一、世界生物技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要?jiǎng)酉?/h2>

（一）世界主要經(jīng)濟(jì)體強(qiáng)化生物技術(shù)與產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局

當(dāng)前，世界主要經(jīng)濟(jì)體普遍面臨人口老齡化、環(huán)境資源惡化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展缺乏新動(dòng)能等諸多問題。而近年來(lái)生命科學(xué)與生物醫(yī)藥領(lǐng)域的基因編輯、干細(xì)胞、基因治療、連續(xù)制造工藝（Continues manufacturing，CM）等技術(shù)的持續(xù)突破和快速轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為革新醫(yī)療手段、孕育新的產(chǎn)業(yè)，解決當(dāng)前國(guó)際社會(huì)面臨的共同難題帶來(lái)曙光。為加強(qiáng)生物前沿科技的發(fā)展和生物產(chǎn)業(yè)的布局，世界主要經(jīng)濟(jì)體紛紛出臺(tái)新的頂層戰(zhàn)略。

2019年1月，美國(guó)衛(wèi)生與公眾服務(wù)部發(fā)布《2019—2022國(guó)家衛(wèi)生安全戰(zhàn)略》，提出改善政府管理、優(yōu)化國(guó)際伙伴及國(guó)內(nèi)部門間的組織協(xié)調(diào)、加強(qiáng)綜合情報(bào)等相關(guān)力量、充分利用私營(yíng)部門能力，推動(dòng)前沿技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極應(yīng)對(duì)流行性傳染病爆發(fā)、化學(xué)、生物、放射和核威脅（CBRN）、醫(yī)療器械網(wǎng)絡(luò)漏洞和新興生物技術(shù)濫用等威脅。2019年4月，俄羅斯政府發(fā)布《2019—2027年俄羅斯聯(lián)邦基因技術(shù)發(fā)展計(jì)劃》，強(qiáng)調(diào)將加速基因編輯等基因技術(shù)發(fā)展，為醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)創(chuàng)造科技儲(chǔ)備，并監(jiān)測(cè)和預(yù)防生物性緊急情況的發(fā)生。2019年5月，韓國(guó)政府發(fā)布《生物健康產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略》，提出要推進(jìn)創(chuàng)新藥、醫(yī)療器械和醫(yī)療技術(shù)發(fā)展，將生物健康產(chǎn)業(yè)培育成助力產(chǎn)業(yè)，在10年內(nèi)創(chuàng)造30萬(wàn)個(gè)新就業(yè)崗位，將創(chuàng)新藥和醫(yī)療器械的全球市場(chǎng)占有率增加3倍。2019年6月，英國(guó)生物技術(shù)與生物科學(xué)研究理事會(huì)（Biotechnology and Biological Sciences Research Council，BBSRC）發(fā)布《生物科技領(lǐng)域?qū)嵤┯?jì)劃2019》，提出加強(qiáng)對(duì)生命規(guī)律的探索并推動(dòng)技術(shù)變革，積極推動(dòng)農(nóng)業(yè)和食品、可再生資源、健康三大領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，維持英國(guó)在生命科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。2019年6月，日本發(fā)布《2019生物戰(zhàn)略——面向國(guó)際共鳴的生物社區(qū)的形成》，提出建立生物優(yōu)先思想、建設(shè)生物社區(qū)、建成生物數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)三大目標(biāo)，旨在到2030年將日本建成世界最先進(jìn)的生物經(jīng)濟(jì)社會(huì)。

