帝斯曼在中国布局的主要酵母相关专利技术综述

摘 要：【目的】通过对荷兰皇家帝斯曼集团在中国布局的酵母相关专利信息进行分析，了解其关于宿主菌酵母及其表达产物的技术信息，为我国相关创新主体研发工作的开展提供技术启示。【方法】通过智慧芽专利数据库检索帝斯曼在中国布局的主要酵母相关的专利申请，并对检索结果进行统计和分析。【结果】帝斯曼在中国专利制度建立之初就开始布局酵母相关专利，且其涵盖的技术领域较广，并形成了较为完善的专利保护体系。【结论】帝斯曼结合分子生物学手段和合成生物学方法，优化外源蛋白在工业菌株毕赤酵母中的表达，为我们提供了相关的技术方案，同时也为我国相关创新主体的研发工作提供了技术启示。

关键词：帝斯曼；酵母；专利分析

中图分类号：Q819 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）16-0130-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.16.026

A Review of the Main Yeast-related Patent Technologies of DSM in China

HOU Sicong1 SHI Chaoshuo2 LI ji1

（1.Beijing RisingMark Intellectual Property Agency， Beijing 100071，China;

2.School of Bioengineering， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457， China）

Abstract：[Purposes] By analyzing the yeast-related patent information of DSM in China， this paper aims to understand its technical information on host yeast and its expression products， providing technical inspiration for the development of related innovative entities in China.[Methods] By using the Patsnap patent database to search for the main yeast-related patent applications of DSa7df9b3b258e1f74ad35807af099ad0dM in China， this paper conducts statistical and analytical analysis of the search results.[Findings] It was found that DSM began to lay out yeast related patents from the beginning of the establishment of the Chinese patent system， and it covers a wide range of technical fields， and a relatively complete patent protection system. [Conclusions] DSM combined molecular biology and synthetic biology methods to optimize the expression of exogenous proteins in the industrial strain Pichia pastoris， which provides relevant technical solutions for us， and also provides technical inspiration for the research and development of related innovative bodies in China.

Keywords： DSM; yeast; patent analysis

0 引言

酵母（yeast） 是最早被人类驯化利用的微生物，其在食品、饮料、饲料、工业乙醇等领域得到广泛应用［1-2］。面对海量的信息，专利信息检索分析能够从技术、法律、经济信息等方面，有效地反映出最新的科研开发及技术创新水平［3-5］。例如，陈莹等［6］从专利分析的角度，揭示了全球特殊酵母工业应用领域技术创新的发展态势以及各类特殊酵母的应用优势，为我国特殊酵母工业应用领域科研决策和科研工作提供了参考。

荷兰皇家帝斯曼集团拥有100多年的历史，在全球范围内活跃于健康、营养和材料领域，其产品被广泛应用于食品和保健品、个人护理产品、医药和医疗设备、饲料、汽车和运输、涂料和油漆、建筑、电子电气、生命防护、替代能源以及生物基材料等终端市场。

目前，帝斯曼在全球拥有近3.2万件专利，仅在中国就布局了3 000件以上，涉及生物、化学、医学等多个技术领域。本研究利用智慧芽专利数据库，采用申请人结合关键词和分类号的方式进行检索，重点分析帝斯曼在中国申请的酵母相关专利申请趋势、热点技术领域，包括维生素A制备、乙醇生产、生物油制备、二羧酸制备和甜菊醇生产等相关专利技术，以期为我国相关创新主体提供有价值的信息参考。

1 申请趋势分析

帝斯曼酵母在中国的相关专利申请量呈波动变化趋势，如图1所示。从专利申请的数量上来看，在2020年之前，帝斯曼中国专利申请量处于稳步缓慢的增长趋势，可以看出帝斯曼未曾停止相关领域的研发。但根据对帝斯曼酵母相关中国专利的进一步分析，发现其审中专利占比近23%，而审中专利能从一定程度上反映出创新主体的研发活力和研发热点。帝斯曼与酵母相关的研发热点技术领域主要集中在生物燃料，如乙醇；生物油；生物化学品与生物材料，如二羧酸；生物过程法生产维生素与抗生素，如维生素A、维生素D3和维生素E等方面。

