CRISPR專利申請淺析

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作者：王美玲林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)

原標(biāo)題：CRISPR專利申請淺析

CRISPR/Cas系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1987年，研究者在大腸桿菌的基因組中首次發(fā)現(xiàn)了這一奇特的重復(fù)間隔序列，隨后在細(xì)菌和古細(xì)菌中被大量發(fā)現(xiàn)。在CRISPR技術(shù)快速發(fā)展的同時，其專利權(quán)的糾紛也隨之而來。目前，圍繞CRISPR核心專利的權(quán)利紛爭尚未定論，而加州大學(xué)與維也納大學(xué)團(tuán)隊以及Broad研究所團(tuán)隊已經(jīng)分別將CRISPR相關(guān)專利授權(quán)給多家生物、醫(yī)藥公司；在CRISPR核心專利的權(quán)利歸屬明確后，勢必有一些引進(jìn)單方團(tuán)隊專利的公司將面臨巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1、背景

CRISPR/Cas系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1987年，研究者在大腸桿菌的基因組中首次發(fā)現(xiàn)了這一奇特的重復(fù)間隔序列[1]，隨后在細(xì)菌和古細(xì)菌中被大量發(fā)現(xiàn)。2002年科學(xué)家才將其命名為成簇的規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR)。

CRISPR/Cas系統(tǒng)是大部分細(xì)菌和古細(xì)菌中用來對抗外來核酸/噬菌體入侵的一種免疫系統(tǒng)。CRISPR/Cas系統(tǒng)最典型的特征是由CRISPR系統(tǒng)相關(guān)蛋白(Cas)，重復(fù)序列(repeats)，間隔序列(spacer)組成，重復(fù)序列和間隔序列交替排列。當(dāng)病毒首次入侵時，細(xì)菌會將外源基因的一段序列整合到自身的CRISPR的間隔區(qū)；病毒再次入侵時，CRISPR轉(zhuǎn)錄、加工形成crRNA，該crRNA與病毒基因組的同源序列識別后，介導(dǎo)Cas蛋白結(jié)合并切割，從而對抗外源核酸入侵。

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(CRISPR-CAS系統(tǒng)的自適應(yīng)免疫[2])

CRISPR系統(tǒng)根據(jù)基因的保守性和基因座的組織形式分為了三種類型，即Type I，Type II和Type III型[3]，每個類型中又可以分為幾種小類。目前廣泛應(yīng)用的CRISPR/Cas9系統(tǒng)屬于2類Ⅱ型CRISPR/Cas系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，僅由crRNA、tracrRNA和Cas9三種成分組成。根據(jù)tracrRNA與crRNA的結(jié)構(gòu)特性，科學(xué)家們將tracrRNA和crRNA組合為一條嵌合的向?qū)NA(guide RNA，gRNA)，使得CRISPR/Cas9系統(tǒng)進(jìn)一步簡化為只有g(shù)RNA和Cas9這2種組分的系統(tǒng)。

CRISPR/Cas系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于基因治療、轉(zhuǎn)基因生物構(gòu)建、藥物篩選等多個領(lǐng)域，推動了生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展。2020年3月，Editas Medicine和Allergan 共同宣布，臨床試驗(yàn)完成了首例患者體內(nèi)給藥，其療法AGN-151587也是全球首款在患者體內(nèi)給藥的CRISPR基因編輯療法。

2、CRISPR技術(shù)專利申請趨勢

2.1 申請數(shù)量

CRISPR技術(shù)自發(fā)現(xiàn)以來，專利申請一直處于緩慢發(fā)展的階段。2012年，Jennifer Doudna與Emmanuelle Charpentier合作，發(fā)現(xiàn)了一個簡單的CRISPR/Cas系統(tǒng)，它通過Cas9核酸內(nèi)切酶以及以CRISPR序列為模板轉(zhuǎn)錄出來的兩種RNA就可以剪切dsDNA，將CRISPR/Cas9 改造成為可高效實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)修飾靶基因特定DNA序列的工具。自此，CRISPR作為新生代的基因編輯技術(shù)，其研究熱潮迅速席卷全球，專利申請數(shù)量也大幅度攀升。

