2020年前沿科技发展态势及2021年趋势展望——生物篇

2020年前沿科技发展态势及2021年趋势展望——生物篇

世界生物领域2020年发展态势

新冠疫情深刻影响了全球生物科技的战略方向和聚焦领域，生物安全及相关议题受到各国高度重视。美国国家科学院、工程院与医学院发布《保护生物经济》报告，展望生物经济发展趋势及相关风险；发布《减少消费者粮食浪费的国家战略》报告，提出减少粮食浪费的具体应对策略。美国卫生与公共服务部发布《健康人群2030计划》，提出未来10年国家在疾病预防和健康促进方面的355个核心目标；发布《2020~2030年国家流感疫苗现代化战略》报告，提出3个总体目标：加强流感疫苗研发、使制造和供应多样化；促进创新方法和技术的应用；增加疫苗可及性和覆盖率。美国国立卫生研究院发布《2020~2030年营养研究战略规划》，通过扩大合作和采取多学科方法，促进营养科学发展及其在改善公共健康和减少疾病中的作用。

美英两国发布《遗传性人类基因组编辑》报告，为国家和国际社会科学治理与监督人类基因组编辑提供了基本参考。欧盟委员会提出《欧洲制药战略》，旨在建立具有前瞻性和抗危机能力的欧盟制药体系；发布《生命科学中的跨技术方法交叉发展》报告，旨在指导和促进生物科学中的跨技术方法交叉发展。德、日政府纷纷提高外资对本国关键生物科技企业的投资门槛，加强对生物经济和医药供应链的保护。世界卫生组织启动“全球新冠疫苗供应计划”，拟在2021年底前为参与国提供20亿剂新冠疫苗；成立全球抗菌素耐药性领导组织，以对抗抗菌素耐药性，确保未来重要药物的供应。

前沿生物技术领域频现颠覆性突破。基因编辑领域，美国约翰·霍普金斯大学开发出一种通过光诱导控制CRISPR系统的新技术“vfCRISPR”，可以超高的时空精准度远程控制体内的基因编辑过程；美国博德研究所开发出基于CRISPR技术的新冠病毒检测方法“STOP”，无需纯化病毒RNA即可在一小时内获得结果；以色列特拉维夫大学开发出基于脂质纳米颗粒的新型递送系统，首次证明CRISPR技术可有效治疗活体动物的癌症并使癌细胞永久失活；中国北京大学利用基因编辑技术，精准删除大鼠的特定记忆。干细胞领域，日本京东大学利用人诱导多能干细胞制出不受限制、可给任何人输血的血小板；英国弗朗西斯·克里克研究所利用人类干细胞和生物工程支架重建了完整的人类胸腺，对治疗严重免疫缺陷疾病和培养人造器官具有重要意义。合成生物学领域，美国哈佛大学利用青蛙细胞构建出全球首个活体微型“异种机器人”，瑞士苏黎世联邦理工学院合成出全球首个完全由计算机生成、不基于DNA模板的细菌基因组；英美研究团队开发出融合两种降解酶的“超级酶”，可在室温环境中高效降解PET塑料。

脑机接口领域，西班牙米格尔·埃尔南德斯大学开发出“仿生眼睛”脑机接口系统，可直连大脑视觉皮层使患者复明；中国北京脑科学与类脑研究中心构建出新型光学脑-脑接口，在两只老鼠间实现了高速率的运动信息传递；美国Neuralink公司发布微型脑机接口设备Link V0.9，依靠神经元活动成功预测实验猪的行为。“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竞赛（CASP）拔得头筹，能够精确地基于氨基酸序列预测蛋白质的3D结构。美国IBM公司借助Summit超级计算机进行人工智能筛选药物分子，在8000多种化合物筛选出7类有望治愈新冠病毒的候选药物。中国李兰娟院士研究团队采用人工智能算法，从151种上市药物中筛选出5种药物，成为对抗新冠病毒的有效武器。

新冠病毒研究及新冠疫苗研发成为2020年生物研究主线，基因编辑、合成生物学、人工智能等新兴技术迸发出巨大应用潜力。截至2020年12月中旬，全球已发表超20万篇有关新冠肺炎的研究，此外未经同行评议的预印本网站上还有更多数量的相关研究论文。科学家们正在竭尽全力了解和遏制新冠病毒引发的疫情，并以创纪录的速度研制和测试新冠疫苗。众多新兴技术迸发出巨大应用潜力，为病毒研究和疫苗研发提供了强有力工具。例如，基于CRISPR基因编辑技术开发的检测工具可1小时内测出新冠病毒，利用合成生物学研发的细胞工厂可高效生产新冠疫苗，人工智能大大增加了筛选新冠病毒候选药物的范围和速率等。

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共162款，临床1期23款，临床2期16款，临床3期13款。除疫苗研发管线众多外，疫苗上市和应用速度也十分惊人。俄罗斯率先在8月批准上市了全球首款新冠疫苗。此后，美国辉瑞和德国BIONTECH的mRNA疫苗也在欧洲和加拿大获批上市。此外，美国辉瑞疫苗预计2021年3月将在澳洲上市；辉瑞公司已致函印度药品管理总局，寻求疫苗许可。英国阿斯利康预计将于2021年1月上市其疫苗。中国国内多款疫苗已获批紧急使用，并在阿联酋、巴林等国获批上市。

