基于文獻(xiàn)的基因組編輯技術(shù)發(fā)展研究

劉琦

摘要：基因組編輯技術(shù)是一種可特異性改變目標(biāo)基因序列的新興生物學(xué)技術(shù)，目前已得到廣泛關(guān)注。為了解全球及中國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展情況，采用文獻(xiàn)計(jì)量法，對(duì)基因組編輯的文獻(xiàn)進(jìn)行整體分析。主要對(duì)時(shí)間分布、空間分布、主要機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞等進(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在了解當(dāng)前全球和中國(guó)基因組編輯領(lǐng)域的研究態(tài)勢(shì)與研發(fā)熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：基因組編輯;文獻(xiàn)計(jì)量;研究熱點(diǎn);CRISPR

中圖分類號(hào)：Q789

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.015

基因組編輯技術(shù)是一種特異性改變目標(biāo)基因序列的技術(shù)[1]，目前應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)包括鋅指核酸酶（ ZFN）、類轉(zhuǎn)錄激活因子核酸酶（ TAIEN）和成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)（ CRISPR）技術(shù)[2]。這些工具的基本原理是利用外源切割復(fù)合體識(shí)別并切割目的基因序列，使目標(biāo)基因DNA產(chǎn)生雙鍵斷裂，通過(guò)DNA自身啟動(dòng)同源重組機(jī)制和非同源末端連接進(jìn)行修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因序列的特異性改變[3]?；蚪M編輯技術(shù)是生命科學(xué)領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)之一，特別是CRISPR技術(shù)，三次人選Sclence評(píng)選的“世界十大科學(xué)進(jìn)展”[4]，在疾病治療、藥物研發(fā)、農(nóng)作物改良、生物技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景[5]。

本研究主要利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)原理對(duì)基因組編輯領(lǐng)域近10年的（2008-2018年）相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析，對(duì)文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間、國(guó)家和地區(qū)、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞等要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并利用VO Sviewer軟件進(jìn)行可視化分析，以對(duì)基因編輯領(lǐng)域的研究態(tài)勢(shì)與技術(shù)趨勢(shì)有所了解。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

選取美國(guó)Web of Science信息檢索平臺(tái)中的核心數(shù)據(jù)庫(kù)。設(shè)定檢索式為：（TS-“gene editor'OR'‘genome editing”O(jiān)R“ZFN”O(jiān)R“TALEN”O(jiān)R“CRISPR”）AND DT-（ Artical ORReview），時(shí)間范圍2008-2018年。命中結(jié)果10 258篇，檢索時(shí)間為2019-03-07。

利用Web of Science分析平臺(tái)對(duì)文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間、國(guó)家或地區(qū)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。在關(guān)鍵詞分析方面，運(yùn)用VO Sviewer繪制圖譜并計(jì)量分析，該軟件能夠統(tǒng)計(jì)不同單詞在數(shù)據(jù)樣本中出現(xiàn)的頻率以及共現(xiàn)關(guān)系，使用二維可視化視圖中的節(jié)點(diǎn)展現(xiàn)詞頻[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 時(shí)間分布

文獻(xiàn)發(fā)表的數(shù)量及隨時(shí)間變化情況可以反映該研究領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)[7]?；蚪M編輯領(lǐng)域2008 2018年文獻(xiàn)發(fā)表量如圖1所示。2008-2012年，文獻(xiàn)量呈線性增長(zhǎng)，2013年之后則呈指數(shù)型增長(zhǎng)，2018年達(dá)到3 239篇。對(duì)20082018年發(fā)表文獻(xiàn)的增長(zhǎng)曲線進(jìn)行擬合，得到擬合方程為y=19.474e0.485 5x（ R²=0.990 7），說(shuō)明年文獻(xiàn)發(fā)表量與時(shí)間之間存在生長(zhǎng)曲線函數(shù)關(guān)系。根據(jù)Derek Price的文獻(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)理論，基因組編輯技術(shù)目前正處于蓬勃發(fā)展階段[8]。中國(guó)在該領(lǐng)域年文獻(xiàn)發(fā)表量變化趨勢(shì)與全球基本一致，但年文獻(xiàn)發(fā)表量快速增長(zhǎng)的起始點(diǎn)略晚于全球，2013年開始呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與CRISPR技術(shù)的興起有關(guān)。

2.2 空間分布

在基因組編輯領(lǐng)域，美國(guó)以4 961篇的發(fā)文量遙遙領(lǐng)先，且篇均被引量高達(dá)39.57次/篇，其在該領(lǐng)域的研究能力處于領(lǐng)先地位。在文獻(xiàn)發(fā)表量前20的國(guó)家中歐洲占據(jù)11個(gè)，顯示其在該領(lǐng)域具有較強(qiáng)研究實(shí)力。中國(guó)發(fā)文量為2 286篇，僅次于美國(guó)排名第2，日本、韓國(guó)分別排在第4和第8，然而篇均被引數(shù)均較低，反映了亞洲國(guó)家在該領(lǐng)域關(guān)注程度高但整體研究水平還有待提升。基因組編輯領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)表量與篇均被引地域分布如圖2所示。

