多年來(lái)，生命科學(xué)一直處于高速發(fā)展階段，點(diǎn)狀的重大科技突破已經(jīng)演變匯聚成當(dāng)前江河奔涌、百川歸海之勢(shì)。2016年，生命科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在特征進(jìn)一步凸顯，具有深遠(yuǎn)影響力的事件接連發(fā)生。
精準(zhǔn)調(diào)控生命過(guò)程已逐漸成為可能
在重大和經(jīng)典生物學(xué)問(wèn)題上，取得一系列重大進(jìn)展。闡釋生命起源、免疫系統(tǒng)工作原理、生殖遺傳、發(fā)育演化、細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控、腦精細(xì)結(jié)構(gòu)與功能等熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域有理論和認(rèn)知突破。首次實(shí)驗(yàn)合成“核糖聚合酶24-3”的RNA分子，有力支持了諾獎(jiǎng)得主沃特·吉爾博特1986年提出的生命起源“RNA世界假說(shuō)”。進(jìn)一步揭開(kāi)免疫系統(tǒng)秘密，發(fā)現(xiàn)先天性免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組分相互協(xié)同發(fā)揮作用，為免疫系統(tǒng)起源和重大疾病治療提供了新視角。利用先進(jìn)成像技術(shù)，獲得人類(lèi)全部46條染色體的詳細(xì)三維結(jié)構(gòu)，為理解染色體的結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系提供了新可能。重新設(shè)計(jì)大腸桿菌遺傳密碼獲成功，向設(shè)計(jì)新的生物屬性邁出重要一步。第一次從實(shí)驗(yàn)室編程小鼠胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中，培育出功能完整的卵母細(xì)胞。最大規(guī)模地鑒定人類(lèi)大腦神經(jīng)性元不同亞型獲得成功，為繪制人腦神經(jīng)元基因活性奠定基礎(chǔ)。
變革性生物學(xué)工具推陳出新，提供了科學(xué)研究的有力武器。新的基因編輯工具、單細(xì)胞分析技術(shù)、超高分辨率生物成像技術(shù)、光遺傳學(xué)技術(shù)、高通量基因組測(cè)序等使能工具，能以更加精細(xì)、直觀、可逆、高通量方式，精準(zhǔn)分析、調(diào)控生命過(guò)程中的生物大分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，將生物現(xiàn)象的分析提升到新的維度。特別是以CRISPR/Cas9為代表的第三代基因編輯技術(shù)，可快速、高效地對(duì)DNA序列進(jìn)行編輯，獲得“改寫(xiě)生命劇本的神筆”。自2013年以來(lái)，該技術(shù)風(fēng)靡全球，3次入圍頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)》雜志評(píng)選的年度十大突破。除技術(shù)本身的升級(jí)外，基因編輯技術(shù)的快速臨床應(yīng)用推進(jìn)和潛在權(quán)益沖突引人注目。中國(guó)科學(xué)家宣布已于2016年7月通過(guò)倫理審批，在全球首次利用CRISPR/ Cas9技術(shù)進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)，英國(guó)《自然》雜志對(duì)其評(píng)價(jià)為“領(lǐng)先于世界其他正在進(jìn)行的基因編輯試驗(yàn)”。成功制造出最簡(jiǎn)單的人造合成細(xì)胞Syn3.0，這不僅代表研發(fā)出一個(gè)用于探索生命核心功能的新的工具，也代表著對(duì)生命體的工程化改造進(jìn)入新階段。
學(xué)科交叉匯聚加速
應(yīng)用型技術(shù)創(chuàng)新成果豐碩
生物科學(xué)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、工程科學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科交叉匯聚趨勢(shì)加速，開(kāi)辟了新的技術(shù)方向及應(yīng)用領(lǐng)域。主要變現(xiàn)為三個(gè)方面。
