丁陳君 陳 方 鄭 穎 鄧詩碧 吳曉燕 宋 琪

（中國科學院成都文獻情報中心，成都 610299）

科技實力深刻影響國際力量對比，近年來國家生物科技領(lǐng)域已成為全球科技競爭的焦點之一。全球生物科技領(lǐng)域發(fā)文量增長迅速，近五年的研究論文已超224萬篇，年均增幅為7.21%；其中我國共發(fā)表523565篇研究論文，呈現(xiàn)逐年遞增趨勢，近兩年來我國年度發(fā)文量已超過美國，居全球第一位。技術(shù)的突飛猛進、學科的深度會聚、大科學大團隊的組織模式正推動生物科技變革性發(fā)展。新興前沿技術(shù)的不斷進步與融合發(fā)展使更深入和系統(tǒng)地認識生命成為可能，并推動分子、細胞、組織、器官等重點單元的基礎(chǔ)研究向縱深發(fā)展，為揭示人類發(fā)育和疾病發(fā)生機制提供更多新線索。人工智能作為不斷提高人類創(chuàng)造力的工具，在蛋白預(yù)測、生物設(shè)計、檢測診療等方面顛覆了傳統(tǒng)方法，推動人類不斷解鎖全新技能。數(shù)字化、系統(tǒng)化、定量化、工程化發(fā)展趨勢為生物技術(shù)解決健康、能源、食品、資源和環(huán)境問題提供了新的機遇，生物產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中重要性進一步凸顯。美國麥肯錫研究院報告分析預(yù)測，生物革命將在未來10至20年內(nèi)產(chǎn)生2萬億～4萬億美元的直接經(jīng)濟影響，其中一半以上來自醫(yī)療衛(wèi)生以外的領(lǐng)域，包括農(nóng)業(yè)和紡織業(yè)等［1］。本文主要從國際重大戰(zhàn)略規(guī)劃與政策舉措、前沿新興領(lǐng)域重要研究進展的角度，對全球生物科技領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢進行深入分析，并對我國生物科技領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展提出相關(guān)建議。

1 國際重大戰(zhàn)略規(guī)劃和政策措施

1.1 從國家安全角度全面增強生物領(lǐng)域本國競爭力，強化科技主權(quán)

隨著中美在新興技術(shù)領(lǐng)域的交鋒日趨激烈，美國對中國的技術(shù)限制延伸到生物領(lǐng)域。在底層技術(shù)和關(guān)鍵核心技術(shù)方面，新版《關(guān)鍵和新興技術(shù)國家戰(zhàn)略》［2］清單關(guān)注了生物技術(shù)6個核心子領(lǐng)域。在生物產(chǎn)業(yè)方面，投入超20億美元啟動《國家生物技術(shù)和生物制造計劃》，使美國能夠充分利用生物技術(shù)和生物制造的潛力，降低藥價、創(chuàng)造就業(yè)機會、加強供應(yīng)鏈、改善健康結(jié)局以及減少碳排放，承諾“用國內(nèi)強大的供應(yīng)鏈替代來自國外的脆弱供應(yīng)鏈”，以減少在相關(guān)領(lǐng)域?qū)獾囊蕾嚕?］。美國智庫在《重振：生物技術(shù)與美國產(chǎn)業(yè)政策》報告中提出需要開展保障設(shè)備、人員、信息等資源獲取和資金注入的生物產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略［4］，確保美國生物經(jīng)濟將在未來幾十年的國際競爭優(yōu)勢。德國在2021年發(fā)布的《以技術(shù)主權(quán)塑造未來》文件中［5］，明確提出在疫苗研發(fā)、人工智能、數(shù)據(jù)技術(shù)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)主權(quán)。歐盟2021年更新了《歐洲工業(yè)戰(zhàn)略》［6］，將增強歐盟戰(zhàn)略自主權(quán)作為優(yōu)先事項之一，并配套發(fā)布了《歐盟的戰(zhàn)略依賴與能力》報告，針對原料藥等六個領(lǐng)域開展審查，識別對外依賴原因并提出相應(yīng)應(yīng)對措施［7］。日本發(fā)布新版《生物戰(zhàn)略2020》，加快推動先進技術(shù)的發(fā)展，旨在到2030年成為世界最先進的生物經(jīng)濟社會［8］。

