第一章 農業生物技術

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第一章 農業生物技術

林菁華、陳麗敏

一、前言

自五十年前Watson與Crick發現DNA雙螺旋體結構之後,生物技術發展一日 千里,為二十世紀人類最偉大的貢獻之一,現在更成為繼電子資訊產業之後,

最被全球看好的明星產業。雖然生物技術最早的應用領域即是農業,用以改良 作物品種,增加產量並提高產品品質,但一直到近年來,農業生物技術才逐漸 獲得世界各國的重視。

隨著醫藥及科技的發達,人類壽命逐漸延長,人口也不斷地增加,如何解 決糧食供應問題,使人類免於飢荒,已成為全球各界亟思解決的重大挑戰,上 個世紀的農業綠色革命曾在這方面有相當大的貢獻,惟目前全球60多億人口中 仍有8億多處於營養不良的狀況,而全球人口預估到2050年時將增至100億以 上,基於人類生存活動的需要空間,未來想以擴大耕種面積增加糧食供應,將 愈形困難,解決之道唯有依賴育種、檢測、養殖、防疫、營養等生產技術的提 昇,使作物及畜禽能在原來無法種植或難以養殖的地區種植、生長,並提高光 合作用、養份利用的效率、以及抵抗疫病、逆境的能力,以達到產量更高、品 質更好的目標;另一方面,傳統農業長期使用化學肥料及化學農藥,造成土壤、

水質等重要環境要素的劣化,養殖事業產生的排泄物及臭氣等也嚴重影響生活 品質,亟待改善。而近年來生物技術快速發展,不但對這些問題提供了許多解 決的方案,對於未來進一步的發展,更有令人期待的前景,因此,生物技術其 在農業應用所扮演的角色正日益重要。

農業生物技術是運用現代基因工程技術作為工具,藉由添加或刪除特定的 基因來取得理想性狀,如增加產量、扺抗病蟲害、耐不良生長環境(如:耐旱、

耐鹽、耐寒等)、提高營養成份等等。美國食品及農業政策中心(National Center for Food and Agricultural Policy),評估美國農民因種植基因轉殖作物之影響,

其結果顯示農藥用量大幅減少、產量大幅提高、且成本同步降低。儘管生物技 術對各農場影響不一,但巨大的經濟效應顯而易見,這些效益不單使農民受益,

而且造福普通消費者,並兼顧環境生態保護。長期的環境效益如下:

轉殖作物對農藥依賴降低,意昧著減少了對水資源的污染。

農藥用量減少使水資源和飲用水更加安全,也使野生生物的環境受到保障。

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因生物技術提高作物產量,有助於紓解土地資源承受的壓力,減緩對生態脆 弱地區的開發,從而使自然棲息地得到更好的保護。

轉殖作物減少農藥施用的次數,進而節省能源;而燃料用量減少,相對地降 低二氧化碳的排放量。

種植抗除蟲劑的作物可以鼓勵農民採用保護性耕作方式,特別是免耕法,可 以減少表土的流失。

二、農業生物技術範疇

農業生物技術的應用目前是以雙軌同時發展,它一方面與傳統育種、檢測、

養殖、防疫、肥料、農藥等領域廣泛結合,大幅提升了傳統農業的生產量與品 質,另一方面,新興生物技術的應用使農業與醫藥、食品及環保等產業逐漸結 合,為農業活動開拓了新的應用領域,造就了新的產業,而且這些新技術、新 應用產生的經濟價值正急遽增大,潛力無窮,對於產業有深遠的影響。

•廢棄物處理 環保產業

•廢水生物處理

•生物復育

•海洋資源

•環境監測

光學及 精密機械

•Robotics

•醫療器材

•實驗器材 資訊產業

•生物資訊學

•蛋白質體學

•醫療保健網絡 電子產業

•生物晶片

•基因晶片

•奈米技術

食品 特化產業

•胜產品 •食品添加物

•抗生素 •蛋白質產品

•酵素產品 •生技保健食品

•胺基酸產品 •基因改良食品

中草藥

•科學中藥

•保健食品 生技製藥產業

•生技藥品 •遺傳工程疫苗

•基因治療 •組織工程

•檢驗試劑 •生理調控藥品

•新藥開發 •單株抗體

農業

•基因轉殖動物 •生物性肥料

•基因轉殖作物 •生物性農藥

•組織與細胞培養 •水產養殖

•飼料添加劑 •動物疫苗

生命科學產業

資料來源:生技中心 IT IS 計畫整理

圖 1-1、生物技術應用之產業範疇

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雖然世界各國對農業生物技術產業範疇定義不盡相同,但主要仍以最早發 展農業生技的美國為依歸。美國將農業生技侷限於轉殖動植物、生物性農藥、

及近幾年興起的植物農場(biopharming)。又因現今生物性農藥市場很小,而 轉殖動物技術仍未成熟,尚無商品上市,一般而言,均以轉殖作物產業概括之。

依我國 2003 年生技產業白皮書所述,生物技術應用層面甚廣,與農業生技相關 的產業分佈於農業、環保產業、食品產業,若以原料區分,甚至還包括中草藥 及生技製藥產業。但因各產業發展方向、技術基礎均不相同,我國農委會便根 據其產業特性及最終產品,將國內農業生技產業劃分為植物種苗生技、水產養 殖生技、畜禽生技、動物用疫苗、食品生技、生物性肥料及生物性農藥等七大 領域。以下茲就各領域定義詳加說明:

植物種苗生技

係指利用無菌播種、組織或細胞培養、體細胞融合、基因工程等生物技術 所培育、繁殖生產之植物種苗。

水產養殖生技

利用基因工程、基因轉殖、細胞培養、醱酵、蛋白質純化等生物技術研發 之醫藥、疫苗、飼料新配方、飼料添加劑、疾病檢測試劑、免疫促進劑、水質 處理生物製劑、養殖品種改良及觀賞魚產業所需之高品質健康種苗等水產養殖 產業所需相關產品之產業。

種畜禽生技

為利用微生物、植物及動物的生物特性或生物程序,以解決畜禽產業的問 題,和利用家畜禽的 DNA、細胞、組織、器官或其本身製造有用產品,以增進 人類生活素質的科學技術。

動物用疫苗

係專供預防特定病原之動物用生物藥品,其種類包括:傳統死毒(菌)疫 苗或活毒(菌)苗、類毒素疫苗、寄生蟲疫苗、次單位疫苗及其他基因工程技 術產製之疫苗。

食品生技

係包括所有以生物技術生產或加工食品之相關產業,即包含了利用基因工 程、細胞工程、酵素工程和發酵工程改善食品或原料品質或提高產量降低成本 等。

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生物性肥料

生物性肥料(Biofertilizer)係指利用活體生物擔任廣義肥料之功能的產品。

現今生物性肥料主要的產品是含有活微生物或休眠孢子,如細菌(含放線菌 類)、真菌及藻類等及其代謝產物的特定製劑,應用於作物生產上,具有特定 供應植物養分的效果,又稱之為微生物肥料。這些效果包括增進植物養分元素 之供應量與總量,或刺激植物生長,或促進植物對營養元素的吸收。

生物性農藥

生物性農藥係指天然物質如動物、植物、微生物及其所衍生之產品,包括

「天然素材農藥」、「微生物農藥」、「生化農藥」及基因工程技術產製之微 生物農藥。本篇探討之生物性農藥產業將以天然素材農藥與本土性微生物農藥 產業為主。抗生素類或阿巴汀與賜諾殺等具毒性之微生物發酵粹取產物將與排 除。

三、國家政策生物技術產業發展之影響

新興產業發展成功與否,國家政策扮演著關鍵的角色,尤其是生物技術產 業,因為其研伋時程長,投入經費高昂,是一種高風險,但也高報酬率的產業。

全世界致力於發展生物技術的國家,分別以不同的方式提出其科技政策,並佐 以政策性產業補助或研發支援計畫,在產業發展初期,提供政府龐大的資金作 為後盾,鼓勵產業投入先導研發工作,並主導產業發展方向,一方面扶植產業,

一方面提高國家競爭力。產業萌芽時,研發投入皆以政府為主,產業為輔;一 旦產業發展漸趨成熟,此時主客易位,產業投入將成為主流,並以產品為導向,

而政府則處於被動輔佐的角色,僅進行前瞻性技術及基礎平台技術的研發。國 家政策對產業發展的影響深遠,重要影響因素如下:

(一)法規(Regulations)

◎ 田間試驗之審核(Field Trial Approval)

基因轉殖作物必需登記並通過審核後才能執行,而試驗過程中還得隨 時接受抽檢,並定期提出報告。這些過程都很繁複、昂貴且耗時,在歐洲 等國,如英國更需隨時提防環保激進組織的破壞,對於開發初期的公司,

是一項難以承受的壓力。所以政府在維護生物安全,及推動產業的拉据戰

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中求取平衡,制定合宜的法規。

◎ 產品之審核(product Approval)

由於多數生技產品的審核都費時又費力,加上需要龐大經費支援,所 以一般小公司根本無力負擔。如何減化審核流程,縮短時間,將有助於產 業的發展。

◎ 環境釋出

對將基因轉殖有機體於環境中的使用,必須在安全性、農業效益、成 本及價格等考量條件下,利用適當的法規架構規範,以有效地保護環境,

但也不能過份阻礙產業的發展。

◎ 其他

在產品使用許可、產品上市後之廣告行為、股票上市許可、或是對於 產品安全的要求,過度官僚程序,將阻礙生技產業的發展。

(二)智慧財產權(Intellectual Property Right, IPR)

智財權為生技產業的命脈,產業開發的產品若無專利保護機制,研發成果 無法得到適當的保障,長久研發投入缺乏報酬機制,研發經費無以為繼,企業 也難以存活。政府必須提供適合的智財權保護措施,並在國內及國際的專利申 請程序上,加以整合及簡化,以避免專利申請的衝突,或有不適的延遲情事。

(三)政府獎勵與資本投資方案(Capital Formation)

在鼓勵生物技術產業發展上,在政府可以提供各種誘因,包括長期種子資 金投入、硬體設施的提供、生技園區租稅減免、研發經費支持、財政上的獎勵 措施、獎勵貨款、及直接的資本投資(如創投)等。

(四)技術移轉(Technology Transfer)

政府可以利用技術移轉政策,建立產學之間的互動,鼓勵產業界早期投入,

並促使學界研發與產業發展結合,以減少日後技術移轉的費用。

(五)教育(Education)

生技產業是一種知識密集且技術導向的產業,技術研發人才的企業的基 礎,也是產業最大的資產。尤其生技產品研發期長、研發經費龐大,資金運用 相當重要,企業管理人才需求孔急。所以國外高級科技人才延攬,國內人才培 育也是生技產業發展的關鍵之一。

(六)研發經費(R&D Funding)

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政府經費是新興產業科技研發費用最主要的來源,所以政府必須依照國家 政策分配科研經費(包括基礎研究及應用研究),尤其是前瞻技術的投入,不 但提高國家整體的研發水準,也能適時促進產業發展。

(七)公共意見(Public Opinion)

政府擬定生物技術政策,必須包括教育大眾有關生物技術,對於未來全球 或國家整體在經濟上及社會上的影響,但也必須顧及對環境及生態的負面潛在 影響。所以多數國家皆將未來政策導向,事先提出於公共平台討論,廣納各方 意見,再做最後決定。

