苏云金芽孢杆菌的全球专利布局简析

日期:12-02-2022

世界农化网中文网报道：苏云金芽孢杆菌是一种革兰氏阳性、杆状、能形成内生芽孢的土壤细菌，其营养体细胞具有周生鞭毛或无鞭毛。苏云金芽孢杆菌分类上属于原核生物界，细菌纲，芽孢杆菌科（Bacillaceae），芽孢杆菌属（Bacillus）的一种，在《伯杰氏细菌鉴定手册》第九版中被列为第二类第十八群。苏云金芽孢杆菌广泛分布于世界各地，从热带雨林到北极冻土带，从土壤、昆虫尸体、植物体表面、贮藏物或仓库灰尘、污水等基质上均可分离到该菌，而土壤为微生物的大本营，是其分布最为丰富的生境。据估计，目前世界上约有60，000余个苏云金芽孢杆菌分离物。

 发 现 

早在1901年，一个叫做石渡的日本细菌学家就在患病的家蚕幼虫上得到了一种杆状芽孢菌，并在1905年发表的另一报告中称之为″碎倒芽孢杆菌″。 后来在1911年的德国，一个叫苏云金的小城镇上 ,一种叫地中海粉螟的仓储害虫危害频繁, 仓库里成虫飞舞, 面粉中幼虫大快朵颐。直到一只离奇死亡的粉螟幼虫引起了生物学家贝尔内（Berliner）的注意，随后他从这些患病的地中海粉螟幼虫体内分离到另一株类似的细菌之后，1915年才正式将此昆虫病原细菌命名为苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis， Bt）1938年，第一个苏云金芽孢杆菌商品制剂Sporeine在法国问世，并在地中海粉螟的防治中得到了应用。科学家们最终证实苏云金杆菌对于鳞翅目、膜翅目、直翅目、鞘翅目等 130多种害虫都具有杀虫活性。

 杀虫原理 

苏云金杆菌杀虫作用的主要成分是孢子形成过程中产生的伴孢晶体 ( CIPS ) , 它是单基 因表达的产物。伴孢晶体经敏感昆虫口服后, 在中肠碱性环境中, 被降解为活性的多肽片断的毒性片断包含三个不同的结构域。一般认为结构 I 参与孔道的形成 , 结构域 Ⅱ决定毒素与受体的特异性结合, 结构域Ⅲ主要调节毒素的活性, 再与中肠受体蛋白结合 , 形成细胞膜通道, 破坏渗透膜, 引起细胞溶解 , 最终导致虫体死亡 。

目前 , 全世界共分离到50000株苏云金杆菌,分为62种血清型和亚种。这些血清型和 亚种分别具有不同的杀虫基因,加上每一种苏云金芽孢杆菌可同时含有多种杀虫基因 , 从而 使苏云金芽孢杆菌的杀虫活性具有多样性。

 生产工艺 

苏云金杆菌并非来源于人工合成，是从自然界中得到，苏云金杆菌广泛分布于世界各地,从热带雨林到北极冻土带,从土壤、昆虫尸体、植物体表面、贮藏物或仓库灰尘、污水等基质上均可分离到该菌。据估计,目前世界上约有6000余个苏云金芽孢杆菌分离株。

苏云金杆菌制剂的生产主要包括三个步骤,一是发酵过程,包括菌种的选育、发酵培养基及工艺选择与优化,主要目的是培养杀虫晶体蛋白与芽孢，二是杀虫有效成分的浓缩与回收三是剂型化。其中,发酵过程是整个生产工艺的前提与关键。

苏云金杆菌对营养的要求不严。它不仅在全部是可溶性营养成分的培养基中能良好生长,而且在含固量高的液体培养基中也能生长得很好,苏云金杆菌对营养条件要求不高,能在多种氮源、碳源和无机盐组成的营养基中生长增殖。氨基酸对苏云金杆菌的生长起着重要的作用,一般来说,多数菌株只需要一种氨基酸作为外源性氨基酸来完成细胞生长及芽孢、晶体的合成。

苏云金杆菌可利用碳氮源丰富的工业废水进行生产，可以节约能源,降低了生产成本,而且在治理环境的同时变废为宝。

 全球专利布局 

苏云金杆菌作为生物农药中最被关注，同时也是应用最广泛的品种。 其在全球的专利布局，自然在生物农药中最具有代表性；

全球共计申请苏云金杆菌相关专利9167件，其中加拿大，欧专局，澳大利亚，日本，印度，韩国，德国，中国，美国等申请数量均在100件以上。其中中国的专利申请数量为2269件，而美国的专利申请数量为4404件。

可以关注的是传统生物农药的重要研发国家之一: 西班牙只有13个相关的专利申请。

而全球苏云金杆菌相关专利申请最多的国家美国，其占了全球申请数量的近乎一半。但需要关注的是在这4404件专利中，3300件左右是植物新品种相关专利，也就是我们通常说的转基因作物相关专利。

在所有的苏云金相关专利申请中： 基因编辑相关专利144件；菌株筛选相关专利288件；应用&方法相关专利2775件，最多的作物品种专利为3326件。

苏云金杆菌关于基因编辑的专利共计申请了144件。主要是保护具有杀虫活性的蛋白氨基酸序列的编码基因片段。

1.基因编辑

  

如：专利CN101717437B，申请人为：中国农业科学院植物保护研究所。专利名为：苏云金芽孢杆菌Cry9E基因,蛋白及其应用。该专利保护了具有杀虫活性的蛋白氨基酸序列的编码基因片段。同时也给出了靶标害虫为小菜蛾和玉米螟。

 

2.菌株(菌株筛选）

 苏云金杆菌关于菌株筛选相关的专利共计申请了288件，主要是筛选具有杀虫活性的次级代谢产物的菌株。包括不同的温度，环境以及培养基等因素的影响。包括从相关培养菌落，昆虫，植物等环境中提取。

3.应用&方法

 

应用和方法也是苏云金杆菌相关专利的重要组成部分，全球共计申请2775个相关专利，包括防治常见鳞翅目害虫，如棉铃虫，小菜蛾等，也包括一些线虫，螨虫等常见农业害虫。

 

另外也有苏云金杆菌相关农药制剂制备的方法。其处理污水，以及除臭等也是重要应用方面。

4.作物品种（玉米，大豆等）

 

作物品种是苏云金杆菌的专利布局最重要的方面，共计有3326件相关专利，占了总专利申请数量的三分之一左右。

 

主要是棉花，大豆，油菜等作物的导入BT的转基因品种，但其主要申请人和专利权人非常集中，主要专利权人为：孟山都股份有限公司，先锋国际良种公司等。

   

转基因作物新品种最主要的申请人为先锋国际良种和孟山都公司，两者共计申请了2245件，占到所有相关作物品种专利的2/3以上。

 总 结 

  

苏云金杆菌是目前应用时间最长，同时也最广泛的生物农药之一。其最主要的专利或者研发方向目前来看仍然是在应用和使用方法方面。 而需要关注的是相关的转基因作物的品种专利是跨国种业公司用于垄断转基因作物市场以及相关农业产品的重要方法之一。