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2023年世界前沿科技发展态势总结及趋势展望——BD半岛平台生物领域
发布:2024-02-18 15:15:15 浏览:

  BD半岛平台国际技术经济研究所全体同仁祝各位读者朋友新年快乐、幸福安康。感谢大家长久以来的关注和支持,也期待未来我们能一直有你相伴。我们将在春节期间连续九天献上专题文章“年度科技发展态势总结与展望”,希望能为读者朋友们提供些许参考。

  2023年4月,美国卫生与公众服务部(HHS)下属的战略准备和响应管理局(ASPR)发布《2023-2026国家卫生安全战略》。该战略包含3个战略目标:一是加生保健和公共卫生系统,以准备和应对同时发生的突发卫生事件;二是提高预防一系列卫生安全威胁的能力,包括新发和再发传染病,尤其是人畜共患病;三是确保有韧性和可持续的公共卫生产业基础和供应链,有助于快速开发和部署安全医疗对策。2023年6月,白宫发布《建立更强大的供应链和更具韧性的经济》文件,提出投资开发新的药品生产工艺。美参议院推出《药品供应链风险评估法案》,旨在控制和减少对外药品/原料药依赖,同时拓宽本土新的生物医药技术产品。美国两党议员提出《医疗供应链弹性法案》,授权白宫就医疗产品和服务的贸易协议进行谈判,以期提高医疗供应链韧性、减轻美国对其他国家关键医疗用品的依赖。2023年7月,美参议院提出《美国药品供应地图法》,旨在创建联邦药品数据库,包括原产国、数量和其他关键药品信息等细节,帮助识别和解决药品供应链漏洞,以防出现关键药品短缺,从而更好地应对公共卫生威胁。2023年11月,HHS宣布加大基本药物和医疗对策国内供应链的投资,并已拨款3500万美元用于国内生产无菌注射药物的关键原材料,确保美国拥有准备、应对未来流行病、生物威胁和其他公共卫生紧急情况并从中恢复所需的工具和资源。此外,ASPR和美国商务部正在对该国公共卫生产业基地的供应链进行评估,明确并解决其中的薄弱环节,并重点关注与流感疫苗、美国食品药品监督管理局(FDA)指定的基本药物和生物医学对策相关产品和设备的供应。

