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生物科技

作者:邢颖 发布时间:2018-05-31 11:41:20 来源:光明日报 字体:   |    |  

  生物科技在引领未来经济社会发展中的战略地位日益凸显,生物产业正加速成为继信息产业之后新的主导产业。近年来,世界各国纷纷强化生物科技战略布局。例如,美国启动了《2015年工程生物学研究与发展法案》立法议程,2016年还发布了医疗创新政策法案,将提供63亿美元经费用于开发疾病疗法。欧盟委员会和企业伙伴在2014年联合推出预算37亿欧元的“生物基产业公私合作伙伴计划(2014—2024年)”。英国生物技术和生物科学研究理事会2017年宣布投入3.19亿英镑支持未来五年的生物科技发展。我国也印发《“十三五”生物产业发展规划》、《“十三五”生物技术创新专项规划》及生物制造相关规划,提出加快生物产业创新发展步伐、培育生物经济新动力的重要任务。

  生物技术领域关键性、前沿性、颠覆性技术不断引起各国高度关注,新一代基因组学、合成生物学、新型治疗方法等技术不断掀起研发热潮。

  生物技术的颠覆性不仅体现在民用领域,也有重要的军事用途。据了解,美国已在生物材料、仿生设计、生物计算、生物燃料等领域取得突破,并试图利用这些“颠覆性技术”催生出新的作战样式和作战理念。美国国防部预研局曾制定过一份《2013-2017年科技发展计划》重点是生物技术在“战场医疗”等方面的应用。

  我们分析认为,生物科技领域重点有三项重要颠覆性技术。

  第一,基因编辑技术。基因编辑技术是一项突破性的生命科学技术,通过利用一种切割细胞中特定DNA序列的酶——核酸酶,实现对特定位点基因的精准插入、删除或替换。根据序列特异性核酸酶的不同,可分为ZFNs、TALEN及CRISPR/Cas9技术。基因编辑技术由于具有简便、高效及低成本等优点,在基础研究、基因治疗及遗传改良等方面展现出巨大的潜力。美国和中国在基因编辑技术研发上处于世界领先地位。在基础研究领域,美国科学家首先发现基因编辑技术能够编辑人类基因,并在单碱基编辑、RNA编辑、基因编辑机制上陆续取得突破性成果,不断改进基因编辑的精准性、降低脱靶效应;美国还率先将基因编辑技术应用于哺乳动物细胞。在医疗健康领域,我国科学家首次完成了对人类胚胎的基因编辑用于治疗地中海贫血,我国还是世界上第一个将CRISPR应用于人体临床试验的国家;而美国开展了首个人体内基因编辑手术。在农业遗传育种领域,该技术通过对水稻、小麦、大豆、玉米等重要主粮作物及蔬菜的基因组进行编辑,有效改善了产量、品质、抗病及抗逆性状,并且通常不会引入外源基因,引起广泛关注。

  第二,合成生物学。合成生物学是在现代生物学和系统科学基础上发展起来的、融入工程学思想的多学科交叉研究领域,在医药、能源、材料、环境等领域中具有广阔的应用前景。2002年,美国纽约州立大学在历史上首次利用人工从化学单体合成了病毒——脊髓灰质炎病毒。2008年、2010年,美国又首先合成了生殖道支原体基因组和噬菌体基因组,创造了首例“人造细胞”。2014年,美国首次成功合成酵母的1条染色体,其在酵母细胞内呈现正常功能;继而2017年,Science报道了另外5条酵母染色体的合成,其中4条以中国学者为主完成。美国科学家还合成了具有最小细菌基因组的活体细胞Syn3.0。此外,美国公司通过数据驱动、人工智能、高通量筛选和机器人自动化的串联模式促进菌株优化与化合物合成。英国建造了名为“Foundry”的设施用于DNA制备过程工业化。合成生物学正与人工智能、大数据技术、化学合成技术会聚,加速工程化进程。

  第三,细胞免疫治疗。细胞免疫治疗(CAR-T)是通过基因工程手段修饰人的免疫效应细胞(T细胞),使其表达嵌合抗原受体(CAR),之后回输入患者体内,使免疫细胞能特异性地识别肿瘤相关抗原,以此增强T细胞对肿瘤的特异性杀伤的一种技术。近年来,细胞免疫治疗已成为包括恶性血液肿瘤在内的多种肿瘤治疗的重要手段。细胞免疫治疗对白血病的有效率可达到94%,用于实体瘤治疗尚有待攻克。2017年,美国FDA批准了首个来自诺华制药的细胞免疫疗法用于治疗白血病,继而又批准了来自Kite制药的CAR-T治疗淋巴瘤。这标志着细胞免疫疗法已进入实用阶段。在CART-T疗法的开发上,美国遥遥领先,中国紧随其后。统计显示,正在开展的CAR-T临床试验共87项,美国54项,中国有23项。我国在国际实体瘤CAR-T细胞治疗领域呈领先地位,已完成针对肝癌的CAR-T一期临床试验。

  (作者:邢颖,系中国科学院科技战略咨询研究院副研究员)

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