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合成生物自动化平台型企业专利分析 | 第二期 Zymergen

iSynBio造物

2022-11-08

导读：Zymergen创立于2013年，公司作为合成生物学领域的先行者，结合AI和机器学习，将微生物定向改造成“合成工厂”。

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Zymergen

BUSINESS

主要业务方向

Zymergen创立于2013年，公司作为合成生物学领域的先行者，结合AI和机器学习，将微生物定向改造成“合成工厂”，这些经过改造的基因工程细菌能够高效代谢产生目标产物，如生物燃油、塑料、药物分子等。Zymergen 拥有核心专利的技术平台融合了分子生物学、数据科学、自动化和基因组学技术。利用该平台可以在大自然目录中精准搜索、定位所需分子，利用生物学方式生产分子所需的微生物细胞，并将这些分子快速推向市场。公司主要涉及的业务领域有：添加剂制造、农业、电子产品、医疗保健材料、包装材料等新兴领域等。

作为一家合成生物学领域的平台型公司，Zymergen 既拥有底层技术，同时又将公司业务扩展到了应用领域，打通了“Design-Build-Test-Learn”（设计-建造-测试-学习）的商业闭环。Zymergen目前业务主要分为三个领域：①先进材料：寻求利用生物优质分子或微生物来开发和提供高性能产品；②药物发现：建立世界最大的宏基因数据库，利用数据库识别新的治疗化合物，初始管线将专注于高价值肿瘤目标的精准药物；③自动化：通过自动化技术提升实验室操作的通量、效率和可靠性。

Zymergen建立了庞大的基因数据库，并利用该数据库创建全新的“生物积木”。官方宣称该基因数据库是全球受专利保护的最大基因组数据库，约2.4TB 容量，是公共基因组数据库大小的5倍。具体流程是，当客户下单后，利用仿真软件在生物分子数据库中进行搜索匹配，通过数字化方式预测分子的性质，然后建立符合该分子的模型，利用AI算法筛选出最佳性能分子；确定最佳性能分子后，利用其基因数据库着手设计生产能够制造这种分子的底盘微生物。Zymergen 采用了 “即插即用” 方案设计和生产微生物。当Zymergen设计一种微生物时，可以通过组装不同的生物积木或者是简短补充调整相应的代谢路径组成产品线，设计并生产所需微生物。

关于如何实现微生物的量产，Zymergen主打流程化和模块化，实现了生产线的自由组装。Zymergen会对微生物基因进行微调，根据自动化和机器学习算法创建、测试数十亿种基因设计；然后利用定制的分析软件和算法测量这些设计，基于结果提出新的基因设计方案，再评估和设计，最后真正大规模生产、复制出最佳的微生物基因。基于这一搜索系统，2019年，Zymergen 为客户设计了10万多种微生物菌株，通过微生物设计制造的产品约为12亿磅。2022年10月，Ginkgo Bioworks宣布已经完成了与合成生物学平台以及下游产品开发生产企业Zymergen的收购，双方将进入新的合作和共同发展模式。

PATENT

专利布局

以北京合享智慧科技有限公司的incoPat专利数据库作为检索来源，使用申请人或受让人字段进行检索。通过申请号合并进行专利篇数（件）统计，检索日期为2022年9月8日。对初步检索到的结果进行去重、降噪，最终得到Zymergen公司目前共有554件专利。

专利类型分析

通过统计发现，Zymergen公司的554件专利均为发明专利，其中已授权专利72件，占专利总量的87%；发明申请482件，占专利总量的13%。

技术创新活跃度分析

根据incoPat专利信息数据库显示，截至2022年9月，Zymergen公司全球共申请554件专利，年均申请专利61.56件，专利申请趋势如图1所示。Zymergen公司成立于2013年，在次年申请了首件专利。2016年，Zymergen专利申请量显著提升，并呈现持续增长态势，表明其技术研发进入快速成长期。2019年，其年专利申请量达到峰值160件，技术创新势头强劲。2020年，Zymergen专利申请量相较2019年有所下降。从专利申请趋势可以看出，作为初创公司， Zymergen公司在短时间内申请了超500件专利，技术创新能力突出。尤其在2018年，其专利申请量突破100件，申请趋势总体较为稳定，企业技术创新活跃程度处于较高水平。（由于专利申请到公开最长有18个月迟滞，截止检索日，2021年及之后的还有部分专利申请未公开，因此专利数量统计尚不完全。）

图1 Zymergen公司专利申请趋势图

全球专利申请区域分析

企业在某个国家或地区的专利申请公开量可以直接反映该国家/地区在其全球市场中的地位。如图2所示，Zymergen在多个国家地区均有专利申请，现有专利主要集中在美国（占比29.24%），说明美国是其主要的技术目标市场。此外，欧洲、中国、加拿大、韩国、日本等国家和地区也有相关专利申请，尤其在中国（包括港台地区）的专利申请量占其总量的16.06%，可以看出中国是Zymergen在亚洲首要的目标市场，也在其全球市场中占据重要位置。

