019年被国家药品监督管理局有条件批准上市注册申请,填补了17年来抗阿尔茨海默病领域无新药上市的空白。

2.2 国家扶持对海藻产业发展发挥引领作用

20世纪七八十年代以来,国家从政策上、资金上对海藻产业发展给予了大力支持与引导,科研人员大量投入到解决海藻工业问题的研究和推广应用上,推动海藻产业快速发展。

2.2.1 政策引导

20世纪50年代起,《1956年至1967年国家重要科学技术任务规划及基础科学规划》《1956年-1967年海洋科学技术发展远景规划》《1963年至1972年海洋发展规划》等战略规划相继出台,提出了“向科学进军”的口号,并将海洋科学技术列入国家科学技术发展规划中,在此期间,全国海洋科学研究工作稳步推进,并逐渐取得显著成果。1978年国家制定了《全国自然科学发展规划》,其中有两项重点任务涉及海洋科学技术发展;1991年全国海洋工作会议通过了《九十年代中国海洋政策和工作纲要》;1993年2月国家科学技术委员会、国家计划委员会、国家海洋局等联合制定了《海洋技术政策要点》,1997年6月制定了《海洋应用基础研究计划》[13]。

21世纪以来,《全国科技兴海规划纲要(2008—2015年)》《全国科技兴海规划(2016—2020年)》《“十三五”海洋领域科技创新专项规划》《全国海洋经济发展“十三五”规划》等规划的发布,明确了“十二五”“十三五”期间海洋领域科技创新的发展思路、发展目标、重点技术发展方向、重点任务和保障措施。至此,我国形成了“十三五”海洋科技创新的顶层设计和政策制定,有力地指导和促进了我国海藻产业的技术创新和快速发展。此外,工业和信息化部于2017年颁布实施了《海藻酸类肥料》《含海藻酸尿素》等行业标准,这些标准的制定及实施,推动了海藻肥行业进入标准化、正规化的发展轨道。

2.2.2 项目资金支持

近年来,公益性行业(海洋)科研专项、公益性行业(农业)科研专项、“十二五”海洋经济创新发展区域示范工作、“十三五”海洋经济创新发展示范城市工作,以及“863”计划、“973”计划、国家重大专项及重点科学基金涉海项目等国家级重大专项的组织实施,为海藻产业发展提供了良好的技术突破和资金上的支持。

2.2.3 交易平台推广应用

各级政府通过中国海洋经济博览会、厦门国际海洋周、中国·海峡项目成果交易会等平台加大海藻产业产品的宣传,支持海藻养殖及精深加工企业开展品牌推广、品牌新闻发布,广告投放和赞助以及渠道建设宣传等品牌推广活动。逐步培育形成一些具有国际竞争力的创新型产品或原材料,打造了国内知名品牌产品,加快提升海藻产业创新产品整体层次和国际化水平。

从我国海藻产业发展历程来看,国家需求引导下的产业扶持、海藻资源的可持续供给、产业关键技术的发展、产、学、研高效结合对于我国海藻产业从低端到高端的发展,进而占据国际产业链的领先地位具有重要意义。

3 我国海藻产业成功发展的关键点分析

3.1 国家对产业发展的引导与支持

从海藻产业发展历程可以看出,在国家需求的引导下,从最初为满足制碘工业,形成海藻养殖技术突破,并在海藻资源供给剧增的基础上,海藻产业在农业、工业应用上得以快速发展。为突破高端海洋生物医药材料的技术“瓶颈”,自然资源部通过海洋经济创新示范项目、科技部通过国家重点研发计划项目等支持明月海藻集团进行产业化攻关,超纯度海藻酸钠生产线于2019年建设完成,实现了集团高端产品的突破,可带动高端海洋生物医药器械产值100亿元。

