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2018国际生命科学与生物手艺生长态势

时间：2018-01-18 泉源：科学出书社

近年来，，现代生命科学与生物手艺取得了一系列主要希望和重大突破，，并正在加速向应用领域渗透，，在解决人类生长面临的情形、资源和康健等重大问题方面展现出重大的应用远景。。。。。。生命科学新手艺和新要领的生长及其与数理科学、工程科学的进一步交织融合，，为更深入系统地熟悉生命、更精准有用地刷新生物体提供了亘古未有的机缘。。。。。。继信息手艺之后，，生物手艺日益成为新一轮科技革命和工业厘革的焦点，，在重塑未来经济社会生长名堂中的主要性一直增强，，作为21世纪最主要的立异手艺集群之一，，其引领性、突破性、倾覆性特征日益凸显。。。。。。

今天先来相识2018国际生命科学与生物手艺生长态势：

随着以纳米孔为标记的第三代基因测序手艺迅猛来袭，，测序手艺迈向高通量、高精度、低本钱与便携性时代。。。。。。与此同时，，表观转录组剖析手艺、单细胞测序剖析手艺与基因编辑手艺加速了人类生命蓝图的绘制与完善。。。。。。这些生命科学手段与生物手艺一直立异、交织与融合，，普遍地应用到科学前沿、临床应用以致工业研发等诸多领域，，从而涌现出了越来越多的生命科学研究：脑- 机接口手艺的重大突破，，刷新生命和创立生命的深入研究，，干细胞与再生医学疗法的临床转化，，微生物组与人类康健和疾病的重大关联，，以致细胞免疫疗法的无限潜力，，无一不彰显出生命科学和生物手艺向个体化、精准化迈进的趋势。。。。。。

（一）重大研究希望

1．生命组学研究继续推动生命科学发明

手艺立异和交织推动生命组学研究向更准确的偏向生长。。。。。。在基因组方面，，韩国首尔大学医学院使用PacBio单分子测序手艺连系BioNano单分子光学图谱手艺，，揭晓了最为一连的人类二倍体基因组组装效果。。。。。。在转录组方面，，德国马克斯-普朗克学会（马普学会）生物物理化学研究所开发了瞬时转录组测序手艺，，绘制了人类瞬时转录组图谱；；；美国斯克利普斯研究所协同多家机构完成了大脑单神经元转录组的大规模评估。。。。。。在卵白质组方面，，美国系统生物学研究所和瑞士苏黎世联邦理工学院相助开发了人类SRMAtlas剖析要领，，首次定量检测了完整的人类卵白质组；；；美国多家机构联合开展了大规模卵白质基因组学（proteogenomics）研究，，探索了驱动乳腺癌和卵巢癌的要害因子。。。。。。在免疫组方面，，哈佛大学医学院在一系列免疫细胞中举行了滋扰素诱导基因表达和染色质的剖析，，构建了滋扰素诱导调理网络；；；新一代基因测序手艺推动了免疫组库剖析的临床应用。。。。。。

2．脑科学酝酿全球相助研究，，脑-机接口手艺实现重大突破

脑科学一连稳步生长，，并酝酿全球相助。。。。。。在美国、欧洲和中国的脑妄想一直推进的同时，，全球神经科学家起劲探讨开展全球协作，，配合解决脑科学研究三大挑战。。。。。。

脑科学研究产出系列效果，，尤其是在脑-机接口手艺上取得了主要突破。。。。。。手艺前进推动基础研究快速生长，，美国冷泉港实验室开发的标记大脑神经元MAP-seq新手艺，，有望实现深度神经网络的重大突破；；；美国洛克菲勒大学首次准确定位并定量了哺乳动物大脑中的基因表达。。。。。。脑图谱绘制方面，，美国加州大学伯克利分校乐成绘制了大脑语义地图，，迈出相识读人类头脑的要害一步；；；美国华盛顿大学完成了人类大脑皮层图谱，，97个大脑皮层区域首次亮相；；；美国艾伦脑科学研究院绘制了迄今最完整的数字版人脑结构图谱，，将成为大脑研究的最新指南。。。。。。美国俄亥俄州立大学、瑞士联邦手艺研究所划分使用脑-机接口手艺，，实现了脊髓损伤后人类和黑猩猩对自身部位而非假肢的控制，，标记着脑-机接口手艺在2016年迈出了主要一步。。。。。。

