全 文 ：生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN·综述与专论· 2008年第1期
收稿日期:2007-05-08
基金项目:本研究受国家自然科学基金重点项目(70633003),国家“973”计划项目(2002CB111302)资助
作者简介:常俊丽,女,讲师,博士,主要从事生物技术的知识产权保护研究
通讯作者:朱雪忠,教授,博士生导师,Tel:027-87556480,E-mail:xzzhu@hust.edu.cn;
何光源,教授,博士生导师,Tel:027-87792271,E-mail:hegy@hust.edu.cn
引言
随着人类基因组草图于 2003年 4月的最终完
成[1],基因组研究进入了一个新的阶段,即由结构
基因组学的研究转入到功能基因组学研究。基因组
学由于自身的局限性,虽然在基因结构和疾病的相
关性方面为人类提供了有力的证据,但仍无法解释
大部分疾病的致病机理。为此,科学家们又进一步
提出了后基因组计划,蛋白质组(Proteome)研究便
是其中一个很重要的内容。蛋白质组的概念是
1994年由 Wilkins首先提出的[2]。蛋白质组学利用
生化方法对所有蛋白质进行大规模研究[3],并探索
其运作模式、功能机理以及蛋白质组群内的相互作
用,从而能够在细胞和生命有机体的整体水平上阐
明生命现象的本质和活动规律[4]。
蛋白质组学研究进展很快,已成为西方各主要
发达国家、各跨国制药集团竞相投入的 “热点”与
“焦点”。如独立完成人类基因组测序的 Celera公司
已宣布投资上亿美元于此领域,又如日内瓦蛋白质
组公司与布鲁克质谱仪制造公司联合成立了国际
上最大的蛋白质组研究中心[5]。我国从 1997年开始
了蛋白质组学研究,中科院上海生命科学研究院、
中科院生物物理研究所、中科院大连化学研究所、
军事医学科学院、复旦大学和湖南师范大学生命科
学学院等已相继开展了相关研究,建立起基本的蛋
试论蛋白质组学的专利保护
常俊丽 1,2 朱雪忠 1 何光源 2
(1华中科技大学知识产权战略研究院,武汉 430074;
2华中科技大学中英 HUST-RRes基因工程和基因组学联合实验室,武汉 430074)
摘 要: 蛋白质组学是后基因组时代的新兴学科,是当今生命科学领域新的增长点。蛋白质组学的研究为药物筛
选、新药开发、临床诊断及新陈代谢途径研究等提供理论依据和研究基础。对蛋白质组学领域中涉及的蛋白质药物、数据
库及检测分离设备等的专利保护现状和策略进行了初步探讨,并强调了加强我国蛋白质组学知识产权保护特别是专利
保护的重要性。
关键词: 蛋白质组学 专利 蛋白质三维结构 数据库 软件
StudiesonPatentProtectioninProteomics
ChangJunli1,2 ZhuXuezhong1 HeGuangyuan2
(1IntelectualPropertyStrategicAcademy,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074;2China-UK
HUST-RResGeneticEngineeringandGenomicsJointLaboratory,RothamstedResearch(RRes),Harpenden,Herts,UK
HuazhongUniversityofScienceandTechnology(HUST),Wuhan430074)
Abstract: Proteomicswhichisthenewdisciplineinthetimeofthepost-genomicsdevelopsrapidlyinthelifescience.
Itprovidesthebasisintheoryandtechniquefordrugfiltration,newdrugexploitation,clinicaldiagnosisandmetabolism
pathway.Thepresentpaperhasdiscusedthecurentsituationofthepatentprotectionontheproteinmedicine,thedatabase
andtheequipmentofseparationanddetectioninproteomicsresearcharea.Furthermore,theimportanceoftheintelectual
propertyprotection,especialythepatentprotectiononChina’sProteomicshasbeenemphasized.