1.2 強調(diào)生物經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)性，著力開展相關(guān)項目部署

美國工程生物學研究聯(lián)盟發(fā)布“工程生物學應(yīng)用于氣候和可持續(xù)發(fā)展的研究路線圖”，首次圍繞以能力建設(shè)和技術(shù)開發(fā)應(yīng)對氣候變暖、可持續(xù)發(fā)展等全球性挑戰(zhàn)展開，提出工程生物學將為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出重大貢獻［9］。美國能源部斥資1.78億美元用于生物能源研究，以推進可持續(xù)技術(shù)突破和改善碳儲存，為拜登政府在2050年實現(xiàn)凈零碳經(jīng)濟的目標發(fā)揮關(guān)鍵作用［10］。歐洲各國生物經(jīng)濟發(fā)展總體堅持生物質(zhì)級聯(lián)利用、效率循環(huán)利用并重，已將生物經(jīng)濟概念或優(yōu)先事項納入現(xiàn)有的監(jiān)管框架，促進生物基產(chǎn)品的公共采購、國家標準制定，以及生物經(jīng)濟教育和培訓(xùn)。此外，生物經(jīng)濟發(fā)展至今，歐盟強調(diào)了生物經(jīng)濟的環(huán)境、社會和經(jīng)濟可持續(xù)性。循環(huán)生物基歐洲聯(lián)合產(chǎn)業(yè)計劃（Circular Bio-based Europe Joint Undertaking，CBE JU）提出最新版生物基產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，在加快推進生物基解決方案市場化的同時強調(diào)高水平的環(huán)境效益，推動可持續(xù)生物經(jīng)濟發(fā)展［11］。同時CBE JU發(fā)布了圍繞生物基產(chǎn)業(yè)原料、加工、產(chǎn)品以及環(huán)境可持續(xù)等交叉問題的首個項目提案征集，總計1.2億歐元［12］。

1.3 重視數(shù)據(jù)驅(qū)動科學研究布局，推動重大科學問題解決

美國國家科學基金會宣布將成立新的分子與細胞科學合成中心，通過生物數(shù)據(jù)融合及相關(guān)科學知識來提高人類對復(fù)雜分子和細胞現(xiàn)象的解釋與預(yù)測能力［13］。美國國會研究服務(wù)部也建議改善生物數(shù)據(jù)的管理和獲取，建議國會創(chuàng)建“國家健康研究數(shù)據(jù)交換中心”，以改善用于研究目的的病人醫(yī)療數(shù)據(jù)的收集和共享［14］。英國衛(wèi)生和社會保障部制定“數(shù)據(jù)拯救生命：用數(shù)據(jù)重塑健康和社會護理”戰(zhàn)略，醫(yī)學研究理事會制定“2022至2025年戰(zhàn)略交付計劃”，都將利用數(shù)據(jù)開展研究，開發(fā)和采用新的工具、技術(shù)和模型，提高疾病診斷和治療水平［15，16］。同時，歐盟委員會啟動海洋微生物組促進海洋健康和藍色生物經(jīng)濟可持續(xù)性行動，旨在開發(fā)新的工具和方法來產(chǎn)生、分析和使用海洋微生物組數(shù)據(jù)，維持水生生態(tài)系統(tǒng)健康的高價值可持續(xù)服務(wù)［17］。

1.4 全球加速生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命，促進后疫情時代世界經(jīng)濟復(fù)蘇與可持續(xù)增長

