[情报] 以美国专利为基础分析CRISPR技术发展状况
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自发现DNA结构以来，透过许多科学家的研究成果发现许多遗传疾病都源自于这些基因分
子。尤其随着生物医学蓬勃发展，愈来愈多人开始期盼透过改变既有基因进而让自己免于
疾病的困扰或是最大化延长自己的寿命。但是，人类染色体中就包含三十亿个碱基，要想
从这茫茫基因海中找出对应到特定功能的碱基是相当困难的事情。
一、CRISPR是为何物？
早期用来进行基因或DNA编辑的工具有锌手指核酸酶(Zinc-Finger Nucleases，ZFN)与类
转录活化因子核酸酶(Transcription Activator-like Effector Nuclease，TALEN)两种
，这两种都是用蛋白质来标定DNA位置，再透过FokI核酸酶剪断基因继而进行人工插入或
移除的动作。不过，不论是ZFN或TALEN，在制备对应蛋白质上都非易事，且ZFN辨识专一
性较差，TALEN则是分子过大不易导入。因此，这两种编辑方法执行起来都相当困难。一
直等到CRISPR技术出现之后才得以解决。
CRISPR最早是在大肠杆菌的iap基因中发现一段由repeat和spacer不断重复组成的DNA，所
以才被最初发现它的科学家命名为CRISPR(clustered, regularly interspaced, short
palindromic repeats)。2002年，科学家进一步发现CRISPR经常和cas基因连在一起，所
以把这两部份合称为CRISPR/Cas。一直到2007年，才由法国生物化学家巴兰古(R.
Barrangou)解开CRISPR/Cas的秘密，原来它是细菌抵抗病毒攻击的一套免疫系统。
当病毒攻击细菌后，如果细菌没死，就会把病毒遗留下来的DNA片段加到CRISPR内成为自
己的一段spacer。所以如果一只细菌曾被十个不同病毒轮番攻击而不死，就会在自己的
CRISPR中增加十个spacer。等到下次再被病毒攻击时，细菌的CRISPR/Cas会用
crRAN/tracrRNA比对病毒的DNA序列。如果发现是跟自己的某个spacer一模一样，那Cas核
酸酶就会把病毒的DNA剪断，使其失去攻击能力。其中，又以Cas9核酸酶的效率最好，最
受科学家的青睐。
未来，不论是新药开发或是疾病治疗都可能牵涉到基因或DNA的编辑。因此，CRISPR/Cas9
可以说是商机无限大，各方人马都在积极抢食这块大饼(三大专利平台及授权状况如图一
示)，其中就以杜德娜(Jennifer A. Doudna)与张锋(Feng Zhang)团队间的争斗最激烈。
基本上，正式提出CRISPR/Cas9可程式化细菌免疫系统的是卡彭蒂耶(Emmanuelle
Charpentier)与杜德娜，而张峰则是将这套系统应用于哺乳动物多基因编修目的上并获得
成功。
二、CRISPR专利检索与分析
本文目的在从专利角度了解CRISPR技术的发展状况，透过Derwent Innovation以全文检索
方式检索美国专利数据库公开公告件与核准件，使用的关键字词包括“clustered
regularly interspaced short palindromic repeats”、“CRISPR-associated
proteins”、“CRISPR/Cas”，以及“CRISPR/Cpf1”等，再进一步去除重复专利与家族
专利后，最后还有771笔专利。
从数据整理结果来看，近几年，美国申请CRISPR相关技术专利数量的成长幅度骤增(如图
二)，显见市场中各方势力布局力道非常积极，每年投入布局的专利权人人数都在迅速擧
升(如图三)。其中，以玉米种业为主的杜邦先锋公司(Pioneer Hi-Bred Inc)与专注在调
节遗传基因及编辑基因的生物医药品公司Sangamo Therapeutics申请件数最多，其次才是
哈佛大学、加州大学，以及麻省理工学院。截至2017年7月24日为止(即以本研究检索的专
利资料来看)，有99件申请案顺利取得专利权，仅占所有申请件数一成多。这些核准件平
均都等了一年，但也有等了九年才拿到专利权的情形。
另外，CRISPR的研发项目范畴也不断在扩大(如表一)，本文根据图二将CRISPR的技术发展
概分为三个时期，第一时期由2007年到2010年，第二时期由2011年到2013年，第三时期则
是2014年到2017年7月24日止。在第一时期CRISPR仅涉及13种技术分类，第二时期增加至
54种，到了第三时期则已爆涨到457种，短短十年间技术发展范围的扩张速度相当惊人。
在通见型技术中，涉及C12Q 1/68(酶及核酸之测定、检测或其组合物的制备方法)的专利
件数最多(101件)，其次是C12N 7/00(病毒其组合物或其制备或纯化，32件)。在跨时期发
展的技术中，则以C12N 15/82(用于植物细胞之载体或表达系统)、C12N 9/22(核糖核酸酶
)与C12N 15/90(将外来DNA稳定地引入染色体内)等专利件数最多，这些项目都有超过百件
专利布局其中，其次才是C12N 15/85(用于动物细胞之载体或表达系统)。
进一步观察超过六件专利以上技术分类间共同出现在任一篇专利的状况(如图四)，可以知
道CRISPR技术中大量使用到C12N 9/22、C12N 15/90与C12N 15/82等技术，并透过C12N
15/85、C07K 14/705(来自动物或人物的受体；细胞表面抗原；细胞表面决定子)、A61K
48/00(含有引入活体细胞以使治疗基因疾病之基因物质的医药制品)向外桥接扩散到其他