在生物醫(yī)藥與國(guó)民健康領(lǐng)域，2019年1月，英國(guó)政府發(fā)布《抗微生物藥物耐藥性 20年展望》和新的 5年國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃——《解決抗微生物藥物耐藥性 2019—2024》，提出通過減少對(duì)抗微生物藥物的需求和無(wú)意接觸，優(yōu)化抗微生物藥物的使用，以及保障微生物耐藥性解決方案的供應(yīng)，在 2040年前有效控制微生物耐藥性感染問題。2019年3月，歐盟委員會(huì)通過《解決環(huán)境中藥物的戰(zhàn)略方法》，就減少向環(huán)境排放藥物帶來(lái)的微生物耐藥性問題，提出促進(jìn)審慎使用、改進(jìn)培訓(xùn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、激勵(lì)“綠色設(shè)計(jì)”、減少制造排放，以及減少浪費(fèi)和改善廢水處理6項(xiàng)針對(duì)性措施。2019年9月，美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）啟動(dòng)“藥物過量從數(shù)據(jù)到行動(dòng)”計(jì)劃，首期投資3億美元用于強(qiáng)化藥物過量的預(yù)防和應(yīng)對(duì)工作，具體措施包括監(jiān)測(cè)藥物過量的數(shù)據(jù)、提高本土應(yīng)對(duì)能力、快速識(shí)別過量威脅及提高公眾認(rèn)識(shí)等。

在生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，2019年3月，美國(guó)生物質(zhì)研究與開發(fā)理事會(huì)發(fā)布《生物經(jīng)濟(jì)計(jì)劃：實(shí)施框架》。該文件提出振興美國(guó)經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長(zhǎng)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)發(fā)展與農(nóng)業(yè)就業(yè)、保障能源安全及改善環(huán)境等目標(biāo)。2019年3月，意大利發(fā)布《意大利的生物經(jīng)濟(jì)：為了可持續(xù)意大利的新生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》報(bào)告，圍繞農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、海洋、食品、生物基產(chǎn)品和生物能源等領(lǐng)域，提出了創(chuàng)新研究行動(dòng)計(jì)劃、應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)及系列政策措施，以推動(dòng)意大利實(shí)現(xiàn)“從經(jīng)濟(jì)到可持續(xù)生物經(jīng)濟(jì)”的轉(zhuǎn)變。2019年5月，加拿大政府發(fā)布首個(gè)國(guó)家生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略《加拿大生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略——利用優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性未來(lái)》，將生物經(jīng)濟(jì)提高至戰(zhàn)略地位，并提出制定靈活的政策法規(guī)、建立生物質(zhì)供應(yīng)與管理體系、建立強(qiáng)大的企業(yè)與價(jià)值鏈，以及建立強(qiáng)大的可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)四大目標(biāo)。

（二）基因編輯技術(shù)取得積極進(jìn)展，應(yīng)用準(zhǔn)則得到全球關(guān)注

基因編輯工具箱日益豐富、完善，基因編輯技術(shù)在植物育種、動(dòng)物疾病模型構(gòu)建及基因治療領(lǐng)域的應(yīng)用取得諸多突破性進(jìn)展。南京大學(xué)開發(fā)出智能光控CRISPR/Cas9 技術(shù)，研究人員將 CRISPR/Cas9 復(fù)合物鎖定在對(duì)光敏感的納米粒子中，利用外界光源控制基因編輯靶點(diǎn)，顯著提高了CRISPP/Cas9系統(tǒng)基因編輯的靶向性。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)開發(fā)出新型基因編輯工具INTERGRATE，該工具利用Tn7-like轉(zhuǎn)座子整合酶（TniQ），可在不切割DNA的前提下將DNA序列準(zhǔn)確插入基因組，進(jìn)一步提高了CRISPR系統(tǒng)的編輯精度。在農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域，美國(guó)索爾克研究所通過對(duì)EXOCYST70A3基因進(jìn)行編輯，使作物可以生長(zhǎng)出更深的根，顯著提高作物的固碳能力。在動(dòng)物疾病模型構(gòu)建領(lǐng)域，中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所和上海腦科學(xué)與類腦研究中心利用 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)，敲除了體外受精猴胚胎中控制生物節(jié)律的核心基因 BMAL1，構(gòu)建出 BMAL1 缺失獼猴，為研究人類睡眠障礙、精神分裂等節(jié)律紊亂相關(guān)疾病提供了重要參考模型。在基因治療領(lǐng)域，美國(guó)杜克大學(xué)（Duke University）、美國(guó)索爾克研究所和西班牙奧維耶多大學(xué)（University of Oviedo）在利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)治療早衰癥和杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD）方面開展了集中攻關(guān)，最終證實(shí)使用 AAV9 作為載體的基因編輯系統(tǒng)使早衰小鼠的生存時(shí)間延長(zhǎng)了約25%；利用AAV8作為載體的基因編輯系統(tǒng)可治療患有DMD的小鼠，單次注射的療效能保持長(zhǎng)達(dá)1年的時(shí)間，且其間無(wú)毒性作用。這一系列成果證明了永久性基因矯正對(duì)DMD等多類疾病的治療潛力，大大推動(dòng)了基因編輯技術(shù)走向臨床的進(jìn)程。

