2017-2021年微生物學領域全球研究現(xiàn)狀及主要國家對比

陳瑞飛, 史冬梅

(科學技術部高技術研究發(fā)展中心, 北京 100044)

微生物學是生物學重要的組成部分,滲透到健康、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、食品等多個領域。岳婷等[1]研究顯示,2004-2013年,全球微生物學論文達到40.9萬篇,僅次于生物物理、生物化學與分子生物學,位居生物學多個分支的第2位;中國(因數(shù)據(jù)缺失,未包含港澳臺地區(qū),下同)10年微生物學論文數(shù)量僅次于美國,位居世界第2。

微生物學也是一門變化相對較快的科學。2019年底,新冠肺炎疫情暴發(fā),并席卷全球,給各國帶來多方面的巨大挑戰(zhàn),甚至悄然引起全球局勢的變化。一些國家近年來加大力度調整布局,美國于2016年啟動“國家微生物組計劃”這一重大科研計劃,并在國立衛(wèi)生研究院、美國國家科學基金會、農(nóng)業(yè)部等公布了相應的研究方向。另外,美國于2022年3月15日頒布,授權在美國衛(wèi)生與公眾服務部(United States Department of Health and Human Services, HHS)內(nèi)建立衛(wèi)生高級研究項目署(Advance Research Projects Agency for Health, ARPA-H),ARPA-H將支持變革性的高風險、高回報研究,以推動從分子到社會的生物醫(yī)學和健康突破,從而為患者提供變革性解決方案。ARPA-H 將專注于具有目標、基準和責任的限時項目,以徹底改變預防、治療或治愈一系列疾病的方式,包括癌癥、傳染病、阿爾茨海默病等,具體有開發(fā)包括COVID-19疫苗在內(nèi)的十大傳染病的mRNA 疫苗等[2]。調研數(shù)據(jù)顯示,近年來美國國立衛(wèi)生研究院資助的微生物學科研項目集中在細菌學、病毒學、HIV、炎癥性腸道疾病和感染、熱帶病病毒學、抗菌藥物等,英國研究與創(chuàng)新署集中在細菌學、病毒學、抗菌藥物、炎癥性腸道疾病和感染等,日本文部科學省集中在細菌學、病毒學、生物工程等,中國國家自然科學基金資助的微生物學科研項目則集中在生物工程、病毒學、細菌學、炎癥性腸道疾病和感染等。近年來,中國不斷加大對微生物學領域研究的重視程度,在“十三五”重點專項中應急啟動新冠肺炎研究專題,“十四五”國家重點研發(fā)計劃啟動“生物大分子與微生物組”重點專項,在新型冠狀病毒、結核分支桿菌、腸道微生物組等方向作出部署[3]。

微生物相關研究主要分布在健康、食品、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領域。郭茜茜[4]通過基于Web of Science數(shù)據(jù)庫的文獻計量研究,對冠狀病毒方面中美合作研究模式進行了分析;宇巖[5]基于Web of Science數(shù)據(jù)庫探究了腸道微生態(tài)研究領域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、前沿熱點與演化趨勢;毛秋霞和闕云飛[6]用文獻計量方法分析了食品發(fā)酵微生物的研究熱點與發(fā)展趨勢;趙麗麗和張新民[7]基于文獻計量的方法對中國土壤微生物領域研究現(xiàn)狀與前沿熱點進行了分析;陳香等[8]基于文獻計量的方法研究了國內(nèi)外土壤微生物的最新研究熱點和發(fā)展趨勢。可以看出,部分學者對微生物學具體細分領域進行了研究,但缺乏對當前全球以及世界主要國家在微生物學領域總體發(fā)展勢態(tài)的研究。

