会聚观，体现了一种对于研究过程模式和研究策略的新思维方式，在不断面临科学及社会挑战的当今社会能有效突破相关领域的原有界限，一场科学和技术的革命正在发生……

会 聚

“会聚”是一种解决问题的方法，这种方法整合生命科学领域和物质科学、数学及计算科学、医学和工程学领域的专业知识，形成一个全面、综合的框架，以应对特定的挑战。会聚观虽然以各学科中取得的重大进展为基础，但体现了一种对于研究过程模式和研究策略的新思维方式，这一特点使其在不断面临科学及社会挑战的当今社会能有效突破相关领域的原有界限。因此，会聚观涉及两个维度：一是解决一系列研究问题所必需的专业知识的会聚，二是在支持科学研究及促成相应科学进展向新形式创新和新产品转化过程中所涉及的合作网络的形成。

对于传统的以学科为组织基础进行科研活动的学术研究机构，会聚观代表着组织文化的变革。促进及维持会聚研究所必需的整体生态系统，不仅需要学术研究者的贡献，也越来越多地聚集了来自国家实验室、产业界、临床机构和基金组织中的利益相关者、合作者的思想的交流碰撞，同时还融合了经济学、社会学及行为学等方面的意见。会聚的过程可适用于基础科学发现及其转化应用。因为实施会聚研究通常关注寻找前沿知识领域中特定挑战的应对措施，因此，很多会聚研究取得的成果都包含了有利于新公司形成的环境及经济创新方面的创业行为。

一场科学和技术的革命正在发生

在推进基于研究的知识发现及其应用的过程中，20 世纪曾见证了许多突破性进展，这些进展主要源于物质科学与工程学的学科交叉。基于卫星的全球定位系统，应用了用于引力及大气效应校正的精确原子钟开发等一系列物理知识，为当今的车辆导航定位系统打下了基础，也为无处不在的手机和平板电脑应用程序提供了定位数据(IOP 2009；Lucibella 2012)。研究者研制了电荷耦合装置这类将光信号转化为电信号的图像传感器，发展了可以将信号处理成可存储及打印的图片的能力，以及能处理百万像素级别的数据技术。这些技术及能力的整合促成了数码相机的应用，使得第一台消费型数码相机在20 世纪80 年代末期至90 年代初上市。纳米技术建立在如扫描隧道显微等分析技术，以及材料科学和表面化学发展的基础上，这使得科学家能够在原子水平上理解并掌握物质的性质；当今，从印刷电子学的导电油墨到新型电池，纳米材料出现在各个领域(NNI 2014)。在上述每一个案例中，物质科学及工程学的方法和工具的整合对于新知识和产品创新都是关键因素。

由于人类在理解生命的分子基础，以及将这些知识应用于新的方向所取得的巨大进步，很多人认为21 世纪将是“生物学的世纪”(Venter and Cohen 2004; Dyson 2007)。1953 年DNA 结构的确定导致生物学“中心法则”提出，也促成了一系列涉及DNA 结构和复制、翻译机制相关原理的提出，并首次形成了一个统一的概念体系，用于解释信息如何在细胞和不同个体之间进行传递。在随后的20 年间，科技界不仅开发了测序及合成基因的方法，还具备了组合各种基因或者基因片段的能力，开创了生物技术的时代。50 年来，用于测序、计算比较、处理人类基因组复杂性的技术，以及以较低成本应用这些技术，反过来也引发了从基因组学到生物信息学领域的革命。

在21 世纪，一个关键的发展维度是生命科学更进一步融入物质科学及工程学领域。同样，物质科学及工程学也将更多地融入生命科学领域。我们需要通过众多不同学科的努力，以充分利用当前从分子生物学、基因组学，以及其他组学研究中获得的大量信息。我们需要把以分子生物学和细胞生物学学科交叉研究为代表的第一次革命和以基因组学为代表的第二次革命推向以生命科学、物质科学、医学及工程学等学科会聚为特点的第三次革命(Sharp and Langer 2011; Sharp et al. 2011)。

图 建立在前期分子生物学和基因组学革命的基础上，生命科学、物质科学、医学及工程学不断地整合代表了生命科学领域的第三次革命。

来源：麻省理工学院学院教授Phillip A. Sharp 提供

在生命科学、健康科学、物质科学及工程学之间，以及社会学和经济学领域，会聚程度越来越大，这一趋势将有可能在未来的几十年间从根本上影响研究的组织和开展。为何会聚的过程代表了知识的新兴前沿方向？特定组织架构的研究机构以何种策略才能促进会聚研究的实现？理解这些问题对于处于科技事业“大厦”下的所有科研机构来说，既是机遇，也将是一个持续的挑战。

最后，以案例形式列出能够受益于会聚方法的这类研究挑战。

案例

微生物组工程治疗疾病：

一项需要专业知识和相互合作的挑战

人类微生物组是指生活在人体上的巨大微生物群体，其中包括皮肤和肠道上的微生物。为了识别并将这些微生物与人类的健康和疾病状态关联起来，科技界已经做出了巨大的努力，例如，由美国国立卫生研究院(NIH)支持的人类微生物组计划(Human Microbiome Project)。通过了解微生物组与微生物群落之间的相互作用，将有可能开发出通过改变关键的微生物组成进行疾病治疗的全新疗法。例如，研究人员最近研制出一种肠共生细菌，它能够产生一种信号传导分子，诱导霍乱弧菌(Vibrio cholerae)降低其霍乱毒素等致病因子的表达。如果小鼠在感染霍乱弧菌前摄入这种特定的工程菌，这些小鼠能够降低与毒素的结合，使存活率增加。

将特定疾病与某种特定的微生物或微生物组合相关联，进而研发出一种或多种关键微生物的优化组合，并将这些发现应用于疾病治疗，是一项漫长而复杂的挑战性工作。而完成这项工作，需要来自多个领域的专业知识与众多合作伙伴的会聚。为了更好地实现上述目标，将有可能需要：

❀ 通过DNA 测序技术，获得体内微生物组的相关遗传信息；

❀ 通过生物学实验与化学实验，进一步分析检测到的微生物；

❀ 通过数学与计算工具，分析实验产生的相关数据，进行序列比对，并识别与目标疾病相关的潜在基因；

❀ 通过公共卫生研究，更好地了解微生物在特定疾病状态下如何发挥作用；

❀ 通过工程学与合成生物学的相关专业知识，设计改造基因表达的微生物；

❀ 通过材料科学的知识，将改造过的微生物封装到递送系统中，例如可摄取的药丸；

❀ 通过临床试验与监管机构的合作，批准可用于人的新型药品；

❀ 通过产业合作伙伴，不断扩大生产与制造规模；

❀ 通过社会和行为干预，以受益人群为目标，开展特定的新型治疗。

本文由刘四旦摘编自[美]美国科学院研究理事会编，王小理、熊燕、于建荣译，吴家睿校《会聚观：推动跨学科融合》一书。生物学研究正处于重大变革之中,而美国科学院研究理事会“健康与会聚面临的关键挑战”咨询委员会调研报告指出,“会聚观”是推动生物科技革命的战略思想和方法。本书正是该委员会的调研报告全文。报告一方面讨论了关于交叉和会聚观等核心概念与思想,阐述了正在发生的生命科学与物质科学和工程学等学科的跨界趋势;另一方面总结了影响会聚研究的重要体制、机制和文化因素,介绍了美国科技界推动会聚活动的重要实践案例,并提出加强会聚研究的一系列策略和建议。

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