四、全球農業生技產業現況及趨勢

廣義而言,農業生物技術是指將細胞與分子生物學應用在農業產品及其生 產過程中。因此,將重組 DNA 技術與基因體學運用在農業與作物的保護研究、

開發生物性農藥與肥料等農業生產資材、開發動物保健產品以提升禽畜產品的 經濟效益、以及利用基因轉殖動物及其衍生產品等皆為農業生技的產業應用面。

依據 Global Industry Analysts 統計(表 1-1),2000 年全球農業生技市場 約達 27 億美元,其中以基因改良作物佔最大部分,約為 21 億美元,生物性農 藥次之(4 億美元)。預估至 2010 年全球農業生技市場約 72 億美元,平均年 成長率高達 10.17%。

表 1-1、2000 年至 2010 年全球農業生技市場-依產品別 產品別 2000 年市場值

(百萬美元)

2005年市場值

(百萬美元)

2010年市場值

(百萬美元)

2000-2010年 成長率(%)

基因轉殖作物 2,114 3,051 6,083 11.2%

生物性農藥 417 515 801 6.8%

其他 207 245 328 4.7%

總計 2,738 3,812 7,213 10.2%

資料來源:Agricultural Biotechnology, A Global Strategic Business Report, Global Industry Analysts, Nov. 2003.

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若以地域區分,北美地區(美國與加拿大)是全球最大的農業生技國(表 1-2),其中美國單一國家的市場就佔全球市場 60%以上,其次為拉丁美洲

(25.5%)及亞洲(7.6%)。但預估 2000∼2010 年間的平均年成長率,則以 亞洲最具潛力,成長高達 14.4%,其次為拉丁美洲(11.9%)及加拿大地區

(9.3%)。

表 1-2、2000 年至 2010 年全球農業生技市場-依地區別 產品類別 2000 年市場值

(百萬美元)

2005年市場值

(百萬美元)

2010年市場值

(百萬美元)

2000-2010年 成長率(%)

亞洲地區 209 349 804 14.4%

拉丁美洲 699 1,057 2,156 11.9%

加拿大 95 128 232 9.3%

美國 1,712 2,249 3,969 8.8%

其他地區 22 29 52 8.7%

總計 2,738 3,812 7,213 10.2%

資料來源:Agricultural Biotechnology, A Global Strategic Business Report, Global Industry Analysts, Nov. 2003.

基因改良作物

從產業發展的歷程可將植物生技產業分為四個階段:

1. 1970年代末期至 1995 年:許多農業生技公司開始投入研發以迄 1995 年第 一個產品上市。Monsanto 為此時期最早的投資者,且為第一個將農業生技產 品上市的公司,其他如 Syngenta 與 Dupont 則於 1980 年代中末期方進行田 間試驗,且直到 1990 年代中期其成果始較具體。

2. 1995年至 2000 年初期:此時期有許多產品紛紛上市創造了銷售高度成長的 佳績。Monsanto 迅速的主導了整個產業推出許多產品,並在 1990 年代後半 購併許多種子公司。許多農業生技的技術平台公司亦成立於此時,如

Paradigm Genetics、Exelixis 與 Large Scale Biology Corp.等。Monsanto 的 競爭者如 Syngenta 的 forerunner、Dupont 與 Dow 亦開始進行大量的田間試 驗,進行田間試驗的公司數於 1990 年代後期達到高峰。

3. 2003至 2010 年:由於許多作物與市場已達飽和,因此預期自 2003 年起此

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一產業的成長將漸趨緩和,但在新興的市場仍有成長的機會如中國大陸、印 度與巴西等國家,產業結盟或開闢新興市場將成為市場持續成長的先決條 件。未來數年改變農藝特性的第二代基改作物將陸續上市,如添加油脂、醣 類、微量營養素等,或改良採收後的儲存期限等。預期這些作物將在 2004/05 年間上市。

4. 2010 年後:第三代基因改良作物將於此時期出現,其特點為以基因改良作物 為工廠生產如塑膠、化學物質、人用藥品、生物復育及其他工業產品等,預 計 2010 年後可能商業化生產。雖然這些產品目前都還在開發初期,但一旦技 術的研發日益精進,這些產品的上市應是指日可待。但此類作物將面對的障 礙亦較高,如法規問題、環境生態保護及經濟效益等。在此類作物的開發中,

以利用作物生產醫藥品為較具代表性的成果。

(一)產業發展現況與趨勢

如果目前的基因改良作物已經對全球的農業生產造成重大的影響,則下一 代的基改作物很可能會使農業的本質完全轉型。未來農民們種植的基因改良作 物將有各式各業的品種:包括抗蟲害、耐除草劑、加強營養、抵抗各種惡劣環 境、及生產藥物與工業產品等。尤其是作物基因體定序的完成將使基因改良作 物的範圍與複雜性日益擴張,繼 2002 年 Syngenta 及一批中國大陸與日本的科 學機構宣布完成稻米的基因定序後,玉米、蕃茄與白楊樹的基因體序列亦正努 力中。

近年來,生技研究人員不斷透過遺傳工程培育出新作物品種與特殊微生 物,甚或利用基因體技術,陸續完成許多作物的基因選殖與定序,進而培育出 具特定功能表現的基因改良作物。首先上市的基因改良作物僅是導入一個基 因,下一波將上市的基改作物不僅將這些特質應用到其他作物(如小麥與稻 米);或針對這些特質提出改良版本(如 Monsanto 的 Bollgard Ⅱ棉花可以表 現兩種不同的 Bt 內毒素);或能同時對抗病毒、細菌及真菌感染;更進一步則 是改良其特性,使能對抗惡劣的氣候(如抗極寒或乾旱)、或加速生長與增加 產量等。