InCites創(chuàng)建于2011年,是基于Web of Science核心合集建立的綜合性科研評估工具,是ESI數(shù)據(jù)庫的重要補充。Lutz和Loet[9]用該數(shù)據(jù)庫分析了世界幾個大國在30年間的學科影響力,王新霞等[10]使用該數(shù)據(jù)庫,對中國數(shù)學領域10年間的國際影響力等進行了分析。李旭彥和楊曉秋[11]基于InCite平臺,研究了不同機構之間的科研論文合作情況,提出提升機構科研水平的建議。本研究基于ESI數(shù)據(jù)庫和InCite平臺,對全球和世界主要國家在微生物學領域的研究現(xiàn)狀進行分析,以期為我國相關科學研究和科研管理人員把握全球微生物研發(fā)勢態(tài)提供有益參考。

1 指標選擇及含義

(1)WOS論文數(shù):被Web of Science 核心合集收錄的論文數(shù)量。

(2)引文影響力:由文獻的總被引次數(shù)除以總文獻數(shù)量得到,展現(xiàn)了該組文獻中某一篇文獻獲得的平均被引用次數(shù)。

(3)被引次數(shù)排名前*%的論文百分比:按學科領域、出版年和文獻類型進行引文統(tǒng)計,排名前*%的出版物百分比。

(4)國際合作論文:含一位或多位國際共同作者的論文。

(5)國內(nèi)合作論文:包含一位或多位作者且所有地址都在同一國家/地區(qū)的論文。

(6)橫向合作論文:包含了一位或多位組織機構類型標記為“企業(yè)”的作者的論文。

(7)學科規(guī)范化的引文影響力(Category Normalized Citation Impact,CNCI):通過論文實際被引次數(shù)除以同文獻類型、同出版年、同學科領域論文的期望被引次數(shù)獲得。CNCI是一個排除了出版年、學科領域及文獻類型作用的無偏影響力指標。如果CNCI的值等于1,說明該組論文的被引表現(xiàn)與全球平均水平相當,大于1表明高于全球平均水平,小于1則表明低于全球平均水平[12]。

2 統(tǒng)計結果

2.1 總體情況

在InCite平臺選擇ESI學科分類中的“Microbiology”,選取發(fā)表于2017-2021年,文獻類型為“Article”和“Review”的論文,共檢索到129 965篇,來自全球196個國家和地區(qū)。

發(fā)文量前20的國家見表1。2017-2021年,美國以發(fā)文量35 467篇排在第1位,遠高于其他各國,中國以發(fā)文量25 466位居第2,德國、英國分別位居第3、第4。發(fā)文量前20的國家中,CNCI值高于全球平均水平的有荷蘭、瑞士、澳大利亞、比利時、美國、瑞典、英國、加拿大、德國、意大利、中國、西班牙、法國。

表1 2017-2021年發(fā)文量前20的國家

2.2 發(fā)文量前10的國家部分指標年度趨勢

發(fā)文量前10的國家部分文獻指標5年趨勢如圖1所示。在發(fā)文量方面,多個國家在2020年和2021年有明顯上升,其中美國和中國上升趨勢較顯著;在CNCI值方面,美國位居全球第1或第2,幾年間數(shù)值保持相對穩(wěn)定,中國2017-2019年基本在全球平均水平上下浮動,2020年高于1.4,超過美國,2021年又下降到接近全球平均水平,低于除巴西、日本之外的其他8個國家,英國、法國、日本、加拿大、巴西5個國家2020年CNCI值有較明顯的下降,2021年回升;在被引次數(shù)前10%論文的數(shù)量方面,美國一直遙遙領先于其他國家,中國在2020年顯著上升,之后下降;在被引次數(shù)前1%的論文數(shù)量方面,美國僅在2020年略低于中國,其他年份均居首位,中國呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。進一步分析結果表明,該現(xiàn)象與新冠肺炎疫情的爆發(fā)密切相關,尤其中國學者在2020年發(fā)表較多新冠病毒相關的高影響力論文,之后隨著新冠肺炎疫情常態(tài)化,研究熱度及論文影響力均明顯下降。