2 技术领域分析

为了更具体地了解和分析帝斯曼酵母相关的研究热点以及在中国布局的技术热点，对检索到的相关专利主分类号进行统计与分析，如表1所示。

帝斯曼酵母在中国申请量最多的分类号集中在C12N （微生物或酶；其组合物；繁殖、保藏或维持微生物；变异或遗传工程；培养基）小类下的3个大组分类号： C12N9/00（酶；酶原； 其组合物，制备、活化、抑制、分离或纯化酶的方法）占比18%、C12N15/00（突变或遗传工程； 遗传工程涉及的DNA或 RNA，载体（ 如质粒）或其分离、制备或纯化； 所使用的宿主）占比14% 和 C12N1/00 （微生物本身，如原生动物；及其组合物）占比13.7%；C12P（发酵或使用酶的方法合成目标化合物或组合物或从外消旋混合物中分离旋光异构体）小类下的两个大组分类号：C12P7/00 （含氧有机化合物的制备）占比15%和C12P19/00 （含有糖残基的化合物的制备）占比5%。可见，帝斯曼酵母相关的中国专利涉及的分类号较多，表明其涉足的技术领域较广。

通过对相关专利中的酵母作用进行分析统计，发现酵母在近73%的专利中是作为生产菌株的，其次是含酵母的常规培养基、酵母提取物、利用酵母自身的基因等。将酵母作为生产菌株包括直接以酵母细胞作为宿主菌或者对酵母细胞自身基因修饰以后将其作为宿主菌。下文结合帝斯曼主要产品对其布局的中国专利技术发展路线进行详细梳理。

2.1 维生素A相关专利技术分析

帝斯曼开发了全新的生物基工艺生产维生素A。该工艺可以使用一种专门研制的酵母菌株将可再生碳源转化为维生素A，属世界首创。本文对维生素A及其一类的化合物包括视黄醛、视黄醇、3-脱氢视黄醇、视黄酸、这些化合物的异构体以及视黄基酯相关专利进行详细分析。

1997年，帝斯曼在中国最早提出了一件维生素A相关的专利，涉及一种酶促酰化方法CN1169473A。随后在2000年，帝斯曼布局了首件将酵母作为宿主菌表达β、β-胡萝卜素15、15′-二加氧酶cDNA以裂解β-胡萝卜素生成维生素A的专利CN1269366A。2004—2013年间，帝斯曼先后提交了5件关于生产类异戊二烯化合物的甲羟戊酸激酶、用于产生类胡萝卜素的胡萝卜素羟化酶和乙酰转移酶的专利申请。直至2017年，帝斯曼同日提交了5件关于生产维生素A的专利申请，保护能产生胡萝卜素的酵母菌、酶促方法以及维生素A生产方法，尤其是CN111108194A，能将90％的视黄醛转换成视黄醇。2019年，专利CN113227365A将乙酰转移酶在耶氏酵母属或酵母属的宿主细胞中异源表达，能够以葡萄糖为碳源提高乙酸视黄酯的产量，同时增加总类视黄醇的量。2020年，专利CN114127273A保护具有催化β-胡萝卜素转换成反式视黄醛的活性的酶，在产生类胡萝卜素/类视黄醇的耶氏酵母属或酵母属中表达，提高反式视黄醛的产率，从而提高维生素A的生产率。同年，专利CN114901816A将耶氏酵母属LIP8对应的内源酶活性降低或消除，使其以甘油三酯油为碳源，生产总类视黄醇的视黄醇乙酸酯的百分比增加。

可见，帝斯曼在中国提交的专利申请中，有关维生素A制备的专利申请主要致力于维生素A生产方法中的重要中间体/前体的生物生产方法，特别是通过参与视黄醇、视黄醇乙酸酯和/或维生素A产生的（异源）酶在宿主细胞中的表达，或者对宿主菌进行基因修饰再表达该类酶来提高重要中间体/前体的产率，从而进一步提高维生素A的产量。并且首次提出了在合适的培养条件下以可再生碳源（如葡萄糖、甘油三酯油等）进行发酵来生产维生素A。