基因編輯技術(shù)濫用事件引發(fā)了國(guó)際學(xué)界對(duì)構(gòu)建基因編輯技術(shù)應(yīng)用和監(jiān)管框架的積極探索。2019年3月，來(lái)自7個(gè)國(guó)家的十余位科學(xué)家和倫理學(xué)家在《自然》期刊聯(lián)名呼吁，全球應(yīng)全面暫停可遺傳性基因編輯的臨床試驗(yàn)，并確立國(guó)際監(jiān)管框架。2019年3月，世界衛(wèi)生組織宣布將在兩年內(nèi)同社會(huì)各界共同制定并推出一個(gè)強(qiáng)有力的人類基因編輯國(guó)際治理框架。2019年8月，世界衛(wèi)生組織啟動(dòng)全球人類基因組編輯注冊(cè)計(jì)劃，呼吁全球所有與人類基因組編輯相關(guān)的研發(fā)項(xiàng)目責(zé)任方進(jìn)行登記，以促進(jìn)人類基因編輯的規(guī)范管理。

（三）重大疾病研究不斷突破，創(chuàng)新療法加速走向臨床應(yīng)用

在艾滋病研究和診治方面，英國(guó)倫敦大學(xué)（University of London）的研究團(tuán)隊(duì)利用干細(xì)胞移植成功清除一名艾滋病患者體內(nèi)的病毒，或?qū)⑹乖摶颊叱蔀槿虻诙滩≈斡撸粴W洲多國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法（ART）可抑制人類免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV）的傳播，或可實(shí)現(xiàn)在無(wú)保護(hù)性行為中HIV零感染。在糖尿病創(chuàng)新療法方面，美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出內(nèi)含微型可降解胰島素注射針的口服胰島素膠囊，有望解決Ⅱ型糖尿病患者每天注射胰島素的困擾；奧地利等國(guó)科學(xué)家成功培育出“高仿真”人體血管類器官，找到糖尿病并發(fā)癥的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素；瑞士科學(xué)家首次證明人胰島中非β細(xì)胞可被重編程為分泌胰島素的類β細(xì)胞，有望治愈糖尿病患者。在抗衰老和老年疾病研究方面，美國(guó)索爾克研究所開發(fā)出可延緩哺乳動(dòng)物衰老的基因療法；巴西科學(xué)家發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)誘發(fā)激素或能防止阿爾茨海默病導(dǎo)致的記憶損失；中國(guó)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)通過靶向編輯長(zhǎng)壽基因 FOXO3，創(chuàng)造出全球首個(gè)遺傳增強(qiáng)的人類血管細(xì)胞，有效抵抗血管衰老和癌變。在癌癥研究和治療方面，美國(guó)艾倫研究所（Allen Institute）發(fā)布集成有絲分裂干細(xì)胞可視化3D數(shù)據(jù)模型，該模型可幫助研究人員更深入地了解染色體異常、細(xì)胞復(fù)制和分裂等過程，促進(jìn)癌癥研究；美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)（University ofPennsylvania）首次開展將基于CRISPR技術(shù)改造的T細(xì)胞療法用于實(shí)體瘤患者（復(fù)發(fā)性黑色素瘤患者和肉瘤患者）的臨床治療。在罕見病、遺傳病研究和基因療法方面，諾華公司（Novartis）用于一次性治療脊髓性肌萎縮（SMA）的基因療法Zolgensma獲美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)上市；美國(guó)藍(lán)鳥生物公司（Bluebird Bio）用于治療β地中海貧血病的基因療法Zynteglo獲歐盟批準(zhǔn)上市，有望使患者擺脫終生輸血和終生服藥的困擾。