CRISPR專利申請淺析

(CRISPR專利申請量變化[4])

2.2 主要申請人

目前，CRISPR/Cas系統(tǒng)的主要研發(fā)團(tuán)隊包括Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier、張峰等，其中Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier首次提出了CRISPR/Cas系統(tǒng)對DNA的靶向編輯功能，并進(jìn)行相關(guān)專利申請；隨后張鋒等率先開發(fā)出了可在真核細(xì)胞中進(jìn)行基因編輯的CRISPR/Cas系統(tǒng)，并且及時申請了專利。

自此之后，張鋒課題組又先后發(fā)現(xiàn)了新型基因編輯工具CRISPR/Cas12a(舊稱CRISPR/Cpf1)，具有較高的基因編輯能力；同年，張峰課題組發(fā)布了來自于細(xì)菌的CRISPR/C2c2系統(tǒng)，后命名為CRISPR/Cas13a系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)其對RNA有剪切功能。

CRISPR技術(shù)的全球?qū)＠饕暾埲丝梢姳?，其中麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)、博德研究所為主要申請人，張峰作為Broad研究所(Broad Institute)教授，并創(chuàng)辦了Editas Medicine公司，其對CRISPR相關(guān)專利申請量遠(yuǎn)高于其他發(fā)明人。

CRISPR專利申請淺析

2.3 技術(shù)領(lǐng)域

CRISPR相關(guān)專利的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍廣，其中醫(yī)學(xué)是最大的應(yīng)用領(lǐng)域，包括遺傳、癌癥等疾病治療，以及新藥開發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域。在申請技術(shù)領(lǐng)域方面，如下IPC分類中占據(jù)比較大的申請比例：C12N9/22(核糖核酸酶)、C12Q1/68(包括核酸)、C12N15/113(調(diào)節(jié)基因表達(dá)的非編碼核酸，如反義寡核苷酸)，以及A61K48/00(含有插入到活體細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)以治療遺傳病的醫(yī)藥配制品；基因治療)、C12N15/90(將外來DNA穩(wěn)定地引入染色體中)、C12N15/85(用于動物細(xì)胞)等。目前，CRISPR相關(guān)專利多關(guān)注于Cas蛋白改造，gRNA設(shè)計、基因結(jié)構(gòu)改造、定向修飾，基因表達(dá)調(diào)控等。

2.4 技術(shù)主題

CRISPR相關(guān)專利申請具有主題類型豐富、可布局方式多樣等特點(diǎn)，下圖示出了目前CRISPR專利申請中主要的技術(shù)主題類型：

CRISPR專利申請淺析

(CRISPR專利申請主題)

Cas蛋白與gRNA是CRISPR專利申請中占比最高的兩類技術(shù)主題。在涉及Cas蛋白的專利申請中，以Cas9蛋白為技術(shù)主題的專利申請占據(jù)主要的申請比例，此外以新發(fā)現(xiàn)的Cas12a、Cas13等Cas蛋白為技術(shù)主題的申請量也逐漸增多。其中，由于Cas12a蛋白與crRNA、目標(biāo)核酸鏈結(jié)合后，可釋放對ssDNA的切割活性，拓展了CRISPR技術(shù)在核酸檢測領(lǐng)域的專利申請。

利用Cas蛋白的核酸酶活性部分喪失或全部喪失的突變體（例如，Cas9n、dCas9等）開發(fā)有一系列新型的編輯系統(tǒng)，例如Cas9n、dCas9與脫氨酶等蛋白融合，可用于構(gòu)建對單堿基編輯的堿基編輯器。在以堿基編輯器為技術(shù)主題的專利申請中，哈佛大學(xué)、Broad研究所、比姆醫(yī)療公司等占據(jù)申請優(yōu)勢。

gRNA或crRNA、tracrRNA是構(gòu)成CRISPR系統(tǒng)的重要內(nèi)容，gRNA、crRNA、tracrRNA的優(yōu)化與設(shè)計對于改善脫靶率、改良編輯效率等具有積極作用，是CRISPR專利申請中的另一長期布局重點(diǎn)。