2.2 乙醇生产相关专利技术分析

日益严重的资源短缺和环境恶化，使人们越来越意识到可持续发展与科学发展观并行的发展观念很重要，因而节能环保的绿色生产方式也越来越受到关注［7］。作为补充甚至替代化石燃料的新型清洁可持续性的能源生物乙醇也成为帝斯曼研发的重点。

帝斯曼在2000年以后开始布局生物发酵制备乙醇的相关专利。2003年首次提出了将木糖作为碳源进行乙醇发酵的酵母细菌（CN100448996C）。2005—2009年，又申请了9件关于木糖、戊糖发酵的专利，其通过对酵母细胞的改变最终能将木糖发酵转化为乙醇。2010年，CN112029804A是包含阿拉伯糖异构酶（AraA）、L-核酮糖激酶（AraB）和L-核酮糖-5-P-4差向异构酶（AraD）基因的酵母菌，在耗尽葡萄糖后能够将阿拉伯糖以厌氧方式发酵半乳糖。同年，还申请了无甘油的乙醇发酵生产的专利（CN102712895B），保护一种缺乏NADH依赖的甘油合成所需的酶的酵母菌株。2012年，帝斯曼提出了一种由乙酸和甘油生产乙醇的工程化酵母菌株（CN104126011B），通过使用经基因修饰的酵母细胞将包括己糖、戊糖、乙酸和甘油的培养基发酵为乙醇，同时能够有效地提高甘油利用率。之后，帝斯曼提出了具有改善作用的戊糖转化的细胞（CN112195145A），该细胞能够在葡萄糖的作用下缩短发酵中包含戊糖和己糖的糖混合物的发酵时间。2015—2019年，帝斯曼又提出了多件利用产醇酵母菌酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法（CN112553266A、CN107429265A、CN111225982A、CN112204151A）的专利，以及能够提高产物收率同时降低甘油产量的技术效果的重组酵母细胞相关专利（CN111032854A、CN109312296A、CN110088275A、CN111148840A、CN110088288A）。2018年，帝斯曼发明了一种亲本多肽的变体，该专利中的重组酵母在厌氧的条件下能够将含阿拉伯糖的玉米秸秆、玉米淀粉生产为乙醇。 两年后，帝斯曼又提出了一种新的用于生产乙醇的方法，通过优化酵母细胞内源基因，在厌氧的条件下将葡萄糖或阿拉伯糖转化为乙醇，同时增加阿拉伯糖转换的量和/或速率。

从以上分析可知，帝斯曼从开始利用转化的酵母宿主细胞单独发酵木糖或戊糖生产乙醇，逐渐转向使用重组酵母菌株从糖组合物中发酵生产乙醇，再到无甘油的乙醇发酵生产和由乙酸和甘油生产乙醇，直至由木质纤维素材料制备糖和/或发酵产物的整合方法等，一直致力于生产乙醇的菌株及其在转化方面的效果的研发。尤其是生物乙醇和纤维素乙醇方面的研发在过去的20年里取得了巨大突破。近几年，帝斯曼开发了可同时高效利用复合碳源的重组酵母，解决了复合碳源的高效利用以及葡萄糖抑制酵母碳源利用的技术问题；基于自有的核心生物转化技术（包括酶水解和发酵碳五/碳六先进酵母等），使得纤维素乙醇生产成本持续降低。

2.3 生物油制备相关专利技术分析

微生物油脂（SCO）又被称为单细胞油脂，是由酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定条件下利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂为碳源、氮源，辅以无机盐生产的油脂产品。通过人为地筛选和培育产油微生物，可以得到γ-亚麻酸（GLA）、α-亚麻酸（ALA）、花生四烯酸（ARA）、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）等功能性脂肪酸。帝斯曼是全球主要的微生物油脂生产企业之一。