  合成生物学领域,美国工程院和浙江大学实现首次在模式生物酿酒酵母和非模式生物毕赤酵母中从头合成长春碱前体;中国科学院天津工业生物技术研究所联合中国农业科学院生物技术研究所开发出高效生物合成人造淀粉和单细胞蛋白的新技术,进一步降低人造淀粉的生产成本;美国哈佛医学院设计出不会感染任何病毒也不会逃逸到自然环境中的细菌,可用于开发合成药物和生物燃料;美国纽约大学和英国曼彻斯特大学制造出合成DNA超50%的“半人造”菌株,具有和天然酵母菌株一样的生存和复制能力。基因编辑领域,“端粒到端粒”(T2T)联盟完成人类最后Y染色体的测序和组装,带来对不同人群演化和变异的见解;日本九州大学通过基因编辑使两只雄性小鼠产生后代,有望在十年内利用人类男性皮肤细胞培养出卵子,实现人类同性生殖;英国埃克塞特大学利用CRISPR-Cas基因编辑系统设计出可特异性靶向庆大霉素耐药性基因的质粒,有望减少抗生素耐药性传播;华中农业大学开发出全球首个来自古菌域的RNA引导的微型编程性核酸酶系统SisTnpB1,具有开发成自主知识产权基因编辑工具的巨大潜力。脑科学领域,美国立卫生研究院绘制并详细阐释了迄今最全面的人脑和非人灵长类动物大脑的遗传、细胞和结构组成图谱,标志着“脑科学新时代的开始”;复旦大学附属华山医院和上海科技大学开发出模块化的多流神经网络方法,可直接从侵入性神经记录中合成汉语语音;瑞士洛桑联邦理工学院开发出脑-脊髓接口装置,可帮助手臂和腿部瘫痪患者自然站立和行走并促进神经恢复;瑞典林雪平大学、隆德大学和哥德堡大学通过注入以酶作为“组装分子”的凝胶,利用人体分子作为触发器,首次成功地在活体组织中培育出电极,为未来神经系统疾病治疗奠定基础。干细胞领域,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心构建出高比例胚胎干细胞嵌合体猴,对研究灵长类原始多能性和非人灵长类动物的基因工程具有重要意义;以色列魏茨曼科学研究所、英国剑桥大学、美国匹斯堡大学和中国昆明理工大学使用各种人类干细胞制造出与14天大的真实胚胎非常相似的人造胚胎;德国杜塞多夫大学医院对一名白血病患者进行异体造血干细胞移植,使其在移植后9年、暂停抗逆转录病毒治疗的4年里,表现出对白血病和可检测的艾滋病病毒1型(HIV-1)的持续抑制;日本九州大学将雄性小鼠干细胞转化为次性细胞并产生功能性卵细胞,其在受精后的胚胎中约1%能产生健康后代。AI+生物领域,英国牛津大学开发出新型快速抗生素耐药性测试方法,可在30分钟内反馈检测结果;美国麻省理工学院、博德研究所、麦戈文大脑研究所和国立卫生研究院国家生物技术信息中心开发出新的搜索算法,在细菌基因组中识别出188种新的罕见CRISPR系统;日本Araya公司将ChatGPT用于脑机接口,通过语音对应的脑电波自动生成邮件内容,完成回复邮件的操作;法国艾克斯马赛大学开发出计算大脑建模技术,可支持临床决策制定,并为脑科学中的“数字孪生”方法开辟道路;美国麻省理工学院开发出蛋白生成新模型FrameDiff,无需预训练即可从头生成自然界不存在的新蛋白质。

  (三)全球范围内政府、国际组织和智库机构纷纷发出对人工智能生物技术潜在生物武器风险的警告

  2023年6月,美国麻省理工学院在测试中发现人工智能系统或能帮助非科学家设计生物武器。2023年7月,美国国会提出《人工智能和生物安全风险评估法》,呼吁战略准备和响应管理局对人工智能生物技术进行风险评估并制定战略计划,应对人工智能技术进步对公共卫生和国家安全的潜在威胁。德国“全面加强禁止化学和生物武器规范的生化武器网络”发布《人工智能:生物武器公约和化学武器公约可能面临的风险和利益》报告,指出人工智能在药物设计、合成生物学等领域存在双重用途特征,或被用于制造具有伤害性的知识、产品和技术,亟需具有法律约束力的框架,规范生物安全背景下的人工智能。2023年10月,美国降低核威胁倡议组织(NTI)发布《人工智能与生命科学的融合》报告,指出人工智能与现代生物科学和生物工程的故意滥用将造成全球生物灾难,提出建立国际“人工智能生物论坛”、人工智能生物能力国家治理办法、实施人工智能模型护栏、加强数字设计工具与生物系统融合节点的生物安全、利用人工智能构建下一代大流行病准备和响应能力等建议;美国兰德公司发布《人工智能在大规模生物攻击中的操作风险》报告,探讨识别和减轻在生物攻击背景下滥用人工智能,特别是大型语言模型(LLM)的风险,还在《机器学习和基因编辑引领社会进化》报告中指出,机器学习与基因编辑结合带来利益的同时带来从伦理道德到国家安全的风险,影响农业、医药、经济竞争和国家安全等领域。2023年12月,世卫组织公布其负责任地使用生命科学和双重用途研究技术咨询小组(TAG-RULS DUR)的拟议成员,旨在向世卫组织提供有关负责任地使用生命科学技术,监测和减轻生物风险、生命科学及相关技术进步、两用研究管理的战略咨询。