技術(shù)交叉匯聚，推進(jìn)上述變革性新型生物學(xué)工具研發(fā)。特別是生物過(guò)程監(jiān)測(cè)和超微觀察方面工具，越來(lái)越需要整合納米科學(xué)、材料科學(xué)方面的理論概念和技術(shù)，例如具有較高技術(shù)整合度的人體器官芯片技術(shù)。英國(guó)和美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)公布世界上第一款造價(jià)2600萬(wàn)美元的“人體芯片”，使用了真正的人類(lèi)器官組織來(lái)模擬人體實(shí)際的生理機(jī)能。
技術(shù)交叉匯聚，加速生物科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用進(jìn)程，巨大市場(chǎng)前景可期。3D生物打印、基因組醫(yī)學(xué)、動(dòng)植物快速定向育種、腫瘤免疫治療、精準(zhǔn)醫(yī)療、生物大數(shù)據(jù)與人工智能、生態(tài)修復(fù)、生物基能源等顛覆性應(yīng)用的前景日益明朗。例如，在短短的數(shù)年之間，3D生物打印技術(shù)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)步。美國(guó)維克森林大學(xué)創(chuàng)建了一種ITOP生物打印機(jī)，打印出全球首個(gè)動(dòng)物體可存活3D打印耳朵?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)3D生物打印技術(shù)將在醫(yī)療健康行業(yè)體現(xiàn)出巨大的潛力。
基于生物學(xué)仿生的黑科技，快速跨界進(jìn)入其他領(lǐng)域，形成潛在的戰(zhàn)略性科技、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。DNA存儲(chǔ)、生物計(jì)算模型、腦型芯片、人造器官、生物機(jī)器人等持續(xù)引發(fā)關(guān)注。微軟公司宣布在DNA存儲(chǔ)技術(shù)方面創(chuàng)造新紀(jì)錄，存儲(chǔ)容量已達(dá)200MB。東芝公司開(kāi)發(fā)出一款可用于人工智能深度學(xué)習(xí)的腦型芯片，這款1.9毫米的腦型芯片，集成3.2萬(wàn)個(gè)像神經(jīng)細(xì)胞一樣的電子回路，可完成人工智能所需的大量信息數(shù)據(jù)的復(fù)雜計(jì)算、處理和深度學(xué)習(xí)任務(wù)。模仿象鼻魚(yú)的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出人造感光增強(qiáng)器，將提高人們的夜視能力。通過(guò)對(duì)鰩魚(yú)的生理機(jī)能進(jìn)行逆向工程，科技界用活體細(xì)胞創(chuàng)造出了長(zhǎng)16毫米、重10克的全球首個(gè)生物合成機(jī)器人——“機(jī)器鰩魚(yú)”。
重大事件展現(xiàn)生命科技的巨大影響力
從注重成果評(píng)選的報(bào)道，如《科學(xué)》的十大突破、《麻省理工學(xué)院科技評(píng)論》十大突破性技術(shù)、世界經(jīng)濟(jì)論壇年度十大新興技術(shù)，到領(lǐng)軍人物評(píng)選，如諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選、“科學(xué)突破獎(jiǎng)”評(píng)選，從生物隱私討論到專(zhuān)利所有權(quán)爭(zhēng)奪，國(guó)際社會(huì)已經(jīng)從多個(gè)角度見(jiàn)證了生命科技的巨大影響力。
2016年還見(jiàn)證了其他可能深遠(yuǎn)影響人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活的重大生物科技及相關(guān)事件的發(fā)生。寨卡病毒疫情、高致病禽流感疫情等重大傳染病如影隨形，驅(qū)動(dòng)相關(guān)防護(hù)性科技研發(fā)突破不斷；首次發(fā)現(xiàn)抗粘桿菌素的超級(jí)細(xì)菌，加快耐藥性認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)新藥變得非常迫切；“國(guó)際大腦計(jì)劃”啟動(dòng)，神經(jīng)科學(xué)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)；全球25名基因研究領(lǐng)域的科學(xué)家聯(lián)名宣布將啟動(dòng)“人類(lèi)基因組編寫(xiě)計(jì)劃”，有望媲美“人類(lèi)基因組計(jì)劃”。