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我国生命科学与生物技术发展重大研究进展(2018—2019)

已有 736 次阅读 2020-1-21 09:13 |系统分类:科研笔记

近年来,现代生命科学与生物技术取得一系列重要进展和重大突破,并正在加速向应用领域渗透,在解决人类发展面临的环境、资源和健康等重大问题方面展现出广阔的应用前景。


我国生命科学与生物技术发展重大研究进展

我国生命科学研究在快速发展,基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等多组学分析与细胞图谱研究不断在进步,合成生物学、表观遗传学、结构生物学的持续进步推动了生命科学领域的大发现、大突破,同时,技术革新、学科融合推动脑科学、免疫学、再生医学、人工智能医疗及农作物育种领域取得多个里程碑式进步。
 

1

多组学交叉、多维度分析已经成为组学研究的大趋势
 
基于测序技术、质谱技术、核磁共振技术等生命组学研究技术的进步,相关研究将进一步向高通量、高精度、高覆盖方向发展,多组学交叉、多维度分析已经成为组学研究的大趋势,为完整解析生命奠定基础。
 
基因组学领域,西安交通大学、中国农业科学院等机构先后破译出罂粟基因组密码、发表 3010 份亚洲栽培稻基因组研究成果,为开发罂粟药用价值、推动水稻规模化基因发掘和水稻复杂性状分子改良等奠定了重要基础;首都医科大学、中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院北京基因组研究所、华大基因等机构通过对人类多维基因组大数据进行研究,揭示了继发胶质母细胞瘤和阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)等疾病、母体血浆病毒感染及人类胚胎基因组的激活机制等,为疾病精准治疗及人类优生优育提供理论基础。转录组学中,浙江大学开发了新型单细胞全转录组测序技术 Holo-seq ;中山大学等鉴定了一组可有效预测局部晚期鼻咽癌转移风险的 mRNA 分子标签;北京大学等首次在单细胞和全转录组水平系统深入研究了小分子化合物诱导体细胞重编程过程;北京大学等机构还绘制了人类精子发生的高精度单细胞转录组图谱 。蛋白质组学中,中国科学院计算技术研究所等机构设计了新一代开放式搜索算法 Open-pFind ,有望成为蛋白质组学日常数据分析的主力工具;中国科学院水生生物研究所构建了三角褐指藻的蛋白质组精细图谱 ;北京大学肿瘤医院等从蛋白质组的角度将弥漫型胃癌分为 3个与生存预后和化疗敏感性相关的亚型,可为胃癌精准医疗提供直接依据。代谢组学领域,华东理工大学等首次在单细胞和活体水平建立了氧化还原“全景式”实时动态分析技术。多组学交叉、多维度分析已经成为组学研究的大趋势,中国农业科学院综合利用基因组、转录组、代谢组等多组学大数据分析番茄育种过程,为番茄的全基因组设计育种提供了路线图;清华大学等机构运用代谢组和转录组等多组学研究手段,首次揭示了小细胞肺癌亚型中的新型代谢重编程通路 。细胞图谱绘制上,浙江大学、中国科学院生物物理研究所、北京大学等机构先后绘制了世界上第一张哺乳动物细胞图谱,人脑前额叶胚胎发育过程的单细胞转录组图谱,食道、胃、小肠和大肠这4种器官在人类胚胎发育过程中的基因表达图谱,以及非小细胞肺癌和结直肠癌微环境T 细胞图谱,为基础研究和疾病精准治疗提供了参考。
 