據 Agrow Reports 估計,2002 年全球基因改良作物的市場約為 42.5 億美 元,較 2001 年的 38 億美元成長 11.8%。自 1995 年以來,此一市場即快速成 長,但預估未來五年的成長趨勢將逐漸趨緩,年成長率約在 5%左右,市場將於 2005年達 50 億美元(圖 1-2)。

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億美元 %

0 10 20 30 40 50 60

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

市場 成長率

資料來源:Agrow Reports,生技中心 ITIS 計畫整理

圖 1-2、1996-2005 年基因轉殖作物市場

基因改良作物市場以大豆(佔市場總值的 48%)、玉米(佔 33%)、棉花

(佔 16%)與油菜(佔 3%)為主,作物特性雖因作物類別而異,但多為耐除 草劑與抗蟲害,有些基改作物(如玉米、棉花)並兼具二項特性。Monsanto 的 抗 RoundUp Ready 除草劑產品主導了基因改良大豆的銷售市場,2001 年銷售 額達 13.25 億美元,2001 年其他主要產品的銷售額分別為:Bt 抗蟲玉米 5.33 億美元、耐除草劑與抗蟲害的棉花 3.46 億美元、耐除草劑與抗蟲害的玉米 1.88 億美元、耐 RoundUp Ready 除草劑玉米 1.19 億美元、耐 RoundUp Ready 除 草劑棉花 9,900 萬美元等。

(二)市場與產品概況

第一個基因改良作物為 Calgene 公司生產的 Flavr Savr 蕃茄,於 1992 年 在美國獲准可商業化種植,1994 年核准可供食用。其係利用基因工程延緩蕃茄 的成熟並延長保存時間,隨後 Zeneca 亦推出類似的蕃茄。1996 年第一個耐除 草劑與抗蟲的基因改良作物上市,至 1998 年,耐除草劑的棉花、玉米、油菜、

大豆及抗蟲的棉花與玉米等陸續在許多國家獲准商業化種植,使全球的基因改 良作物的種植面積從 1996 年的 2,780 萬公頃成長到 2002 年的 5,870 萬公頃,

佔全球總作物種植面積的 22%,其中大豆有一半以上是基因改良作物。基因改 良作物市場以美國、加拿大與拉丁美洲為主,銷售額佔全球市場的 98%以上。

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其中美國即佔全球基因改良作物市場的 85%,預期新興市場(如中國大陸與印 度)未來五年基因改良作物市場的成長性相當高。

(三)廠商概況

農業生技公司依其成立背景可分為作物保護、種子及技術平台等三大類型:

1. 作物保護公司:作物保護公司利用生物技術開發基因改良作物、育種、及改 良農業化學的研發。自 1990 年代中期起,傳統作物育種的最適化

(optimisation)技術成為作物保護公司的研發重點,許多領導廠商藉由收購 種子公司作為研究基因改良作物商業化的先鋒部隊,將基因體學與基因標誌

(genetic markers)運用在傳統育種計畫的變種篩選最佳化。20 年來作物保 護公司一直在研究利用農業生技改良作物,第一代的抗除草劑與抗蟲作物,

導入的基因是來自蘇力菌(Bacillus thuringiensis),如今則開發第二與第三 代的特質。這些技術的商業化潛力促成了 1990 年代作物保護公司購併種子公 司的熱潮。

2. 種子公司:許多種子公司因擁有多樣化的作物品種、種原(germplasm)、

種子保護與行銷通路等優勢而被作物保護或化學公司收購,如 Dow 收購 Mycogen Seeds、Monsanto 收購 Cargill Seeds、Asgrow、Monsoy…等。

而 Dupont 原為傳統的化學企業集團,於 1999 年收購種子公司 Pioneer Hi-Bred International後成為全球種子銷售額最大的公司。仍保留獨立的種子 公司則如同作物保護公司須投資在農業生技,進行基因改良產品的開發並上 市以在市場中生存。

3. 技術平台公司:此類公司不是來自於學術界,就是大型企業成立的子公司、

抑或大型公司與學研機構共同成立的衍生公司。這些公司並無基因改良作物 上市,營收多來自於將其專屬技術授權給作物保護或種子公司以獲取研究合 作協議的費用、授權金或權利金等。

Agrow Reports依據全球農業生技公司在農業生技研發活動的投入、進行的 田間試驗或合作研究、農業生技的營收(包括基因改良作物、合作研究、授權 金等收入)等標準評選出全球前 20 大農業生技公司如表 1-3。前 20 大農業生技 公司除技術平台公司外,作物保護與種子公司都已有基因改良作物上市,而技 術平台公司多成立於 1995 至 2000 年間,目前並無基改作物上市,以提供技術 服務、技術授權或合作研究等方式做為營收來源。

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表 1-3、全球前 20 農業生技公司

公司名稱 (國家) 公司類型 已上市的基改作物 Advanced Technologies

Cambridge (英國) 技術平台 無

Advanta (荷蘭) 種子 油菜、玉米、大豆 BASF (德國) 作物保護 無

Bayer CropScience (德國) 作物保護 油菜、玉米、大豆、稻米、甜菜 Ceres Inc. (美國) 技術平台 無

CropDesign NV (比利時) 技術平台 無

Delta and Pineland (美國) 種子 棉花、大豆 Dow AgroScience (美國) 作物保護 玉米

DuPont (美國) 作物保護 大豆、棉花 Exelixis (美國) 技術平台 無

Group Limagrain (法國) 種子 玉米、大豆 KWS SAAT (德國) 種子 玉米、大豆 Large Scale Biology Corp (美國) 技術平台 無

