2021年世界生物形势综述
国家和国际组织加强生物安全及相关领域的战略规划和布局。美国国防部发布“生物防御愿景”备忘录，评估当前生物威胁形势，研究制定国防部新的生物防御政策；美国陆军作战能力发展司令部启动了“DaT计划”，旨在开发一种全面、稳定、适应性强的生物威胁探测模式。欧盟委员会成立了欧洲卫生应急准备和应对管理局，以预防、发现和快速应对卫生突发事件，并启动了名为“HERA孵化器”的欧洲生物防御准备计划，开始了抗击冠状病毒的新阶段。欧洲议会通过了欧盟51亿欧元的EU4Health计划，旨在提高卫生系统应对跨境卫生威胁的应变能力和危机管理能力，促进欧盟卫生联盟的实现。俄罗斯总统弗拉基米尔·普京签署了《俄罗斯生物安全法》，为确保其生物安全奠定了国家法律法规基础。新加坡国防部准备建造东南亚首个生物安全4级实验室，以提高应对生物威胁的能力。中国正式实施《生物安全法》，标志着中国生物安全进入了依法治理的新阶段。
前沿生物技术领域经常出现重大突破。在基因编辑领域，弗朗西斯克里克研究所和肯特大学开发了CRISPR-Cas9方法，可以让小鼠100%产生所有雄性或雌性。美国博德研究所开发了新版“领先编辑”twinPE，可以将人体细胞中可编辑基因的长度从几十个碱基扩展到上千对；香港大学开发了一种利用CRISPR-Cas系统编辑超级细菌的新方法，为对抗超级细菌带来了新的希望。在合成生物学领域，中国农科院和北京首朗生物科技有限公司在国际上首次实现了从一氧化碳到蛋白质的一步合成，并已形成万吨级工业能力；中科院天津工业生物技术研究所在实验室首次实现二氧化碳从头合成淀粉；美国加州大学劳伦斯·伯克利国家实验室首次创造出无法自然合成的人工金属酶及其产物。在脑科学领域，美国和西班牙开发了“人工视觉大脑”，将信息直接发送到大脑的视觉皮层，帮助盲人获得基本视觉；美国BrainGate团队开发了无线脑机接口系统，首次实现了脑机信号的无线高带宽传输；俄罗斯科学院神经病学研究所开发了一种大脑皮层神经植入物，可以帮助盲人看清物体。在干细胞领域，美国塔夫茨大学艾伦发现中心利用非洲爪蟾胚胎中的干细胞，创造了有史以来第一个自我复制的活体机器人异种机器人；；韩国大邱庆北科学技术研究所开发出一种由干细胞制成的微型机器人，可以绕过血脑屏障，通过鼻子进入大脑；日本九州大学利用干细胞创造了一个用于卵子发育的体外卵泡结构。在AI+生物学领域，德国德累斯顿工业大学首次研发出用于疾病早期检测和治疗的植入式AI系统；查尔姆斯理工大学开发了生成式深度学习方法ProteinGAN，有助于更经济快速地开发基于蛋白质的药物和疫苗；美国斯坦福大学设计的能够精确预测RNA三维结构的AI算法ARES，成为继AlphaFold之后结构预测的又一里程碑；格拉斯哥大学开发了一种机器学习模型，可以预测病毒基因组的人畜共患病潜力，这将更有效地识别应该密切监控的罕见病毒，并优先开发疫苗。
新冠肺炎的不断变异促使各国加紧研发更有效的新型疫苗和药物以及病毒检测工具，其中新兴技术显示出巨大的应用潜力。Delta和Omicron等突变株的出现，影响了现有疫苗和药物的有效性，阻碍了全球抗疫进程。许多国家已经放弃了“彻底消灭新冠肺炎”的战略。在疫苗研发方面，据世卫组织统计，截至2021年12月14日，全球已研发出331种新冠肺炎疫苗，其中137种处于临床阶段，194种处于临床前阶段。美国美国食品药品监督管理局正式批准辉瑞和BioNTech的mRNA疫苗BNT162b2，这是第一个正式批准的新冠肺炎疫苗；中国首个自主知识产权的新冠肺炎中和抗体联合治疗药物安博韦单抗注射液、罗莫司韦单抗注射液获批；印度批准全球首个新冠肺炎DNA疫苗ZyCoV-D，预示着DNA疫苗的热潮即将到来。在病毒检测工具方面，AI、CRISPR基因编辑技术、合成生物学等新兴技术大大提高了病毒检测和药物设计的效率和准确性。霍华德休斯医学研究所和哈佛医学院利用CRISPR基因编辑技术开发了肽展示平台PICASSO，可以识别患者血液样本中的新冠肺炎抗体。加州大学伯克利分校将两种不同类型的CRISPR酶结合起来，创造了一种快速检测新冠肺炎RNA的新方法。沙特阿卜杜拉国王大学开发了CRISPR技术，可以利用RNA编辑蛋白实现便携式新冠肺炎诊断检测；世卫组织与西班牙国家研究委员会在新冠肺炎签署了全球首个卫生工具许可协议——《新冠肺炎血清抗体技术许可协议》。
2022年世界生物领域的趋势