合成生物學等前沿技術(shù)進步極大地降低了基礎(chǔ)生物工程單元的操作成本，制造企業(yè)參與可持續(xù)、可擴展和創(chuàng)新性的生物制造機會越來越多，將極大地拉動世界經(jīng)濟的增長。美國、歐盟、英國、日本等經(jīng)濟體紛紛調(diào)整各自發(fā)展戰(zhàn)略，進一步強化生物經(jīng)濟發(fā)展與國家經(jīng)濟、社會、外交、環(huán)境保護和氣候變化應(yīng)對等重大議題和愿景目標的關(guān)聯(lián)。2020年3月，歐盟生物基產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（Biobased Industries Consortium，BIC）發(fā)布《戰(zhàn)略創(chuàng)新與研究議程（SIRA 2030）》報告草案，提出“2050年建立循環(huán)生物社會”的愿景，即“一個具有競爭力、創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的歐洲，引領(lǐng)向循環(huán)型生物經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，使經(jīng)濟增長與資源枯竭和環(huán)境影響脫鉤”，并闡述了實現(xiàn)這一愿景的主要挑戰(zhàn)和路線圖，以及至2030的里程碑和關(guān)鍵績效指標［18］。2021年2月，歐盟委員會通過一項立法提案，就履行生物基產(chǎn)業(yè)聯(lián)合企業(yè)（Bio-Based Industries Joint Undertaking，BBI JU）的后續(xù)行動計劃——循環(huán)生物基歐洲聯(lián)合企業(yè)（the Circular Bio-based Europe Joint Undertaking，CBE JU）達成一致［19］。2021年3月，英國發(fā)布《工業(yè)生物技術(shù)報告：標準和法規(guī)的戰(zhàn)略路線圖》，明確了農(nóng)業(yè)、生物燃料、精細和特種化學品、塑料和紡織品等行業(yè)領(lǐng)域在利用工業(yè)生物技術(shù)減少碳排放方面的中短期潛力，并確定釋放其潛力的發(fā)展路線圖［20］。2021年2月2日，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省發(fā)布《生物技術(shù)驅(qū)動的第五次工業(yè)革命》報告，提出日本生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要措施，將實現(xiàn)自動化和機器人化、建設(shè)國際生物社區(qū)、培養(yǎng)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需人才、提升健康醫(yī)療和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的競爭力，以及普及生物制造品作為優(yōu)先事項［21］。世界經(jīng)濟論壇就建設(shè)可持續(xù)和創(chuàng)新性的生物制造方案組織了討論會，最終確定了實現(xiàn)生物經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵戰(zhàn)略，重點聚焦于加強商業(yè)化生物制造領(lǐng)域的投資和戰(zhàn)略伙伴關(guān)系、促進勞動力轉(zhuǎn)型兩個方面［22］。美國Schmidt Futures基金會合成生物學和生物經(jīng)濟工作組發(fā)布戰(zhàn)略報告，強調(diào)關(guān)注基礎(chǔ)基礎(chǔ)科學和技術(shù)、生物制造相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施、高素質(zhì)勞動力和政策環(huán)境等方面［23］。

2 國際重要研究進展

2.1 認識與解析生命更加深入和系統(tǒng)，推動生命科學研究向縱深發(fā)展

測序技術(shù)的不斷進步使人類可以對生命體內(nèi)基因組的序列進行非常精準的解析，雖然掌握生命的密碼，但對于這些不同類型的細胞通過什么方式構(gòu)成一個完整的、有功能的器官仍然未知。單細胞技術(shù)和時空組學的問世為組織樣本基因表達和組學分析提供最前沿工具，通過整合分子、細胞、組織、器官等多個水平的成果，系統(tǒng)解讀和全景式分析人體各種生理生化現(xiàn)象，為更好地認識和解析生命奠定基礎(chǔ)。研究人員利用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)探索組織的結(jié)構(gòu)，在發(fā)育生物學、神經(jīng)生物學和腫瘤學中開展了一系列的研究［24］。將空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集與基因組原位高通量成像、組織內(nèi)組蛋白標記的空間分布相結(jié)合極大地提高了研究組織復(fù)雜性的能力［25］。美國耶魯大學等開發(fā)的組蛋白修飾分析技術(shù)實現(xiàn)細胞水平的空間分辨率染色質(zhì)修飾分析［26］；開發(fā)空間分辨測序新技術(shù)實現(xiàn)小鼠和人類組織原位染色質(zhì)可及性研究［27］。新計算工具PASTE的開發(fā)還推動空間組學從二維向三維發(fā)展。華大基因開發(fā)的Stereo-seq技術(shù)，可以實現(xiàn)單細胞分辨率的全組織尺度的細胞定位。由深圳國家基因庫和深圳華大生命科學研究院共同研發(fā)的時空組學數(shù)據(jù)庫V1.0版本（STOmicsDB）正式上線，支撐了小鼠、斑馬魚、果蠅、擬南芥的發(fā)育時空圖譜繪制，從時間和空間維度上對發(fā)育過程中的基因和細胞變化過程進行超高精度解析［28］，還支撐了首個蠑螈腦再生時空圖譜構(gòu)建［29］。

