2020年前沿科学技术发展趋势和2021年趋势展望-生物学
2020年世界生物领域的发展趋势
新冠肺炎疫情深刻影响了全球生物技术的战略方向和重点领域，生物安全及相关问题受到各国高度重视。美国国家科学院、工程院和医学院发布《保护生物经济》报告，展望生物经济发展趋势及相关风险；发表《减少消费者食物浪费国家战略》报告，提出减少食物浪费的具体对策。美国卫生与公众服务部发布“健康人2030计划”，提出未来10年在疾病预防和健康促进方面的355项国家核心目标；发布《2020-2030年流感疫苗现代化国家战略》报告，提出三大总体目标:加强流感疫苗研发，实现制造和供应多元化；促进创新方法和技术的应用；提高疫苗的可及性和覆盖率。美国国立卫生研究院发布了《2020-2030年营养研究战略计划》，通过扩大合作和采用多学科方法，促进营养科学的发展及其在改善公共卫生和减少疾病方面的作用。
美国和英国发布了《遗传性人类基因组编辑》报告，为国家和国际社会科学管理和监督人类基因组编辑提供了基本参考。欧盟委员会提出了欧洲制药战略，旨在建立前瞻性、抗危机的欧盟制药体系；发布了《生命科学中跨技术方法的交叉发展》报告，旨在引导和推动生物科学中跨技术方法的交叉发展。德国和日本政府提高了本国重点生物技术企业的外资准入门槛，加强了对生物经济和医药供应链的保护。世界卫生组织启动“全球新冠肺炎疫苗供应计划”，计划在2021年底前向参与国提供20亿剂新冠肺炎疫苗；建立全球抗生素耐药性领导组织，对抗抗生素耐药性，保证未来重要药物的供应。
生物技术前沿领域频频出现颠覆性突破。在基因编辑领域，美国约翰·霍普金斯大学开发了一种通过光感应控制CRISPR系统的新技术“vfCRISPR”，可以超高的时间空精度远程控制体内的基因编辑过程；美国博德研究所基于CRISPR技术开发了新冠肺炎检测方法“STOP”，无需纯化病毒RNA即可在一小时内得出结果；特拉维夫大学开发了一种基于脂质纳米颗粒的新型给药系统，首次证明CRISPR技术可以有效治疗活体动物的癌症，并使癌细胞永久失活；北京大学利用基因编辑技术，精确删除老鼠的特定记忆。在干细胞领域，JD.COM大学利用人类诱导多能干细胞制造出无限制的血小板，可以输给任何人；英国弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)利用人类干细胞和生物工程支架重建了完整的人类胸腺，对于严重免疫缺陷疾病的治疗和人工器官的培育具有重要意义。在合成生物学领域，美国哈佛大学利用青蛙细胞构建了世界首个活体微型“异种机器人”，瑞士苏黎世联邦理工学院合成了世界首个完全由计算机生成、不基于DNA模板的细菌基因组；英美研究团队研发出一种融合了两种降解酶的“超级酶”，可以在室温下高效降解PET塑料。
在脑机接口领域，西班牙米格尔·埃尔南德斯大学开发了“仿生眼”脑机接口系统，可以直接连接大脑的视觉皮层，使患者重见光明；北京脑科学与类脑研究中心构建了新的光学脑脑接口，实现了两只老鼠之间的高速运动信息传递。美国Neuralink公司发布了微型脑机接口设备link V0.9，通过神经元活动成功预测实验猪的行为。在“AI+生物研发”领域，美国DeepMind公司研发的AlphaFold 2.0人工智能系统在国际蛋白质结构预测大赛中获得一等奖，可以根据氨基酸序列准确预测蛋白质的三维结构。在Summit超级计算机的帮助下，美国IBM公司通过人工智能筛选药物分子，从8000多种化合物中筛选出7种有望治愈新冠肺炎的候选药物。中国李兰娟院士的研究团队利用人工智能算法，从151种上市药物中筛选出5种药物，成为对抗新冠肺炎的有效武器。
新冠肺炎的新冠肺炎研究和疫苗研发将成为2020年生物研究的主线，基因编辑、合成生物学和人工智能等新兴技术如generate具有巨大的应用潜力。截至2020年12月中旬，全球已有超过20万篇关于新冠肺炎的研究论文发表，在未经同行评议的预印网站上还有更多相关研究论文。科学家们正在尽一切努力了解和遏制由新冠肺炎引起的疫情，并以创纪录的速度开发和测试新冠肺炎疫苗。许多新兴技术，generate，具有巨大的应用潜力，为病毒研究和疫苗开发提供了强有力的工具。例如，基于CRISPR基因编辑技术开发的检测工具可以在一小时内检测出新冠肺炎，合成生物学开发的细胞工厂可以高效生产新冠肺炎疫苗，人工智能大大提高了筛选新冠肺炎候选药物的范围和速度。
疫苗研发也全面爆发。截至12月10日，处于临床前阶段的疫苗有162种，处于临床一期的有23种，处于临床二期的有16种，处于临床三期的有13种。除了众多的疫苗研发管道，疫苗上市和应用的速度也很惊人。今年8月，俄罗斯率先批准了世界上首个新冠肺炎疫苗的上市。此后，美国辉瑞公司和德国BIONTECH公司的mRNA疫苗也被批准在欧洲和加拿大上市。此外，美国辉瑞疫苗预计2021年3月在澳大利亚上市；辉瑞公司已经致函印度药品管理局，寻求疫苗许可。阿斯利康英国公司预计在2021年1月上市其疫苗。中国有很多疫苗被批准应急使用，在阿联酋、巴林等国家被批准上市。
2021年世界生物领域的趋势