Keywords: ProteomicsPatentProtein3-dimensionalstructure Database Software
生物技术通报Biotechnology Buletin 2008年第1期
白质组学研究平台。国家近几年对该领域的研究也
非常重视,国家科技部、国家自然科学基金委员等
机构都已将蛋白质组学研究确立为重要的发展方
向。
随着蛋白质组研究成为新的研究开发热点,与
其相关的知识产权保护问题也引起了国内外业内
人士的高度重视,特别是其中的专利保护问题已成
为知识产权保护领域继基因组有关专利问题之后
新的热点和难点。在蛋白质组研究过程中,其所涉
及的专利保护内容较多,如蛋白质药物的专利保
护、测定蛋白质结构的检测设备的专利保护、蛋白质
结构分析和预测软件及蛋白质芯片的知识产权保护
等[6]。据此对蛋白质组学领域中涉及的上述专利保
护客体的专利保护现状和策略进行了初步探讨。
1 蛋白质组学的专利保护客体
蛋白质组研究是将细胞所包含的所有蛋白质
进行分离、分析鉴定,研究内容主要包括样品或组
织的蛋白质的分离和鉴定两个关键步骤。围绕这两
个关键步骤,主要有以下几方面的内容:蛋白质组
成分鉴定、数据库构建、新型蛋白质的发现、同源蛋
白质比较、蛋白质加工和修饰分析;基因产物识别、
基因功能鉴定、基因调控机制分析;重要生命活动
的分子机制研究;医药靶分子的寻找和分析。在上
述研究内容中,采用专利保护模式的有以下几方面
的内容:
1.1 蛋白质
1.1.1 药物靶标 蛋白质组学最大的应用前景在
药物开发领域。在药物研发中,当了解了影响某一
疾病的致病基因后,研究者就可针对与此疾病相关
的该基因的表达产物——靶蛋白设计相关药物。据
统计,在 20世纪 90年代中期,全世界制药业用于
找寻新药的药靶约 483个,其中有 73%为蛋白质,
而当时世界上正在使用的药物约有 2000种,其中
85%是针对上述 483种药靶的。蛋白质组学被应用
在药物效应及诊疗靶点的研究,加速了药物研究的
进程[7]。
1.1.2 疾病标志物 目前,蛋白质组学在医学方面
应用的一个重要应用在于发现新的疾病标志物,通
过鉴定疾病相关蛋白质作为早期临床诊断的工具。
人类许多疾病如肿瘤、神经系统疾病、心脑血管疾
病和传染性疾病等均已从蛋白质组学角度展开了
深入研究,并取得了一系列进展。如 Chambers等[8]
对膀胱肿瘤细胞和尿道蛋白进行了大规模的 2DE
(2-DimensionalgelElectrophoresis)后,建立了膀胱
恶性肿瘤及膀胱癌患者尿液中分泌蛋白的数据库,
从中得到了一种鳞状细胞癌的候选诊断标志物
psoriasin。蛋白质组学在提示肿瘤的病理过程、发现
肿瘤标志蛋白、治疗及诊断方面具有极大的优势,
为肿瘤的临床诊断提供了可能的分子标志物的途
径。
1.1.3 结构为基础设计的蛋白质药物 近年来由
于蛋白质组学的发展,相当数量的蛋白质以及一些
核酸、糖类三维结构已被人们精确测定,使得基于
蛋白质和核酸结构的药物设计成为可能。药物的治
疗作用主要是通过药物与受体的相互作用。目前已
有很多生物大分子作为药物设计的受体模型,例
如:基于酶结构的药物设计,基于抗体结构的药物
设计,基于致癌、抑癌基因表达产物的药物设计等。
近年来,随着人类基因组研究的不断深入、化合物
合成技术的进步和一些先进技术的使用已使受体
药物筛选发展成为高通量筛选。利用生物信息学技
术所建立的化合物库是筛选化合物的重要来源[9]。
1.2 蛋白质组学相关软件
生物信息学的发展给蛋白质组研究提供了更
方便、更有效的计算机分析软件。蛋白质质谱鉴定
软件和算法软件发展迅速,而最近发展的通过质谱
数据直接找寻基因组数据库,使得质谱数据可直接
