中国深海微生物资源产业化开发模式与发展对策

姜秉国

（中国水产科学研究院信息与经济研究中心，北京 100141）

引 言

深海微生物是指生活在高温、寒冷、高酸、强碱、高盐、高压或高辐射强度等深海环境中的微生物资源的总称，主要包括嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜盐微生物和嗜压微生物等。深海微生物在极端环境下生存繁衍，形成了独特的基因类型、特殊的生理机制及代谢产物，是无可替代的生物基因资源库，具有重要的科研价值和经济价值，在生物医药、食品保健品、环保产业、海洋防腐、冶金和化学工业等诸多产业部门具有广阔的应用前景。同时，在全球气候变暖和传统能源逐渐枯竭的背景下，对深海微生物代谢活动的研究可为解决天然气水合物等新能源的探寻与安全利用、温室气体排放和二氧化碳吸收等重大问题带来新的思路[1]。

深海微生物及其基因资源研发涉及到生命起源、深海矿产、全球变暖、可持续发展等国际热点问题，围绕这一领域的竞争充分反映了国际社会在能源、资源、价值理念方面的最新观点。另一方面，迄今为止没有一部国际条约明确深海底生物资源本身的法律地位及由此而定的开发制度[2]。基于此，深海微生物资源的基础研究和开发应用日益受到重视和关注，成为国际海洋资源争夺的重要领域。自20世纪90年代以来，以美国、日本、德国等为主的世界发达国家纷纷从基因水平上对深海微生物资源进行研究，启动了各自的研究计划，取得了许多重要研究成果。目前，世界深海微生物资源的开发应用呈现出三个主要趋势：第一，深海微生物的资源调查以及理论和应用研究的范围不断扩大；第二，深海微生物应用技术研发不断加强，成果转化和产业化进程不断加快；第三，世界范围内特别是欧、美、日等发达国家对深海微生物资源的争夺日益加剧，加强深海微生物资源管理，保护深海生物多样性引起了广泛的重视和关注。

深海微生物资源研究与开发是提升中国海洋开发能力的重要途径，可以提高中国在国际深海区域的综合竞争力，有效地维护中国在公海和国际海底资源开发活动中的权益。面对深海微生物资源研发和应用不断加快的国际形势，积极采取措施，从规划政策、资金项目、人才培养、产业化等各个方面大力推进，不断提高中国深海微生物资源研发水平，在深海微生物资源开发相关海洋规章出台之前，获取更多深海微生物基因资源，并加以培育、研究、开发、应用，快速提升中国在世界深海微生物资源占有和研发领域的话语权，是我们当前面临的重要任务。

1 基于知识产权的深海微生物产业化开发模式

深海微生物资源的开发利用主要是由微生物资源采样、分离与大量培育、筛选（测活）、活性物质提取与基因表达、新活性化合物与转基因生物、开发应用等几个环节构成（见图1）。其中，深海样品采样环节主要依托深潜采集技术的发展，拥有水下几千米甚至万米作业能力深潜器是深海微生物采样的最重要也是最先进的设备；深海微生物的分离、培育和筛选环节是深海生物资源开发利用的又一难点，关键在于如何模拟深海区域在压力、盐分、温度和营养成分上的自然环境。大多数产生活性产物的海洋微生物在现有实验室条件下尚不能培养，少数能培养的海洋微生物培养周期超长，多年来一直是困扰深海微生物技术发展的重要问题。目前，宏基因组（Metagenomics）工程技术在海洋环境微生物研究中的应用为深海微生物活性物质和基因获取提供了新的思路。宏基因组工程直接将特定环境中的总体遗传物质，克隆到可培养的宿主细胞中，建立宏基因组文库，从所获得的重组克隆子中筛选活性物质和相关基因（簇），避开了环境微生物分离培养的难题，在挖掘和利用未培养微生物资源，筛选新颖生物活性物质方面具有极大的潜力[3]。活性物质提取和基因表达是深海微生物资源开发利用的核心环节，只有在培育和筛选的深海微生物中获取到具有催化活性及稳定性的生物活性物质和编码基因，并在此基础上合成新的活性化合物，才能在工业、医药、环保、养殖等生产部门中实际开发利用。