  人工智能与生物技术深度融合促使生物制剂武器化和生物滥用的可能性大幅增长。新型生化武器应运而生,或带来后果更严重、更难预测的全球性生物灾难,将变革传统生物威胁形态及未来战争概念。此外,低成本自动化、台式核酸合成技术等冲击着本就薄弱的相关监管制度。人工智能生物技术正在冲出安全界限,成为新兴且主要的生物安全风险之一。拜登签署“关于安全、可靠和可信的人工智能开发和使用行政令”,要求制定新的DNA合成筛选法规、监管生物数据训练模型,以及评估滥用人工智能开发生物武器的潜在风险,将对人工智能在生物技术领域的合规应用产生重大影响。

  (二)利用人工智能发现新抗生素、激活抗生素市场,助力缓解抗生素耐药性危机

  使用计算方法发现和预测潜在药物特性领域方兴未艾,人工智能成为研发新型抗生素药物、管理抗生素使用的重要方向。目前全球范围内的抗生素耐药性急剧上升,威胁人类健康和全球卫生安全。成本高、耗时长阻碍新型抗生素研发,且寥寥几款新抗生素在结构上与已有抗生素大同小异。人工智能通过机器学习、图像识别的独特优势,快速挖掘海量基因和代谢物数据,从而提供更精准的预测模型寻找药物靶点,显著增加发现新型小分子抗生素和抗菌肽的机会、准确预测分子的抗菌活性,极大加快发现新型抗生素的速度、优化药物设计、减少试错过程,缩短新药研发时间,同时大幅降低成本,为抗生素生产带来范式转变。

  日益增加的地缘冲突、气候变化和资源退化对全球粮食系统构成重大挑战,全球粮食不安全程度进一步恶化。根据粮农组织《2023年世界粮食安全和营养状况》报告,全球约有6.91-7.83亿人面临饥饿,超31亿人无力负担健康膳食。气候智能型农业是未来农业的发展方向,目前许多国际组织、研究机构和政策制定者已将气候智能型农业纳入其农业发展战略,在减少温室气体排放的前提下强化作物抵御能力、实现高质高效农业生产,从而实现提高生产力、增强复原力和减排的三赢。同时,将人工智能、机器学习和大数据等数字技术融入农业领域,改善作物健康、优化农业资源,提高农业可持续性和韧性,推进农业产业链供应链现代化、智能化,助力实现全球粮食安全。

  传染病预防性疫苗对维护公众健康和国家及全球公共卫生安全具有关键作用。后疫情时代,世界各国和地区及疫苗制造商加强对传染病疫苗研发与战略储备的重视程度,积极推进创新的疫苗平台,针对具有大流行潜力的优先病原体和病毒家族开发新的候选疫苗,同时提高疫苗的可及性、可扩展性和公平获取。例如,美国持续为“下一代疫苗”项目注入资金、英国卫生安全局签订预购大流行病疫苗协议、流行病防范创新联盟(CEPI)与全球卫生投资公司(GHIC)签署疫苗研发、制造和存储合作备忘录。此外,世卫组织“疫苗价值简介”(VVP)为疫苗开发优先次序和战略决策提供信息,将推进未来对公共卫生和社会经济造成重大负担的病原体疫苗的开发,尤其在中低收入国家。

  (五)生物安全风险呈现复杂化、多样化,将对既有风险评估机制、监管治理机制形成挑战

  生物安全涉及国家安全利益以及本国在国际风险治理中的话语权,当前,各国政府正越来越多地参与全球生物安全风险治理,并表现出合作意愿,以共同应对未来生物威胁。美国国际战略研究中心建议美国扩大卫生安全伙伴关系,并在卫生安全问题上与中国建立可靠且持续的通信渠道;英国发布《生物安全战略》,强调加强与美国在生物健康和安全方面的合作;俄罗斯新成立应对生物安全威胁委员会,并在与中国的生物安全磋商会议上探讨在双边和多边模式下开展建设性协作的必要性,包括在《禁止生物武器公约》、联合国和上海合作组织框架内。

  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。