新冠肺炎的不断变异已经成为最大的风险，通用新冠肺炎疫苗的研发可能成为各国的重点。自2020年2月发现D614G以来，新冠肺炎一直在发生变异，最近的Omicron变异体表现出很强的免疫逃逸能力和很高的传染性。未来完全有可能出现致病性和传染性更强的超级菌株，使检测工具失效，中和抗体和疫苗失效。病毒变异的不确定性给新冠肺炎疫苗研发带来巨大挑战，或者存在疫苗储存和交付、疫苗犹豫、突破性感染、疫苗免疫力下降、对病毒变异无效等问题。美国国立卫生研究院的科学家敦促各国在2022年重点关注冠状病毒在许多动物物种中的遗传多样性，了解冠状病毒的发病机理，并开发具有持久和广泛保护作用的冠状病毒疫苗。新冠肺炎通用疫苗的研发和生产可能成为各国的下一个重点，从而为全球各年龄段人群提供针对大部分或全部冠状病毒的持久保护。
随着生物安全风险日益严重，美国将争夺全球生物防御治理权和话语权。在后疫情时代，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。发布美国的阿波罗生物防御计划，力争到2030年结束疫情威胁时代，消除美国对生物攻击的脆弱性；美国疾病控制和预防中心预计将在2022年资助建立几个公共卫生病原体基因组卓越中心；这位美国参议员提出了“X疾病法案”，计划在2022年至2025年向生物医学高级研究与发展局拨款20亿美元，用于创建X疾病的医疗对策计划。美国长期重视生物安全能力建设，或将重新制定、调整和完善生物安全战略，提高国内生物安全基础研究能力，加强对各种生物威胁的预警、调查、检测和预防，争夺生物安全领域的全球治理和话语权。
人工智能的快速发展加速了生命科学和医学领域向智能化的升级。随着计算能力和人工智能的快速发展，生命科学的各个领域都面临着逐渐智能化的升级。人工智能可以根据氨基酸序列精确预测蛋白质的结构，这将开启一个探索和功能定位的结构生物学新时代，解决包括作物增产、药物设计、病理探索和塑料降解在内的诸多问题。在全球抗疫的大背景下，医学影像辅助诊断、智能机器人、新药研发等人工智能应用场景有望得到大幅提升。随着人工智能在医疗领域的深入应用，可以有效推动重大疾病诊疗能力不足、医疗资源短缺、医疗费用不断增加三大问题的解决，创新生物医药的面貌。
两用生物技术的风险受到高度重视，各国将继续加强对两用技术的监管和规范。基因编辑技术、合成生物学技术、转基因技术等两用生物技术在给人类健康和社会发展带来益处的同时，也伴随着一系列潜在的风险。一旦被误用、误用和滥用，将给人类、动植物和生态环境带来巨大危害，对国家安全构成威胁。2021年，世卫组织接连发布报告，提出AI监管治理六大基本原则；为人类基因组编辑技术的实施和监管提供了一个全新的管理框架。随着新技术的不断迭代，生物技术的门槛会更低，两用生物技术带来的生物安全和伦理挑战不容忽视。国际社会对两用生物技术及其应用的安全管理将日益严格。2022年，各国将继续出台相关法律规范两用生物技术的研发和应用，并加强监管。
粮食安全不容忽视，农业创新将成为未来农业科技发展的重点方向。人口增长、气候变化和新冠肺炎疫情深刻影响了全球粮食安全，给全球粮食供应链带来了巨大压力。创新气候智能技术，建立现代农业体系，已成为各国的共识和发展举措。2022年，英国Defra将继续为农业创新计划提供两轮资金，以促进农业生产和可持续发展；美国计划在未来五年内筹集10亿美元用于气候智能型农业和粮食系统创新；欧盟委员会已启动粮食供应和粮食安全应急计划，计划在2022年年中至2024年完成一系列行动。农业科技关键技术将继续成为各国政府、科技界和产业界关注的焦点。生物技术、数字技术、智能制造技术和上游蛋白质替代技术的进一步融合发展，将给农业带来全方位、全周期的变革，提高粮食和农业系统的可持续性、竞争力和韧性。
作者简介
刘进，itei第四研究室研究助理研究方向:生物安全、生物前沿技术、农业和食品安全。
联系人:liujin@drciite.org
张瑞卿，itei第四研究室研究助理
研究方向:生物安全、生态安全、生物医学。
联系人:zhangrq@drciite.org
作者:刘进和张瑞卿
编辑郑石
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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