多年來，生命科學一直處于高速發展階段，點狀的重大科技突破已經演變匯聚成當前江河奔涌、百川歸海之勢。2016年，生命科學發展的內在特征進一步凸顯，具有深遠影響力的事件接連發生。
精準調控生命過程已逐漸成為可能
在重大和經典生物學問題上，取得一系列重大進展。闡釋生命起源、免疫系統工作原理、生殖遺傳、發育演化、細胞命運調控、腦精細結構與功能等熱點前沿領域有理論和認知突破。首次實驗合成“核糖聚合酶24-3”的RNA分子，有力支持了諾獎得主沃特·吉爾博特1986年提出的生命起源“RNA世界假說”。進一步揭開免疫系統秘密，發現先天性免疫系統和適應性免疫系統的關鍵組分相互協同發揮作用，為免疫系統起源和重大疾病治療提供了新視角。利用先進成像技術，獲得人類全部46條染色體的詳細三維結構，為理解染色體的結構和功能關系提供了新可能。重新設計大腸桿菌遺傳密碼獲成功，向設計新的生物屬性邁出重要一步。第一次從實驗室編程小鼠胚胎干細胞和誘導多能干細胞中，培育出功能完整的卵母細胞。最大規模地鑒定人類大腦神經性元不同亞型獲得成功，為繪制人腦神經元基因活性奠定基礎。
變革性生物學工具推陳出新，提供了科學研究的有力武器。新的基因編輯工具、單細胞分析技術、超高分辨率生物成像技術、光遺傳學技術、高通量基因組測序等使能工具，能以更加精細、直觀、可逆、高通量方式，精準分析、調控生命過程中的生物大分子結構和動態，將生物現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，可快速、高效地對DNA序列進行編輯，獲得“改寫生命劇本的神筆”。自2013年以來，該技術風靡全球，3次入圍頂級學術刊物《科學》雜志評選的年度十大突破。除技術本身的升級外，基因編輯技術的快速臨床應用推進和潛在權益沖突引人注目。中國科學家宣布已于2016年7月通過倫理審批，在全球首次利用CRISPR/ Cas9技術進行人體臨床試驗，英國《自然》雜志對其評價為“領先于世界其他正在進行的基因編輯試驗”。成功制造出最簡單的人造合成細胞Syn3.0，這不僅代表研發出一個用于探索生命核心功能的新的工具，也代表著對生命體的工程化改造進入新階段。
學科交叉匯聚加速
應用型技術創新成果豐碩
生物科學與數理統計科學、物質科學、工程科學、信息科學等學科交叉匯聚趨勢加速，開辟了新的技術方向及應用領域。主要變現為三個方面。
技術交叉匯聚，推進上述變革性新型生物學工具研發。特別是生物過程監測和超微觀察方面工具，越來越需要整合納米科學、材料科學方面的理論概念和技術，例如具有較高技術整合度的人體器官芯片技術。英國和美國的研究團隊公布世界上第一款造價2600萬美元的“人體芯片”，使用了真正的人類器官組織來模擬人體實際的生理機能。
技術交叉匯聚，加速生物科技成果的轉化應用進程，巨大市場前景可期。3D生物打印、基因組醫學、動植物快速定向育種、腫瘤免疫治療、精準醫療、生物大數據與人工智能、生態修復、生物基能源等顛覆性應用的前景日益明朗。例如，在短短的數年之間，3D生物打印技術已經取得了顯著進步。美國維克森林大學創建了一種ITOP生物打印機，打印出全球首個動物體可存活3D打印耳朵。可以預見，未來3D生物打印技術將在醫療健康行業體現出巨大的潛力。