2.3 機(jī)構(gòu)分布

發(fā)表文獻(xiàn)量最多的機(jī)構(gòu)是哈佛大學(xué)，共發(fā)表646篇，且h指數(shù)達(dá)到119，反映了其在該領(lǐng)域的科研實(shí)力處于全球領(lǐng)先位置。中國(guó)科學(xué)院以513篇文獻(xiàn)排名第2，但h指數(shù)僅為58，研究水平有待提高。在該領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)表量前20的機(jī)構(gòu)中，美國(guó)機(jī)構(gòu)占據(jù)13個(gè)，中國(guó)占據(jù)3個(gè)，法國(guó)與德國(guó)分別占據(jù)2個(gè)，顯示了美、中、法、德研究機(jī)構(gòu)在基因組編輯領(lǐng)域的關(guān)注程度和研究水平處于領(lǐng)先位置。基因組編輯領(lǐng)域發(fā)文量排名前20機(jī)構(gòu)如表1所示。

2.4 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞是作者從論文中提取用于表征論文的主題特征的術(shù)語(yǔ)或名詞，高頻和高連接強(qiáng)度的關(guān)鍵詞可用來(lái)確定某領(lǐng)域技術(shù)的研究熱點(diǎn)[9]。通過(guò)VOSviewer構(gòu)建的關(guān)鍵詞地圖分析，可將基因組編輯領(lǐng)域研究熱點(diǎn)歸為以下3個(gè)方面：①基因組編輯技術(shù)的原理。gene expression（基因表達(dá)）、identification（識(shí)別）、homologous r-ecombination（同源重組）等高頻、高連接強(qiáng)度詞匯的出現(xiàn)，顯示基因組編輯技術(shù)的生物學(xué)原理和機(jī)制為研究熱點(diǎn)。②不同的基因組編輯技術(shù)。CRISPR/Cas9技術(shù)、zinc-finger nucle-ases（鋅指核酸酶）技術(shù)、TALEN（轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶）技術(shù)得到廣泛研究。③基因組編輯的對(duì)象與應(yīng)用。human-cells（人體細(xì)胞）、human genome（人類基因組）、nuce（小鼠）、pluripotent stemcell（多功能干細(xì)胞）等高頻、高連接強(qiáng)度詞匯顯示出對(duì)哺乳細(xì)胞的基因組編輯是研究熱點(diǎn)。m-vivo（體內(nèi)）、cancer（癌癥）、gene therapy（基因治療）等高頻詞匯則說(shuō)明基因組編輯技術(shù)在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及在治療疾病等方面的應(yīng)用已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。

VO Sviewer構(gòu)建基因組編輯技術(shù)關(guān)鍵詞術(shù)語(yǔ)地圖如圖3所示。

3 討論

3.1 基因組編輯發(fā)展迅猛，CRISPR技術(shù)為研究熱點(diǎn)

對(duì)2008-2018年的文獻(xiàn)進(jìn)行分析可知，基因組編輯技術(shù)的文獻(xiàn)數(shù)量從2012年CRISPR技術(shù)正式誕生開始呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年還會(huì)呈現(xiàn)繼續(xù)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，基因組編輯技術(shù)已進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。CRISPR技術(shù)相關(guān)關(guān)鍵詞的詞頻與連接強(qiáng)度均排在前列，也證明其為基因組編輯技術(shù)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

3.2 美國(guó)研究水平領(lǐng)先全球，中國(guó)與頂尖水平仍有差距

美國(guó)在基因組編輯領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)表量和篇均被引量上均遙遙領(lǐng)先，且在發(fā)文量全球前20的機(jī)構(gòu)中占13席，反映了其在該領(lǐng)域的研究能力處于全球領(lǐng)先地位。中國(guó)在發(fā)文量上僅次于美國(guó)排名第二，但從篇均被引量和領(lǐng)先機(jī)構(gòu)來(lái)看，影響力仍較小，與美國(guó)有較大的差距，還需要提升研究水平。

3.3 基礎(chǔ)研究開展深入，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬

基因組編輯技術(shù)的基礎(chǔ)研究已得到深入開展，不同的編輯技術(shù)、技術(shù)原理、載體研究、系統(tǒng)優(yōu)化等領(lǐng)域已出現(xiàn)大量研究成果，技術(shù)不斷完善升級(jí)[1O]。其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，在能源、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用研究也出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，基因組編輯技術(shù)的研究方向已從技術(shù)研究向多領(lǐng)域應(yīng)用轉(zhuǎn)化，預(yù)計(jì)將會(huì)創(chuàng)造更大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)論

對(duì)基因組編輯技術(shù)的文獻(xiàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，基因組編輯技術(shù)的研究已具有一定規(guī)模，現(xiàn)在處于發(fā)展蓬勃階段;從文獻(xiàn)發(fā)表量及影響力、重點(diǎn)機(jī)構(gòu)等方面來(lái)看，美國(guó)在該領(lǐng)域的研究水平和成果領(lǐng)先全球，中國(guó)雖然發(fā)展迅速，在文獻(xiàn)數(shù)量上表現(xiàn)突出，但研究水平尚需提升;目前的研究熱點(diǎn)集中在不同的基因組編輯技術(shù)和其技術(shù)原理在疾病治療、植物育種等領(lǐng)域的應(yīng)用。

基因組編輯技術(shù)的快速發(fā)展，在靶向治療、藥物研發(fā)、動(dòng)植物遺傳育種、能源、化工制造、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都產(chǎn)生顛覆性創(chuàng)新。加大對(duì)該領(lǐng)域的研究投入，提升研究水平，在解決糧食等全球性重大問(wèn)題、改變生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式等方面都將發(fā)揮重要作用。

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