我國(guó)《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》發(fā)布，生命科學(xué)位列其中；美國(guó)“國(guó)家癌癥登月計(jì)劃”和“國(guó)家微生物組計(jì)劃”啟動(dòng)，英國(guó)《2016年合成生物學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃》、歐洲《海洋生物技術(shù)戰(zhàn)略研究及創(chuàng)新路線(xiàn)圖》公布，勢(shì)必引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)變革；美國(guó)發(fā)布《推動(dòng)生物技術(shù)產(chǎn)品監(jiān)管體系現(xiàn)代化國(guó)家戰(zhàn)略》，這是其三十年來(lái)第一次對(duì)主要監(jiān)管機(jī)構(gòu)在生物技術(shù)產(chǎn)品監(jiān)管方面的角色和責(zé)任進(jìn)行全面總結(jié)，科技管理“放管服”取得新進(jìn)展；微軟、谷歌、IBM、“臉譜”等科技巨頭跨界進(jìn)入生物醫(yī)療領(lǐng)域，社會(huì)投資蓬勃發(fā)展等。但同時(shí)，生物技術(shù)的安全性依然是社會(huì)公眾最為關(guān)注的問(wèn)題。百位諾貝爾獎(jiǎng)得主聯(lián)署公開(kāi)信，要求綠色和平組織不再反對(duì)轉(zhuǎn)基因生物；相關(guān)智庫(kù)持續(xù)開(kāi)展基因驅(qū)動(dòng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、基因工程作物安全性及合成生物學(xué)時(shí)代的生物防御的研究評(píng)估等。
2017的期冀：
“生物科技發(fā)展觀”2.0版呼之欲出
從生物科技自身發(fā)展看，生命科學(xué)與物質(zhì)科學(xué)、工程科學(xué)和計(jì)算科學(xué)等學(xué)科匯聚交叉的重要性和可能帶來(lái)的顛覆性應(yīng)用已經(jīng)毋庸置疑。生命科學(xué)研發(fā)工具和理念的進(jìn)步，必將逐步揭開(kāi)生物生老病死等現(xiàn)象的奧秘，復(fù)雜生命過(guò)程的微觀、介觀層面的規(guī)律將進(jìn)一步得到展現(xiàn)，可望提出生物學(xué)新理論，將生物學(xué)從描述性科學(xué)轉(zhuǎn)變到預(yù)測(cè)性科學(xué)時(shí)代。從應(yīng)用需求看，生物科技不僅與人類(lèi)健康相關(guān)，也與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)治理、生態(tài)文明、國(guó)防安全密切相關(guān)，且呈加速之勢(shì)，但生命科學(xué)與哲學(xué)社會(huì)科學(xué)交叉的重要性尚未得到應(yīng)有之重視。
將“生物科技發(fā)展觀”從主要圍繞人類(lèi)社會(huì)基本物質(zhì)利益需求的1.0版本，升級(jí)到圍繞人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的“生物科技發(fā)展觀”2.0版本已經(jīng)變得越發(fā)清晰。需要堅(jiān)持創(chuàng)新發(fā)展和共享發(fā)展的發(fā)展理念，從源頭上推進(jìn)科技原創(chuàng)；堅(jiān)持協(xié)調(diào)發(fā)展的理念，推進(jìn)科技經(jīng)濟(jì)社會(huì)的同步發(fā)力、共同受益；需要堅(jiān)守綠色發(fā)展的理念，避免技術(shù)的濫用和誤用。任何范式的轉(zhuǎn)變都需要科學(xué)信念的堅(jiān)守，也需要變革諸多不合時(shí)宜關(guān)系的勇氣和智慧，這將是包括2017年在內(nèi)未來(lái)一段時(shí)期的主旋律。
2017年02月22日 A3版 科技前沿
作者：中國(guó)科學(xué)研究院上海生命科學(xué)研究院 副研究館員 王小理
官方微信