图1 深海微生物资源开发的主要环节Fig.1 The main links in the development of deep-sea microbe

通过深海微生物资源开发应用的主要环节，可以看出深海微生物资源的开发就是通过高新生物技术来获得具有特殊功能的生物活性物质和基因序列，拥有这些生物活性物质和基因序列的知识产权，通过自主开发或者是知识产权转让，在工业、医药、环保等领域进行成果转化和应用，从而产生巨大的经济和社会效益。因此，获取深海微生物活性物质和基因序列的知识产权就成为资源开发利用活动的关键和核心。由于公海深海微生物资源是人类公共财产，凡是具备深海开发能力的国际组织和个人都可以获得，尽管在深海微生物中提取的活性物质和基因本身不能申请专利，但是相关研发技术和制成品却可通过申请专利的形式被开发者所独有，进而拥有商业应用的权力，一旦深海微生物资源应用技术被申请专利，专利拥有国家和组织就会获得巨大的经济和其它利益。可以预计，随着深海微生物资源技术的不断发展，新的深海微生物活性物质和基因序列的不断发现，将会形成一个具有广阔前景和巨大经济效益的深海微生物活性物质和基因知识产权产业。

在深海微生物资源产业化开发过程中，以知识产权转让为核心“产-学-研”相结合的科技成果转化模式将是主要实现形式。在这种模式中，科研机构和企业是两大主体，政府和中介服务机构在其中起着支持和促进作用。市场经济条件下，科研院所和企业会根据利益最大化原则自主选择合作方式，而政府会在政策、资金、制度和管理等方面对产业化进程进行支持，中介组织在联系科研院所和企业、信息传递等方面发挥积极作用。需要强调的是，基于深海微生物资源的研发投入大、周期长、难度高，同时资源占有面临激烈的国际竞争和海洋权益争夺，政府在深海微生物资源产业化开发过程中扮演着最为关键的角色，无论是在资源的占有、研发，还是成果转化都需要政府积极推动，出台相关政策进行引导，并在前期占有和研发阶段提供大量资金支持。

在“产-学-研”三位一体的产业化开发模式下，深海微生物资源产业基地在产业化过程中具有十分重要的作用。围绕企业与科研院所两大主体，充分挥发政府和中介组织的支撑服务作用，通过建设深海微生物资源产业发展基地，一方面加速科研开发的深度和进程，取得知识产权优势，另一方面加快从科研成果到现实生产力的转化，获得巨大经济效益。深海微生物资源产业发展基地主要由研发中心、知识产权交易平台、应用中心三大部分组成，在一定的区域范围内相互支撑、融合，并在政策、资金、信息、基础设施等各个方面获得区域内相关机构的支持。海洋科研院所是研发中心的主体，知识产权交易平台的重要主体就是中介组织，企业则是应用中心的主体，在特定情况下二个中心和一个平台可以实现一体化运行（见图2）。

在深海微生物资源产业化发展的不同阶段，深海微生物资源产业基地呈现出不同的建设方式。初级阶段，深海微生物资源产业基地建设主要依托研发中心（大学和科研院所）进行规划发展，以加快实现深海微生物资源开发技术的突破。这是因为，在产业化初级阶段，以大学和科研院所为主体的研发中心发挥着主导作用，只有首先推动技术进步和取得相关具有自主知识产权的研究成果，才能为产业化发展奠定基础。随着深海微生物资源产业化开发的不断发展，在产业化的高级阶段，技术层面的问题得到基本解决，应用中心（生产企业）的作用越来越明显，同时企业自主研发能力持续加强。在这个阶段，深海微生物资源产业基地建设主要围绕应用中心也就是不同类型的生产研发企业来规划发展，以实现深海微生物产业的集聚效应，获取更大的经济社会效益。目前，深海微生物资源产业发展仍然处在初级阶段，产业基地建设还主要以研发中心为主要载体。

2 加快中国深海微生物资源产业化开发的对策建议

中国的深海微生物资源研发起步于20世纪90年代末，目前主要开展了深海微生物在物质循环中的作用，微生物分离、培养，微生物遗传、代谢研究，深海环境下微生物适应性机理的研究等；成功分离、鉴定出各类深海嗜压、嗜热、嗜冷、嗜盐、嗜碱、嗜酸微生物，从中发现了多个未经报道的新种。以此为基础，正在建设国内第一个深海微生物菌株资源库，克隆了多种深海酶基因，进行了基因表达和分析。同时，关于深海微生物抗菌、抗肿瘤活性物质筛选工作也已经开展[4]。虽然近几年来中国在深海微生物及其基因资源研究方面发展迅速，也取得了一些国际前沿的科研成果，但与发达国家相比仍存在较大差距，突出表现为技术手段不全面、资金投入不充足、研究队伍不稳定、产业化发展严重滞后等方面。因此，必须采取更多措施，加强深海微生物资源研发，获取自主知识产权，加快促进中国深海微生物资源产业化开发进程。