生物成像領(lǐng)域發(fā)展迅速，顯微技術(shù)多次獲得諾貝爾獎，目前已開發(fā)多個具有劃時代意義的新型顯微技術(shù)，并在生命科學多個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。美國紐約威爾·康奈爾醫(yī)學院開發(fā)出定位原子力顯微鏡，借鑒超分辨率熒光顯微鏡的“定位”技術(shù)將原子力顯微鏡分辨率提高到埃米級［30］。澳大利亞昆士蘭大學開發(fā)的量子顯微鏡引入量子科技，利用量子相關(guān)性增強非線性顯微鏡成像［31］。美國國家生物醫(yī)學成像與生物工程研究所成功改良共聚焦顯微鏡，從而實現(xiàn)活體樣本精細結(jié)構(gòu)更高分辨率的三維成像［32］。清華大學戴瓊海院士團隊開發(fā)了掃描光場顯微鏡，實現(xiàn)對活體哺乳動物的亞細胞結(jié)構(gòu)的長時間、三維、高速高分辨率的顯微觀測［33］。哈爾濱工業(yè)大學李浩宇和北京大學陳良怡團隊實現(xiàn)了低光毒性條件下的長時程、超快速、活細胞超分辨成像，把結(jié)構(gòu)光顯微鏡的分辨率從110納米提高到60納米［34］。中國科學院徐濤院士團隊開發(fā)的軸向單分子定位成像新技術(shù)與新型干涉定位顯微鏡，使得細胞內(nèi)單分子定位成像軸向分辨率提升到了納米尺度［35］。

此外，融合發(fā)展特點更加明顯，生物學研究向數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動發(fā)展。指數(shù)級發(fā)展的AI蛋白預(yù)測技術(shù)打破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)生物學的發(fā)展模式。DeepMind借助算力提升優(yōu)勢，已將數(shù)據(jù)庫更新到2.2億個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，基本涵蓋所有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)［36］。Meta則主攻微生物領(lǐng)域并宣布完成了包含6億多個蛋白質(zhì)的宏基因組圖譜［37］。在設(shè)計層面，美國華盛頓大學David Baker團隊開發(fā)的RoseTTAFold程序既可預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，還可預(yù)測其結(jié)合形式［38］，并實驗證明機器學習可以比以前更快速、更精確地創(chuàng)造結(jié)構(gòu)多樣的蛋白質(zhì)分子［39］。此外，利用人工智能技術(shù)還實現(xiàn)了預(yù)測人類核孔復(fù)合體的亞細胞結(jié)構(gòu)［40］、生成氨基酸序列［41］、設(shè)計功能蛋白質(zhì)［42］等功能。

2.2 合成與改造生物能力不斷增強，為拓寬應(yīng)用領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)

