我國的賴氨酸菌種研發(fā)起步較晚，菌種性能提升仍然主要依賴于傳統(tǒng)的誘變育種技術，賴氨酸龍頭企業(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(xiàn)代代謝工程改造技術的能力較低，導致企業(yè)主要的自有生產(chǎn)菌種水平與國外差距較大。但是隨著生物學科在系統(tǒng)生物學和合成生物學領域的快速發(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領域快速趕上，在微生物基因組高效編輯技術和精確重編程、精細調(diào)控方面取得了一系列重要成果和突破，相關研究達到國際先進水平。在賴氨酸菌種研發(fā)方面，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所、中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所、中國科學院微生物研究所，以及江南大學、天津科技大學等在代謝途徑關鍵酶解除反饋抑制、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展，為新一代賴氨酸工業(yè)菌種的研發(fā)奠定了良好基礎。

四、知識產(chǎn)權現(xiàn)狀與風險

賴氨酸菌種的核心知識產(chǎn)權超過600個專利家族，分別集中在味之素、贏創(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利方面布局極其薄弱。因此知識產(chǎn)權風險是我國賴氨酸工業(yè)面臨的另一個重大危機。

1、知識產(chǎn)權現(xiàn)狀

早在20世紀90年代，味之素公司便開始了大腸桿菌產(chǎn)賴氨酸的專利申請和保護，隨著研發(fā)的不斷深入，其專利申請量也不斷增加，2000年左右其已經(jīng)對賴氨酸主要合成途徑的技術形成了全面的保護。協(xié)和發(fā)酵、贏創(chuàng)德固賽、希杰公司也都在谷氨酸棒桿菌產(chǎn)賴氨酸方面進行了大量的專利申請和布局，部分如圖3所示。同時，由于歷史原因，早期菌種改造專利獲得授權的保護范圍極大，例如，味之素公司在專利WO2005010175中保護了含有不能正常發(fā)揮功能的蘋果酸酶的埃希氏菌生產(chǎn)L-賴氨酸的方法，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，而且所述的蘋果酸酶序列擴大到了大腸桿菌來源的sfcA或b2463基因編碼的蛋白序列通過取代、缺失、插入或添加一個或數(shù)個（2～20個）氨基酸殘基衍生的蘋果酸酶，該同族專利在中國、美國、歐洲都獲得了授權。由于國際大公司已有專利對賴氨酸合成途徑的主要代謝步驟都進行了全方位的保護，這對后來者開發(fā)提升相關菌種制造了極大的專利壁壘，使得后來者侵犯專利的風險顯著提高，突破專利封鎖的空間被進一步壓縮。

此外，國外公司的專利普遍存在以下特點：①非常注重專利質(zhì)量，所申請專利中高品質(zhì)專利居多；②對全技術鏈條予以保護，從上游關鍵酶（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行了保護；③結合產(chǎn)業(yè)和市場特點進行了嚴密的專利布局，關鍵技術在生產(chǎn)國、銷售國（如中國、美國）都進行了專利申請和布局，充分保護自身銷售權益，且一般在有效期內(nèi)均對專利進行維護。反觀國內(nèi)公司，專利質(zhì)量普遍不高，且很多公司在專利申請幾年后就終止了專利的維護，自動放棄了專利權益。

2、賴氨酸專利訴訟情況

近年來，由于我國賴氨酸出口總量的不斷增加，國外企業(yè)如味之素、希杰、ADM等公司因價格、利潤等影響，其市場份額被壓縮。在此情況下，國際大公司轉(zhuǎn)而通過專利訴訟壓制中國企業(yè)的發(fā)展。早在2006年，味之素公司就開始訴訟我國當時第一大賴氨酸生產(chǎn)企業(yè)大成生化公司侵犯其美國專利US6040160及US5827698，經(jīng)過持久的訴訟過程，大成生化公司2017年6月30日發(fā)布公告稱其與味之素公司就涉嫌侵犯若干專利及違反商業(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(zhàn)硝煙再起，希杰公司起訴伊品公司侵犯其專利EP2102337和ZL200980103315.6，2017年12月，這場專利戰(zhàn)爭以寧夏伊品公司支付希杰公司高額技術許可費得以和解。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)起專利侵權訴訟。國內(nèi)龍頭企業(yè)經(jīng)歷多次賴氨酸知識產(chǎn)權訴訟后終于意識到知識產(chǎn)權的重要性，紛紛提出開發(fā)具有自有知識產(chǎn)權賴氨酸菌種。

不具有獨立知識產(chǎn)權的賴氨酸菌種技術，已經(jīng)成為制約國內(nèi)擁有數(shù)百萬噸產(chǎn)能、數(shù)萬從業(yè)人員的賴氨酸產(chǎn)業(yè)生存發(fā)展的“卡脖子”技術。在這種情況下，中國科學院通過“STS行動”計劃、科技部通過“863”計劃立項支持氨基酸菌種研發(fā)。中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所針對賴氨酸合成關鍵酶LysC進行理性設計，發(fā)現(xiàn)了解除反饋抑制的重要突變位點D340，并對該技術進行了PCT專利申請，已經(jīng)在日本、美國、加拿大獲得授權，實現(xiàn)了我國賴氨酸核心專利零的突破。寧夏伊品公司研發(fā)了弱化烏頭酸酶生產(chǎn)L-賴氨酸的方法，并申請了專利[18]，除在中國進行專利布局外，還在歐洲、美國、韓國、日本、加拿大等進行了專利布局。

五、合成生物學技術助力賴氨酸產(chǎn)業(yè)升級

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

綜上所述，傳統(tǒng)的遺傳誘變育種技術催生了我國初期的賴氨酸工業(yè)，基于分子生物學和DNA重組技術針對已知關鍵酶和關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得了近幾十年來賴氨酸產(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技術將實現(xiàn)對賴氨酸生產(chǎn)菌種從全基因組規(guī)模的設計和改造，為大幅提升菌種性能打下堅實的基礎。同時結合知識產(chǎn)權風險防范分析，構筑自有知識產(chǎn)權布局，將徹底改變我國過去賴氨酸工業(yè)產(chǎn)量全球第一卻嚴重缺乏核心技術的尷尬局面。我國實現(xiàn)賴氨酸工業(yè)的彎道超車未來可期。

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