圖1 2017-2021年發(fā)文量前10的國家論文總數(shù)、被引次數(shù)前10%、1%論文數(shù)量及CNCI值

2.3 全球發(fā)文量及資助論文量前10的機構

由表2可見,全球發(fā)文量最多的機構是法國的法國研究型大學聯(lián)盟,全球發(fā)文量前10的機構中,法國5個、美國3個、中國2個。結合表1法國的發(fā)文量可知,法國不同機構之間存在廣泛的合作,且法國的研究集中程度較高;CNCI值方面,美國3個機構的CNCI值高于其他7個機構。資助論文量前10的機構中,隸屬于美國衛(wèi)生與公眾服務部的美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)資助產(chǎn)出的論文量占據(jù)美國論文總數(shù)的一半,其資助論文的CNCI值也高于其他資助機構。中國國家自然科學基金委資助的論文量超過中國論文總數(shù)的一半,其資助論文的CNCI值與全球平均水平相當。同時作為研究機構與科研項目管理機構的NIH,是世界上最重要的醫(yī)學研究中心之一,美國乃至全世界健康行動及措施的焦點都匯集于此,至2021年,共有166名NIH資助的研究人員單獨或共同獲得了98項諾貝爾獎。

3 美國、中國、德國、英國研究對比分析

以下選取2017-2021年發(fā)文量大于10 000篇的國家,即美國、中國、德國、英國,從總體指標、合作國家、主要研究機構、引文主題等方面進行分析。

3.1 發(fā)表論文總體情況

對美國、中國、德國、英國的發(fā)文量、高水平論文、合作論文等進行統(tǒng)計,結果見表3。4個國家中,美國發(fā)文量最高,其論文總被引頻次、引文影響力、CNCI值、被引頻次前10%和1%論文百分比均最高。論文合作方面,英國國際合作比例最高,其次為德國,中國國際合作百分比最低。值得注意的是,中國的國際合作對論文CNCI值提升最為明顯。中國國內(nèi)合作百分比最高,其次為美國,英國最低。橫向合作方面,德國、美國、英國比例均約3.5%,中國橫向合作百分比最低。被專利引用百分比方面,美國最高,其次為德國,中國最低;宏觀主題分類上,美國、中國、德國、英國占比最高的研究主題均為臨床與生命科學,占比第2的均為農(nóng)業(yè)、環(huán)境與生態(tài),兩者比例相加均超過95%,中國發(fā)表的論文中,農(nóng)業(yè)、環(huán)境與生態(tài)方向占比略高于德國,明顯高于美國和英國。以上數(shù)據(jù)凸顯出美國在微生物學領域的研究水平及發(fā)表論文數(shù)量均在全球占據(jù)絕對優(yōu)勢,中國論文總量較高,但高水平論文、國際合作及橫向合作百分比均明顯低于美國、德國和英國。

3.2 美國、中國、德國、英國國際合作情況

將美國、中國、德國、英國國際合作產(chǎn)出論文最多的15個國家或地區(qū)(包含國家本身)進行可視化分析,如圖2所示。美國國際合作的主要國家為中國、英國、德國、加拿大、法國、巴西、澳大利亞、西班牙等,中國國際合作的主要國家為美國、英國、澳大利亞、德國、加拿大、日本、法國、荷蘭等,德國國際合作的主要國家為美國、英國、法國、荷蘭、瑞士、西班牙、澳大利亞、中國等,英國國際合作的主要國家為美國、蘇格蘭、德國、法國、中國、澳大利亞、西班牙、荷蘭等。4個國家整體上與歐美國家發(fā)生更多的科研合作。