技术项目。另外，本文也透过Clauset-Newman-Moore分群方法计算后得到四组技术集群：
集群一：由A61K 38/17(衍自动物或人之肽类、胃泌激素、生长激素释放抑制素或促黑激
素等等)、A61K 48/00、A61K 9/00(以特殊物理形态为特征之医药配制品)、A61K 38/46(
水解酶)、C07K 14/47(衍自哺乳动物之肽类、胃泌激素、生长激素释放抑制素或促黑激素
等等)、C12N 15/90、C12N 9/22、C12P 19/34(多核苷酸，如核酸，寡核糖核苷酸)、
C12N 9/96(用形成一种加合物或组合物之方法予以稳定酶；形成酶结合物)、C12N 7/00、
C12N 15/86(用于动物细胞的病毒载体)、C12N 15/113(非编码核酸调节基因的表达)、
C12N 15/11(DNA或RNA片段其修饰形成)等项目组成，并参考度数指标将集群一命名为“突
变或基因工程：涉及DNA/RNA、载体，或其分离、制备或纯化”，重要发明人包括May,
Andrew Paul、Zhang, Feng、Maeder, Morgan L.、Bumcrot, David A.、Donohoue,
Paul Daniel与Doudna, Jennifer A.，相关被引用次数最高的专利有2015/0,044,772、
2015/0,064,138、2014/0,017,214与2014/0,127,752。
集群二：由C12N 5/14(植物细胞融合)、C12N 15/82、A01H 5/10(种籽)、A01H 1/02(杂交
之方法或设备；人工授粉)、A01H 1/04(改良基因型过程选择之方法)、C12Q 1/68、A01H
4/00(利用组织培养技术之植物再生)、A01H 5/00(有花植物)、C07K 14/415等项目组成，
并参考度数指标将集群二命名为“DNA重组技术：用于植物细胞的载体”。重要发明人包
括Ross, Andrew Jon、Lira, Sara Jane、Barker, Thomas Charles、Wardyn, Brandon
Michael与WEBB, Steven R.，相关被引用次数最高的专利有2013/0,326,645、
2015/0,056,629与2011/0,300,538。
集群三：由A61K 39/395(抗体；免疫球蛋白；免疫血清)、C07K 14/725(T-细胞受体)、
C07K 14/705、C12N 5/0783(T细胞；NK细胞；及其前驱细胞)、A61K 35/17(淋巴细胞；B-
细胞；T-细胞；自然杀伤细胞；干扰素活化或细胞激素活化的淋巴细胞)、C07K 16/28(对
抗受体、细胞表面抗原或细胞表面决定子的免疫球蛋白) 等项目组成，并参考度数指标将
集群三命名为“来自动物(含人类)的肽类、胃泌激素、生长激素释放抑制因子、促黑激素
及其衍生物”。重要发明人包括June, Carl H.、Brogdon, Jennifer、Milone, Michael
C.、Mannick, Joan、Murphy, Leon、Glass, David与Wu, Qilong，相关被引用次数最高
的专利有2015/0,283,178、2016/0,068,601与9,393,396。
集群四：由C12N 15/10(经引入外来遗传材料而修饰的细胞，如病毒转化的细胞)、C12N
15/85(用于动物细胞之载体或表达系统)、A01K 67/027(饲养或养殖脊椎动物之新品种)
等项目组成，并参考度数指标将集群四命名为“DNA重组技术：用于动物细胞的载体”。
重要发明人包括Valenzuela, David M.、Auerbach, Wojtek、Lai, Ka-Man Venus、
Frendewey, David、Carlson, Daniel F.、Fahrenkrug, Scott C.与WEST, James，相关
被引用次数最高的专利有2013/0,326,645、2015/0,252,358与2015/0,098,954。
三、小结
由前面专利数据整理分析的结果可以知道，目前美国市场相当热衷CRISPR技术，有大量专
利权人投入研发行列、专利申请数量不断增加，研发范围也扩散超过四百多种技术项目，
大致上可以区分为四个研发重点。首先就是“突变或基因工程：涉及DNA/RNA、载体，或
其分离、制备或纯化”，杜德娜与张峰就属于这块技术的重要发明人。从图二可以知道其
他三种研发方向都是以这块为基础再经由一些扮演桥接角色的技术进一步扩散发展出去。
其他还包括“来自动物(含人类)的肽类、胃泌激素、生长激素释放抑制因子、促黑激素及
其衍生物”、“DNA重组技术：用于植物细胞的载体”，以及“DNA重组技术：用于动物细
胞的载体”等。国内有兴趣CRISPR技术研发的专家学者可以参考本文整理出来的结果，针
对特定专利权人蒐整相关技术专利，或是就不同集群了解重要发明人或高被引用专利在
CRISPR技术上的研发状况。
从医疗角度来看，CRISPR/Cas这套系统将会带来重大的改变与影响，许多被认为是绝症的
疾病都可能因此产生颠覆性的改变。除此之外，也有科学家把CRISPR/Cas运用到农业、食
品及公共健康应用等领域。不过，目前CRISPR/Cas还有许多问题等待解决，例如脱靶问题
可能会因为在预期之外的地方切割基因而导致无法预测的结果。因此，各国政府必须尽快
就相关法令规范、政策、伦理，以及可能对生态造成的问题积极展开讨论与对话，以便面
对这项革命性的基因科技未来可能造成的影响与效应。
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