2017年世界前沿科技發展態勢及2018年展望——生物篇

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生物領域

2017年態勢總結

多國發布生物技術發展戰略規劃，持續加強生物技術產業頂層設計

美國推出《2017年生物技術管理協調框架》、《國家生物技術產品監管體系現代化戰略》以及《為未來生物技術產品做好準備》等文件，進一步推動生物技術產品監管體系現代化，預測並把握未來5-10年生物技術產品發展趨勢。歐盟發布《2017年生物基研發行動預算》。英國發布《生命科學產業戰略》，構建英國生命科學產業的全球領先地位和國際競爭力;宣布未來5年持續投入3.19億英磅，支持生物科學研究。德國發布《打破壁壘——倡導一致行動推動抗生素的研究與開發》。中國發布《「十三五」生物技術創新專項規劃》和《細胞治療產品研究與評價技術指導原則》等文件，並啟動微生物組計劃，加快推進生物技術與生物技術產業發展。

多國部署生物產業項目，迎接生物經濟時代

生物經濟正在成為世界經濟的重要增長點，發達國家紛紛加強生物基產品與生物能源領域布局。美國宣布投資4000萬美元支持4家生物能源研究中心，推動新一代可持續、低成本生物能源技術研發;投資2200萬美元支持大型藻類新能源項目，搶佔海洋生物質資源發展先機。歐盟發布新的戰略創新和研究路線圖，構建資源效率高、可循環的生物基經濟。加拿大對94個可持續發展技術項目資助3800萬美元，以解決環境、農業、自然資源和能源等方面面臨的重大問題。中國發布《關於擴大生物燃料乙醇生產和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》，推廣使用生物燃料乙醇。

前沿生物技術頻現突破，顛覆性成果不斷湧現

在腦與神經科學領域，美國科學家繪製出首張人類腦電波連接全圖闡明大腦不同區域在記憶形成等認知過程中的溝通方式。俄羅斯研發一端為活體組織，另一端為人工神經網路的自適應性神經介面，開創活體生物組織與類生物神經網路兼容試驗的先河。在基因編輯領域，美國完成全球首例人體內直接進行基因編輯的臨床試驗。美國博德研究所華人科學家開發出新型「鹼基編輯器」，無需使DNA鏈斷裂即可實現單鹼基精度的編輯。在合成生物學領域，美國科學家將自然界中不存在的人工鹼基對導入到大腸桿菌中，並使其成功編碼新蛋白。中國科學家成功完成了4條真核生物釀酒酵母染色體的從頭設計與化學合成，開啟「設計生命、再造生命和重塑生命」的新紀元。在幹細胞領域，日本完成世界首例誘導性多能幹細胞異體移植臨床試驗，治療黃斑變性。英國開發鼠新型全能幹細胞，發育潛力超過胚胎幹細胞。在生物計算領減，美國科學家使用「噴泉碼」容錯糾錯演算法在1克DNA中存儲了215PB的數據，將DNA存儲效率提高100倍。美國科學家開發出迄今為止最複雜的RNA生物計算機，能在大腸杄菌活細胞內對12種不同指令同時作出反應，控制細菌細胞的行為。美國啟動「半導體合成生物學計劃」，研究合成生物學與半導體技術之間的協同作用，將生物分子用於未來的信息存儲和處理。

生物安全風險突出，各國大力加強生物防禦體系建設

生物武器、顛覆性生物技術風險、新發突發傳染病疫情等生物安全問題對現有生物防禦體系提出挑戰，促使各國更新完善生物防禦體系。中、美、韓、印紛紛建立新的生物安全4級實驗室，開展致命病原體研究。美國政府問責辦公室發布生物防禦:提升聯邦政府生物威脅意識》報告，全面審查美國各部門生物防禦體系建設情況，修補體系漏洞。美國家科學院、國立衛生研究院、 DARPA、 IARPA等多個部門針對基因編輯、合成生物學等前沿生物技術多次討論其潛在威脅，啟動並大力推進「安全基因」、「神經工程系統設計」、「大流行預防平台」等多項研究計劃。印度國防部長呼籲印軍方應建立有效制度，為應對生物戰做好準備，防止生化武器威脅生物技術與信息技術跨界融合，催生新的科學突破。