2.1 制定深海微生物资源研发发展规划，设立资源研发国家专项

第一，制定中国深海微生物资源研发的中长期发展规划。为了更好的组织开展中国深海微生物资源研发，由国家相关部委牵头，组织相关专家学者，瞄准深海微生物资源研发的国际前沿，借鉴国外先进经验，制定代表国家利益、面向国家当前和未来战略需求的“深海微生物及其基因资源研究的中长期发展规划”，明确中国在10～15年内深海微生物资源研发的战略目标、重点领域、实施步骤、支撑政策、组织管理体系。“发展规划”的制定和实施一方面要全面评估中国在深海微生物资源技术研发方面的发展现状，摸清家底，找出差距，明确发展方向和具体目标；另一方面要理顺中国深海微生物资源技术研发的体制机制，在政策、资金、项目等各个方面切实加强对深海微生物资源技术研发的支持力度。“发展规划”对于中国抓住国际深海微生物资源多样性保护规章出台前的重要机遇，促进深海微生物资源技术的跨越发展，在激烈的国际竞争中争取更大的国家利益具有重要意义。

第二，尽快设立深海微生物资源研发的国家专项。通过设立深海微生物资源研发国家专项，给予必要强度的资金、项目支持来加速深海微生物资源的研究。一是设立专门的深海微生物资源基础性研究国家专项。大力加强深海微生物遗传资源的宏基因组研究与生物信息学研究，以引领诠释生命起源奥秘、探究地球演变规律、阐释气候变暖本质等方面的基础科学研究。同时，重视生命科学及地球科学等相关领域的基础研究；二是设立专门的深海微生物资源调查专项。充分利用中国在深海特殊技术装备的研制方面的突破，通过改造或新建，尽快装备专业的可搭载载人或非载人深潜器的深海考察船，系统深入开展深海生物及基因资源多样性、化学生态学等方面的大范围调查，力争发现和占有更多的深海微生物资源。三是建立专门的深海微生物资源研发平台体系。以大型深海生态环境模拟实验设备建设为核心，建立专门的深海微生物资源研发平台，对国内研究单位开放各种样品、生物材料、基因、数据库及各种专业设施，使研究工作能在一个较高水平的平台上起到辐射作用。

第三，进一步完善和壮大深海微生物资源研究开发基地。依托在厦门建立的中国大洋深海生物及其基因资源研究开发中心，进一步整合国内深海微生物资源技术研发力量，吸纳和培养一批具有国际较高水平的深海微生物资源技术研发人才。同时，研究开发中心要加强总体设计，加大各个实验室体量规模，强化创新团队建设；进一步加强与国内外同行的交流与合作，争取获得更广泛的支持，引进国外先进研发技术和经验；争取国家专项资金，建设大型深海生态环境模拟实验设备和配备深海作业装置；凝炼深海微生物研究项目与目标，争取早日建立深海微生物资源国家重点实验室。

2.2 加快 “产-学-研”平台建设，规划深海微生物资源产业化开发基地

第一，建立深海微生物资源技术成果“产-学-研”平台。要切实贯彻市场导向原则，把产业化发展水平作为衡量深海微生物资源研发进展的重要标准。鼓励深海微生物资源科研机构和生物高新技术企业加强产、学、研结合，逐步形成由实验室到中试基地再到产业园的发展模式。企业是科研技术和成果产业化的主体，随着深海微生物资源技术研发的不断深入，企业在研发和应用中的作用也将会日益突出。积极鼓励深海微生物资源科研机构进驻企业，建立企业深海生物技术研发机构，或通过投资、参股、合并等方式与企业合作；积极促进海洋生物产业领域的大企业与科研院所结盟，将科研院所的人才、科研和开发优势与企业的资金、市场和理念优势相结合，最大限度发挥“产-学-研”合作各方的优势。

中试平台在技术成果转化中具有重要作用，要依托深海微生物资源研究开发基地，积极联合企业参与，建立技术中试平台和研究成果转化体系，实现实验室成果、技术中试与市场中试的有效结合，消除科研成果转化的制约因素，将基础研究优势和资源优势转化为技术优势和产品优势，从而实现深海微生物资源技术的产业化发展。要充分发挥技术中试平台和成果转化体系在产业化中的重要作用，充分利用中试平台积极开展基因工程药物、基因技术物种改良，以及深海极端微生物酶的小试放大和中试研究，并力争达到小规模生产要求。同时，设立深海微生物资源技术成果中试基金，采用风险基金模式，以深海微生物资源技术成果转化过程中的中试阶段为资助对象，提高科技成果产业化的比例。

第二，合理规划建设深海微生物资源产业化开发基地。依托深海微生物资源技术研发中心和“产-学-研”平台建设，规划建设深海微生物资源产业发展基地。利用技术服务、政策引导、资金扶植、基础设施和产业园建设等各种手段，吸引海洋生物高新技术企业来产业基地集聚，或者在基地建设新的研发应用中心和生产线，一方面可以加快深海微生物资源技术成果转化，另一方面可以实现深海生物技术企业集群发展，实现规模优势，减小成本，获得更大的经济效益。