3．合成生物学生长突飞猛进

合成生物学在刷新生命和创立生命方面的研究愈发深入。。。。。。随着软件工具的迅速生长与大数据手艺的普遍应用，，美国克雷格·文特尔研究所等机构在以前事情的基础上人工合成了现在天下上最小、仅含有473个基因的“合成细菌细胞”Syn3.0；；；美国哈佛大学通过盘算机软件设计出了只包括57个密码子的大肠杆菌基因组，，这一事务入选了我国两院院士投票评选的2016年天下十大科技希望新闻；；；美国华盛顿大学通过盘算、建模、展望与优化，，首次人工设计出了超等稳固的二十面体卵白，，该重大效果入选了2016年《科学》杂志评选的十大科学突破，，为合成生物学、药物装载提供了优异的工具。。。。。。别的，，人类基因组编写妄想日益受到研究职员的关注；；；能够合成硅-碳键生物体的降生预示着合成生物学未来具有无限可能性。。。。。。

4．干细胞与再生医学研究展现临床应用重大远景

全球各国继续鼎力大举支持干细胞与再生医学研究，，同时强化羁系系统建设，，进一步加速了干细胞与再生医学疗法的临床转化历程。。。。。。干细胞基础研究一连深入，，日本九州大学首次实现了干细胞体外天生成熟卵细胞，，为明确卵子形成历程提供了新的蓝图，，该效果入选了2016年《科学》杂志评选的十大科学突破；；；美国加州大学旧金山分校使用化合物把皮肤细胞乐成转化为心肌细胞与脑细胞；；；美国马里兰大学医学中心首次使用成人干细胞修复新生儿心脏。。。。。。与此同时，，包括干细胞在内的细胞手艺与组织工程、3D打印等工程化手艺的融合，，逐渐指明晰工程化组织器官修复的生长偏向。。。。。。美国韦克福雷斯特大学使用“组织和器官集成打印系统”（ITOP）打印出人造耳朵、骨头和肌肉组织，，将其移植给动物后都能坚持活性，，有望解决人造器官移植难题。。。。。。

5．人类微生物组展现与人类康健和疾病重大关联

人类微生物组被称为人类的第二套基因组，，该领域已经成为生物医学研究的热门，，并获得各国的普遍关注。。。。。。近年来，，看待微生物组的看法更是从“影响人类康健和疾病”转变为“将人体微生物组视作一小我私家体器官”，，显示人类微生物组的主要作用。。。。。。现在，，肠道微生物组是其中最受关注的领域。。。。。。2016年，，肠道微生物组与人类康健和疾病的关系研究一连推进，，研究发明，，肠道微生物对代谢疾病、心血管疾病、神经系统疾病、癌症等多种疾病均具有主要的调控作用，，同时与免疫应答和营养水平也具有细密联系。。。。。。美国耶鲁大学诠释了肠道菌群引起肥胖的机制，，解决了困扰学界多年的难题；；；美国加州理工学院叙述了肠道微生物与帕金森病的联系，，证实肠道中特定种类微生物的渗透物会与α-突触核卵白“携手”导致帕金森病的爆发；；；美国华盛顿大学、法国里昂第一大学同时发明在热量匮乏的情形下，，肠道菌群的组成可以决议个体是康健生长照旧发育不良。。。。。。这三项研究被评为“全球康健尤其是营养学的一个分水岭”。。。。。。

在机制探索的基础上，，肠道微生物也为多种疾病的诊断和治疗带来了新的

机缘。。。。。。美国贝勒医学院发明一种肠道细菌能够逆转小鼠的自闭症状；；；比利时鲁汶大学发明一种名为Akkermansia的肠道细菌能够减缓小鼠的肥胖和糖尿病历程；；；微生物疗法公司Seres Therapeutics宣布启动全球首个合成性微生物药物SER-262治疗原发性艰难梭菌熏染的Ⅰb期临床试验。。。。。。

6．首个PD-L1免疫疗法药物上市，，细胞免疫疗法有望攻克实体瘤

近年来，，免疫疗法研发热度一连不减，，被视为肿瘤治疗的新希望。。。。。。2016年《麻省理工科技谈论》（MIT Technology Review）将应用免疫工程治疗疾病评为年度十大突破手艺。。。。。。