Maxygen (美國) 技術平台 無 Mendel (美國) 技術平台 無

Monsanto (美國) 作物保護 蕃茄、玉米、大豆、油菜、棉花、

馬鈴薯 Paradigm (美國) 技術平台 無 Savia(Seminis/Bionova) (墨西

哥) 種子 南瓜

Stine Seed Company (美國) 種子 玉米、大豆

Syngenta (瑞士) 作物保護 甜菜、玉米、蕃茄

資料來源:Agrow Reports,生技中心 ITIS 計畫整理

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動物用疫苗

(一)產業發展現況與趨勢

動物用疫苗為動物保健產業的核心產品,傳統上動物用疫苗以食用的家禽 畜動物為主,如牛、豬、家禽等,佔全球動物用疫苗市場的 2/3。但近年來此一 情況已略微改觀,寵物與魚用疫苗在動物用疫苗市場所佔的比例正逐漸提高 中。此外,與家畜密集飼養有關的疾病(如呼吸、腸道與生殖等疾病),亦漸 漸成為疫苗開發的主要標的。近年來許多企業與政府研究機構相繼投入新計畫 的開發,並促成了以生物技術開發的新疫苗上市。而從生物製劑的研發投入由 1993年的 9,000 萬美元成長至 2001 年的 1.09 億美元亦可看出,未來五至十年 內生物技術對疫苗產業的影響將日益顯著。在所有的疫苗生產 開發技術中,

生物製劑將成為未來成長性最大的市場,包括細菌與病毒疫苗、寄生蟲的控制

(如球蟲病)、以及利用免疫程序來控制生理過程(如節育)等。

2001年全球動物用疫苗的銷售額為 24 億美元,約佔動物保健產品市場(不 含營養品)的 25%以上。雖然動物用疫苗產業的進入障礙相對較低,因傳統疫 苗的開發成本遠低於製藥分子的研發;但因許多國家對於動物用疫苗的生產商 與產品登記的管理規範與法規相當嚴格,使一些小廠商難以進入此一市場,亦 因此形成少數跨國公司握有全球資源的現象。究其原因,除這些跨國公司擁有 行銷全球的通路結構外,主要原因仍在於各國對生物製劑的產品登記與貿易規 範標準不一,不僅需特定的試驗資料,同時亦限制疫苗的貿易活動。

以全球最大的市場美國為例,受限於美國對動物用疫苗的管理規範與制 度,傳統上外國廠商幾乎難以進入美國市場,除非在美國有生產設備。如今,

由於許多地區正努力協調動物用疫苗的相關法規與貿易規範,此一情況雖已逐 漸改善,但以全球來看,全球市場由少數跨國企業所把持的情況短期間內不會 改變。

近年來,由於生物技術的導入促成許多新的高科技疫苗上市,而使一向低 迷的動物用疫苗市場呈現活絡的跡象。其中大部分是由跨國公司推出上市的疫 苗產品,雖然這些產品有許多一開始其實是由生技公司或政府的研究機構開發 出來的。因疫苗市場的領導廠商雖然大多擁有自己的研發人力,但仍有相當比 例的生物製劑產品與技術是尋求自外部,此為動物用疫苗研發產業的特點之 一。雖然有些生技公司已具備疫苗的產品登記與行銷能力,但大部分的疫苗研 發活動仍維持在專業的學研機構或企業。

動物保健產業中,動物用疫苗為未來 5 至 10 年相當具發展潛力的產品研發

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領域,尤其是來自基因改良作物的疫苗。傳統上用來預防與治療疾病的抗生素,

如今逐漸遭到淘汰的命運,因此,動物保健公司轉而採取的研發策略,係利用 基因轉殖作物中的有效成分開發出可用來取代合成抗生素的產品。如今基因改 良作物極有希望成為疫苗的來源,且當種種試驗證明出確能增強免疫系統時,

此一發展趨勢將更為明顯。

許多公司如 Affymetrix,如今正結合晶片技術與 DNA 探針(probe)應用在動 物的疾病診斷。這些探針對某些病原具高度的靈敏度與專一性,此一原本用在 人類的醫療診斷將可應用在動物上,提供更快速的診斷與提高治療效益。

(二)市場與產品概況

動物保健產品包含動物用藥、生物製劑、飼料添加物與營養品等,據 Animal Pharm Reports估計,2001 年全球動物保健產品市場為 170.3 億美元,較 2000 年成長 1%。其中生物製劑以疫苗、動物用檢驗試劑與血清為主,市場為 24.1 億美元,約佔動物保健市場的 14%。全球動物用生物製劑市場每年以 8%穩定 成長,而 2001 年美國生物製劑的市場成長率達 10%。相較於疫苗,檢驗試劑 與血清的銷售額不高,尤其是在已開發國家外的市場。

傳統疫苗可分為活毒或減毒疫苗、死毒或不活化疫苗、寄生蟲疫苗及類毒 素等,其製造原理均是利用物理或化學方法減低抗原毒性,但仍具有激發抗體 的作用。雖然近年來運用生物技術所開發的基因缺損(Gene-deleted)疫苗、

