基于论文分析的中美CRISPR/Cas领域对比研究
孙劲松，郑彦宁，袁 芳
（中国科学技术信息研究所，北京 100038）
摘要： 成簇规律间隔短回文重复序列/成簇规律间隔短回文重复序列关联蛋白（CRISPR/Cas）技术是基因编辑领域的研究热点，目前广泛应用于生命科学研究、疾病模型构建、药物研发以及农业生产等领域。本文基于2008—2018年的CRISPR/Cas科技论文数据，利用文献计量方法，从论文逐年发表数量、主要国家排名、合作国家分布、主要研究机构以及高被引论文等角度对中美CRISPR/Cas技术领域的基础研究进展进行了比较分析，旨在为政府、科研机构以及相关企业提供参考。
关键词： 美国；中国；论文分析；CRISPR/Cas技术
随着生命科学研究进入基因组时代，人们改写生物体内遗传序列信息的需求越来越迫切。基因编辑技术是一项对生物体内源基因进行精准定点修饰的技术，是目前生物科学研究领域应用最广泛的技术[1]。它通过对目标基因进行编辑，进而实现对特定DNA片段的敲除和加入等。目前基因编辑主要包括应用锌指核酸内切酶技术（Zinc-Finger Nucleases，ZFN）[2]、类转录激活因子效应物核酸酶技术（Transcription Activator-Like Effector Nuclease，TALEN）[3]和成簇规律间隔短回文重复序列/成簇规律间隔短回文重复序列关联蛋白技术（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated proteins，CRISPR/Cas）[4]。其中，CRISPR/Cas技术是近几年兴起并迅速发展的一项基因编辑技术，其具备设计简单、操作方便、效率高、成本低且可同时进行多点编辑的优点[5]，因此成为了最具广阔前景的基因编辑技术。目前CRISPR/Cas技术广泛应用于生命科学研究、疾病模型构建、药物研发以及农业生产等领域[6]。一般而言，科技论文是科学研究成果的重要载体和科研产出的主要形式，对论文进行分析，有助于了解学科领域的基础研究水平[7]。因此，本研究从论文分析的角度出发，对中美两国在CRISPR/Cas技术领域的基础研究现状进行对比，以期为政府、科研机构以及相关企业的科技计划和技术研发提供一定的参考。
踏着皎洁的月光，迎着微凉的晚风，拖着疲惫的身躯，我晚上八点多才到他家。孩子的父亲听说我要来，老早买了水果和瓜子在家等着，很热情地接待了我。小龙爸爸是个话语很少略显羞涩的人，一见面就开门见山谈孩子的缺点，有点恨铁不成钢的感觉。他坦然承认，孩子不听话时，孩子妈妈会采取粗暴的行为，用威胁性的语言厉声斥责，甚至动手打，而他和孩子的奶奶对孩子极其温柔、慈祥，无原则地宠爱，对孩子的要求大多会无条件满足，所以小龙在家里是小皇帝。
1 数据来源
本研究选取美国汤森路透公司开发的Web of Science核心合集中的Science Citation Index Expanded（SCI-Expanded）论文数据库。该数据库涵盖了自然科学、工程技术、社会科学、艺术与人文等诸多领域内的8 500多种学术期刊[8]。根据研究主题，设定检索式如下：(“clustered regularly interspaced short palindromic repeats”) OR (“clustered regularly interspaced short palindromic repeat”) OR(“CRISPR$”) OR (“CRISPER” and “Cas”) OR(“CRISPER” and “Cas9”)。将时间跨度设定为2008—2018年，检索结果精炼为Article，共得到7 729篇论文，其中美国发表论文3 820篇，中国发表论文1 819篇，德国发表论文686篇，日本发表论文676篇，英国发表论文518篇，检索时间为2018年12月10日。
2 结果分析
2.1 中美CRISPR/Cas论文逐年发表情况
通过对全球及中美2008—2018年发表的CRISPR/Cas论文数量进行统计，可以直观地看出该领域目前的研究水平、发展规模和研究速度[9]。如图1所示，全球CRISPR/Cas论文发表数量近10年呈逐步上升趋势，说明全球对该领域的基础研究越来越重视。2008—2012年间，全球CRISPR/Cas论文发表数量增长缓慢。从2012年开始，全球CRISPR/Cas论文数量增幅明显，基本呈指数型趋势上升。2018年，全球CRISPR/Cas论文数量达到峰值2 403篇。
