十九大报告与前沿科技｜生物产业走向何方？前沿技术热点梳理与发展方向研判

编者按

近年来，学科间的交叉会聚越来越明显，科技创新成果层出不穷。中国科协与生命科学学会联合体、能源学会联合体、信息科技学会联合体、军民融合学会联合体、智能制造学会联合体联合，通过长期的跟踪研究，把握世界科技前沿动态，并定期以“中国科协创新智库产品”发布报告。本文主要介绍生物产业前沿热点技术取得的新突破以及将来发展的主要方向，为科技管理人员提供决策咨询，也为研究与开发人员提供综合的参考信息。

一、生物产业当前发展的前沿热点技术

随着现代生命科学快速发展，以及生物技术与信息、材料、能源等技术加速融合，基因组编辑、高通量测序和生物信息分析等现代生物技术突破与产业化快速演进，生物经济正加速成为继信息经济后新的经济形态，对人类生产生活产生深远影响。CRISPR基因编辑技术、组学数据、合成生物学、细胞治疗等新技术加速普及应用，正改变着传统的疾病预防、检测、治疗模式，为提高人民群众健康质量提供了新的手段。

1. CRISPR基因编辑工具的开发丰富疾病治疗手段

第三代基因编辑技术CRISPR在疾病上的应用为遗传性疾病治疗提供了一条全新的道路，包括肿瘤疾病、免疫类疾病、神经退行性疾病等都有应用。在未来，随着基因编辑技术的不断成熟，将会彻底颠覆传统的人类遗传性疾病治疗方法，并为基因编辑治疗方法打开一个巨大的市场。

2. 组学数据的整合分析提升疾病靶点的筛选效率

随着高通量测序技术的不断发展与完善，不同层次和类型的生物组学数据的获取及分析方法也日趋成熟与完善。基于单组学数据的疾病研究已经发现了诸多新的疾病相关因子，而整合多组学数据研究疾病靶点是刚刚兴起的一项技术。通过对多种层次和来源的高通量组学数据的整合分析，系统地研究临床发病机理、确定最佳疾病靶点已经成为精准医学研究的重要发展方向，将为疾病研究提供新的思路，并对疾病的早期诊断、个体化治疗和指导用药等提供新的理论依据。

3. 合成生物学为生物产业研究带来变革

伴随着基因组学和系统生物学的不断进步，合成生物学将通过生物制造给产品和物质开发带来革命性影响。企业纷纷投资颇具前景的人工改造的生物产品，包括微生物、植物橡胶、生物基丙烯酸树脂、产于生物废料的绿色化学品、维生素以及用可再生碳水化合物生产的生物柴油。它是产业发展的新一轮浪潮，生物制造将以可持续原料取代传统原料，从而改变所有产品的生产工艺，使全球经济更为可持续。

4. 细胞治疗为肿瘤治疗提供新的治疗体系

目前，传统的免疫细胞治疗已经在肿瘤治疗方面凸显疗效，而干细胞的临床治疗也在心血管系统疾病、糖尿病、退行性疾病、自身免疫性疾病等重大疾病中得到应用研究，取得一系列临床成果。尽管细胞治疗依然有许多的技术难点尚未突破，确切的作用机制还不清晰，特别是临床应用的有效性和安全性依然是目前关注和争论的焦点，该技术已表现出巨大的应用潜力。

二、生物产业主要发展方向

1. 组学研究升级引领生命科学向系统化方向发展

生命科学的研究越来越倾向于生物学和医学研究的系统化。美国、加拿大等国家都出台了系统生物学领域的战略规划，加强系统生物学领域布局。系统生物学作为不断升级的组学研究概念，其学术与转化成果在国内开枝散叶，硕果累累，如上海生物信息技术研究中心负责的精准医学与国家生物医学大数据基础设施，北大生命科学学院发表的预测和可视化异常染色体三维结构与致病基因关系的数据库网站等。

2. 药物研发及疾病治疗趋向“个性化”

药物研发和疾病治疗掀起“精准医学”全球的热潮。2015年，奥巴马提议斥资2.15亿美元，开展美国100万人基因组研究的精准医疗计划。“个性化”的“精准医学”领域的相关技术发展很快，组学的整合研究有利于基于分子表型的疾病新分类系统的形成。靶向特异性药物是精准医学重要的应用领域。数据的标准化和大数据分析是未来实现精准医学的基础。基因测序和细胞免疫治疗也成为关注的热点，这些技术已被列入我国科技部发布的《“精准医学研究”重点专项2017年度项目申报指南建议征求意见稿》中。

3. 基因编辑技术的广泛应用引发全球热潮

近几年，随着基因编辑技术的逐渐普及，尤其是简便、廉价的第三代技术CRISPR／Cas9的出现，掀起了基因工程领域的新高潮。美国、英国等对基因编辑技术进行了新的尝试。目前在国际上对于CRISPR技术主要集中于对CRISPR系统基因编辑能力的改进以及对于其应用领域的拓宽两个方面。同时，对于CRISPR的替代技术也在研发中。

4. 颠覆性新技术渗透医疗器械领域

数字化和信息化是医疗器械的发展趋势，液体活检、3D打印、PET-CT等颠覆性技术的出现从根本上改变现有诊疗手段及医疗格局。液体活检的出现可以解决组织活检的局限性问题；近年来3D打印在生物医学中应用的研究成果层出不穷，3D生物打印技术优势突出；PET-CT将PET与CT完美融为一体，由PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息，而CT提供病灶的精确解剖定位，一次显像可获得全身各方位的断层图像，具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点，可一目了然的了解全身整体状况，达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。

5. 大力发展生物智造产业

合成生物学的诞生使生物智造产业前进了一大步。本世纪以来，合成生物学研究发展迅速，已经取得了一系列突破性的成果，已经应用在制药、化妆品、食品添加剂行业，以及再生医学、废物处理（制造能在环境中降解有毒物质的细菌）、农艺学（监测土壤养分质量、开发生物传感器）等领域中。合成生物学已成为全球研发的热点领域，各国都相继出台相关政策、规划加强布局合成生物学。

6. 探索脑科学推动人工智能进程

探索智能、意识的人脑机理，认识人的行为和情感，创新脑疾病诊断与治疗，是二十一世纪科学的前沿领域。脑科学的发展重点众多，主要包括发展海量数据分析的方法，为处理脑数据服务。发展理论和计算神经学，尤其是大尺度的认知（包括记忆、决策、语言）功能脑系统计算模拟、跨层次（分子，细胞，多尺度网络，动态系统和行为）机制的分析。发展行为实验的测量方法，包括对脑疾病患者认知功能的定量测量及其标准化。发展计算神经学与类脑人工智能的交叉研究和应用，包括深度学习算法、智能机器人等。

来源：中国科协创新研究院