我國合成生物學未來發展戰略

發佈時間:2017-09-15來源: 創新研究

編者按:近年來,學科間的交叉會聚越來越明顯,科技創新成果層出不窮。中國科協與生命科學學會聯合體、清潔能源學會聯合體、信息科技學會聯合體、智能製造學會聯合體聯合,通過長期的跟蹤研究,把握世界科技前沿動態,並定期以“中國科協創新智庫產品”發佈報告。本文主要介紹我國合成生物學領域未來幾年的發展需求、重點發展方向、未來發展戰略、對策措施以及可能取得突破的領域及方向,爲科技管理人員瞭解國內外生命科學的前沿技術及發展趨勢提供決策諮詢,也爲研究與開發人員提供綜合參考信息。


一、我國合成生物學未來幾年的發展需求


合成生物學涉及基因工程、調節網絡、生物合成、機電工程、納米技術、計算機模擬等多學科的交叉、融合,關乎多種應用領域。下面主要從未來10年國民經濟、社會發展和國防安全的戰略目標,分析合成生物學發展的未來需求:

圖1 我國合成生物學未來幾年重點發展需求


1. 經濟方面:

合成生物學具有在低碳經濟中支撐經濟增長和創造就業機會的巨大潛力。應進一步提升我國合成生物學的國際地位,重點支持自主創新和自主發展,促進內源性技術在技術水平、產品層次以及產業鏈分工中的地位快速提升;同時促使外源性技術本土化發展,逐漸形成多層次、多種模式融合互動的複合發展模式。


2. 軍事方面:

合成生物學可用於軍用武器、醫藥、新能源等的開發,同時也可用於改造軍用材料、開發軍用生物計算以及治理軍用環境污染等多方面。我國國際形勢嚴峻,面對世界超級大國的打壓,合成生物學能夠發揮巨大潛力,幫助我國提高軍事戰鬥力、提高軍用藥物的治療成效並保障軍用物資充裕。


3. 能源方面:

合成生物學對新生物能源的開發具有不可估量的作用,可以解決生物燃料生產工藝過程中的一些關鍵問題。當今的人工合成細菌,可將糖類直接轉化成與常規燃油兼容的生物燃油,甚至可以直接從太陽獲取能量;更有使用合成基因組學方法,產生將自然界中的二氧化碳轉化爲甲烷的改造菌,成爲一個專門生產甲烷的全新生物體。隨着合成生物學的高速發展,以石油爲中心的能源工業體系很可能被這樣的新能源生產方式完全代替。


4. 環境方面:

運用合成生物學技術對微生物進行改造,構建能夠監測、聚集和降解環境污染物的微生物體,可用於消除水污染、清除垃圾、處理核廢料等,也可用於水域、空氣等開放環境以及飛機、艦艇、洞庫等密閉軍事作業環境中污染物的檢測與清理。


5. 農業方面:

合成生物學可用於研究和開發高產、抗病、耐旱、耐澇和環保的植物原料,以減少水肥使用,並在貧瘠之地種植出農作物。


二、我國合成生物學的重點發展方向


圖2 我國合成生物學的重點發展方向


三、我國合成生物學未來發展戰略

合成生物學將帶來技術推動的新一輪經濟增長,因此我國應努力成爲該領域的國際領先者。

圖3 我國合成生物學未來發展戰略


四、我國合成生物學未來發展的對策措施


1. 解決技術挑戰

發展合成生物學在元件及應用、互操作、度量、量產成本控制、工具及軟件等方面面臨挑戰。我國應當在風險控制的同時大力發展合成生物學技術研究,迅速提高我國合成生物學技術水平,將挑戰轉化爲機遇。


2. 解決監管問題

科學進展往往快於政策制定,同時合成生物學的界限也在不斷變化,因此應關注與合成生物學治理和監管相關的問題,政府應當儘快推動制定合成生物學實驗安全技術導則,梳理和完善已有的法律法規。此外,提倡建立政府監管下的合成生物學家自律機制,鼓勵成立相關的行業協會或科學家組織,訂立規則和標準進行風險評估。


3. 解決知識產權問題

國家要更加註重知識產權風險防範問題,在科研活動中要作好知識產權評議審查,加強自主知識產權的管理,保護好國家重要科學研究成果,防止技術成果的流失,並讓更多的科技成果通過轉化實施,獲得更大的價值體現。


4. 解決包容問題

合成生物學是交叉性學科,既產生於多個學科,又回饋於這些學科。持續包容對於合成生物學的持續發展十分重要。一方面,要與產業界、監管和政策制定機構交流合作,使技術推動與市場拉動相結合。另一方面,使更多的公衆參與合成生物學對話,瞭解其可能存在的內在風險,討論有關的生物安全和倫理問題。


五、取得突破的可能領域及方向

圖4 合成生物學可能突破的領域和方向


1. 運用合成生物學技術,推動生物醫藥的發展。合成生物學有助於發現、分離獲得新的天然藥物,設計新的生物合成途徑,產生更多天然藥物及類似物;將合成生物學原理廣泛的應用於腫瘤治療的免疫細胞的設計,產生多樣化的治療策略,最大可能的做到高效、低毒、可控、通用等目標;開發快速、靈敏的診斷試劑和體外診斷系統,滿足早期篩查、臨牀診斷、療效評價、治療預後、出生缺陷診斷的需求;促進疫苗升級換代,重點推動新型疫苗(包括治療性疫苗)的研發和產業化。


2. 運用合成生物學技術,推動新生物能源的開發,解決生物原料生產工藝過程中的一些關鍵問題。開發人工合成細菌,如將糖類直接轉化成與常規燃油兼容的生物燃油,製造清潔燃料;或改造自然界中將二氧化碳轉化爲甲烷的細菌,使之僅具有代謝二氧化碳的功能,成爲一個專門生產甲烷的全新生物體。


3. 運用合成生物學技術,構建能夠監測、聚集和降解環境污染物的微生物體,用來消除水污染、清除垃圾、處理核廢料等,可用於水域、空氣等開放環境以及飛機、艦艇、洞庫等密閉軍事作業環境中污染物的檢測與清理。


4. 運用合成生物學理論和技術,設計合成重量輕、強度高、結構精細、性能特異、生產能耗少、成本低、速度快、環境危害小的新材料,廣泛應用於工業生產領域。


5. 運用合成生物學對人造生物體設計、構建的生物計算機和基於生物合成材料的新型量子計算機,其運算速度和存儲能力有望比現有計算機高出數億倍,在此基礎上研發智能計算機,可具備人腦的分析、判斷、聯想、記憶等功能,給經濟社會發展和人類生活帶來難以估量的顛覆性影響。


(中國科協生命科學學會聯合體供稿,原文內容有刪減。

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