基因編輯技術(shù)快速迭代升級，在精度、廣度、效率和特異性方面有了更進一步的提升，不僅可將超過7 kb的大片段DNA序列精準、高效地整合到人類基因組［43］，還可以無需病毒遞送載體，將DNA序列高效引入細胞基因組的精確位置［44］，使設(shè)計用于治療的大量細胞變得更加容易。劉如謙團隊憑借升級版先導(dǎo)編輯（雙先導(dǎo)編輯）技術(shù)推動初創(chuàng)公司成功上市，并能有效實現(xiàn)多堿基的精準插入與刪除。美國博德研究所張鋒團隊通過結(jié)構(gòu)和機制解析，從功能互作與進化角度加深了對基因編輯系統(tǒng)的理解［45］，為進一步開發(fā)和工程化改造奠定了基礎(chǔ)。該團隊還確定了多效應(yīng)蛋白復(fù)合物類型編輯系統(tǒng)中Cas7-11的蛋白底物、結(jié)構(gòu)和作用機制，揭示CRISPR系統(tǒng)可同時具有核酸酶和蛋白酶功能［46］。細胞核DNA編輯［47，48］、RNA編 輯 技 術(shù) 不 斷 優(yōu) 化［49］。線 粒 體DNA堿基編輯技術(shù)取得突破，開發(fā)了新型線粒體A-G堿基轉(zhuǎn)換編輯器［50］，擴展了線粒體基因編輯的范圍?；凇跋葘?dǎo)編輯”技術(shù)的多項新設(shè)計，如雙重先導(dǎo)編輯技術(shù)twinPE［51］、PEDAR系統(tǒng)［52］、PRIME-Del［53］和MPE編輯器［54］先后實現(xiàn)了完整的長片段基因的精確插入、置換或刪除，甚至多個基因位點的“一步到位”式編輯，均為復(fù)雜的生物研究及基因疾病治療提供了工具與思路。

合成生物學作為使能技術(shù)不斷取得突破，提高了人類設(shè)計改造生物的能力，促進生命健康領(lǐng)域發(fā)展。利用合成生物學技術(shù)，研究人員開發(fā)了基于原核細胞的類真核合成細胞［55］、超過100個菌株的合成腸道微生物群落［56］，含重構(gòu)遺傳密碼且不與自然生物體發(fā)生基因交換的大腸桿菌基因組［57］、首個能夠進行自我復(fù)制的活體機器人［58］等?；贒NA折紙技術(shù)的納米級旋轉(zhuǎn)馬達59］、可用于體內(nèi)成像的基因編碼傳感器［60］等技術(shù)也相繼面世。中法研究人員首次在大腸桿菌中人工合成各種具有預(yù)設(shè)功能的細胞器［61］從全新角度認識理解細胞器。這些重大成果不斷夯實合成生物學的應(yīng)用基礎(chǔ)。

干細胞技術(shù)與組織工程、3D打印等工程化技術(shù)的融合，逐漸開辟出工程化組織器官修復(fù)的發(fā)展方向。奧地利科學院分子生物技術(shù)研究所Sasha Mendjan團隊使用人類多能干細胞成功培養(yǎng)出全球首個體外自組織心臟類器官模型［62］。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所王秀杰團隊與英國曼徹斯特大學王昌凌團隊，以及清華大學劉永進團隊合作利用六軸機器人改造而成的新型生物打印機和特殊的細胞打印方法，突破了傳統(tǒng)3D打印的平層局限，在復(fù)雜血管支架上打印出具有正常細胞周期和功能的心肌組織［63］。以色列特拉維夫大學薩戈爾再生生物技術(shù)中心Tal Dvir教授團隊利用基因工程技術(shù)成功再造人體脊髓細胞，并注入15只長期癱瘓的小鼠體內(nèi)，其中12只重新站立正常行走［64］。這一世界首例的科研成果將在未來三年內(nèi)對癱瘓者進行臨床試驗。哈佛大學醫(yī)學院Y.Shrike Zhang與四川大學周宗科教授課題組合作開發(fā)一種獨特的冷凍垂直生物打印策略。通過采用多細胞垂直3D生物打印的策略，研究者成功的構(gòu)建了體外肌肉／肌腱模型和肌肉／血管組織工程模型［65］。