2

脑科学与神经科学基础及应用研究持续推进
 
我国脑科学与神经科学研究持续深入,相关技术开发、基础研究与应用研究不断推进。技术开发上,中国科学院国家纳米科学中心在高密度柔性神经流苏及活体神经信号稳定测量方面取得进展;天津大学、中国医学科学院等机构开发的三金属纳米酶,在脑损伤模型研究中有重要应用;中国科学院上海微系统与信息技术研究所利用新型碳基二维半导体材料 C3N 构建了可调突触行为的人工突触模拟忆阻器。基础研究领域,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心成功构建了世界首例生物节律紊乱体细胞克隆猴模型,表明中国正式开启批量化、标准化创建疾病克隆猴模型的新时代;中国科学院生物物理研究所发现了果蝇学习记忆中去抑制神经环路机制;上海交通大学等机构发现大脑中的一个区域在调节进食行为中发挥着关键性作用。应用研究上,浙江大学医学院首次发现大脑存在两条平行的抑制性神经通路,为治疗阿片类物质依赖提供了新靶点;中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心等首次发现了维持神经轴突完整性的关键基因,为开发衰老相关神经退行性疾病的诊疗方法提供了重要思路。
 

3

合成生物学在基因组设计与合成中实现突破
 
我国在合成生物学的基础研究和应用研究等方面取得了一系列重要进展,包括基因组设计与合成、基因编辑、天然产物合成等。基因组设计与合成上,中国科学院分子植物科学卓越创新中心 / 植物生理生态研究所在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞,是继原核细菌“人造生命”之后的又一个重大突破;天津大学在合成酵母染色体的基础上,开发出精确控制基因组重排技术等系列成果。基因编辑方面,中国科学院遗传与发育生物学研究所建立了通过 CRISPR-Cas9 高效调控内源 mRNA 翻译的方法;中国科学院分子植物科学卓越创新中心 / 植物生理生态研究所利用 Cas13 蛋白及其指导 RNA 靶向结合特异序列单链 RNA 的能力,建立了实现精确定点 RNA(A → I)编辑的人工机器,该中心还发现 ssDNA 的切割活性在 Cas12a 蛋白中普遍存在。天然产物合成方面,中国科学院天津工业生物技术研究所等首次实现治疗心脑血管疾病的中成药灯盏花素的全合成;中国科学院分子植物科学卓越创新中心 / 植物生理生态研究所首次解析了甜茶素(rubusoside)的生物合成过程;华东师范大学合成了远红光调控的 CRISPR-dCas9 内源基因转录装置(FACE 系统);北京大学利用合成生物学手段成功将原本以 6 个操纵子(共转录)为单元的含有18 个基因的产酸克雷伯菌钼铁固氮酶系统成功地转化为 5 个编码 polyprotein 的巨型基因。上海科技大学、中国科学院马普计算生物学研究所实现了 C 与 T 及mC 至 T 的精准编辑。中国科学院分子植物科学卓越创新中心 / 植物生理生态研究所、中国科学院生物物理研究所、中国科学院动物研究所、暨南大学和中国科学院广州生物医药与健康研究院等机构利用基因编辑技术先后在人工改造染色体、动物模型构建等领域取得突破性进展。
 

4

技术革新、学科融合推动表观遗传学快速发展
 
我国表观遗传学研究关注表观基因图谱及调控功能验证,国家科学研究项目在表观遗传学方面的支持力度不断提高,表观遗传学的数据标准和数据平台也正不断完善。
 
技术革新、学科融合极大地推动了表观遗传学研究成果的产出,我国在遗传修饰与基因调控、临床应用与疾病干预方面均取得多项突破。遗传修饰与基因调控领域,中国科学院生物物理研究所解析了染色质领域首个组蛋白修饰酶与完整底物复合体 Rtt109-Asf1-H3-H4 复合物的晶体结构;同一时期,该团队又解析了 DNA 复制过程中组蛋白结合和核小体的产生过程;中国科学院生物物理研究所首次在体内揭示了 Stella 基因通过抑制 DNMT1 活性而保护卵母细胞基因甲基化正常建立的机制;北京大学第三医院与北京未来基因诊断高精尖创新中心、生命科学学院生物动态光学成像中心利用单细胞测序技术,首次实现了人类早期胚胎发育过程中 DNA 甲基化重编程在单细胞和单碱基精度的深入研究;在临床应用与疾病干预上,首次从单细胞分辨率、多组学水平深入解析了人类结直肠癌的发生和转移过程;中国科学院北京基因组研究所有多项研究基于表观遗传修饰来寻找白血病的潜在治疗靶点。
 