国家专项的大力支持促进了我国海藻产业的快速发展。“十三五”期间,海洋经济创新发展示范工作共支持海藻产业项目近30个,通过创新示范项目的组织实施,海藻产业共新增产品近150个,其中1个产品申报美国食品药品监督管理局的食品添加剂安全性认证,1个新药进入临床前阶段,1个新药已经提报中国及美国新药临床试验申请。

3.2 海藻资源的可持续获取

作为海藻来源的海洋药物和医药材料等相关产品,处于海洋药物与生物制品产业整个产业链的高端,附加值高,社会效益和经济效益显著。目前高端的医用海藻酸钠组织工程材料主要利用来自俄罗斯、智利等区域的巨藻,用于药物的岩藻多糖等活性成分主要来源于裙带菜。我国海藻养殖业主要的养殖品种是海带,针对我国海带养殖海域无法进一步扩展的问题,可通过政策引导的方式增加裙带菜等的养殖规模,调整海藻资源养殖结构,同时增加对远东、南美、东南亚地区藻类资源的获取,从而保障海藻资源的可持续利用。

3.3 产学研用高效结合

产学研用高效结合,对于促进海洋生物医药与制品产业技术成果转化,打造我国的龙头领军企业具有重要意义,企业通过对科技成果的转化与产业化,可以极大促进整个产业的快速发展。近年来,青岛明月海藻集团在海洋功能食品产业、海洋生物肥料、海洋药物产业方面,先后引进中国海洋大学、大连工业大学、山东农业大学等高校8个专家团队,通过研究突破制约行业发展的关键、共性技术,实现海藻生物产业链集聚发展。自然资源部第三海洋研究所的曾润颖团队利用深海来源菌株实现“一步法”制备海藻寡糖,通过该项技术制备的海藻寡糖生物肥,已在重庆、成都、福建的政和与安溪等地实现规模化应用示范,能使水稻平均亩产提高超过5.7%。同时团队专利技术于2017年授权于厦门蓝脑科技有限公司,目前已开发了近10款以海藻寡糖为核心成分的非特殊用途化妆品,并实现销售。目前该公司已在厦门火炬高新区建成年产吨级的海藻寡糖生产线,正在形成基于海藻寡糖的系列产品。

3.4 创新链对产业发展的支撑与促进

2020年4月23日,习近平总书记在陕西考察时指出“要围绕产业链部署创新链、围绕创新链布局产业链,推动经济高质量发展迈出更大步伐”。围绕海洋药物与生物制品产业发展的创新链发展,通过“十二五”“十三五”期间的海洋经济创新示范工作,设立一批产业创新技术平台项目及关键技术引导的产品研发项目,大力促进了我国海藻产业创新链的发展。

4 基于海藻产业分析的我国海洋生物医药与制品产业发展思路

从上述对海藻产业链的分析可以发现,国家对产业的统筹引领和支持、生物资源的高效获取、产学研用的高效结合、创新链在产业链中的部署、龙头企业和明星产品的培育等是高质量提升产业整体发展的几个关键因素。作为新兴产业,目前我国海洋生物医药与制品产业相对成熟产业来说产业链的各个环节还是不成熟、不完善的,亟须进一步提升产业整体的发展能力。

4.1 我国海洋生物医药与制品产业的短板

4.1.1 国家级产业创新载体缺乏

与电子信息等成熟产业相比,我国目前缺乏针对海洋药物与生物制品产业发展的国家级平台,产业发展缺少专门的智库、技术、成果转化的系统性国家级创新载体的支撑,产业发展的顶层设计、统筹发展保障能力欠缺。

4.1.2 创新人才团队储备不足

我国海洋药物与生物制品产业科研机构数及从业科技人才严重不足,参与研发的人数较少。根据《中国海洋统计年鉴》数据,从2012年开始,海洋领域的R&D人员、经费支出及课题项目、海洋生物学硕士点和博士点均有所下降,创新人才的不足将导致海洋药物及生物制品产业创新技术的不足。