次單位(subunit)疫苗與載體疫苗(vectored)等皆已有產品上市(表 1-4),

部分產品並已有營收,但目前市場上仍以傳統的活毒或不活化疫苗為主,市場 佔有率高達 90%以上。生物技術的運用不僅改良疫苗的開發,更改進了疫苗所 能對抗的疾病。

表 1-4、主要的動物用疫苗種類與產品 疫苗種類 動物用疫苗產品

活毒疫苗 華氏囊炎疫苗 馬立克病 新城雞瘟疫苗 產蛋下降症候群

牛瘟疫苗

牛副流行性感冒疫苗豬瘟 疫苗

豬假性狂犬病疫苗

貓傳染性腸炎 犬瘟熱疫苗 狂犬病疫苗

死毒疫苗 傳染性支氣管炎 口蹄疫疫苗

豬小病毒

豬假性狂犬病疫苗

狂犬病疫苗

次單位疫苗 狂犬病疫苗 豬假性狂犬病疫苗

牛瘟疫苗 貓白血病疫苗 載體疫苗 新城雞瘟疫苗

資料來源:生技中心 ITIS 計畫整理

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動物用疫苗中以牛用疫苗所佔比例最高,佔 31%(7.5 億美元),主要原 因為牛隻普遍施打的口蹄疫疫苗。由於未來幾年部分口蹄疫疫苗注射計畫將逐 步結束,因此預期口蹄疫疫苗的銷售將會下降,對於用在牛的生物製劑銷售額 將產生一些影響。其次為小動物的 26.9%,如狗、貓用的疫苗,全球銷售額各 為 3.8 與 2.7 億美元。第三為用於家禽的生物製劑銷售額約 5.1 億美元(21.1%), 豬用疫苗銷售額為 3.6 億美元,羊與馬用疫苗的比例則相對較低(圖 1-4)。

31.0%

2.9%

14.9%

15.7%

11.2%

2.1%

家禽 21.1%

其他 1.2%

資料來源:Animal Pharm,生技中心 ITIS 計畫整理 圖 1-4、全球動物別生物製劑市場比例分佈

(三)廠商概況

近年來動物保健產業一連串的購併活動,使生物製劑產業出現集中化的現 象。2000 年全球前 3 大生物製劑廠商佔有全球 45%的動物疫苗市場,而 74%

的市場是由 8 家公司所把持,剩下的 26%則分佈在地區性的生產商或在生物製 劑領域著墨不多的跨國公司。

Intervet於 1999 年收購 Hoechst Roussel Vet 及其他購併後,在 2000 年 成為全球最大的動物疫苗廠商。近年來,該公司致力於從專業的家禽疫苗供應 商轉型成為產品領域涵蓋全部生物製劑的重要廠商,2000 年的疫苗銷售額成長 至 4.02 億美元,全球市佔率達 16.6%。其次的 Fort Dodge 於 1997 年收購 Solvay Animal Health後,雖然在 1998 及 1999 年成為全球第一大動物疫苗公司,但 2000年的銷售額則次於合併後的 Intervet。收購 Solvay 後的 Fort Dodge,由於 增加了 Solvay 眾多的疫苗產品,使該公司 2000 年全球的生物製劑銷售額成長 為 5.39 億美元,佔全球市場的 14.8%。

Merial成立於 1997 年,隨著 Merck 的動物保健部門與 Rhone Merieux 的

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合併,而成為全球第三大,以 3.32 億美元的疫苗銷售額佔全球市場的 13.7%。

在動物用疫苗市場中,Pfizer 與 Schering-Plough 不相上下,但 Schering-Plough 於 1997 年收購 Mallinckrodt Veterinary 後排行第五,其他公司 Boehringer Ingelheim、Bayer 與 Virbac 的市佔率則約在 3 至 4%左右(圖 1-5)。

Fort Dodge (美) 14.8%

Merial (美) 13.7%

其他 25.9%

Bayer (德) 3.4%

Schering- Plough (美)

8.3%

Pfizer (美) 10.3%

Virbac (法) 3.1%

Intervet (荷) 16.6%

Boehringer Ingelheim (德)

3.8%

資料來源:Animal Pharm,生技中心 ITIS 計畫整理

圖 1-5、全球前 8 大動物用生物製劑公司的市場佔有率

生物性農藥

生物性農藥係應用環境中的生物,或未經特別純化、修飾改良之微生物或 衍生物作為活性組成,或以活菌作為主成分,經配製生產出用以除去害蟲、雜 草、或病害之生物性農用藥劑。另依 Agrow 報告定義生物性農藥為利用微生物 如細菌、病毒、真菌、微胞子蟲 (microsporidium)或部份的微生物所生產之植 物保護劑。生物性農藥具有簡便、有效、對生態和環境安全等優點,不僅可減 少環境生態的破壞,並可降低人類健康受到危害的風險。目前以蘇力菌製劑、

農用抗生素和病毒殺蟲劑

生物性農藥依其防治目標不同,可分微生物殺蟲劑、生物殺菌劑、及生物 除草劑。生物殺蟲劑包括:蘇力菌(Bacillus thuringiensis, Bt)、黑殭菌

(Metarhizium anisopliae)、亞弗素(Avermectin)、蟲生病原線蟲

(Entomopathogenic nematodes);生物殺菌劑如:假單胞菌(Pseudomonas sp.)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、木黴菌(Trichoderma sp.)、放線菌

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(Streptomyces sp.)。其作用機制在於經由生產毒素(如蘇力菌)、侵入寄生

(如白殭菌,Beauveria)、病原性(如桿狀病毒)和競爭(如病毒用於植物之 交叉保護)等方式除去蟲害、雜草或病害。

此一市場因消費者、零售商或政府政策鼓勵為主要推動力,期使降低化學 殺蟲劑的使用,達到環境保護的訴求,而具市場成長潛力。主要的潛力市場在 於有機農場、病蟲害綜合防治的管理、與高價的特用作物。然而,亦有部分因 素將限制了市場的成長,如:產業過於零散分化、原產業之農化業者投資或研 發意願不高、生產成本高、及製程與應用的困難性等,皆使此一產業的成長性 未如預期般高。