帝斯曼从2008年开始在中国布局生物油及其制备相关专利。CN113846129A首次提出采用包含纤维素作为碳源的原料经异养发酵培养假菌界（Stramenopile）微生物，其中生物油中约11%～99％的不饱和脂肪酸是多不饱和脂肪酸，油脂酵母解脂耶氏酵母（Yarrowialipolytica）也适用于该工艺。2011年，帝斯曼布局了3种酵母菌株（CN103210080B、CN107794230B）：ATCC登录号PTA-11615（菌株28428）、ATCC登录号PTA-11616（菌株29404）和ATCC登录号PTA-11617（菌株29794），使用该3种菌株分离的微生物或其混合物在培养基中生长即可产生微生物油。2014年，又布局了3件用于从微生物细胞中获得微生物油的方法专利（CN105939710B、CN105960235B、CN106061475B），其中微生物细胞不限于酵母细胞，具体获得微生物油的方法包括裂解细胞以形成裂解细胞组合物然后从裂解细胞组合物中回收油。直至2017年，帝斯曼提出了一种新的从微生物细胞中提取含有PUFA的油的有效方法（CN109477122A），包括在进行破乳之前从细胞发酵液或裂解的细胞组合物中去除水。这种方法具有减少破乳时间和减少盐的使用的益处，通过该方法可以从微生物细胞中回收包含一种或多种PUFA的微生物油。

帝斯曼有关生物油的生产技术包括利用酵母细胞自身的特性在由蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、油、甘露糖、阿拉伯糖、乳糖、半乳糖、麦芽糖、纤维素、木质纤维素及其组合中选择碳源的存在下进行发酵产生微生物油，以及通过裂解一个或多个微生物细胞获得生物油。

2.4 二羧酸制备相关专利技术分析

二羧酸，如苹果酸、延胡索酸、琥珀酸、富马酸和己二酸是大量化学品的潜在前体，其在药物、化妆品、食物、饲料或化学工业中有大量应用。

帝斯曼从2008年开始在中国布局生物法制备二羧酸的专利。2008年11月14日，帝斯曼同日提交了4件专利申请（CN104818224A、CN101903522B、CN101896606B、CN101978063B）用于酵母菌表达三羧酸循环关键酶来制备二羧酸。2009年，帝斯曼又布局了有关在低pH下发酵生产二羧酸的方法专利（CN102089436A、CN107267562A、CN107267561A），包括在低于有机酸最低pKa的pH值下，在存在含碳水化合物的底物和少量氧时发酵酵母，所述pH下二羧酸中至少有50％以酸性形式存在。2014年，帝斯曼与合作伙伴罗盖特合作申请了在包含合适发酵培养基的容器中发酵经基因遗传修饰的细胞制备二羧酸的方法专利（CN112143762A、CN105378093A）。同年，帝斯曼提出了关于延胡索酸还原酶的专利申请（CN105814198A、CN112094826A），这是一种具有延胡索酸还原酶活性的变体多肽，该变体多肽的酵母细胞发酵可以显著提高二羧酸如琥珀酸的产量。2016和2017年，帝斯曼分别布局了用于二羧酸生产的宿主细胞相关专利： CN108431215A公开的宿主细胞在其基因组中包含至少一种遗传修饰，该遗传修饰导致至少一个催化辅因子（NADH、NADPH或FADH2）氧化的酶促步骤的缺陷；CN109689864A公开的宿主细胞包含突变的苹果酸脱氢酶，其可以提高二羧酸的产量。

可见，帝斯曼一直致力于通过对重组宿主细胞进行遗传修饰来提高二羧酸产量的研究。

3 总结与展望

综上所述，帝斯曼在中国专利制度建立之初就开始布局酵母相关专利，且涵盖的技术领域较广。该公司围绕与酵母相关的主要产品如维生素A、生物乙醇、生物油、二羧酸等的生产技术路线布局了多件专利，在生产菌株、产品制备方法方面已经形成了较为完善的专利保护体系，这为国内酵母行业相关企业提供了很好的技术启示。

近年来，中国酵母行业发展迅速，且有了很多自主研发技术，帝斯曼在中国布局的酵母相关专利，为我国相关企业提供了相关技术创新的方法和新的思路。同时，中国企业应加强海外专利布局，提升国际市场竞争力，提高专利质量的同时均衡专利布局技术领域，充分利用专利信息，通过专利信息预测技术发展趋势，有效规避专利侵权风险。

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