4.1.3 研发与产业融合度不足

我国目前研发机构与生产企业“两张皮”的现象明显,与美国、日本等产业发达的国家相比,具有自主研发能力的海洋药物与生物制品产业里大型垂直一体化的龙头企业较少,研发还是以科研机构为主,研究人员的研究成果转化到企业的转化率低,科技成果转化机制、成果转化专业中介机构都存在短板。

4.1.4 产业链聚集效应不明显

与传统的食品、服装、电子信息等产业具有成熟产业链集聚效应不同,我国的海洋生物医药与制品产业以中小企业为主,分散在全国各沿海地区,围绕产业细分领域进行产业聚集发展的产学研高效融合发展不足,产业不能形成规模化、集团化发展。

4.1.5 产业发展制度环境缺乏统一协调机制

目前我国海洋生物医药与制品产业发展涉及自然资源部、工业和信息化部、国家卫生健康委员会、国家市场监督管理总局、商务部、科学技术部、国家发展和改革委员会等多个部委,产业标准、政策与监管体系往往需要多个部门之间协调,缺乏相对统一的协调机制。

4.2 我国海洋生物医药与制品产业思路建议

为进一步保障我国海洋生物医药与制品产业的高质量发展,为海洋强国战略提供支撑,围绕产业链与创新链发展的关键环节,建议“十四五”期间我国海洋药物与生物制品产业发展思路如下:围绕海洋经济高质量发展的主旨,以产业重大工程为抓手,以核心关键技术为突破口,以产业融合和新业态为路径,以体制机制创新为保障,统筹产业链、创新链和资本链,发展海洋药物与生物制品产业,促进海洋经济高质量发展。

4.2.1 建立国家级产业创新体系和支撑体系

加大产业重大工程、创新载体建设,加快补齐创新发展短板。支持青岛的国家海洋药物工程技术研究中心创建“国家海洋药物工程技术创新中心”,为产业发展提供高端海洋药物创制的关键技术;支持“中国大洋样品馆(生物)”的建设,提升我国深海生物样品库、深海菌株库、深海基因库、深海化合物库的保有量和共享服务能力,以保障我国深海生物资源的可持续利用。打通智力支撑、资源获取、基础研究、技术研发、成果转化的创新链条,促进国家在海洋生物医药与生物制品产业发展布局上形成区域统筹、差异化发展的良好发展布局。

4.2.2 突破卡脖子的核心关键技术

加大产品创新升级支持力度,筹划国家层面的海洋药物和生物制品专项,加快突破重点领域技术“瓶颈”。重点在海洋创新药物、现代海洋中药、海洋生物医疗器械、海洋保健品、海洋化妆品、海洋基因工程制品等技术密集领域突破一批核心关键技术,如深海生物资源的规模化培养、高通量分子靶标活性筛选、海洋生物活性物质的高效制备、活性分子组合生物合成等,培育形成一批具有国际竞争力的创新型产品,打造国有知名品牌产品,加快提升创新产品整体层次和水平。

4.2.3 促进产业融合,发展新业态、新增长点

大力提升企业创新主体地位,加快构建“企业+科研机构+中试平台+成果转化平台+产业基地”协同创新体系,促进产业发展中产学研用的高效融合,加速科技成果转化。鼓励扶持企业利用“互联网+”和区块链、人工智能、云计算、5G物联网等新兴技术,发展新业态,形成新增长点。培育并打造一批领军型、龙头型高新技术企业。

4.2.4 完善产业标准体系、知识产权体系、投融资体系建设

国家行政主管部门需进一步加强顶层设计,进行统筹管理。加快建设产业标准体系,对标国际标准,建立健全适合我国产业发展的行标、团标、企标。扶持加快我国自主知识产权的申请及保护,加大对产业的监管力度,严格按照相关产业标准,确保安全合格的产品进入市场流通。同时,进一步加大政策扶持力度,并完善产业投融资体系,适度加大对我国海洋药物与生物制品领域龙头企业的财政扶持。