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2017年生命科学发展回顾与展望
来源:学习时报    作者:王小理    2018-01-31 00:29:28

  核心阅读

  在2018年及并不遥远的未来,新一代精细化操控生物学现象的变革性工具,将开拓生物科技新领域、新空间、新疆域,其引领新一轮生物科技革命乃至更广泛范围科技革命的前景日渐明朗。

  2017年,生命科学延续近年来的高速发展态势,科技政策和科研成果亮点纷呈,在引领未来经济社会发展中扮演着越来越重要的角色。目前生物科技已经迈入跨越发展的关键时期,拐点即将到来,但也出现了值得关注的新现象。

  基础研究突破连绵不断,展现学科旺盛活力

  围绕生物学基本命题,在生命起源与合成、免疫系统原理、生殖发育与细胞命运调控、重大疾病、脑神经等前沿领域取得重大进展。首次证明利用早期原始材料合成构成RNA的嘌呤类核苷酸和嘧啶类核苷酸的化学机制相同且形成于同一种前体分子,使距揭示地球生命起源之谜更近一步。成功从头设计和合成酿酒酵母4条染色体,人工合成酵母基因组计划Sc 2.0取得里程碑成果;合成“稳定”的半合成有机体,向创造新生命形式与功能迈出重要步伐。首次对肝癌T细胞的免疫图谱做出了系统的刻画。第一次在分子、细胞、器官和整体动物水平上,完整解码哺乳类动物雄性生殖系统衰老之谜。成功将人体多能干细胞转化为具有造血干细胞功能的细胞;首次报道近原子分辨率的人源剪接体结构,为深入理解最基本的分子机器工作机理提供重要基础。建立寨卡病毒的胎鼠动物模型,揭示病毒感染导致小头畸形的分子机制。首次描述线虫大脑控制身体运动的工作图谱,完成小鼠全脑精细血管的立体定位图谱,脑科学研究迈出新步伐。

  高精尖研发工具推陈出新,应用进入历史拐点

  生命科学迈入高精尖工具带动的新时代,科研效能大幅提升。基于先进低温电子显微镜,成功解析一种解旋酶参与真核生物内DNA复制的结构过程。借助计算模型,阐明艾滋病病毒在细胞间传播过程中的全新细节。创建更为精细的新型遗传谱系示踪技术和描述细胞发育路线图的新算法,为解析特定细胞的起源和命运提供强大利器。基于新电极装置的光遗传学技术,将基因递送、光植入和记录电极三个步骤并作一步,技术能级大为提升。

  重大应用进入历史性拐点。对患者T细胞进行基因技术处理的个性化疗法CAR-T技术和精准医疗进展显著,首个基因疗法、首个靶向肿瘤分子标记物的药物获准在美国正式上市。我国首个干细胞通用标准发布,有望推动干细胞研究应用规范化发展。业界备受追捧的基因编辑技术继续风生水起。《科学》杂志报道,科学家正首次尝试在人体内直接进行基因编辑,或将是人类医疗史上的一项里程碑。同时,不断有新型基因编辑工具问世,该技术在农业、医疗、环境等领域应用的时代正在到来。

  学科交叉汇聚蓬勃发展,塑造崭新创新维度

  各类人造器官和“芯片实验室”犹如雨后春笋。研制出3D类脑器官;研发可长时间维持有机体保持正常生理状态的“人造子宫”,并使试验中的羔羊存活4周。美国首次批准对一种肝脏芯片开展一系列测试,有望取代动物模型。国内首条人源性生物人工肝临床研发生产线已建成。人造器官的发展,对于理解和模拟复杂生物功能提供了新选择,为生物学研发带来革命性影响。

  生物存储和生物计算取得新突破,赋予生物技术与特定信息技术在功能上相媲美的潜能。成功创建一种在DNA中存储数据的新方法,创造出迄今最高密度大规模数据存储方案,新系统将具备1克DNA存储215拍字节的能力。研制出只包含RNA的细胞内纳米电路,能在大肠杆菌活细胞内对12种不同指令同时反应。成功设计哺乳动物细胞生物计算机,电路可运行16种不同的逻辑计算。研制出一种单向传导电信号的生物活性二极管,开创制造细胞电路的自组装方法。