中美近10年CRISPR/Cas领域年发文量的变化趋势与全球变化趋势基本一致。2008—2018年间，美国CRISPR/Cas论文数量一直多于中国。2008年美国发表CRISPR/Cas论文16篇，而中国在2008—2012年间的年发文量则一直只有个位数。2012—2017年间，中国和美国的CRISPR/Cas论文数量差距逐渐增大，表明美国在该领域的研究发展速度加快。2013年，中国发表CRISPR/Cas论文数量仅为14篇，还未达到美国2008年的数量水平，可见中国在该领域的基础研究发展较慢。2017年，美国发表CRISPR/Cas论文1 023篇，占全球CRISPR/Cas论文总量的一半；中国发表CRISPR/Cas论文514篇，是美国论文数量的一半。2018年，美国CRISPR/Cas论文数量达到峰值1 125篇，中国CRISPR/Cas论文数量达到峰值704篇，中美之间数量差距减小。
图1 SCI收录的CRISPR/Cas技术领域论文的发表数量变化
2.2 中美CRISPR/Cas论文世界排名情况
通过统计CRISPR/Cas技术的国家或地区论文产出，能够呈现全球范围的基础研究布局[10]。近10年共有109个国家或地区在CRISPR/Cas领域发表了相关论文。从图2可见，在发表论文数量最多的前15位国家中，美国、中国、德国、日本和英国分别位居前5位。美国发表CRISPR/Cas论文数量最多，共3 820篇；中国仅次于美国，发表CRISPR/Cas论文1 819篇；其他国家发表的CRISPR/Cas论文数量均不足1 000篇。可见，中美两国的CRISPR/Cas论文数量远远超过了其他国家，处于世界领先地位。但美国的CRISPR/Cas论文数量是中国的2倍，表明中国与世界领军国家美国之间还存在较大的差距。此外，中国是CRISPR/Cas论文数量排名前15位国家中唯一的发展中国家，论文数量远超过除美国以外的其他发达国家，说明中国在该领域的基础研究取得了相当不错的成果。
图2 SCI收录的CRISPR/Cas技术领域论文数量最多的前15位国家
2.3 中美CRISPR/Cas论文合作国家分布情况
现代农业是把农业建立在现代科学的基础上，利用现代化科学技术、现代工业来装备农业，用智能化来管理农业，创造一个高产、优质、低耗的农业生产体系。其最终目标是建立发达、富庶的农业和创造良好的环境。其特征包括机械化、科学化、产业化、信息化和提高劳动者的素质。
表1 中美在CRISPR/Cas技术领域的前10位合作国家
2.4 中美CRISPR/Cas论文作者所属机构情况
基于GPS时间识别刷卡乘客上车站点(模型1)存在的问题是：武汉市GPS点位信息是每隔15 s上传1次，部分站点车辆到站时不是上传数据的时间，则没有GPS点位信息. 解决该问题的方法是寻找与该点位时间最接近的点位信息进行推算得到.
以表征研究质量和学术影响力的高被引论文数量为横坐标，以表征科研成果平均水平的篇均被引次数为纵坐标，将中美两国CRISPR/Cas领域的顶尖研究机构做成散点图并划分为4个区域[14]。如图4所示，将高被引论文数量及篇均被引次数都高者列为第一区，如哈佛大学；将仅高被引论文数量多者列为第二区，如加州大学系统和中国科学院；将仅篇均被引次数高者列为第三区，如博德研究所；将高被引论文数量及篇均被引次数均不高者列为第四区。
图3 CRISPR/Cas技术领域论文的前15位机构排名情况
2.5 中美CRISPR/Cas高被引论文情况
从图4可以看到，美国在CRISPR/Cas领域的顶尖机构在4个区都有分布。第一区全部为美国机构，分别是哈佛大学、麻省理工学院和霍华德·休斯医学研究所，这3家顶尖机构的高被引论文数量和篇均被引次数都很高。中国CRISPR/Cas领域的顶尖机构主要集中在第四区，个别机构在第二区和第三区，说明中国顶尖机构在CRISPR/Cas领域的科研实力相对美国较弱。位于第二区的中国顶尖机构是中国科学院，其高被引论文数量最多，多达81篇，但篇均被引次数不高，仅22.71次/篇；位于第三区的中国顶尖机构是清华大学，其篇均被引次数最高，高达83.03次/篇，但高被引论文数量较少，仅18篇。
景区游客的行为管理在景区管理中是一个重要课题，长期以来并没有受到充分的重视。在旅游者不文明行为长期被人们关注的背景下，景区需要主动采取措施，而不是放任，本文正是基于这样的基本认识，认为必须在充分认识游客行为规律性的基础上，采取“顺而导之”的原则，采取多管齐下的措施，在景区能力允许的范围内，对游客的行为进行管理，从而最大限度地引导游客的行为合乎规范，从而塑造一个文明景区的形象。
表2 SCI收录的CRISPR/Cas技术领域的高被引论文情况
2.6 中美CRISPR/Cas顶尖研究机构情况