2.5 專利糾紛

在CRISPR技術(shù)快速發(fā)展的同時，其專利權(quán)的糾紛也隨之而來。2012年5月，加州大學(xué)的Jennifer Doudna等提交了關(guān)于CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)的專利申請，同時在申請中描述了CRISPR/Cas9在細(xì)菌等原核生物中的應(yīng)用情況。2012年12月，張鋒基于真核細(xì)胞內(nèi)的CRISPR/Cas9技術(shù)申請專利，雖然申請時間較前者晚7個月，但張鋒所在的Broad研究所通過專利申請加速程序于2014年4月15日優(yōu)先通過專利審查，首次獲得CRISPR/Cas9的專利授權(quán)。

2016年，加州大學(xué)以“專利沖突”為由，針對Broad研究所的CRISPR基因編輯專利，以及另外11件相關(guān)專利向美國專利商標(biāo)局專利審判和上訴委員會(PTAB)請求啟動抵觸審查程序，以確認(rèn)誰先發(fā)明了CRISPR基因編輯技術(shù)。2017年，PTAB認(rèn)為方專利不存在事實(shí)上的干擾，雙方持有的專利涉及不同主題的發(fā)明，判定雙方保留各自專利。隨后，加州大學(xué)正式向聯(lián)邦巡回上訴法院(CAFC)遞交上訴，指出因編輯原始應(yīng)用覆蓋了所有細(xì)胞、植物、動物和人類，不止局限于細(xì)菌。2018年9月份，CAFC最后裁定維持美國專利審判與上訴委員會的判決，Broad研究所將繼續(xù)擁有在真核生物中使用CRISPR基因編輯的知識產(chǎn)權(quán)[5]。

2022年2月4日，PTAB進(jìn)行了專利聽證會，雙方就Broad研究所是否以不正當(dāng)方式獲取CRISPR的早期技術(shù)信息，以及用于真核細(xì)胞中編輯的gRNA的歸屬問題展開爭論，但目前尚未給出定論。

3、總結(jié)

目前，圍繞CRISPR核心專利的權(quán)利紛爭尚未定論，而加州大學(xué)與維也納大學(xué)團(tuán)隊以及Broad研究所團(tuán)隊已經(jīng)分別將CRISPR相關(guān)專利授權(quán)給多家生物、醫(yī)藥公司；在CRISPR核心專利的權(quán)利歸屬明確后，勢必有一些引進(jìn)單方團(tuán)隊專利的公司將面臨巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此，如何圍繞CRISPR/Cas技術(shù)的核心改進(jìn)點(diǎn)，結(jié)合外圍專利策略，在CRISPR 系統(tǒng)、Cas蛋白、gRNA、PAM及相關(guān)方法、應(yīng)用等方面進(jìn)行全面考量，合理統(tǒng)籌、布局，是未來CRISPR/Cas技術(shù)研發(fā)、商業(yè)應(yīng)用過程中需要考慮的重要問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]Y Ishino, H Shinagawa, K Makino, M Amemura, A Nakata . Nucleotide Sequence of the iap Gene, Responsible for Alkaline Phosphatase Isozyme Conversion in Escherichia coli, and Identification of the Gene Product. J Bacteriol. 1987 Dec; 169(12):5429-33.

[2]Hsu PD, Lander ES, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell. 2014 Jun 5;157(6):1262-1278.

[3]Makarova KS, Haft DH, Barrangou R, Brouns SJ, Charpentier E, Horvath P, Moineau S, Mojica FJ, Wolf YI, Yakunin AF, van der Oost J, Koonin EV. Evolution and classification of the CRISPR-Cas systems. Nat Rev Microbiol. 2011. Jun;9(6):467-77.

[4]https://www.ipstudies.ch/crispr-patent-analytics/

[5]何雋,張虹穎. 專利訴訟與研發(fā)活動對科技公司影響的實(shí)證研究[J]. 科技管理研究, 2020, 40(6).

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作者：王美玲林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)

編輯：IPRdaily王穎校對：IPRdaily縱橫君

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