（四）腦機(jī)接口技術(shù)熱度猛增，前沿突破不斷涌現(xiàn)

腦機(jī)接口因具有開創(chuàng)性的民用醫(yī)療用途和顛覆性的軍事用途，近年來(lái)得到世界主要經(jīng)濟(jì)體、公司及資本的高度關(guān)注，并取得一系列突破性成果。2019年4月，美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院“推進(jìn)創(chuàng)新性神經(jīng)技術(shù)”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies，BRAIN）項(xiàng)目資助下，開發(fā)出將大腦電信號(hào)轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音的腦機(jī)接口技術(shù)，目前該技術(shù)的轉(zhuǎn)換能力達(dá)到每分鐘10 個(gè)單詞。5月，DARPA 公布了“下一代非侵入性神經(jīng)技術(shù)”（Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology，N3）項(xiàng)目未來(lái)的6條關(guān)鍵技術(shù)路徑，推動(dòng)可穿戴微型腦機(jī)接口系統(tǒng)的開發(fā)及在國(guó)防實(shí)踐中的應(yīng)用。這6條關(guān)鍵技術(shù)路徑分別為：可實(shí)現(xiàn)雙向通信的微創(chuàng)接口系統(tǒng)、將電信號(hào)寫入神經(jīng)元的無(wú)創(chuàng)聲光設(shè)備、對(duì)大腦進(jìn)行連貫記錄的光學(xué)系統(tǒng)、將信息寫入大腦的無(wú)創(chuàng)聲磁設(shè)備、大腦信息記錄和寫入的微創(chuàng)雙向光磁系統(tǒng)，以及神經(jīng)元信息寫入的無(wú)創(chuàng)光磁集成設(shè)備。

在產(chǎn)業(yè)界，埃隆·馬斯克（Elon Musk）創(chuàng)辦的Neuralink公司于2019年7月宣布研發(fā)出一款可連接蘋果手機(jī)的侵入性腦機(jī)接口系統(tǒng)，并計(jì)劃于 2020年進(jìn)行人體試驗(yàn)。該系統(tǒng)的工作方式類似縫紉機(jī)：首先將柔性電極線穿過針鼻，然后由智能機(jī)器人將柔性電極線插入大腦中深度不同的位置，以讀取神經(jīng)元信號(hào)。其中，電極線由一系列微小電極和傳感器組成，能從大量腦細(xì)胞中捕獲信息，并通過芯片將信息無(wú)線發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)分析。通過無(wú)線連接，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人與應(yīng)用程序的互動(dòng)。2019年7月，臉譜也公布了直接從人腦解碼人類語(yǔ)音的腦機(jī)接口研究進(jìn)展。該系統(tǒng)借助高密度腦電圖，可將對(duì)話相關(guān)的腦活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼，使腦機(jī)接口感知（聽到）和生成（說出）語(yǔ)音，準(zhǔn)確率分別達(dá)到76%和61%。研究人員正在改進(jìn)算法，以降低錯(cuò)誤率并擴(kuò)大詞匯量，最終開發(fā)出一款非侵入式AR頭戴設(shè)備。

（五）生物存儲(chǔ)與計(jì)算技術(shù)取得積極進(jìn)展

近年來(lái)，合成生物學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展為推動(dòng)生物分子成為數(shù)字化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)載體奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，以DNA存儲(chǔ)為代表的生物存儲(chǔ)與計(jì)算技術(shù)取得系列突破性進(jìn)展。