3.3 美國、中國、德國、英國的主要研究機構

4個國家其各自發(fā)文量最多的前10機構見表4。美國發(fā)文量最多的機構是加州大學系統(tǒng),其次為美國國立衛(wèi)生研究院、哈佛大學,CNCI值較高的有哈佛醫(yī)學院、哈佛大學、美國能源部、德克薩斯大學系統(tǒng)、美國國立衛(wèi)生研究院、加州大學系統(tǒng)等。中國發(fā)文量最多的機構是中國科學院,其次為中國農(nóng)業(yè)科學院、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部,CNCI值相對較高的有中國疾病預防控制中心、北京協(xié)和醫(yī)學院、中國科學院大學、中國科學院等。德國發(fā)文量最多的機構是亥姆霍茲聯(lián)合會,其次為馬克斯·普朗克協(xié)會、德國感染研究中心,CNCI值較高的有柏林洪堡大學、柏林自由大學、吉森賈斯特斯·李比希大學、馬克斯·普朗克協(xié)會、德國感染研究中心等。英國發(fā)文量最多的機構是倫敦大學,其次為牛津大學、英國研究與創(chuàng)新署,CNCI值較高的有牛津大學、愛丁堡大學、劍橋大學、倫敦大學等。

表4 美國、中國、德國、英國發(fā)文量前10的機構

3.4 美國、中國、德國、英國的引文主題微觀

美國、中國、德國、英國在2017-2021年發(fā)表論文的引文主題微觀前50位如圖3所示。圖3中字體越大,代表相應主題出現(xiàn)的頻次越高,引文主題前10位見表5?？梢?美國的研究集中在腸道菌群、冠狀病毒、HIV、登革熱、模式菌株等,中國的研究集中在模式菌株、腸道菌群、冠狀病毒、抗生素耐藥性等,德國的研究集中在抗生素耐藥性、冠狀病毒、群體感應、金黃色葡萄球菌等,英國的研究集中在抗生素耐藥性、腸道菌群、瘧疾、模式菌株等。整體上,美國、德國和英國的主要研究主題分布較為均勻,中國和德國的主要研究主題分布呈現(xiàn)一定程度的斷崖現(xiàn)象,中國從排在第3位置的冠狀病毒開始分布趨于均勻,德國從排在第3位置的抗生素耐藥性開始分布趨于均勻。4個國家的研究絕大多數(shù)與臨床感染性疾病相關,多為病毒和細菌相關主題,如抗生素耐藥性、群體感應。4個國家前10位主題均出現(xiàn)的有腸道菌群、冠狀病毒、模式菌株、群體感應、抗生素耐藥性,其中以腸道菌群為主題的論文數(shù)量最多。以上數(shù)據(jù)表明,不同國家出現(xiàn)的與人類健康相關的主要微生物存在一定的共性,同時也存在明顯的差異性。

圖3 美國、中國、德國、英國2017-2021年發(fā)表論文的引文主題(前50)

表5 美國、中國、德國、英國2017-2021年發(fā)表論文的引文主題(前10)

進一步對4個國家發(fā)表論文的引文主題進行趨勢分析,如圖4所示,美國、中國、德國、英國均于2020年發(fā)表了大量以“冠狀病毒”為主題的論文,中國和美國在2020年的發(fā)文量均超過400篇;2021年,美國、德國、英國研究主題為“冠狀病毒”的論文數(shù)量持續(xù)增加,中國的相應發(fā)文量則較2020年顯著下降,推測該現(xiàn)象與新冠病毒在不同國家的流行性相關。4個國家研究主題為“腸道菌群”的論文量從2019年開始均呈持續(xù)增加趨勢,各個國家“冠狀病毒”“腸道菌群”以外主題的論文量則相對穩(wěn)定。腸道菌群是由存在于人體消化系統(tǒng)中的細菌構成的復雜系統(tǒng),對人體營養(yǎng)吸收、免疫功能等方面有重要影響。近年來,研究人員不斷發(fā)現(xiàn)腸道菌群與心血管疾病、肥胖癥、癌癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展具有相關性[13]。此外,“腸道菌群”相關發(fā)文量增加的原因還可能與其新冠病毒相關性有關,部分研究顯示,新冠病毒感染促進腸道菌群失調,腸道菌群在新冠肺炎發(fā)病與轉歸中可能發(fā)揮重要作用[14-17]。

