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中国生命科学与生物技术发展态势
来源:未知     作者:admin      2018-03-17 12:30       
  近年来,现代生命科学与生物技术取得了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巨大的应用前景。
 
  生命科学新技术和新方法的发展及其与数理科学、工程科学的进一步交叉融合,为更深入系统地认识生命、更精准有效地改造生物体提供了前所未有的机遇。继信息技术之后,生物技术日益成为新一轮科技革命和产业变革的核心,在重塑未来经济社会发展格局中的重要性不断增强,作为21世纪最重要的创新技术集群之一,其引领性、突破性、颠覆性特征日益凸显。
 
  我们上周介绍了国际生命科学与生物技术发展态势(点击回顾),今天再来了解下我国生命科学与生物技术发展态势。
 
  中国生命科学的重大进展在引领科学前沿方面持续取得突破,聚焦国计民生和科技惠民,在某些学科前沿形成了具有较强国际竞争力的优势团队,推动生命科学领域前瞻性重大科学研究蓬勃发展。
 
  (一)重大研究进展
 
  我国在生命科学研究领域取得快速发展,在基因组测序及其关联分析、结构生物学、干细胞等领域占据一定优势地位,在免疫学、神经生物学、表观遗传学等领域取得了具有特色的系列突破性成果。2016 年度,我国科学家在代谢性疾病跨代遗传、肿瘤免疫治疗、自闭症非人灵长类模型方面取得重要进展,为某些疾病的治疗和药物研发奠定了基础。
 
  结构生物学突破频现,我国科研人员解析了多种重要生物大分子结构功能。清华大学揭示RNA 剪接的关键分子机制,基本覆盖了整个剪接通路中关键的催化步骤,提供了迄今为止最为清晰的剪接体不同工作状态下的结构信息,大大推动了RNA 剪接领域的研究进展。清华大学利用结构生物学手段来研究兴奋收缩偶联过程,在世界上首次解析了利阿诺定受体两个亚型(RyR1、RyR2)的近原子分辨率结构,还解析了备受瞩目的首个真核电压门控钙离子通道结构。清华大学解析了呼吸链超级复合物的结构和功能,该结构是目前所解析的最复杂的非对称性膜蛋白超级分子机器的结构。中国科学院生物物理研究所利用最新的单颗粒冷冻电镜技术,在国际上率先解析了高等植物菠菜光合作用超级复合物的高分辨率三维结构,破解了光合作用超分子结构之谜。
 
  表观遗传修饰与表观遗传机制研究推动发育生物学不断前行。中国科学院动物研究所发现精子RNA可作为记忆载体将获得性性状跨代遗传,为阐明获得性性状的跨代遗传机制提供了一个很好的解释;中国科学院生物化学与细胞生物学研究所第一次在体内证明DNA甲基化及其氧化修饰在小鼠胚胎发育过程中具有重要功能,揭示了胚胎发育过程中关键信号通路的表观遗传调控机理,为发育生物学提供了新的认识;同济大学首次利用微量细胞染色体免疫共沉淀技术揭示了H3K4me3和H3K27me3两种重要组蛋白修饰在早期胚胎中的分布特点及对早期胚胎发育独特的调控机制,对研究胚胎发育异常、提高辅助生殖技术的成功率具有重要意义。
 
  神经科学与脑科学研究“多点开花,百家争鸣”。中国科学院神经科学研究所构建了首个携带人类自闭症基因的非人灵长类动物模型,建立了非人灵长类的孤独症动物模型和行为学分析范式,为今后非人灵长类疾病模型的构建、病理研究和药物研发奠定了基础。中国科学院自动化研究所成功绘制出全新的人类脑图谱——脑网络组图谱,突破了100多年来传统脑图谱绘制的瓶颈,第一次建立了宏观尺度上的活体全脑连接图谱。浙江大学在国际上率先提出“混合智能”研究范式——生物智能与机器智能的融合,在国际上首次实现将计算机的听视觉识别能力“嫁接”到生物体上,构建了听视觉增强的大鼠机器人;在国内首例实现人意念控制机械手,完成“石头-剪刀-布”猜拳游戏;部分成果还实现了初步转化,成功开发了若干神经康复设备,并用于临床试验。
 
  干细胞与再生医学逐渐走向下游,我国处于世界领先地位。中国科学院首次构建出以稳定二倍体形式存在的异种杂合胚胎干细胞,为研究进化上不同物种间性状差异的分子机制提供了新工具。干细胞移植疗法展现出在多种疾病中的治疗效果,中山大学首次利用干细胞实现了晶状体的原位再生;北京大学还建立了单倍体骨髓移植技术体系,突破了白血病骨髓移植供体不足的世界性难题,被世界骨髓移植协会命名为白血病治疗的“北京方案”。中国科学院利用生物材料结合干细胞移植治疗急性完全性脊髓损伤临床研究获得突破进展;四川蓝光英诺生物科技股份有限公司成功将3D打印血管植入猴体内。
 
