生命科学与生物产业发展趋势_赵国屏

人民日报/2015年/10月/18日/第005版

观察

“会聚”范式与转化型研究

生命科学与生物产业发展趋势

中国科学院院士、中国科学院上海生命科学研究院研究员赵国屏

生命科学的发展必然带来生物产业的革新。在我国经济走向新常态的关键时刻，生命科学也迎来了研究范式的转型和研发平台的创新。在这样的历史关头，认识生命科学与生物产业的发展趋势，因势利导，调整未来的战略和策略，具有十分重要的意义。

首先，“会聚”范式推动对生物复杂系统和生命复杂过程运动规律的研究从“定性观察描述”发展为“定量检测解析”乃至向“预测编程”和“调控再造”的跃升，由此带来生命科学研究的革命。

随着各类实验技术的创新与应用，现代生命科学的发展经历了三个研究范式阶段。20世纪中叶，基于一系列生命分子结构功能关系的研究，生命科学研究进入以分子生物学为代表的第一范式阶段。20世纪末，“人类基因组计划”和一系列“组学”研究的成功，使生命科学研究进入以基因组学为代表的第二范式阶段。最近20年来，高通量低成本的新一代组学技术、单分子技术、纳米技术等新技术新方法的发展以及与数理科学“定量概念”、工程科学“设计概念”、合成化学“合成认识概念”等思路和策略的进一步交叉融合，生命科学开启了以系统化、定量化和工程化为特征的“多学科会聚”研究范式，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。

基因组与表型组结合，大尺度、跨物种宏观进化研究与物种内微观进化规律探索的结合，有望从整合和系统生物学角度解析动植物分化发育等复杂性状的成因，为人类疾病防治、动植物经济性状改良和功能仿生提供新理论新方法。对植物基因与基因组的冗余性及相关遗传多样性、以光合作用为主要特征的生理与代谢以及生长发育调控和环境互作等重大前沿科学问题的研究，为生命复杂体系的解析、农林业与生态环保科学的发展提供了新渠道。

研究细胞内超大复合体的结构、功能和调控，是在原子水平阐明生命机器运转机制、破解生命奥秘的重要途径之一，也是创新药物研制的基础；探索细胞活动的分子运动及信号转导规律，是揭示细胞“生老病死”调控机制的关键，也是认识生命复杂系统与过程的重要节点。

脑科学与数理、信息等学科领域的结合，正在催生脑—机交互技术，有望描绘人脑活动图谱和工作机理，揭开意识起源之谜，极大带动人工智能、复杂网络理论与技术的发展，促进精神疾病和神经退行性疾病等脑疾病防治策略的进步。

合成生物学的出现，引入了“自下而上”系统设计、模块合成、定量测试的工程化研究概念；开发了对基因组“解读、书写、编辑和重构”的使能技术和相关平台，为探索生命起源进化之谜、解析生命分子结构功能提供了通过“人工合成”认识“自然复杂体系”的新思路、新手段和新策略。

其次，转化型研究成为生命科学研究与生物技术创新的主要平台，由此决定生物产业在生物技术“会聚”研发工程化理念指导下高效率、广覆盖的发展趋势。

转化型研究将促进科研成果从“单向技术转让”的传统产业转化模式转变为生物科技源头创新与经济社会发展需求紧密衔接的“双向互动高效发展”新模式。它以解决经济社会各领域的应用问题为目标，开展“会聚”工程化研究，将科学知识与创新技术高效率地向多种应用领域转化，涵盖人类社会发展所面临的人口健康、资源环境、食品安全和公共安保等诸多问题，孕育和催生

产业及社会生活方式的革命。

以人类健康与疾病防治为目标的转化医学研究，一方面将系统生物医学研究成果向临床转化，另一方面让基础研究在临床实践中获取科研思想与资源，实现医学向“个性化精准诊治”和“关口前移的健康医学”的新阶段发展。

在基因组研究基础上，加强分子模块设计育种及智能控制技术等精准农业技术的研发，培育高产优质的生物新品种，提高光合作用、无机营养和水利用效率，将为发展环境友好、符合民众营养健康需求的新型农牧业体系奠定基础，在更高层次上保障食品和粮食安全。

以“合成生物学”为代表的新兴生物技术的快速发展，打开了化学合成与生物合成结合、石化经济向碳水化合物经济过渡的大门，有望为化工、材料和能源等行业的发展带来颠覆性变化，将其引入绿色生产的可持续发展时代。合成生物技术理念与植物化学、药物学结合，将加速从自然界发现、鉴定新型天然化合物，开发新药或其他新型化工产品的过程。以学科交叉为驱动力，对生物计算机、人机交互、仿生太阳能电池等前瞻性技术的探索，将可能在提升人的能力、改变人类行为的基础上，真正提升未来工业制造产业的能级。

总之，生命科学研究、生物技术创新、生物科技成果转化体系是支撑现代社会发展不可或缺的知识技术创新链、思想文化发展链和社会经济价值链。构建与“会聚”研究能力相适应、与转化型研究相匹配的科研生态系统，已经成为我国推动生物科技创新和高效转化的当务之急。