本文為春節專題文章——“年度科技發展態勢總結與展望”的第三篇生物篇。
世界生物領域2018年發展態勢
多國發布促進生物技術快速發展的戰略規劃。美國立衛生研究院（NIH）發布《體細胞基因組編輯》，促進基因編輯技術應用于人類疾病治療；美國家科學、工程與醫學院發布《2030年推進糧食和農業研究的科學突破》，提出在2030年之前為應對緊急挑戰并促進糧食生產和農業科學研究需要實現的5大突破。歐盟發布“歐洲跨境基因組數據庫合作宣言”，推動精準醫療進程。俄羅斯政府發布《2018-2020年生物技術和基因工程發展措施計劃》，促進生物醫藥、工農業生物技術、生物能源和基因工程等9個領域的生物技術基礎研究和產業發展。新加坡國立研究基金會發布《國家合成生物學研究》計劃，利用合成生物學推動生物基產業發展。
生物經濟發展受到廣泛重視，各國加大研發投資力度。美國能源部資助7800萬美元用于生物能源的早期研發項目。美國國家科學基金會投資1200萬美元支持生物基半導體存儲系統的開發。歐盟發布新版生物經濟戰略《歐洲可持續生物經濟：加強生物與經濟、社會和環境之間的聯系》，并向生物基研發項目投資1.15億歐元。英國計劃在未來5年內投入1000萬美元，用于支持生物制造、生物修復和生物能源領域研究。
前沿生物技術頻現突破，顛覆性成果不斷涌現。在腦與神經科學領域，美國科學家首次建立多人腦對腦接口合作系統，實現意念交流。美國加州大學洛杉磯分校借助RNA實現海兔之間的記憶轉移。在基因編輯領域，美國博德研究所開發出升級版Cas9酶“xCas9”，大大拓展編輯范圍并提高準確性。日本神戶大學利用CRISPR/Cas9成功滅活HIV-1病毒。中國科學家利用基因編輯技術首次實現小鼠孤雄生殖。在合成生物學領域，美國凱斯西儲大學首次人工合成了對人傳染、具有高度破壞性的人類朊病毒。中國科學家成功創建世界首例人造單染色體真核細胞。在干細胞領域，美國薩克研究所使用干細胞技術培養出具有血管和復雜神經的人腦類組織。日本完成全球首例通過誘導多能干細胞治療人類帕金森病的臨床試驗。德國科學家利用誘導多能干細胞培育的心臟組織開展心臟疾病研究和藥物測試。在生物計算領域，美國情報高級研究計劃局（IARPA）啟動“分子內信息存儲”項目，開發針對EB級數據的DNA存儲技術。愛爾蘭沃特福德理工學院開發出可在1克DNA中存儲1ZB數據的新方法。
全球生物安全形勢愈加嚴峻，多國積極布局生物安全體系與能力建設。今年以來，非洲豬瘟等全球性疫情蔓延、敏感生物資源泄露加劇、兩用生物技術門檻不斷降低等眾多挑戰使生物安全形勢愈加嚴峻。為有效應對日益嚴峻的生物安全形勢，美國、英國和澳大利亞紛紛發布國家級生物安全戰略，加強對國內外生物安全治理力量的統籌協調，建立全流程生物防御體系。此外，多國通過支持生物醫學基礎研究加強生物安全能力建設。例如，美國國防威脅降低局、國土安全部、海軍陸戰隊等政府部門合作開發了多項病毒監測和預警新技術，以期實現對生化威脅的及時響應。澳大利亞國防部和墨爾本大學聯合開發出可實時評估疾病危害程度和可能傳播路徑的兩套疾病檢測系統EpiDedend和EpiFX。
人工智能推動生物醫療領域快速發展，促進疾病診治和科學發現新突破。美國谷歌旗下DeepMind公司研發的人工智能應用AlphaFold，可根據基因序列預測蛋白質結構。新加坡國立大學研究人員使用AI優化新型藥物組合的給藥劑量，成功治愈前列腺癌晚期患者。瑞士科學家開發出可高效解析藥物分子結構的人工智能程序。英國科學家開發出準確率高達94%、可識別50多種眼疾的人工智能系統。
世界生物領域2019年趨勢展望
精準醫療在大規模基因組測序推動下走向現實應用。美國NIH在2018年5月啟動“All Of Us”項目，計劃在未來10年開展100萬人基因組測序。英國政府計劃在未來5年內開展500萬人基因組測序，并表示從2019年起，將全基因組測序作為輔助重病患兒和難治愈罕見疾病成年患者的治療標準之一。歐盟計劃未來3年完成對歐盟地區100萬人的基因組測序。以基因組學為基礎的精準醫學，通過基因測序獲得愈加豐富的基因組數據，將促進癌癥和罕見病的致病機理研究和藥物開發，或在2019年加快走向臨床試驗和應用。
新興技術促進太空生物醫學研究進入新階段，各國競相開展相關研究。美國宇航局利用最新測序技術實現在太空中對DNA和RNA的測序，將促進由美國家科學、工程和醫學院發布的《尋找宇宙生命的天體生物學戰略》實施，助力太空生命探索。俄羅斯利用3D打印技術在太空中制造出老鼠甲狀腺，為太空3D打印人體器官鋪平道路。美國計劃于2019年春季在太空開展3D打印生物器官的研究工作。美國NIH啟動太空組織芯片計劃，已將免疫組織芯片送入國際空間站，并計劃在2019年上半年，將腎臟組織芯片、骨骼和軟骨組織芯片、血腦屏障組織芯片和肺組織芯片等送往國際空間站，以研究微重力環境中人類器官病變相關機理。
生物安全問題將被愈加重視。英美等已發布國家生物安全戰略的國家，將在2019年進入戰略實施階段，進一步完善本國的生物安全體系。其他多國也愈加重視生物安全，或借鑒美英的做法制定本國的生物安全戰略，提高本國生物防御能力。
基因療法加速進入臨床應用，其倫理問題引發廣泛關注。美國食品藥品監督管理局（FDA）發布6項基因療法監管指南，美國NIH取消對基因治療方案的特殊監管，這些將加快FDA對基因療法的審批流程。基因療法產品或在2019年加速進入臨床試驗階段，某些產品可能將被獲批上市。然而，中國科學家利用基因編輯技術制造的“天然免疫HIV”嬰兒，再次使基因療法的倫理問題引發廣泛關注。這將對基因療法的研究和應用造成不利影響。2019年多國或出臺關于基因治療倫理問題的具體管理措施。
研究所簡介
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