基于生物學仿生的黑科技，快速跨界進入其他領域，形成潛在的戰略性科技、經濟增長點。DNA存儲、生物計算模型、腦型芯片、人造器官、生物機器人等持續引發關注。微軟公司宣布在DNA存儲技術方面創造新紀錄，存儲容量已達200MB。東芝公司開發出一款可用于人工智能深度學習的腦型芯片，這款1.9毫米的腦型芯片，集成3.2萬個像神經細胞一樣的電子回路，可完成人工智能所需的大量信息數據的復雜計算、處理和深度學習任務。模仿象鼻魚的視網膜結構、開發設計出人造感光增強器，將提高人們的夜視能力。通過對鰩魚的生理機能進行逆向工程，科技界用活體細胞創造出了長16毫米、重10克的全球首個生物合成機器人——“機器鰩魚”。
重大事件展現生命科技的巨大影響力
從注重成果評選的報道，如《科學》的十大突破、《麻省理工學院科技評論》十大突破性技術、世界經濟論壇年度十大新興技術，到領軍人物評選，如諾貝爾獎評選、“科學突破獎”評選，從生物隱私討論到專利所有權爭奪，國際社會已經從多個角度見證了生命科技的巨大影響力。
2016年還見證了其他可能深遠影響人類經濟社會生活的重大生物科技及相關事件的發生。寨卡病毒疫情、高致病禽流感疫情等重大傳染病如影隨形，驅動相關防護性科技研發突破不斷；首次發現抗粘桿菌素的超級細菌，加快耐藥性認識和開發新藥變得非常迫切；“國際大腦計劃”啟動，神經科學的時代已經到來；全球25名基因研究領域的科學家聯名宣布將啟動“人類基因組編寫計劃”，有望媲美“人類基因組計劃”。我國《國家創新驅動發展戰略綱要》發布，生命科學位列其中；美國“國家癌癥登月計劃”和“國家微生物組計劃”啟動，英國《2016年合成生物學戰略計劃》、歐洲《海洋生物技術戰略研究及創新路線圖》公布，勢必引發新一輪產業變革；美國發布《推動生物技術產品監管體系現代化國家戰略》，這是其三十年來第一次對主要監管機構在生物技術產品監管方面的角色和責任進行全面總結，科技管理“放管服”取得新進展；微軟、谷歌、IBM、“臉譜”等科技巨頭跨界進入生物醫療領域，社會投資蓬勃發展等。但同時，生物技術的安全性依然是社會公眾最為關注的問題。百位諾貝爾獎得主聯署公開信，要求綠色和平組織不再反對轉基因生物；相關智庫持續開展基因驅動生態風險、基因工程作物安全性及合成生物學時代的生物防御的研究評估等。
2017的期冀：
“生物科技發展觀”2.0版呼之欲出
從生物科技自身發展看，生命科學與物質科學、工程科學和計算科學等學科匯聚交叉的重要性和可能帶來的顛覆性應用已經毋庸置疑。生命科學研發工具和理念的進步，必將逐步揭開生物生老病死等現象的奧秘，復雜生命過程的微觀、介觀層面的規律將進一步得到展現，可望提出生物學新理論，將生物學從描述性科學轉變到預測性科學時代。從應用需求看，生物科技不僅與人類健康相關，也與經濟發展、社會治理、生態文明、國防安全密切相關，且呈加速之勢，但生命科學與哲學社會科學交叉的重要性尚未得到應有之重視。
將“生物科技發展觀”從主要圍繞人類社會基本物質利益需求的1.0版本，升級到圍繞人類社會可持續發展的“生物科技發展觀”2.0版本已經變得越發清晰。需要堅持創新發展和共享發展的發展理念，從源頭上推進科技原創；堅持協調發展的理念，推進科技經濟社會的同步發力、共同受益；需要堅守綠色發展的理念，避免技術的濫用和誤用。任何范式的轉變都需要科學信念的堅守，也需要變革諸多不合時宜關系的勇氣和智慧，這將是包括2017年在內未來一段時期的主旋律。
2017年02月22日 A3版 科技前沿
作者：中國科學研究院上海生命科學研究院 副研究館員 王小理
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