在生物存儲(chǔ)領(lǐng)域，2019年3月，微軟與美國(guó)華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用自主開發(fā)的軟件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息0和1與DNA堿基信息A、T、C、G的全自動(dòng)互轉(zhuǎn)和識(shí)別，這有助于推動(dòng)DNA的規(guī)模化存儲(chǔ)，降低DNA信息存儲(chǔ)成本。研究人員共花費(fèi)21個(gè)小時(shí)將“hello”轉(zhuǎn)譯成 DNA 并成功讀取。雖然該技術(shù)仍有改善空間，但全自動(dòng)合成和讀取將是 DNA 存儲(chǔ)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵步驟。2019年5月，美國(guó)哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種利用易獲得、低能耗、穩(wěn)定且能超長(zhǎng)時(shí)間保存的寡肽分子儲(chǔ)存數(shù)據(jù)（以二進(jìn)制形式）的新方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)準(zhǔn)確率超過99%。該方法減少了合成新分子的難度和消耗的時(shí)間，同時(shí)規(guī)避了從線性大分子中編碼和讀取數(shù)據(jù)遇到的難題。不同寡肽的氨基酸的種類和數(shù)量不同，使它們很容易從混合物中被區(qū)分出來(lái)并被準(zhǔn)確讀取。因此，基于寡肽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法較 DNA 存儲(chǔ)技術(shù)或許更具優(yōu)勢(shì)。2019年8月，美國(guó)麻省理工學(xué)院應(yīng)用CRISPR 堿基編輯技術(shù)創(chuàng)建了可編碼細(xì)菌和真核細(xì)胞中邏輯與記憶的 DOMINO 系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用含CRISPR-Cas9酶變體的堿基編輯器，將DNA胞嘧啶突變?yōu)樾叵汆奏ざ黄茐碾p鏈 DNA，進(jìn)而創(chuàng)建執(zhí)行邏輯計(jì)算的電路和可記錄、以特定順序發(fā)生級(jí)聯(lián)事件的電路。

在生物計(jì)算領(lǐng)域，2019年4月，美國(guó)斯坦福大學(xué)和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）開發(fā)出一種類腦計(jì)算機(jī)的部分裝置：它類似一種人造突觸，可模仿神經(jīng)元在大腦中的通信方式，同時(shí)處理信息存儲(chǔ)和信息運(yùn)算過程。對(duì)于特定任務(wù)，人工突觸系統(tǒng)處理和記憶動(dòng)作所需的能量，僅相當(dāng)于最先進(jìn)的計(jì)算系統(tǒng)的1/10。2019年7月，美國(guó)布朗大學(xué)的研究人員成功將數(shù)字圖像儲(chǔ)存在含有糖、氨基酸和其他類型小分子的液體混合物陣列中，并在其中進(jìn)行檢索。研究人員使用該技術(shù)成功編碼和檢索了小于2千字節(jié)的圖像文件。研究人員表示，在某些情況下，小分子可以擁有比DNA更大的信息密度，混合物的存儲(chǔ)容量隨代謝物的數(shù)量變化，并且有數(shù)千種已知代謝物可供使用。此外，許多代謝物可以相互反應(yīng)形成新化合物，這意味著研究人員不僅能在代謝混合物中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，還能在其中進(jìn)行計(jì)算，這為分子系統(tǒng)提供了更多可能性。

2019年8月，DARPA啟動(dòng)了一項(xiàng)名為“自然計(jì)算機(jī)”（Nature as Computer，NAC）的研究計(jì)劃，旨在模仿生物細(xì)胞活動(dòng)、化學(xué)鍵作用及其他自然過程的計(jì)算能力，開發(fā)可解決復(fù)雜計(jì)算問題的高效計(jì)算機(jī)。NAC項(xiàng)目經(jīng)理表示，經(jīng)典計(jì)算機(jī)模擬核爆炸、對(duì)空氣紊流進(jìn)行建模、計(jì)算復(fù)雜的物理過程等都需要耗費(fèi)大量時(shí)間、資金和硬件資源，而自然界存在大量能以最少的資源實(shí)現(xiàn)有效計(jì)算的計(jì)算過程（如“蛋白質(zhì)折疊”可在微秒內(nèi)自發(fā)完成）。該項(xiàng)目通過對(duì)材料進(jìn)行工程化處理，模擬自然過程的運(yùn)行機(jī)制，或可開發(fā)出一種完全不同的新型計(jì)算策略，有望對(duì)航空、機(jī)器人、納米材料及其他領(lǐng)域產(chǎn)生不可估量的影響。