圖4 2017-2021年美國、中國、德國、英國前10主題發(fā)文量的趨勢

4 結論

通過對2017-2021年ESI學科分類為“Microbiology”的學術論文進行文獻計量分析,得出如下主要結論。

(1)從論文總體情況來看,美國5年間發(fā)表論文數(shù)量居世界第一,其次為中國、德國、英國。發(fā)文量前20位的國家中,CNCI值超過全球平均水平的共13個,其中中國發(fā)表論文的CNCI值略高于全球平均水平。發(fā)表論文數(shù)量前10位的國家5年趨勢情況為:發(fā)表論文數(shù)量方面,美國和中國在2020年和2021年發(fā)文量明顯增加,CNCI值方面,中國于2020年出現(xiàn)顯著增加,之后下降,代表高水平科研的被引次數(shù)前10%論文和前1%論文數(shù)量呈相似變化趨勢,分析結果表明,該現(xiàn)象與新冠肺炎疫情的暴發(fā)密切相關。

(2)全球發(fā)表論文數(shù)量最多的機構為法國的法國研究型大學聯(lián)盟,美國發(fā)文量最高的機構是加州大學系統(tǒng),中國為中國科學院,德國為亥姆霍茲聯(lián)合會,英國為倫敦大學,其CNCI值均高于全球平均水平。全球資助產(chǎn)出論文數(shù)量最多的基金資助機構是美國衛(wèi)生與公共服務部,其次為中國國家自然科學基金委,排在第3位的是美國國立衛(wèi)生研究院。值得一提的是,前身為單間微生物實驗室的美國國立衛(wèi)生研究院不僅是美國資助微生物學研究的主體機構,其同時作為研究機構[18],位居世界范圍內(nèi)發(fā)文量前10的機構行列中,且其資助論文及產(chǎn)出論文均具有非常高的CNCI值,凸顯出NIH(美國國立衛(wèi)生研究院)在美國乃至世界范圍內(nèi)的重要位置。

(3)2017-2021年發(fā)文量10 000篇以上的國家有美國、中國、德國和英國,其中美國的論文總數(shù)、高水平論文數(shù)量及占比、CNCI值均居首位,中國的論文量高于德國和英國,但高水平論文占比、CNCI值均最低。論文合作方面,英國論文國際合作比例最高,中國最低,中國的國內(nèi)合作比例高于其他3個國家。橫向合作論文占比最高的為德國,其次為美國、英國,中國最低,被專利引用論文占比最高為美國,其次為德國、英國、中國。進一步對幾個國家的國際合作情況進行分析,4個國家整體上與歐美國家發(fā)生更多的合作,國際合作對英國、美國論文CNCI值略有提升,對德國有一些提升,對中國則有顯著提升。以上反映出中國微生物學論文總量較多,但本土論文的整體影響力較低。

(4)進一步對美國、中國、德國、英國發(fā)表論文的引文主題進行分析,4個國家微生物學領域的研究主體都為臨床與生命科學。引文主題前10位大多與臨床感染性疾病相關,較多的主題有腸道菌群、冠狀病毒、細菌的抗生素耐藥性等。對冠狀病毒研究的論文數(shù)量上,美國、德國和英國呈持續(xù)上升趨勢,中國則先上升后下降。對腸道菌群研究的論文數(shù)量上,美國、中國、德國、英國均呈持續(xù)上升趨勢。研究主題分布方面,不同國家出現(xiàn)的與人類健康相關的主要微生物存在一定的共性,同時也存在明顯的差異性。

綜上,得出基于學術論文角度的啟示:中國在微生物學領域進行了大量研究,但在論文整體影響力、專利引用率等方面與美國、德國、英國尚有較大差距。中國本土微生物學領域研究整體水平偏低,國際合作顯著提升我國論文的影響力,而目前中國國際合作比例偏低。建議一方面要通過加強微生物研究宏觀布局、加強科技人才培養(yǎng)等方式提高本土的微生物學研究水平,另一方面要加強國際交流合作,尤其與相關研究方向國際優(yōu)勢機構的交流合作,并加強與企業(yè)的合作,助力增強中國微生物學領域的國際競爭力與話語權,更好地為國家人口健康、生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)與環(huán)境等領域提供理論支持和技術支撐。