在各国日益严格控制和大量生产疫苗的背景下，新冠肺炎疫情将在发达国家和主要国家见顶回落，逐步摆脱疫情困境，而不发达国家将很难在2021年实现生产生活正常化。到2020年底，新冠肺炎累计确诊病例将接近8000万。在对抗病毒的过程中，各国的意识越来越强，防疫措施也在不断完善和收紧。欧洲多国采取更严厉的措施封城，限制出入境；拜登上台后将采取一系列措施加强防疫；中日韩等已经遏制住疫情的国家，在控制疫情方面会更加精细。此外，一批重量级新冠肺炎疫苗将于2021年上市，并实现量产，这将有助于进一步控制疫情。强国如美欧日等发达国家和俄罗斯等大国在医院数量、医疗用品、疫苗研发、采购等方面具有优势。，或新冠肺炎疫情将在2021年年中达到高峰，国内生产生活将逐渐趋于正常。一些不发达国家，如南亚、非洲和南美洲，医疗物资短缺，无法及时获得足够的新冠肺炎疫苗，或将在更长时间内陷入疫情，甚至在2022年后，新冠肺炎疫情才能逐步得到遏制。
疫苗在新冠肺炎仓促上市，病毒不断变异，可能成为2021年最大的生物安全风险。疫苗在新冠肺炎的临床试验不充分，可能会使疫苗的许多副作用无法被及时发现和消除，威胁公众健康，或造成公众对疫苗的耐药性，进而影响政府的公信力和满意度，威胁社会稳定。疫苗分配问题可能导致国际人道主义危机和内部阶级矛盾。新冠肺炎变异可能使疫苗失效，导致新冠肺炎疫情进一步恶化和失控。
后疫情时代，全球生物安全秩序可能重建，美国可能出台拜登版本的国家生物安全战略。新冠肺炎疫情深刻地改变了世界，与生物威胁和生物安全相关的概念受到了前所未有的关注和讨论。生物安保的概念也在发展，从“生物防御”到“生物经济和工业支持”。在后疫情时代，许多国家可能会重新制定、调整和完善其生物安全战略，并进一步加强其生物安全能力。与生物安全相关的国际秩序和规范将陆续建立。尤其是受疫情影响最大的美国，疫情过后会深刻反思和梳理自身的安全漏洞。拜登上台后，美国将推出新版《国家生物安全战略》，对内加强生物能力建设和生物安全体系的完善，对外加强全球生物安全布局，主导生物安全秩序建设，积极争夺生物安全领域的全球治理权和话语权。
新冠肺炎的疫情造成了严重的粮食安全问题和营养健康问题。联合国警告说，“世界正处于50年来最严重的粮食危机的边缘”。美国大西洋理事会将“新冠肺炎疫情引发的粮食安全危机”列为2021年十大风险。国际粮食政策研究所也表示，“如果处理不当，新冠肺炎疫情可能导致粮食危机”。粮食危机的主要形式是粮食供应链中断，不发达国家将遭受饥荒。此外，即使在发达国家，穷人也在高失业率时期遭受食品价格上涨的痛苦。例如，在美国，五分之一的家庭现在没有粮食安全；消费者的需求转向了更便宜、更没营养的食物，导致了营养不良和更多的健康危机。
新变化引发的网络生物安全风险越来越严重，生物安全的新问题和新变化值得特别关注。互联网、可穿戴设备、医疗人工智能等新模式、新设备、新技术的出现和快速发展，特别是新冠肺炎疫情后在线医疗产业的爆发式增长，使得网络生物安全问题日益严峻，成为生物安全领域新的风险和挑战。此外，合成生物学中的远程DNA注射威胁是通过网络攻击实施生物威胁的新方式。黑客可以利用恶意软件入侵生物学家的电脑，通过篡改电脑上正常的DNA序列，制造出可以产生毒素甚至是一种全新病毒的DNA序列。这种攻击方式暴露了生物安全防范工作的诸多不足，凸显了日益严重的网络生物安全风险。
医疗产业链和供应链安全受到高度重视，全球产业和贸易格局可能面临重大调整。一方面，西方国家可能调整医药供应链布局，减少对中国的依赖。如美国学会研究服务部于2020年4月发布的《新冠肺炎疫情:中国医疗供应链及更广泛的贸易问题》，全面评估了新冠肺炎对中美贸易的影响以及美国对中国医疗供应链的依赖程度，提出了联合伙伴国等多项措施，加快医疗供应链向中国境外转移，实现药品和医疗用品生产供应的多元化。日本也在积极向东南亚、南美等其他国家转移相关企业。另一方面，各国加强了国内生物医药的自主能力。例如，德国和日本政府限制外资进入其关键生物技术企业，并将呼吸机等先进医疗设备纳入核心安全产业；美国参议院就“确保美国在生物经济领域的领先地位”举行听证会，国家情报局委托国家科学、工程和医学科学院发布《保护生物经济》报告等。，以积极发展其生物经济能力。如果上述国家的相关动向得到落实，可能会对全球医药和医疗用品价值链的分工和产业结构产生深远影响。
作者简介
刘，itei研究二室副主任
研究方向:生物技术、生物安全、前沿颠覆性技术和交叉技术等。
联系人:liufp@drciite.org
itei第二研究室研究助理张瑞卿
研究方向:生物技术、生物安全等。
联系人:zhangrq@drciite.org
作者刘，，
编辑刘进
研究所简介
国际技术经济研究所成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构。其主要职能是研究我国经济、科技和社会发展中的重大政策性、战略性和前瞻性问题，跟踪分析世界科技和经济发展趋势，为中央政府和有关部委提供决策咨询服务。“全球科技地图”是国际技术经济研究所的官方微信账号，致力于向公众传递前沿科技信息和科技创新洞察。
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