美国发表CRISPR/Cas论文数量最多的前15位机构中，大学占了8所，科研院所占了7所，其中实力最强的是美国加州大学系统和美国哈佛大学，发表CRISPR/Cas论文数量分别是574篇和531篇。美国其他机构发表的CRISPR/Cas论文数量均在百篇以上，与前两所机构相比差距不大，表明美国CRISPR/Cas领域的前15位机构研究力量较为均衡。中国CRISPR/Cas领域的前15位机构中仅有4所是科研院所，其他全部为大学，其中实力最强的是中国科学院，发表CRISPR/Cas论文数量多达405篇。除了中国科学院大学和中国科学院上海生命科学研究院以外，中国其他机构发表的CRISPR/Cas论文数量均在百篇以下，与中国科学院相比差距较大，表明中国在CRISPR/Cas领域的前15位机构研究力量比较集中。在全球CRISPR/Cas领域前15位机构中，中国只有中国科学院和中国科学院大学进入，全球排名分别为第3和第12，表明中国该领域的研究机构实力相对美国较弱。此外，中国科学院在CRISPR/Cas领域开展的中美合作最为密切，近10年共合作发表CRISPR/Cas论文108篇。美国加州大学系统和美国哈佛大学在该领域开展的中美合作也比较多。值得注意的是，中国科学院大学发表的CRISPR/Cas论文数量虽然较多，但中美合作的论文数量相对较少。
从表2可见，美国和中国CRISPR/Cas论文占全球相关论文的比例分别为49.42%和23.53%，两国高被引论文占所有高被引论文的比例分别为49.45%和23.50%，可见中美两国CRISPR/Cas论文占全球相关论文的比例与其高被引论文占所有高被引论文的比例基本相同，表明中美两国在CRISPR/Cas基础研究领域的影响力很高。H指数是学术界最常用的科研成就评价指标，美国CRISPR/Cas论文的H指数高达156，是中国的2倍，说明美国CRISPR/Cas论文的学术影响力更高。此外，中美合作的CRISPR/Cas论文的篇均被引次数比中国独著论文的篇均被引次数多，高被引论文的篇均被引次数也比中国高被引论文的篇均被引次数多，表明中美合作的研究成果质量较高，能产生较大的学术影响力。
通过统计一个国家在某一领域的高被引论文数量，能够了解这个国家在该领域的科研成果质量和学术影响力。近些年来，论文产出量及影响力，尤其是高水平论文产出状况，正成为衡量一个国家科研能力最基本和最常用的指标。根据二八定律[13]，将CRISPR/Cas技术领域的论文中被引次数占前20%的论文设定为该领域的高被引论文，如果前20%之后有论文的被引次数与第20%篇论文相等，则同样收录。经计算得到，美国和中国在CRISPR/Cas领域的高被引论文数量分别为764篇和363篇。
通过对某一领域论文的合作国家分布进行分析，可以了解不同国家在该领域研究的合作密切程度[11]。从表1可见，中美两国在CRISPR/Cas技术领域的合作伙伴不尽相同。美国的前5位合作国家分别是中国、德国、英国、日本和法国，而中国的前5位合作国家分别是美国、英国、日本、丹麦和加拿大。中美两国近10年合作发表的CRISPR/Cas论文数量最多，达到582篇，而中国与其他国家合作发表的CRISPR/Cas论文数量均不足100篇，可见中美两国在该领域的研究合作最为密切。
通过对论文作者所属机构进行分析，可以了解某一领域不同机构的研究水平[12]。如图3所示，全球CRISPR/Cas论文数量最多的前15位研究机构全部为大学和科研院所，说明大学和科研院所是CRISPR/Cas领域基础研究的主要力量。在全球前15位机构中，美国机构占了12所，中国只占了2所。
3 结语
3.1 中美CRISPR/Cas基础研究发展迅速，美国发文量处于世界领先地位
从表征研究水平和发展趋势的论文逐年发表数量来看，全球CRISPR/Cas论文数量近10年呈逐年上升趋势，发展速度不断加快，CRISPR/Cas基础研究开始步入全面发展的重要时期。从2012年开始，全球CRISPR/Cas论文数量增长幅度明显加大。究其原因，可能是因为M. Jinek等[15]在2012年率先证实了Cas9可以在人工合成的sgRNA引导下对靶标DNA序列进行特异切割，CRISPR技术因此成为了当时基因编辑技术的研究主流。中美发展趋势与全球趋势高度一致，表明中美紧随全球基因编辑技术的发展主流，积极开展对CRISPR领域的研究。从表征全球研究布局的世界国家排名来看，中美两国是CRISPR/Cas领域基础研究的中坚力量。美国CRISPR/Cas发文量高达3 820篇，处于世界领先地位。中国CRISPR/Cas发文量为1 819篇，位居世界第二。中美两国CRISPR/Cas发文量远高于世界其他国家。
图4 CRISPR/Cas技术领域中美顶尖机构情况
3.2 美国CRISPR/Cas机构实力强劲且分布均衡，中国研究力量较为集中
从表征某一领域不同机构研究水平的作者所属机构来看，全球CRISPR/Cas领域前15位研究机构中，美国机构占了12所。美国发表CRISPR/Cas论文数量最多的机构是加州大学和哈佛大学，在全球机构中处于领军地位。单从数量上看，美国机构的实力不容小觑。美国其他机构发表的CRISPR/Cas论文数量与前两所机构相比差距不大，表明美国该领域的前15位机构研究力量分布均衡。中国其他机构发表的CRISPR/Cas论文数量与中国科学院相比差距较大，表明中国该领域的基础研究以中国科学院为主要力量。从表征研究质量的高被引论文数量和表征科研成果平均水平的篇均被引次数综合来看，美国顶尖机构的研究实力非常强劲，第一、二、第三区机构基本以美国机构为主。值得注意的是，美国加州大学系统的CRISPR/Cas论文数量虽然排名第一，但是其篇均被引次数并不高。中国顶尖机构主要集中在第四区，只有中国科学院和清华大学两所机构位于第二、第三区。可见，中国在CRISPR/Cas领域的研究力量比较集中。