2.3 工程生物研究突破及智能化平臺開發(fā)極大地推動了產(chǎn)業(yè)發(fā)展

底盤生物改造能力提升推動工程菌株在工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域的多種應(yīng)用。德國馬普學會化學生態(tài)研究所的研究人員揭示了植物馬錢子中形成馬錢子堿的完整生物合成途徑，為利用“代謝工程”方法生產(chǎn)未知植物天然產(chǎn)物合成途徑提供了新的可能性［66］。中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所團隊在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成［67］。麻省理工學院團隊開發(fā)了可以精確控制哺乳動物細胞產(chǎn)生癌癥治療用單抗等特定蛋白質(zhì)數(shù)量的新方法［68］。美國伊利諾伊大學研究人員將藍藻的各種突變體設(shè)計為酵母細胞內(nèi)的內(nèi)共生體，使其獲得光合作用能力［69］。美國國家可再生能源實驗室等機構(gòu)合作開發(fā)了一種金屬催化氧化疊加生物轉(zhuǎn)化的兩步法，可以分解常見的消費類塑料混合物［70］。美國萊斯大學開發(fā)了通過編程識別化學污染物，并釋放可檢測電流實時報告各種污染物的工程細菌［71］。

結(jié)合機器學習等信息技術(shù)的復(fù)雜工具開發(fā)加速了工程生物學技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)應(yīng)用。德克薩斯大學研究者利用機器學習算法來設(shè)計穩(wěn)定且有活性的PET水解酶，成功實現(xiàn)了PET塑料從降解到再利用閉環(huán)路徑［72］。洛克菲勒大學研究團隊通過計算模型找到預(yù)測與已知參與抗生素合成的其他基因序列，從而篩選到具有抗生素活性的化合物［73］。合成生物學技術(shù)公司Ribbon Biolabs將獲得1800萬歐元A輪融資用于利用優(yōu)化算法來指導(dǎo)DNA自動酶促合成技術(shù)的商業(yè)化［74］。中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所江會鋒團隊利用改造獲得的合成酶創(chuàng)建了兩步循環(huán)酶促DNA合成技術(shù)［75］，實現(xiàn)與商業(yè)化DNA化學合成法準確率相當。加拿大的Artem Babaian研究團隊開發(fā)了一種名為“Serratus”的云計算平臺，能夠進行PB級序列比對，已檢測到超過10萬種新型病毒［76］。日本大阪大學研究人員利用人工智能開展改變底物和輔因子特異性的酶工程設(shè)計，為制藥或生物燃料等特定應(yīng)用領(lǐng)域定制目標酶［77］。英國曼徹斯特大學開發(fā)了一種新的酶工程平臺，可實現(xiàn)自動化高通量定向進化改造塑料降解酶［78］。中佛羅里達大學研究人員開發(fā)一種基于人工智能的藥物-靶標相互作用預(yù)測工具，大大加速了藥物篩選［79］。

全球研究人員在揭示天然光合作用固碳機制，通過生物技術(shù)實現(xiàn)二氧化碳資源化利用等方面取得了多項進展。低碳生物轉(zhuǎn)化技術(shù)進步在提高能效的同時擴大了產(chǎn)物譜，包括有機酸、有機醇、有機酸鹽、生物燃料、生物塑料等。法國研究人員破譯了衣藻高效捕獲二氧化碳的機制［80］，為提高作物產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)。韓國科學技術(shù)院研究利用高濃度CO的產(chǎn)乙酸菌突變體使2，3-丁二醇產(chǎn)率提高5.5倍［81］。中國研究機構(gòu)合作通過電催化結(jié)合生物合成的方式，將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，并進一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸［82］。美國西北大學和碳回收公司LanzaTech合作利用生物技術(shù)改造出一種工程細菌，并使用組學分析、動力學建模和無細胞原型來優(yōu)化通量，將二氧化碳高效、高選擇性轉(zhuǎn)化為丙酮和異丙醇［83］。臺灣中央研究院研究者設(shè)計了一種對氧不敏感、能夠自我補充的CO2固定系統(tǒng)，并以超越植物光合作用的效率生產(chǎn)乙酰輔酶A、丙酮酸和蘋果酸等［84］。美國勞倫斯伯克利國家實驗室利用工程化天藍色鏈霉菌成功生產(chǎn)凈熱值高達50 MJ／L的多環(huán)丙烷脂肪酸甲酯生物燃料［85］。此外，在生物轉(zhuǎn)化平臺開發(fā)方面，英美科學家分別開發(fā)了利用CO2高效生產(chǎn)乙酸鹽［86］、聚羥 基 脂 肪 酸 酯（Polyhydroxyalkanoates，PHA）系統(tǒng)［87］。