进行基因注释,用以判断复杂的拼接方式。如基于
肽质量指纹图谱 (peptidemassfingerprinting,PMF)
的数据库分析软件 MSFit、Peptdent、Mowse、Peof
Found和 PeptideSearch等。另外,利用肽序列标签
(peptidesequencetag)的蛋白质从头测序技术分析
软件也十分引人注目。
1.3 蛋白质组学相关仪器设备
目前,用于蛋白质分离的技术主要有双向凝胶
电泳(2DE)及色谱分离技术等。用于蛋白质鉴定的
技术有质谱技术(MassSpectrometry,MS)、氨基酸组
成分析、N末端测序法等。蛋白质组学研究之所以
取得巨大进展,与现代技术平台的建立有着不可分
割的关系。而这些技术平台的建立则主要依靠蛋白
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质组学相关仪器设备的运用,如应用于质谱技术中
的质谱仪、双向电泳技术中的双向电泳仪以及液相
色谱仪和毛细管电泳仪等。伴随着蛋白质组学的发
展,这些设备也在不断进行着技术创新,如由质谱仪
最新发展而来的电喷雾电离四极杆飞行时间质谱
(electrosprayionizationquadrupoletime-of-flightmass
spectrometry,ESI-Q-TOF-MS)仪的应用,较单极四极
质谱仪或离子阱(iontrap)质谱仪有较宽的质量范
围和更高的质量准确度[10]。也正是这些仪器的不断
改进和创新,使得蛋白质组学得以快速发展。
1.4 蛋白质芯片
蛋白质组学研究的另一重要技术是蛋白质芯
片(proteinchip)技术,该技术具有高效、高通量、高
灵敏度等优点。它是将各种蛋白质点样到固体基质
表面形成阵列,当待测蛋白与其反应时,可特异性
地捕获样品中的靶蛋白,然后通过检测系统对靶蛋
白进行定性及定量分析[11,12]。第一张商品化的抗体
芯片由美国 BDClontech公司推出,芯片上排列了
378种已知蛋白的单抗。目前,新一代的抗体芯片
蛋白抗体已超过 500种。这些抗体对应的蛋白涉及
信号传导、肿瘤、细胞周期调控、细胞结构、细胞凋
亡和神经生物学等广泛的领域[13]。现在伴随着标记
技术和检测技术的进步及探针标记物的多样化,蛋
白质芯片技术已日益广泛地应用于蛋白质组学的
多个领域。
2 蛋白质组学相关客体的专利保护现状
2.1 药物靶标、疾病标志物及蛋白质药物的专利
保护
在药物靶标、疾病标志物及蛋白质药物三者
中,蛋白质药物特别是基于结构为基础设计的蛋白
质药物和疾病标志物在专利申请中较为多见。伴随
蛋白质组学的快速发展,基于结构为基础设计的蛋
白质药物层出不穷。目前,该类药物只要满足专利
审查的“三性”标准(新颖性、创造性和实用性),即
可获得包括美国在内的大多数国家的专利保护。在
“三性”审查标准中实用性标准是蛋白质药物能否
获得专利保护的关键因素,也是该类药物专利审查
中最为严格的一个标准。各国对于实用性也有不同
的标准,在实用性标准要求较高的国家,如英国等
欧洲国家,该类药物较难获得专利保护。在实用性
标准要求较低的国家,如美国等国家则较易获得专
利保护。对于疾病标志物,由于其在临床诊断中所
具有的重要的商业价值,目前已被越来越多的研究
机构申请专利保护。对于该类蛋白质的专利申请,
也主要是以专利申请的“三性”标准作为是否能够
获得专利保护的条件。但对于该类蛋白质,由于其
是人体内自身产生、天然存在的,因此在申请过程
中标志物本身很难获得专利权。目前许多研究机构
将利用疾病标志物诊断疾病的新方法或新设备及
疾病标志物本身结合起来申请专利,以获得相应的
保护。而药物靶标由于较难达到“三性”标准,因此