生物技術與晶元、網路傳輸、感測、微型化等技術進一步深度融合，推動產生系列顛覆性成果

美國開發基於「真北」神經元晶元的類腦超算系統，模式識別和感知處理能力相當於6400萬神經元和160億突觸。美國Draper公司開發出一半是昆蟲、一半是機械的活蜻蜓無人機「 Dragonfleye」，或可用作性能優良的動物間諜。美國開發出世界首台「數字生物轉換器」可接收遠程發送的DNA數字代碼合成DNA，並將其植入「通用型細胞」中合成蛋白質、病毒等生物材料。

基因療法獲批上市，相關技術研發持續跟進

美國食品藥品監督管理局(FDA)先後批准「 Kyme iah」和「 Yescarta兩款CAR-T療法(嵌合抗原受體幹細胞免疫療法)上市，基因療法正式走上疾病治療舞台。此外，FDA還批准首款通用型CAR-T療法「 UCART19」進入臨床試驗，探索CAR-T療法走向標準化、工業化大規模生產的路徑。 Sangamo生物技術公司利用鋅指核酸酶(ZFN)技術完成全球首例人體內直接進行基因編輯治療的臨床試驗，推動基因療法進入全新階段。法國首次利用基因療法治癒常見遺傳病「鐮狀細胞貧血症」，進一步顯示出基因療法巨大的應用潛力。

2018年趨勢展望

歐洲將進一步發展生物經濟

英國宣布未來5年持續投入3.19億英鎊，資助可持續農業、土壤營養、植物健康未來小麥設計等研究項目。歐盟發布《生物經濟戰略回顧》報告指出，歐盟的生物經濟戰略使歐洲更具創新活力，為應對全球氣候變化和人口增長、保證生物資源供應和糧食安全等方面起到積極作用。歐盟擬在2018年對生物經濟戰略進行修訂，進一步推動生物經濟發展。

美國將全面加強生物安全體系建設

為應對生物安全風險，美國著手加強生物防禦建設工作，一系列文件將在2018年形成。美國「大流行和災害準備法案」將於2018年重新授權，將加強針對大流行疾病和化學、生物、放射、核威脅(CBRN)防範的部署。美國生物醫學高級研發局( BARDA)發布2018年項目招標，將著重推進CBRN、大流行疾病、新興傳染病的醫療對策開發。美國防部將於2018年出台關於合成生物學潛在風險及對策建議的正式報告。美國政府首份綜合性生物防禦戰略有望於2018年出台。

日本幹細胞走向標準化、批量化供應，相關研究或迎來集中突破

日本京都大學發布了臨床用人類胚胎幹細胞(ES細胞)株的建立及貯存工作計劃，預計於12月初建成首個細胞株，2018年2月開始向醫療機構批量供應。日本葯企在全球首次實現利用「誘導性多能幹細胞」(iPS)量產血小板，將於2018年啟動臨床試驗。日本橫濱市立大學利用iPs細胞培養出「肝芽」組織，將於2018年初送上國際空間站，利用太空微重力環境培育可用於移植的肝臟組織。

新葯研發全面加力，重磅新葯迎來上市

美國政府發布了首份《科學研究與開發優先事項》，鼓勵醫學項目研究，優先支持預防、治療疾病的藥物研發。美國國立衛生研究院(NIH)2018財年預算草案獲參議院通過，新葯研發投入增加近20億美元。 Dynavax公司研製的乙型肝炎疫苗「 HEPLISAV-B」、羅氏公司的A型血友病藥物「 Emicizumab 」、GSK公司的抗艾滋病雙重藥物組合療法「 Juluca」等一系列重磅新葯將於2018年上市。由NIH和賽諾菲公司開發的可抵禦99%艾滋病病毒變種的新型HIV抗體，也將於2018年進入臨床試驗。

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