3 對我國推動生物科技創(chuàng)新發(fā)展的建議

生命系統(tǒng)的復(fù)雜性，決定了生物技術(shù)研發(fā)體系的繁復(fù)，多組學技術(shù)的應(yīng)用，為生物技術(shù)研發(fā)積累了海量的數(shù)據(jù)，生物技術(shù)研發(fā)從實驗科學范式向數(shù)據(jù)驅(qū)動范式成為必然趨勢。生物科技領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的不斷革新持續(xù)賦能食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、材料、能源、化工、環(huán)保等產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，生物產(chǎn)業(yè)在推動經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。我國生物科技領(lǐng)域呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢，在時空組學、合成生物學、干細胞與再生醫(yī)學、生物成像、生物制造等領(lǐng)域取得突破性成果?；谏锟萍碱I(lǐng)域全球發(fā)展態(tài)勢與競爭格局，建議我國從以下三個方面加強布局，推動生物科技創(chuàng)新發(fā)展。

1）夯實優(yōu)勢領(lǐng)域研究基礎(chǔ)，提升前沿領(lǐng)域研究能力

以重大科學問題為牽引，以原創(chuàng)性、引領(lǐng)性基礎(chǔ)研究為先導(dǎo)，對基因編輯、合成生物學、組學、生物信息學等基礎(chǔ)前沿技術(shù)領(lǐng)域，進行系統(tǒng)、前瞻的規(guī)劃和布局，加快出臺支撐國家戰(zhàn)略的科技路線圖規(guī)劃，建立長周期、持續(xù)穩(wěn)定的支持，提升我國在這些領(lǐng)域的國際競爭力，力求在新一輪科技競爭中掌握主動權(quán)。加強基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究融通發(fā)展，強化生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、綠色化工、藥物和疫苗研發(fā)、生物育種等關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，加速工程化技術(shù)創(chuàng)新。

2）強化各學科交叉融合，大力推進復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)

基于生命系統(tǒng)的復(fù)雜性，需積極促進學科交叉融合和研究范式轉(zhuǎn)變，尤其面向生物醫(yī)學和信息計算領(lǐng)域的快速發(fā)展，構(gòu)建以新理科和新醫(yī)科為基礎(chǔ)的新型復(fù)合型人才培養(yǎng)體系，大力引進國際化、復(fù)合型與高水平創(chuàng)新人才及相關(guān)團隊，并通過人才引進進一步完善學科布局，優(yōu)化研究隊伍的知識結(jié)構(gòu)，圍繞新理科、新工科和新醫(yī)科建設(shè)，探索生物科學與材料、人工智能、藥物等交叉融合，開展技術(shù)攻關(guān)，以更好的實現(xiàn)更加高效、精準的科學研究，加速成果產(chǎn)業(yè)化。

3）面向人民群眾生命健康需求，推動生物技術(shù)為核心的生物經(jīng)濟發(fā)展

未來以生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)、生物制造、生物安全等重點領(lǐng)域為抓手，推進創(chuàng)新單元設(shè)置和研發(fā)布局，加快生物技術(shù)賦能健康、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保等多個產(chǎn)業(yè)。面向人民生命健康，加快推動生物醫(yī)藥領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品的研發(fā)，有效應(yīng)對公共衛(wèi)生領(lǐng)域的多種挑戰(zhàn)和需求。突破技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)跨領(lǐng)域綜合交叉，促進技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，推動生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，發(fā)揮生物科技創(chuàng)新在實現(xiàn)雙碳目標中的引領(lǐng)和支撐作用，支撐綠色、循環(huán)、可持續(xù)生物經(jīng)濟發(fā)展。