世界生物领域2021年趋势展望

在各国日益严厉的管控和疫苗上市量产背景下，新冠疫情或将优先在发达国家及主要大国触顶回落，并逐渐摆脱疫情困境，而欠发达国家在2021年内或将很难实现生产、生活正常化。全球新冠病毒累计确诊人数将在2020年底逼近8000万，各国在与病毒斗争过程中对其认识不断加深，防疫措施也在不断改进和趋严。欧洲多国纷纷采取更加严厉的封城和出入境限制措施；拜登上台后或将采取一系列强化防疫举措；中日韩等已遏制住疫情的国家在管控疫情方面将更加精细化。此外，多款重磅新冠疫苗将在2021年陆续上市，并实现大规模量产，有助于进一步控制疫情。实力较强的国家，如美欧日等发达国家和俄罗斯等大国，在医院数量、医疗物资供应、疫苗研发和采购等方面具有优势，或将于2021年年中实现新冠疫情触顶回落，国内生产生活逐渐进入正常化。一些欠发达国家如南亚、非洲和南美洲国家，缺乏医疗物资，也无法及时获得充足的新冠疫苗，或将在更长时间中深陷疫情泥潭，甚至2022年后才能逐步遏制住新冠疫情。

新冠疫苗的仓促上市及病毒持续变异，或将成为2021年最大生物安全风险。新冠疫苗临床试验不足可能使许多疫苗的副作用无法被及时发现和消除，威胁公众健康，或将引发公众对疫苗的抵触，并进而影响政府公信力和满意度，威胁社会稳定；疫苗分配问题或将引发国际人道主义危机和国家内部阶层矛盾等；新冠病毒变异可能使疫苗失效，导致新冠疫情进一步恶化和失控。

后疫情时代全球生物安全秩序或将重建，美国或将出台拜登版的国家生物安全战略。新冠肺炎疫情深刻改变了世界，生物威胁和生物安全相关概念受到前所未有的关注和讨论。生物安全的概念也在不断发展，从“生物防御”将扩展到“生物经济和产业支撑”。后疫情时代，许多国家或将重新制定、调整和完善生物安全战略，进一步加强生物安全能力。生物安全相关的国际秩序、规范或将纷纷建立起来。尤其是受疫情影响最为严重的美国，疫情后或将深刻反思和梳理自身存在的安全漏洞。美国拜登上台后，或将推出新版国家生物安全战略，对内加大生物能力建设和生物安全体系完善，对外将加强全球生物安全布局、主导生物安全秩序建设，并积极争夺生物安全领域的全球治理权和话语权。

新冠疫情引发严重的粮食安全问题和营养健康问题。联合国警告“世界正处于50年来最严重的粮食危机边缘”，美国大西洋理事会将“新冠疫情引发粮食安全危机”列为2021年十大风险，国际食物政策研究所也表示“新冠疫情如果没有妥善处置可能导致粮食危机”。粮食危机的主要形式是粮食供应链中断，欠发达国家将遭受饥荒。此外，即便是发达国家，在高失业率时期穷人也在遭受粮价上涨的困扰，如美国现在就有五分之一的家庭没有粮食保障；消费者需求向价格便宜、营养少的食品转变，造成营养不良和更多健康危机。

新变局引发的网络生物安全风险日益严峻，生物安全新议题和新变化值得重点关注。互联网医疗、可穿戴设备、医疗AI等新模式、新设备和新技术的涌现与快速发展，尤其是新冠肺炎疫情后在线医疗行业的爆发式增长，使网络生物安全问题日益严峻，成为生物安全领域的新风险和新挑战。此外，合成生物学中的远程DNA注入威胁，是通过网络攻击实施生物威胁的一种新路径。黑客可使用恶意软件入侵生物学家的计算机，通过篡改其计算机上的正常DNA序列排序，从而创建出能产生毒素的DNA序列，甚至一个全新的病毒。该攻击方式暴露出生物安全防范工作中的众多短板，凸显出网络生物安全风险日益严峻。

生物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或将面临重大调整。一方面，西方国家或将调整医药供应链布局，减少对中国的依赖。例如，美国会研究服务部（CRS）2020年4月发布《新冠疫情：中国医疗供应链和更广泛的贸易问题》，全面评估了新冠病毒对中美贸易的影响、美对华医疗供应链的依赖程度，提出联合伙伴国家加快把医疗供应链转移到中国以外等诸多举措，以实现医药、医疗用品生产和供应的多元化；日本也在积极将相关企业转移到东南亚、南美等其他国家。另一方面，各国纷纷加强国内生物医药的独立自主能力。例如，德、日政府纷纷限制外资对其关键生物科技企业进行投资，并将呼吸机等高级医疗器械纳入安保核心产业领域；美国参议院举行“确保美国在生物经济领域的领导地位”听证会，以及美国国家情报局委托国家科学、工程和医学院发布《保护生物经济》报告等，主动发展本国生物经济能力。上述各国的相关动向如若落地实施，或对全球医药及医疗用品价值链分工和产业格局产生深远影响。

作者简介

刘发鹏 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究二室，副主任

研究方向：生物科技、生物安全、前沿颠覆性技术及交叉技术等。

联系方式：[e-mail]

张芮晴 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究二室，研究助理

研究方向：生物科技、生物安全等。

联系方式：[e-mail]

作者丨 刘发鹏 张芮晴

编辑丨 刘瑾 

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）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，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。

地址：北京市海淀区小南庄20号楼A座

电话：[phone]

微信：iite_er