5

结构生物学技术不断完善,推动相关研究不断加深
 
从结构到功能的研究对生物学领域有着重要的意义。伴随技术手段的发展与完善,我国对基因(组)、染色质及蛋白质等大分子结构和功能的认识不断加深,在大分子与细胞机器的功能与机制、膜蛋白和受体蛋白的功能解析与新药开发、蛋白与药物靶点的结合构象研究等方面有多项突破。
 

6

免疫学与免疫治疗基础研究与临床应用稳步推进
 
单细胞测序技术、质谱流式细胞技术、活体成像技术、基因编辑技术等快速发展,极大地提高了探索和利用免疫系统的可能性。免疫学机制研究的深入,为免疫相关疾病的预防和治疗研发带来了新的机遇。
 

7

再生医学为重大慢性疾病的治愈带来希望
 
随再生医学的不断发展,其概念范畴不断扩充,一系列新兴通用技术及工程技术与生物技术的融合,推动了再生医学的发展,为一系列重大慢性疾病的治愈带来了希望,同时也为器官移植中缺乏器官来源的问题找到了潜在解决方案。
 

8

人工智能进一步渗透中国医疗健康领域
 
2018 年,人工智能技术进一步渗透医疗健康领域,我国在人工智能技术应用于疾病风险预测、诊断和病理分析方面的突破层出不穷。
 

9

农作物分子设计育种研究取得重大理论突破
 
中国科学院遗传与发育生物学研究所成功利用“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”理论基础与品种设计理念育成标志性品种‘中科 804’和“中科发”系列水稻新品种,实现了高产优质多抗水稻的高效培育,该成果入选两院院士评选的年度中国十大科技进展。


本文摘编自科学技术部社会发展科技司、中国生物技术发展中心编著《2019 中国生命科学与生物技术发展报告》一书前言部分,内容有删节,标题为编辑所加。

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 2019 中国生命科学与生物技术发展报告 
 ISBN 978-7-03-062782-7
  责任编辑:王玉时

《2019 中国生命科学与生物技术发展报告》总结了 2018 年我国生命科学基础研究、生物技术应用和生物产业发展的主要进展情况,重点介绍了我国在生命组学与细胞图谱、脑科学与神经科学、合成生物学、表观遗传学、结构生物学、免疫学、再生医学、新兴与交叉技术等领域的研究进展,以及生物技术应用于医药、工业、农业、环境、生物安全等方面的情况,分析了我国生物产业的现状和发展态势,阐述了生命科学研究领域的伦理监督与政策监管环境,并对2018 年生命科学论文和生物技术专利情况进行了统计分析。本书分为总论、生命科学、生物技术、生物产业、投融资、生命科学研究伦理与政策监管、文献专利 7 个章节,以翔实的数据、丰富的图表和充实的内容,全面展示了当前我国生命科学、生物技术和生物产业的基本情况。本书可为生命科学和生物技术领域的科学家、企业家、管理人员和关心支持生命科学、生物技术与产业发展的各界人士提供参考。在国家政策支持下,中国生命科学研究领域近年来发展迅速,重大研究突破和技术进步正在不断地改变生命科学的研究范式、疾病诊疗模式和健康产业业态,推动着我国生命科学与生物技术产业持续前进。