在实践过程中较少被授予专利。
对于蛋白质而言,由于结构决定了它的生物功
能,特别是蛋白质的三维结构。因此,目前对上述 3
类蛋白质及其它相关蛋白质专利保护主要集中在
蛋白质三维结构的专利保护上。当前,欧洲专利局
没有涵盖蛋白质三维结构可专利性的审查办法。欧
洲专利局已经设立一个委员会,负责研究有关蛋白
质技术主题的可专利性问题,目前尚未有结果。在
美国,从 2000年 2月开始,专利与商标局(USPTO)
已经对包含指向蛋白质三维结构权利要求的大量
申请案授予专利权,但是目前尚未颁布任何有关蛋
白质三维结构可专利性、蛋白质三维结构专利申请
审查办法的审查指南。按照目前欧美各国的法律实
践,指向用蛋白质三维结构描述的蛋白质本身的权
利要求很难获得专利保护。目前,欧洲各国、日本、
中国都把蛋白质看作化合物。有关化合物专利性问
题,各国专利法上存在一个核心规则:如果与化合
物有关的产品发明属于在先技术,那么认定化合物
之新的、更有利的特征不能使该化合物本身具备新
颖性。这导致对于已知蛋白质的三维结构很难获得
专利保护[14,15]。
2.2 分析软件的专利保护
提交到蛋白质数据库中的序列和结构信息需
要进行分析和解释,同时对已存在的数据库中的条
目需要进行辨识和修补,以供研究人员进一步研究
之用。这使得能够解决该问题而开发的各类蛋白质
组学分析软件获得了快速发展,如前文所提到的蛋
白质质谱鉴定软件和算法软件及最近发展的数据
库分析软件、蛋白质从头测序技术分析软件等。目
常俊丽等:试论蛋白质组学的专利保护 81
生物技术通报Biotechnology Buletin 2008年第1期
前,国际上对蛋白质生物信息软件的保护同计算机
软件一样,除了版权保护以外还可以运用专利进行
保护[16]。美国是对软件进行专利保护的最早的国家,
在 20世纪 80年代末就确立了计算机软件相关发
明的专利保护形式。对于计算机软件,只要其满足
美国专利审查的“三性”标准即可获得专利,而且
“三性”标准近年来不断降低,并主要强调申请专利
的“实用性”标准。对于计算机软件审查标准的逐渐
放开使得美国计算机软件专利申请量近几年呈大
幅上升趋势,到 2003年,美国计算机软件的专利授
权量接近 30000件。相比较美国而言欧洲在计算
机软件的专利保护问题上较为保守,经过几年的实
践,欧洲已渐渐放开自己在软件的专利保护[17]。目
前,欧洲的计算机软件专利申请和授权量均有大幅
度上升。我国的计算机软件的专利保护仍处于启蒙
阶段,对于采取什么样的保护模式仍有待进一步的
探索。
2.3 相关仪器设备的专利保护
蛋白质组学研究过程中,各类分离、检测设备
是必不可少的,也是推动蛋白质组学研究进一步发
展的重要保障,如前面所提到的双向电泳仪、液相
色谱仪、毛细管电泳仪和质谱仪等重要蛋白质组学
研究设备与仪器。目前,对于上述仪器和设备的知
识产权保护模式主要仍以专利保护为主。由于从事
蛋白质组学研究的各大研究机构与生物医药公司
均须购置大量的该类设备,其存在着潜在的巨大经
济效益,这使得该类仪器的专利争夺在世界范围内
变得白热化。由于技术与专利的推动作用,目前蛋
白质研究相关的设备和仪器的更新速度也非常快,
如前文所提到的 ESI-Q-TOF-MS仪的使用及用于蛋
白质分离分析的毛细管电泳仪等。在专利的推动
下,毛细管电泳仪在短短的几年内便不断推陈出
新,目前已开发出具有各种功能的该类仪器,如毛
细管区带电泳 (capilaryzoneelectrophoresis,CZE)、
毛细管等电聚焦电泳 (capilaryisoeletricfocusing,
CIEF)毛细管凝胶电泳(capilarygelelectrophoresis,
CGE)和胶束电动毛细管层析(micelarelectrokinetic