以全球趨勢來看,生物性農藥產業多由中小企業所主導,這些公司多因具 備有潛力的新技術而成立的新創公司,以進行生物性農藥產品的開發與應用。

其成立初期多與學研機構有關,因具備技術而非因市場需求而成立,也因此在 缺乏完整評估新產品的市場潛力下,這些新創公司失敗的機率相當高,因難以 將該公司的害蟲防治試劑或技術推出上市並成功地行銷市場。但較大型的生物 性農藥公司則有機會度過初期的艱困階段而存活,並能透過購併而漸漸成長。

在全球居領導地位的生產殺蟲劑的企業中,僅有少數公司有自己的生物性農藥 部門,且其中大部分在生物性農藥的投資在 1980 年代,而在近幾年多已放棄。

但日本則與全球此一趨勢不同,近年來有一些大型的殺蟲劑公司開始投資於生 物農藥的開發。

據英國作物保護協會(UK Crop Protection Association)調查,2001年全 球農藥產值為271億美元,較2000年的292億美元衰退7.2%。以農藥的應用而 言,目前除草劑約佔全球農藥市場的40至50%、殺蟲劑約佔30%,而殺菌劑則 約佔全球農藥市場的20%。相較於化學農藥市場的衰退,預計全球生物農藥需 求量則將以每年5.6%的速度成長。因此以目前生物性農藥的產值將近1.6億美元 而言,預估至2020年,生物性農藥的總產值將可達到50億美元。生物性農藥的 市場以枯草桿菌(Bacillus thuringensis ,Bt)為主,佔全部生物性農藥市場的 90%以上。

雖然全球農藥市場呈現逐年衰退的趨勢,但未來基於病蟲害綜合防治的觀 念,預估生物性農藥市場的規模將逐年成長。由歐美各國陸續推出廣效性的生 物農藥新產品且銷售量逐年增長來看,生物農藥勢必將取代大部分的化學農藥 市場。至2001年底美國已有195種生物性農藥有效成分,約780種產品登記上市。

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中草藥及植物農場(Biopharming)

人類許多重大疾病,如癌症與愛滋病等,雖經數十年努力,仍無法找到治 療的良策,許多研究專家便將重心轉中草藥領域。「哈佛商業評論」日前預測,

中草藥現代化將是未來二十年最重要的四大產業之一, 國際醫學統計年報估 計, 二○○六年市場產值將突破350億美元。 WHO統計,目前全球有40億人 口使用中草藥來治病, 幾乎佔了全世界人口的70~80%。

但至今,64件植物藥向FDA申請IND 仍無出現任何一個中草藥新藥,西醫 的實證科學與法規仍主導著中醫藥研發的審判,中草藥科學化的研發技術仍面 臨嚴峻的挑戰。

根據國際醫學統計年報、PhytoPharm Consulting統計,2002年全球植物藥 及草藥製劑巿場達224億美元,2003年市場達230億美元,並以每年10至12%的 速度成長。Business Communications Company 對全球植物性藥市場分析,但 排除不含特殊治療特性或單純保健強身的植物性健康食品,2002年全球植物藥 的銷售額約為137 億美元,比2001年增加了8 億美元,年成長率約為6.2%。若 以平均年成長率6.4%來推估,2007年全球中草藥的市場銷售額將可望達到188 億美元。

據統計,目前全球有130 個國家應用中醫藥, 124 個國家建立中醫藥機 構。由全球中草藥市場的版圖來看,歐洲是最大的中草藥市場,也是全球草藥 最發達的地區,約佔全球市場的35%(233億美金)。其次是亞洲地區(包含澳 洲、非洲與中東),約佔總市場的28%(65.6億美金)。美洲市場約為54.3億 美元,佔總市場的23%。其他地區則佔了14%,市場約為3億美金。

Business Communications Company的統計資料顯示,二○○二年,美洲 的市場銷售額佔全球植物藥市場銷售額的40∼50%,年成長率為7.5%,較其他 地區的5.3%為高出許多,顯示美洲地區的民眾對於中草藥的接受度越來越高。

若以國家來看,中國、日本、韓國、德國及美國可以說是目前全球中草藥 市場最大、最蓬勃的地區。值得注意的是,亞洲和美洲地區是目前全球中草藥 市場成長速度最快的地方,尤其美國市場的成長率達到10%∼16%。據統計,

美國有34%的民眾曾使用過正統醫療以外的「另類療法」,同時有超過四成以 上的民眾願意嘗試中草藥一類的保健食品。

目前利用基因改良作物生產的醫藥品,即農場製藥(biopharming)以食用 疫苗與蛋白質藥物為主,其中並以單㈱抗體佔大多數,主要是希望利用作物生 產以解決傳統生技藥品產能不足或污染的問題。許多生技公司如 ProdiGene 與

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Epicyte已經開發出在植物組織(如種子與葉子)中可以表現出單㈱抗體的技術,

同時將研究運用到許多不同的疾病上(如表 1-4)。其他利用植物研究的醫療用 蛋白質尚有醫學診斷,如 enkephalins、人類血清白蛋白、紅血球生成素

(erythropoietin)、或是作為生產藥品的中間體如胰蛋白

表 1-5、目前開發中基因改良作物生產的藥物 作物 藥物類別 治療疾病

香蕉 食用疫苗 肝炎

玉米 食用疫苗 傳染性腸胃炎、AIDS、豬病毒性腸胃炎、B 型肝炎、腹瀉 玉米 蛋白質藥物 失血

玉米 單㈱抗體 細支氣管炎、類風濕性關節炎、非何杰金氏淋巴瘤、皰疹、

腹瀉、纖維囊腫、阿滋海默症 馬鈴薯 食用疫苗 輪狀病毒與大腸桿菌、糖尿病 稻米 單㈱抗體 癌症

菠菜 食用疫苗 AIDS 菸草 食用疫苗 麻疹

菸草 蛋白質藥物 Gaucher’s disease、黏多醣症 蕃茄 食用疫苗 Norwalk virus

小麥 單㈱抗體 癌症

資料來源:Agrow Reports,生技中心 ITIS 計畫整理

五、農業生技未來發展重點

1. 基因改造作物研發及商業應用成長迅速

基因改造生物( GMO)是生物技術在農業應用上最重要的例子,其中的基因 改造作物自 1996 年首度商品化以來,成長速度極為迅速,據統計,目前全球種 植總面積已達 1 億 2500 萬英畝,其中以大宗作物如大豆、玉米及棉花等最具經 濟重要性,基因改造的品系已分別佔全球大豆、玉米及棉花種植總面積之 46%,