目录
前言
第一章 总论 1
一、国际生命科学与生物技术发展态势 1
(一)重大研究进展 1
(二)技术进步 4
(三)产业发展 8
二、我国生命科学与生物技术发展态势 11
(一)重大研究进展 12
(二)技术进步 22
(三)产业发展 25
第二章 生命科学 29
一、生命组学与细胞图谱 29
(一)概述 29
(二)国际重要进展 30
(三)国内重要进展 35
(四)前景与展望 39
二、脑科学与神经科学 40
(一)概述 40
(二)国际重要进展 42
(三)国内重要进展 61
(四)前景与展望 66
三、合成生物学 69
(一)概述 69
(二)国际重要进展 71
(三)国内重要进展 77
(四)前景与展望 81
四、表观遗传学 82
(一)概述 82
(二)国际重要进展 84
(三)国内重要进展 93
(四)前景与展望 97
五、结构生物学 98
(一)概述 98
(二)国际重要进展 99
(三)国内重要进展 106
(四)前景与展望 111
六、免疫学 112
(一)概述 112
(二)国际重要进展 112
(三)国内重要进展 116
(四)前景与展望 118
七、再生医学 118
(一)概述 118
(二)国际重要进展 119
(三)国内重要进展 124
(四)前景与展望 126
八、新兴与交叉技术 127
(一)人工智能医疗 127
(二)免疫治疗技术 135
(三)人类微生物组 138
第三章 生物技术 146
一、医药生物技术 146
(一)新药研发 146
(二)诊断与治疗方法 153
二、工业生物技术 158
(一)生物催化技术 158
(二)生物制造工艺 164
(三)生物技术工业转化研究 166
三、农业生物技术 171
(一)我国农业生物组学研究位居世界领先水平 171
(二)水稻育种基础研究取得重大理论突破 173
(三)基因组编辑技术取得具有国际影响力的重大成果 175
(四)合成生物技术显示出重大颠覆性创新潜力 177
四、环境生物技术 179
(一)环境监测技术 179
(二)污染控制技术 184
(三)污染修复技术 187
(四)废弃物处理与资源化技术 194
五、生物安全技术 198
(一)病原微生物基础研究 198
(二)两用生物技术 200
(三)生物安全实验室技术和装备 202
(四)生物入侵 203
(五)生物防御研究 205
第四章 生物产业 208
一、生物医药 209
(一)市场规模进一步扩大,产业进入跃升时期 210
(二)重磅政策影响行业格局 211
(三)药企并购融资速度加快 215
(四)生物医药产业呈现集群式发展 216
(五)国产创新药取得突破性发展 217
二、生物农业 219
(一)生物育种 220
(二)生物农药 226
(三)生物肥料 229
(四)兽用生物制品 233
三、生物制造 237
(一)生物发酵 237
(二)生物质能源 242
四、生物服务 246
(一)合同研发外包 247
(二)合同生产外包 253
五、产业前瞻 258
(一)体外诊断产业 258
(二)基因治疗产业 264
第五章 投融资 272
一、全球投融资发展态势 272
(一)融资金额再创新高 272
(二)生物技术成为融资热门领域 272
(三)A轮融资规模占比最高 274
(四)医药及生物科技企业IPO持续增长 274
(五)企业并购在波动中保持增长 276
二、中国投融资发展态势 277
(一)投融资年度增长趋势明显 277
(二)化学药成为融资热门领域 277
(三)投融资轮次情况与国际形势基本一致 279
(四)投融资金额分布出现双峰曲线 279
(五)医药行业并购活动较为活跃 281
第六章 生命科学研究伦理与政策监管 291
一、伦理学概述 291
(一)伦理学的定义及分类 291
(二)伦理监督和政策监管 293
二、国内外伦理监督和政策监管现状 295
(一)国际组织伦理监督 295
(二)主要国家伦理监督和政策监管 296
三、国内外伦理监督和政策监管进展 305
(一)国际进展 305
(二)国内进展 308
四、热点领域分析——基因编辑技术 311
第七章 文献专利 315
一、论文情况 315
(一)年度趋势 315
(二)国际比较 315
(三)学科布局 318
(四)机构分析 321
二、专利情况 325
(一)年度趋势 325
(二)国际比较 327
(三)专利布局 327
(四)竞争格局 332
三、知识产权案例分析——CAR-T细胞治疗技术 333
(一)CAR-T细胞治疗技术是全球专利布局的重点领域 333
(二)CAR-T细胞治疗技术领域专利诉讼与专利交易高度活跃 339
(三)CAR-T细胞治疗技术专利案例分析及启示 344
附录 347
2018年度国家重点研发计划生物和医药相关重点专项立项项目清单 347
2018年中国新药药证批准情况 364
2018年中国生物技术企业上市情况 367
2018年国家科学技术奖励 369


(本期编辑:王芳)


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