3.3 中美两国CRISPR/Cas领域科研合作密切，中美合作成果认可度高
从表征某一领域不同国家和机构合作密切程度的合作分布情况来看，中美两国在CRISPR/Cas领域的科研合作最密切。中美两国近10年共合作发表CRISPR/Cas论文582篇，但中国与其他国家合作发表的CRISPR/Cas论文数量均不足100篇，可见中国与美国之间的合作非常紧密。中美合作成果数量最多的机构是中国科学院，共合作发表相关论文108篇。此外，美国加州大学系统和哈佛大学在CRISPR/Cas领域开展的中美合作也比较多。从表征科研成果平均水平的篇均被引次数来看，中美合作的CRISPR/Cas论文篇均被引次数比中国独著论文的多，说明中美合作的CRISPR/Cas论文认可度较高。
根据裂纹承受的载荷与位移的形式，分为3种形式[4-5]，如图2所示。分别为张开型裂纹KI；剪切型裂纹KII；撕裂型裂纹KIII。
3.4 中美CRISPR/Cas科研成果质量较高，美国论文学术影响力更大
从表征研究质量和学术影响力的论文引用情况来看，中美CRISPR/Cas论文占全球相关论文的比例与其高被引论文占所有高被引论文的比例基本相同，表明中美两国在CRISPR/Cas领域的科研成果质量较高。但美国的CRISPR/Cas论文总被引次数和高被引论文的被引次数远高于中国，说明美国在CRISPR/Cas领域的研究认可度更高。此外，美国CRISPR/Cas论文的H指数高达156，而中国的H指数只有77，可见美国CRISPR/Cas论文的学术影响力更大。
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A Comparative Study of Chinese and American CRISPR/Cas Fields Based on Paper Analysis
SUN Jing-song, ZHENG Yan-ning, YUAN Fang
(Institute of Scientific and Technical Information of China, Beijing 100038)
Abstract: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated proteins (CRISPR/Cas) is a research hotspot in the field of gene editing and it is widely used in life science research, disease model construction, drug research and development, and agricultural production. Based on the data of CRISPR/Cas scientific papers from 2008 to 2018, this paper uses the method of bibliometrics to analyze the Sino-US CRISPR/Cas technology from the perspectives of the number of publications, major country rankings, distribution of cooperative countries, major research institutions and highly cited papers. The basic research progress in the field is comparatively analyzed, aiming to provide certain reference for the government, scientific research institutions and related enterprises.
Key words: United States; China; paper analysis; CRISPR/Cas technology
中图分类号： G327.712
文献标识码： A
DOI： 10.3772/j.issn.1009-8623.2019.01.008
第一作者简介： 孙劲松（1994—），女，在读硕士研究生，主要研究方向为前沿领域分析与专利分析。
收稿日期： 2018-12-20