目前，中国比较适宜建设深海微生物资源产业发展基地的是厦门和青岛。厦门市拥有国家海洋局第三海洋研究所以及依托三所建立的中国大洋深海生物及其基因资源研究开发中心，具有国内首个深海微生物研究平台，是中国深海微生物资源研究的主要研发基地，具有在深海微生物资源技术研发上的比较优势；青岛市是中国海洋科学研究中心，集聚了众多的海洋科研机构，在海洋生物技术领域也具有较强的科研实力，青岛国家深潜器基地建设也正式启动，同时青岛市海洋生物医药产业发展态势良好，已经形成了规模效益，具有承接深海微生物资源技术成果转化的企业载体。在国家相关部门支持下，厦门和青岛充分利用各自优势，建设南方和北方两个以海洋生物基因产业园区为核心的深海微生物资源产业化开发基地，采取各种措施，加快推进中国深海微生物资源产业发展。

2.3 积极参与国际规章制定，加强深海微生物资源开发国际合作

首先，积极参与深海微生物资源多样性保护国际规章制度的制定。目前，国际深海微生物资源的开发仍然处于无序竞争的状态，拥有深海开发能力的国家在这个领域处于资源和技术垄断控制地位。随着深海微生物资源资源开发的不断深入，深海微生物资源的公平开发和多样性保护已经在世界范围内引起关注。制定深海微生物资源多样性保护国际规章制度，约束深海微生物资源资源开发行为，实现深海微生物资源有序开发成为国际趋势，也日益成为世界海洋管理制度建设的重点领域，国际海底管理局近期会议均十分重视深海微生物资源的开发利用及其法律制度的建立。面对深海微生物资源多形性保护国际趋势，中国一方面要积极加快深海微生物资源研发，加快资源占有，获取自主知识产权；另一方面，要积极参与深海微生物资源多样性保护国际规章制度的制定，维护中国及所代表的发展中国家在国际深海区域的资源权益。在深海微生物资源多样性保护国际规章制度制定多方谈判中，中国一方面要充分利用所具备的深海生物资源开发能力和已取得的研发成果，一方面要争取不具备深海开发能力的发展中国家的支持，抑制和打破发达国家利用技术优势垄断和控制深海微生物资源开发的局面，使中国在深海微生物资源开发国际竞争中占据相对有利地位，有力维护中国在国际深海区域的权益。

其次，积极参与深海微生物资源国际合作研究，引进国外先进技术和高端人才。积极参与综合大洋钻探计划（IODP）以及其它国际深海微生物资源研究领域的重大科学研究计划，支持中国大洋深海生物及其基因资源研究开发中心与国外著名的深海生物技术研发机构，如日本海洋科学与技术中心、美国Wood Hole海洋研究所、俄罗斯太平洋渔业研究中心等展开合作研究，建立起长效的、高水平的交流合作关系，鼓励在中国建立联合实验室或研究中心。引进国外先进的深潜器和深海生态环境模拟设备，丰富中国深海微生物资源技术研究手段。积极选派研究人员到世界著名高水平深海微生物资源研究机构学习深造，与之建立研究生联合培养机制；同时，大力引起国外深海微生物资源领域的高水平研究人才，组建创新团队，实现国际创新资源想国内集聚。

最后，推进深海微生物资源产业发展的国际合作。以美国、日本为代表的发达国家在深海微生物资源产业发展上具有领先优势，加强深海微生物资源产业的国际合作，可以较快提升中国深海微生物资源产业化开发的水平。一是积极鼓励中国海洋生物高新技术企业与世界著名深海微生物资源研发机构、海外跨国海洋生物技术公司展开合作，通过技术和产品引进，建立合资企业等各种方式，全面推进深海微生物资源产业化开发的国际合作，建立跨国的“产-学-研”联盟；二是引导在深海微生物资源产业化开发中具有比较优势的海洋生物技术跨国企业直接投资，在中国深海微生物资源产业基地建立研发机构和生产企业，满足国内市场对深海微生物资源技术产品的需求。

[1] 中国科学院学部.采取有力措施加速深海生物及其基因资源研究的建议[J].中国科学院院刊，2010（4）：436-437.

[2] 金建才.深海底生物多样性与基因资源管理问题[J].地球科学进展，2005（1）：11-18.

[3] Li X，Qin L.Metagenomics-based drug discovery and marine microbial diversity[J].Trends Biotechnol，2005，23（11）：539-543.

[4] 肖湘，王风平.深海微生物的研究开发 [J].中国抗生素杂志，2006（2）：87-89.