图2 Zymergen公司全球专利申请区域占比

主要发明人分析

发明人专利申请数量的多少，能够在一定程度上反映出其对公司技术贡献程度的大小，即发明人专利申请数量越多，其对公司的技术贡献程度越高。因此，可以通过发明人的专利申请贡献率来判断该企业的核心技术人才。（申请贡献率=发明人的专利数量/企业专利总量×100%）。图3展示了Zymergen公司申请贡献率排名前十的发明人，由图可以看出，Erik Jedediah Dean、Shawn Manchester、Shawn Szyjka和Serber Zach的申请贡献率相对较高，均超过10%，另外6名发明人的申请贡献率相差较小，对公司的技术贡献重要程度差距不显著。

图3 Zymergen公司发明人申请贡献度

技术领域分析

IPC分类号数量可以测度专利技术覆盖范围，技术覆盖范围越广，专利技术市场应用范围越大，专利维持时间越长。对IPC分类号统计分析，可以了解Zymergen的技术覆盖范围以及当前的技术研发方向。由图4可得，Zymergen的技术分布较为集中，专利申请主要集中在C部，其次是G部，其他部类的专利数量相对较少。

图4 Ginkgo Bioworks公司发明人申请贡献度排名

为深入了解Zymergen的专利申请情况，其主要技术分支如图5，由图可知C12N15（突变或遗传工程；遗传工程涉及的DNA或RNA，载体或其分离、制备或纯化；所使用的宿主）是该公司最大的技术分支，有259件相关专利。其次是C12N1（微生物本身，如原生动物；及其组合物；繁殖、维持或保藏微生物或其组合物的方法；制备或分离含有一种微生物的组合物的方法；及其培养基）和C12N9（酶，如连接酶；酶原；其组合物；制备、活化、抑制、分离或纯化酶的方法）这两个技术分支，分别有82件和77件相关专利。除以上三个技术分支外，Zymergen在C12P13（含氮有机化合物的制备）、G16B5（特别适用于生物系统的建模或仿真，例如遗传基因管理网络、蛋白质交互作用网络或新陈代谢作用网络的ICT）、G16B40（特别适用于生物统计学的ICT；特别适用于与生物信息学相关的机器学习或数据挖掘，例如知识发现或模式发现的ICT）、C08G73（不包括在C08G12/00到C08G71/00组内的，在高分子主链中形成含氮的键合，有或没有氧或碳键合反应得到的高分子化合物）等多个技术分支均有相关专利申请，技术覆盖范围较广。总体上看，Zymergen的专利技术布局与其从基因改造的微生物中提取各种材料，开发用于工业发酵的基因工程细菌，并利用机器学习来引导真菌和细菌工程，以进行更高效的工业化处理的业务方向较为一致。

图5 Zymergen公司主要技术分支

技术申请趋势分析

图6为Zymergen公司技术分支申请趋势图，选取了该企业专利中数量最高的10个技术分支。从图中可知，C12N15（突变或遗传工程；遗传工程涉及的DNA或RNA，载体或其分离、制备或纯化；所使用的宿主）是该公司专利数量最多的技术分支，且呈现增长态势，可见C12N15是Zymergen公司最核心的技术研发领域。2019年左右，C12N1（微生物本身，如原生动物；及其组合物；繁殖、维持或保藏微生物或其组合物的方法；制备或分离含有一种微生物的组合物的方法；及其培养基）和C12N9（酶，如连接酶；酶原；其组合物；制备、活化、抑制、分离或纯化酶的方法）相关专利数量增多，但C12P13（含氮有机化合物的制备）相关专利数量有所下降，反映出该企业在此阶段的技术创新方向有所调整。

图6 Zymergen公司专利技术申请趋势图

技术分布区域分析

图7是Zymergen公司申请专利的全球技术分布情况，根据其在不同国家/地区专利的技术构成特点，可以看出该企业在不同地域目标市场的技术布局战略。从图中可以看出，Zymergen在美国申请公开的专利技术分布较为均匀，10个主要的技术分支均有相关专利，尤其侧重C12N15（突变或遗传工程；遗传工程涉及的DNA或RNA，载体或其分离、制备或纯化；所使用的宿主）这一技术分支。在日本，除C12N15外，C12N1（微生物本身，如原生动物；及其组合物；繁殖、维持或保藏微生物或其组合物的方法；制备或分离含有一种微生物的组合物的方法；及其培养基）也是Zymergen专利布局的方向。除日本外，Zymergen在全球主要目标市场的技术布局战略差异不大。

图7 Zymergen公司专利技术全球分布情况

专利有效性分析

图8为Zymergen公司的专利有效性情况，其中有效专利86件，占专利总量的16%；审中专利295件，占比53%；失效专利86件，占比16%；PCT-有效期内的专利36件，占比6%。总体而言，有效和审中专利占Zymergen专利总量的近七成，尤其是审中专利超过专利总数的一半，无效专利数量较少，可知目前正在相关领域积极进行技术布局。

图8 Zymergen公司专利有效性图

在华专利申请趋势分析

从图9可以看出，自2016年以来，Zymergen公司在中国的专利申请共有89件，年均申请12.71件，总体呈现增长态势。2017年之后，Zymergen在华专利数量显著提高，保持在20件左右，可见近几年中国在该公司全球市场布局中占有重要的战略地位。（由于专利公开的滞后性，2021与2022年的专利数量统计尚不完全。）