7%及 20%,截至目前為止,基因改造之目的仍以降低農民的成本支出為主,引 入的基因特性以抗殺草劑為最大應用目的,但未來的趨勢將逐漸引入額外的價

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值,強調對於消費者的益處,黃金米便是一個例子。

目前基因改造作物最主要的種植國家依序是美國、阿根廷、加拿大、墨西 哥、羅馬尼亞、烏拉圭及南非,其中技術領先的美國在其國內種植的大豆、棉 花有近七成是基因改造品系。中國大陸的動向值得注意,它在基因改造作物方 面的投資目前僅次於美國,金額超過所有其他開發中國家的總和,並打算在 2005 年之前增加 4 倍研發投入,開發的對象除了棉花、稻米、玉米、小麥等作物外,

也包括番茄、甘藍、馬鈴薯及哈密瓜等,基因轉殖則以抗蟲、抗病為主要目標;

截至 2000 年為止,大陸已有 251 個基因改造品種進入田間試驗,許多跡象顯示,

大陸將跳過傳統育種,直接進入基因轉殖,對於同處亞太地區的台灣有何影響,

值得密切注意

2. 生物安全的管理與認證日益重要

雖然基因改造等技術及其產品經多次驗證都顯示安全無虞,但因其應用歷 史不長,加以 1990 年代一些食品安全事件,造成的消費者及保育人士顧慮已擴 及,乃至政治氛圍,使得生技產品之管理有趨於嚴格之勢。在國際貿易方面,

生物安全議定書已有諸多要求,而在各地區的個別要求方面,則以歐盟的發展 最值得注意。為了恢得民的信心,歐盟執行委員會(European Commission)在 2001年 7 月 25 日提出一個基因改造產品的管制草案,其要點包括:

(1) 包含基因改造作物成分的產品,從生產農地、加工廠到販售廠商,均需記 錄並追蹤其流向。

(2) 含基因改造作物的動物飼料,亦採強制標示。

(3) 含基因改造作物產品之食品,不論最終是否能被檢測出改造基因或蛋白 質,均需標示。

(4) 建立管制基因改造作物產品的統一專責機構,以簡化相關審核程序。

這項草案明顯比現行法規更為嚴苛,雖然它仍需經歐洲議會及歐盟各國認 可,才會付諸實施,但基因改造作物及相關產品的市場商機龐大,歐盟對於基 因改造作物的管制措施,未來的演變除了牽動法規層面,更將影響消費者運動、

農業生技產業、國際貿易,甚至大國外交的折衝,值得密切注意。

3. 新應用可能改變農業風貌

新興生物技術,如基因工程技術等,打破了物種的界線,也使得農業活動 的應用範疇擴及製藥、醫療、食品及環保等領域,目前基因改造之思維除了“降 低投入成本”,更強調“提高產出價值”,因此,”分子牧場”的概念便自然產生,

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使得植物種植或動物養殖之目的不再只是糧食供應,而可能是蛋白質藥物或高 價營養成份的生產,與此同時,動物複製技術的出現及「異種器官」之概念則 拉近了畜禽養殖與醫療產業的距離,而許多環保規範的要求則必須透過生物技 術生產的飼料、藥物或處理程序才能有效達成,這些新應用的生產與傳統農業 活動型態類似,但市場動輒上千億美金,遠比傳統農業為大,發展潛力無窮。

4. 基因體研究的應用逐漸實現

隨著基因解碼技術的逐漸成熟,基因體研究(Genomics)及其應用也愈來愈 重要,在植物方面,目前單子葉的稻米及雙子葉的阿拉伯芥草的基因已完成定 序,重點開始轉向基因功能及代謝路徑、代謝產物之研究,預期未來將與二次 代謝物、健康食品及藥用物質之生產等領域合流。

較諸植物,動物基因體的研究在過去顯得較冷淡,主要原因在於動物的研 究介於植物與人類基因體計畫之間,不易突顯,而且動物飼養及其保健產業本 身的垂直整合不足,對於新興科技的投資相對較少,但因為相關技術的發展已 漸趨成熟,而且動物基因體的研究與人類醫療研究可以互補,以犬類的研究為 例,估計其中便有約 200 個基因疾病與人類相關,可見彼此關係之密切,因此,

動物基因體的研究與應用將日益廣泛。

5. 產業經營朝企業化方向演變

新技術及新應用帶來了產業結構性的變化,為了因應農業生技的快速發展 與研發需求,產業的經營正逐步朝企業化的方向邁進,而與工業更為接近,最 近幾年許多新創的農業生技公司成立,一些大公司的農業生技部門也獨立而為 新的公司,農業生技公司基於經營策略的考量,也如醫藥生技公司一般,走上 購併之路,較大規模的例子如拜耳(Bayer)購併亞文提斯(Aventis

CropScience),金額高達 66 億美元;目前主要的跨國的農業生技大廠有 Syngenta,Monsanto,BASF,DowAgro,DuPont 及 Bayer 等。

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