electrophoresischromatography,MECC)等[18]。此外,应
用于蛋白质组学分离、检测的设备仪器已由原来的
单一使用逐渐发展为多种仪器设备融合,而且自动
化程度越来越高,如液相色谱-毛细管电泳(LC-
CE)仪、多维液相色谱-质谱(LC-MS/MS)仪等。上
述仪器对蛋白质组学的研究起到了巨大的推动作
用,而专利保护在其中所起的作用功不可没。目前
这些蛋白质组学分离分析检测设备的专利申请量
上升速度很快,已开始占据蛋白质组学专利申请中
较大的比例。
2.4 芯片的专利保护
同基因芯片的知识产权保护方法一样,蛋白质
芯片也以专利保护为主。目前,国际上均采取此办
法对蛋白质芯片实行保护。伴随着蛋白质组学的快
速发展,蛋白质芯片的相关技术也不断更新,有关
蛋白质芯片的专利近几年呈逐年上升趋势。我国在
蛋白质芯片领域的研究与国外仍有一定的差距,
1985年至今有关蛋白质芯片的专利仅有 35项,其
中发明专利 29项,实用新型专利 6项。但近几年已
出现一些具有国际领先水平的蛋白质芯片专利,如
中国科学院力学研究所国家微重力实验室靳刚研
究员发明的光学多元蛋白质芯片现已取得重大成
果,该项研究的核心技术——蛋白质分析技术,具
有含 20多项专利和拥有复合技术条件的自主知识
产权,其与瑞典 Biacore技术和美国 SELDI技术并
列为新型蛋白质芯片分析技术。由于具有无标记、
多元并行、定态和动态测量及定性定量功能,使其
在国际上居领先水平。该蛋白质芯片技术对乳腺癌
的早期诊断和治疗、心血管疾病的抢救和治疗、乙
肝表面抗原的检测等均有重要意义[19]。目前,国外
关于蛋白质芯片技术的专利纠纷层出不穷,其产
生、解决渠道引起了生物产业的极大关注,其中涉
及的芯片专利技术保护问题对于我国生物技术产
业具有重要的参考意义。
3 结束语
由于蛋白质组学的研究从设计到产品上市需
要投入大量人力、物力和时间,而专利是保护研究
成果的最为有效的方式。因此,专利保护成为普遍
应用于该领域的知识产权保护手段。目前,包括美
国等国家在内的发达国家的生物医药公司和研究
机构十分重视该领域的知识产权特别是专利保护
工作,但是我国在该领域的知识产权保护意识还十
分薄弱,这与当初我国在蛋白质组学研究领域的研
(下转第87页)
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究水平还未与国际接轨有很大关系。当前,我国对
于蛋白质组学的研究还处于初级阶段,对于蛋白质
的专利保护,我国的专利《审查指南》将蛋白质与基
因一样视为一种化学物质加以专利保护,尚没有关
于蛋白质组学领域中最重要的蛋白质三维结构的
专利审查指南。随着近几年我国在该研究领域的快
速发展,特别是一些蛋白质组学研究领域已达到国
际先进水平的情况下,开展蛋白质组学的知识产权
保护特别是专利保护研究显得尤为重要。此外,蛋
白质组学作为当代生命科学重要的前沿内容,知识
产权保护特别是专利保护对其快速健康发展必将
显示出越来越重要的作用。特别是当前我国已进入
“十一五”发展规划阶段,而该阶段国家将“自主创
新”作为发展的总体原则,其中开发具有自主知识
产权的创新成果是其重要内容。对于目前处在世界
科技前沿的蛋白质组学研究领域,较好的应用知识
产权保护策略特别是专利保护策略对其进行保护
将对我国蛋白质组学的发展起到极大的推动作用,
并对加速我国生命科学领域与国际接轨及提高生
命科学研究在“十一五”期间对我国国民经济的促
进作用具有重要的现实意义。
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刘蓉等:生物信息学中途径研究进展 87