2018年世界前沿科技发展态势及2019年趋势展望——生物篇

本文为春节专题文章——“年度科技发展态势总结与展望”的第三篇生物篇。

世界生物领域2018年发展态势

多国发布促进生物技术快速发展的战略规划。美国立卫生研究院（NIH）发布《体细胞基因组编辑》，促进基因编辑技术应用于人类疾病治疗；美国家科学、工程与医学院发布《2030年推进粮食和农业研究的科学突破》，提出在2030年之前为应对紧急挑战并促进粮食生产和农业科学研究需要实现的5大突破。欧盟发布“欧洲跨境基因组数据库合作宣言”，推动精准医疗进程。俄罗斯政府发布《2018-2020年生物技术和基因工程发展措施计划》，促进生物医药、工农业生物技术、生物能源和基因工程等9个领域的生物技术基础研究和产业发展。新加坡国立研究基金会发布《国家合成生物学研究》计划，利用合成生物学推动生物基产业发展。

生物经济发展受到广泛重视，各国加大研发投资力度。美国能源部资助7800万美元用于生物能源的早期研发项目。美国国家科学基金会投资1200万美元支持生物基半导体存储系统的开发。欧盟发布新版生物经济战略《欧洲可持续生物经济：加强生物与经济、社会和环境之间的联系》，并向生物基研发项目投资1.15亿欧元。英国计划在未来5年内投入1000万美元，用于支持生物制造、生物修复和生物能源领域研究。

前沿生物技术频现突破，颠覆性成果不断涌现。在脑与神经科学领域，美国科学家首次建立多人脑对脑接口合作系统，实现意念交流。美国加州大学洛杉矶分校借助RNA实现海兔之间的记忆转移。在基因编辑领域，美国博德研究所开发出升级版Cas9酶“xCas9”，大大拓展编辑范围并提高准确性。日本神户大学利用CRISPR/Cas9成功灭活HIV-1病毒。中国科学家利用基因编辑技术首次实现小鼠孤雄生殖。在合成生物学领域，美国凯斯西储大学首次人工合成了对人传染、具有高度破坏性的人类朊病毒。中国科学家成功创建世界首例人造单染色体真核细胞。在干细胞领域，美国萨克研究所使用干细胞技术培养出具有血管和复杂神经的人脑类组织。日本完成全球首例通过诱导多能干细胞治疗人类帕金森病的临床试验。德国科学家利用诱导多能干细胞培育的心脏组织开展心脏疾病研究和药物测试。在生物计算领域，美国情报高级研究计划局（IARPA）启动“分子内信息存储”项目，开发针对EB级数据的DNA存储技术。爱尔兰沃特福德理工学院开发出可在1克DNA中存储1ZB数据的新方法。

全球生物安全形势愈加严峻，多国积极布局生物安全体系与能力建设。今年以来，非洲猪瘟等全球性疫情蔓延、敏感生物资源泄露加剧、两用生物技术门槛不断降低等众多挑战使生物安全形势愈加严峻。为有效应对日益严峻的生物安全形势，美国、英国和澳大利亚纷纷发布国家级生物安全战略，加强对国内外生物安全治理力量的统筹协调，建立全流程生物防御体系。此外，多国通过支持生物医学基础研究加强生物安全能力建设。例如，美国国防威胁降低局、国土安全部、海军陆战队等政府部门合作开发了多项病毒监测和预警新技术，以期实现对生化威胁的及时响应。澳大利亚国防部和墨尔本大学联合开发出可实时评估疾病危害程度和可能传播路径的两套疾病检测系统EpiDedend和EpiFX。

人工智能推动生物医疗领域快速发展，促进疾病诊治和科学发现新突破。美国谷歌旗下DeepMind公司研发的人工智能应用AlphaFold，可根据基因序列预测蛋白质结构。新加坡国立大学研究人员使用AI优化新型药物组合的给药剂量，成功治愈前列腺癌晚期患者。瑞士科学家开发出可高效解析药物分子结构的人工智能程序。英国科学家开发出准确率高达94%、可识别50多种眼疾的人工智能系统。

世界生物领域2019年趋势展望

精准医疗在大规模基因组测序推动下走向现实应用。美国NIH在2018年5月启动“All Of Us”项目，计划在未来10年开展100万人基因组测序。英国政府计划在未来5年内开展500万人基因组测序，并表示从2019年起，将全基因组测序作为辅助重病患儿和难治愈罕见疾病成年患者的治疗标准之一。欧盟计划未来3年完成对欧盟地区100万人的基因组测序。以基因组学为基础的精准医学，通过基因测序获得愈加丰富的基因组数据，将促进癌症和罕见病的致病机理研究和药物开发，或在2019年加快走向临床试验和应用。

新兴技术促进太空生物医学研究进入新阶段，各国竞相开展相关研究。美国宇航局利用最新测序技术实现在太空中对DNA和RNA的测序，将促进由美国家科学、工程和医学院发布的《寻找宇宙生命的天体生物学战略》实施，助力太空生命探索。俄罗斯利用3D打印技术在太空中制造出老鼠甲状腺，为太空3D打印人体器官铺平道路。美国计划于2019年春季在太空开展3D打印生物器官的研究工作。美国NIH启动太空组织芯片计划，已将免疫组织芯片送入国际空间站，并计划在2019年上半年，将肾脏组织芯片、骨骼和软骨组织芯片、血脑屏障组织芯片和肺组织芯片等送往国际空间站，以研究微重力环境中人类器官病变相关机理。

生物安全问题将被愈加重视。英美等已发布国家生物安全战略的国家，将在2019年进入战略实施阶段，进一步完善本国的生物安全体系。其他多国也愈加重视生物安全，或借鉴美英的做法制定本国的生物安全战略，提高本国生物防御能力。

基因疗法加速进入临床应用，其伦理问题引发广泛关注。美国食品药品监督管理局（FDA）发布6项基因疗法监管指南，美国NIH取消对基因治疗方案的特殊监管，这些将加快FDA对基因疗法的审批流程。基因疗法产品或在2019年加速进入临床试验阶段，某些产品可能将被获批上市。然而，中国科学家利用基因编辑技术制造的“天然免疫HIV”婴儿，再次使基因疗法的伦理问题引发广泛关注。这将对基因疗法的研究和应用造成不利影响。2019年多国或出台关于基因治疗伦理问题的具体管理措施。

研究所简介

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