  综合来看,生命科学与工程机械、纳米科学、信息科学、材料科学等学科交叉并不断深入。在分子生物机器、生物电池、脑机接口装置、新型材料、生物制造与3D生物打印、生物仿生等领域不断掀起新热点,将人类认识生物、改造利用生物的能力提升到新高度。

  经济与社会影响备受瞩目,占据关键政策议程

  2017年,生物科技继续影响人类经济社会生活。从围绕“基因魔剪”专利所有权争夺与裁决、“三父母”婴儿技术的伦理争议,到谷歌、阿里巴巴等科技巨头继续“跨界”进入生物医疗领域,从严峻的超级细菌传播形势,到我国首个生物安全四级实验室启用和“重组埃博拉病毒病疫苗(腺病毒载体)”的新药注册申请获得批准,从国际脑实验室成立,到首份地球微生物多样性数据集出炉,趋势越发明显:国际生命科学领域的竞合新态势正在加速形成。

  牢牢占据世界主要经济体和国际组织的政策议程。我国《“十三五”生物技术创新专项规划》《“十三五”生物产业发展规划》发布,生命科学和生物产业战略地位更加突出。美国特朗普政府举办生物技术界知名人士碰头会议,研讨生物技术与经济社会发展的关系;欧盟发布《生物经济战略回顾》报告,并计划在2018年对该战略进行修订;欧洲海洋局发布《海洋生物技术:推动欧洲生物经济创新发展》。此外,英国推出《生命科学产业战略》,韩国公布《生物原创技术开发计划》2017年实施规划,G20汉堡峰会启动国际抗生素耐药性研发计划,OECD发布《微生物组、饮食和健康:科学和创新规划》等。在政策议程推动下,生物科技不断向更深、更广的领域转化发展。

  在国防和国家安全领域的地位凸显,相关负面报道引发关注。2017年以来,美国特朗普政府宣布将制定新的国家生物防御战略,国防高级研究计划局全面推动合成生物学(基因编辑、基因驱动)、传染病科技和脑科学领域的前瞻布局,其潜在军事用途引发广泛忧虑。美国高端科技智库在合成生物学、生物安全监测计划、未来生物技术监管等方面,几乎同时进行研讨,试图引导生物科技发展议程。篡改草甘膦评估报告事件曝光,有证据显示整个事件有幕后策划和利益集团操控的迹象。总体上,生物安全形势也处于大变局的关键时期。

  新一轮生物科技革命的前景与忧思

  在2018年及并不遥远的未来,新一代精细化操控生物学现象的变革性工具,将开拓生物科技新领域、新空间、新疆域,其引领新一轮生物科技革命乃至更广泛范围科技革命的前景日渐明朗。从生物大分子和特异细胞的精细化鉴定与谱系示踪,到生殖发育过程中的细胞命运和神经网络信号转导的精细化调控,再到生物系统模块的构建和系统精准模拟,以高通量测序技术、高性能基因编辑技术、单细胞分析和谱系示踪技术、超高分辨率生物成像技术、光遗传学技术、生物大数据技术等使能工具为代表的新一代变革性研究工具,将精准观测、分析、调控、还原和重现生命过程(乃至生命进化过程),大幅度提升对生命过程的理解,将把生物学研究和应用提升到前所未有的空间、时间维度与应用范围。按照当前生物科技进步的加速度推算,以“信息生物”为基础标志,以创生、再生、仿生等为主要应用的新一轮生物科技变革有望在未来5—10年进一步呈现、系统性展开。

  生物科技成果的转化应用进程加速,而各环节的潜在影响也值得警惕,急需做好对应制度安排。科技供给侧一旦实现成功颠覆性创新,市场就会以波澜壮阔的交易生成进行回应。包括动植物快速定向育种、基因组医学、肿瘤免疫治疗、生物大数据、生物能源、生物制造、生态修复等新技术的转化应用,将有望降低人类对自然资源的依赖,破解人类面临的资源、能源、健康、安全等重大难题。同时,生物技术的社会效应正在显现,伦理、法律和环境问题越发突出,生物技术的两用性、生物恐怖、生物武器、生物战争的阴影浮现,对此必须保持清醒和警惕。将主要围绕人类社会基本物质利益需求的生物科技发展观1.0版,升级到围绕人类社会可持续发展的生物科技发展观2.0版,并采取相应的监管和公共治理机制,已变得越发清晰和急迫。宜积极主动、未雨绸缪,在政策上做出前瞻性安排。

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