  免疫学与传染病学领域凸显重磅突破。中国科学院生物化学与细胞生物学研究所发现,调控T细胞的代谢检查点可改变其代谢状态及抗肿瘤活性,提出基于胆固醇代谢调控的肿瘤免疫治疗新方法,初步证实了细胞代谢调控在肿瘤免疫治疗中的应用前景。北京中医药大学证实了利根川进的转座子起源假说,不但改写了免疫教科书中关于适应性免疫起源的观点,而且可能为未来利用重排机制设计新的免疫抗体/基因提供崭新的基因编辑思路和技术。中国科学院微生物研究所在国际上率先解析出埃博拉病毒表面激活态糖蛋白与宿主细胞内吞体膜受体NPC1腔内结构域C的复合物三维结构,阐明两者如同“锁钥”的相互作用模式,从分子水平阐释了一种新的囊膜病毒膜融合激发机制(第五种机制)。
 
  我国科学家在农作物产量性状、株型及其调控通路方面取得了系列重要进展。中国科学院植物生理生态研究所系统地揭示了水稻产量性状杂种优势的分子遗传机制,有望进一步优化水稻品种的杂交改良,选育出更加高产、优质和多抗的水稻种质资源。清华大学发现了独脚金内酯的受体感知机制,揭示了“受体-配体”不可逆识别的新规律,丰富了生物学领域过去百年建立的配体可逆地结合受体并循环地触发传导链的“配体-受体”识别理论,为创立生物受体与配体不可逆识别的新理论奠定了重要基础。中国科学院遗传与发育生物学研究所首次分离了拟南芥中花粉管识别雌性吸引信号的受体蛋白复合体,并揭示了植物雌雄配子体识别和激活的分子机制。
 
  (二)技术进步
 
  我国生命科学领域生物样本数字化资源与数据驱动引擎相继开放。深圳国家基因库定位为“三库两平台”,即基因信息数据库、生物样本库、生物活体库,以及数字化平台和合成与基因编辑平台。该基因库聚焦生物医药、生物农业、微生物和海洋生物等领域,缩短了基础科研到科技成果转化应用周期,其综合能力居世界前列。我国微生物组大数据搜索引擎MSE上线,使微生物组的智能搜索和大数据挖掘成为现实。MSE可为海量的样本列出菌群结构或功能相似性的“目录”。同期还发布了分析软件Parallel-META 3,可将未知微生物组样本进行结构与功能分析,并与数据库搜索结果进行深入的对比分析。
 
  新兴技术手段助力医学发展,安全伦理受到广泛关注。2016年4月,世界上第一例经过核移植操作的“三亲婴儿”哈桑在墨西哥出生。进行该项研究的张进团队采用了“三亲父母”技术,在安全性和伦理问题上引起了巨大争议,并入选了ScienceNews杂志评选出的年度十大科学新闻。2016年10月28日,全球第一例CRISPR-Cas9基因编辑人体临床试验开始实施,首名患者在中国四川大学华西医院接受了经CRISPR技术改造的T细胞治疗,该新闻入选了《自然》杂志年度科学事件。我国科研人员历经10年攻关,建立了干细胞程序性高效扩增与血液定向诱导分化关键技术体系,提高了干细胞定向诱导分化和扩增的效率,在规模化制备红细胞环节取得新的突破,扩增率明显优于以往技术水平,使我国干细胞制备“人工血液”技术进入国际先进行列。
 
  颠覆性创新技术不断涌现。由我国独立研发的“无创胚胎染色体筛查技术”(NICS)从安全性与无创性的角度,对传统的胚胎植入前遗传学筛查(PGS)的“胚胎活检”方式提出了颠覆性的创新思路与方法。NICS得到了世界生殖界的认可,也代表着我国科研人员的自主研发能力已跻身于世界前列。北京大学以流感病毒为模型,发明了人工控制病毒复制从而将病毒直接转化为疫苗的技术,这一发现颠覆了病毒疫苗研发的理念,成就了活病毒疫苗的重大突破。我国科学家利用经颅磁刺激技术,对吸毒平均十多年的海洛因成瘾者进行研究,成功降低了患者机体对药物的渴求度,这是世界上首次把经颅磁刺激技术应用于海洛因成瘾者。华东理工大学在生物纳米孔超灵敏单核苷酸分辨领域取得了独创性突破,不仅进一步降低了纳米孔单碱基分辨的成本,同时也将大大提高纳米孔DNA测序的精确度。
 
  自主研发医药产品打破了国际垄断,具有广阔的应用前景。我国自主研发的治疗病毒性肝炎的Ⅰ类新药长效干扰素上市。该制剂的抗病毒效果较好,半衰期较长,使用方便。其对丙肝的疗效与进口产品相当,且价格低廉。该药成功上市,打破了国际同类药物的垄断,大幅度降低了医疗成本。康柏西普眼用注射液2013年上市以后,以良好的疗效、安全性和较低的成本得到市场广泛认可,并被美国FDA准许直接进入美国Ⅲ期临床,打开了中国创新生物药国际化的新局面。肿瘤标志物热休克蛋白90α(Hsp90α)经国家食品药品监督管理总局批准用于临床肝癌的检测,取得了突破,是继甲胎蛋白标志物检测肝癌后又一标志物。这对肝癌患者的病情监测、疗效评估、指导治疗具有重要临床价值。呼吸道病原菌碟式芯片系统已研发成功。芯片检测试剂盒于2016年2月获得医疗器械证书。该试剂盒具有检测快速、准确灵敏等特点,为感染性疾病快速诊断与治疗,应对重大突发疾病提供了一种有效的工具,应用前景广阔。