免疫检查点抑制剂和细胞免疫疗法是目今肿瘤免疫疗法研究的热门。。。。。。在免疫检查点抑制剂方面，，2016年美国食物药品监视治理局（FDA）批准了首个以PD-L1为靶点的免疫疗法药物Tecentriq。。。。。。2016年，，细胞免疫疗法在攻克实体瘤方面取得了多项突破性效果。。。。。。美国宾夕法尼亚大学在小鼠模子中证实晰靶向癌细胞外貌卵白Tn-MUC1的嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法治疗白血病和胰腺癌的有用性；；；美国希望之城医学中心贝克曼研究所使用靶向白细胞介素的CAR-T疗法治疗脑癌患者，，患者肿瘤显著缩小，，且肿瘤曾完全消逝；；；美国国立卫生研究院（National Institutes ofHealth，，NIH）下属癌症研究所使用靶向KRAS突变的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）回输，，治愈了一名晚期结肠癌患者。。。。。。

7．个体化和精准化是医药手艺生长的偏向

随着精准医学的快速生长，，全球新药研发模式逐渐从古板的重磅炸弹式向准确制导式生长，，特殊是以个体化和精准化为特征的靶向药物生长迅速。。。。。。2016年，，FDA批准的22个新药中，，靶向药物有18个。。。。。。与此同时，，许多主要的新的疾病靶点正在被一直发明。。。。。。2016年，，美国加州大学旧金山分校、美国凯斯西储大学划分发明了三阴性乳腺癌（TNBC）的新靶点PIM1激酶、肿瘤免疫疗法新靶点免疫检查点卵白Cdk5，，美国加州大学圣地亚哥分校发明了172种肿瘤基因突变与靶向药物的组合。。。。。。生物大数据成为靶向药物研发、指导精准用药的主要资源。。。。。。2016年，，美国Regeneron遗传学中心将50 000余人的基因组数据与其电子病历相连系，，发明了家族性高胆固醇血症致病基因；；；英国维康信托基金会桑格研究所研究了11000个患者样本中的肿瘤基因突变，，发明了癌症基因突变与对特定药物的敏感性之间的关联。。。。。。

（二）手艺前进

生命科学新手艺一直刷新，，推动生命科学研究朝着精准化、定量化和可视化的偏向进一步生长。。。。。。

1．基因测序手艺迈向高通量、低本钱与便携性时代

高通量、高精度、低本钱和便携性是测序手艺和仪器研发的偏向。。。。。。纳米孔测序手艺入选了2016年《科学》杂志评选的十大科学突破。。。。。。Oxford Nanopore公司便携式纳米孔测序仪MinION完成了对埃博拉病毒的现场检测，，在国际空

间站对鼠、病毒和细胞的DNA测序及人类全基因组举行测序，，这些应用证实了纳米孔测序手艺在测序中的应用潜力。。。。。。一系列新型测序手艺也一直涌现，，由英国诺丁汉大学开发的Read Until测序手艺通过与纳米孔测序联用，，实现了高度选择性的DNA测序。。。。。。第二代基因测序手艺也在一直刷新，，Illumina在2017年头推出了NovaSeq新型测序仪，，有望将人类全基因组测序本钱降至100美元。。。。。。

2．表观转录组剖析手艺展现RNA修饰调控机理

开发新型测序手艺，，发明RNA修饰标记物及其修饰位点，，展现其调控机理，，是现在表观转录组领域生长的重点。。。。。。2016年，，美国加州大学洛杉矶分�？？？⒊隽艘恢中滦蚏NA测序手艺m6A-LAIC-seq，，可以提供RNA化学修饰的详细信息；；；比利时布鲁塞尔自由大学开发出了hMeRIP-seq手艺，，绘制了RNA的hm5C转录组图谱，，周全展现了这一RNA修饰的漫衍、位置和功效；；；芝加哥大学与霍华德·休斯医学研究所及北京大学划分开发出两种新手艺m1A-seq和m1A-ID-seq，，实现了全转录组水平上的谱图判断，，同时发明了一种新的RNA甲基化修饰形式——m1A，，扩展了mRNA中的修饰种类，，为该领域提供了新的研究偏向。。。。。。表观转录组剖析手艺被《自然-要领》杂志（NatureMethods）评为2016年的年度手艺。。。。。。

3．单细胞测序与剖析手艺加速人类细胞图谱绘制

单细胞测序新手艺一直涌现，，美国麻省理工学院开发出了新型RNA测序手艺Div-Seq，，可以展现新生神经元的动态；；；我国北京大学开发出了单细胞三重组学测序手艺，，首次实现对单细胞举行三种组学同时高通量测序。。。。。。在单细胞剖析手艺方面，，美国加州理工学院开发出光学原位读取人工突变存储（memory by engineered mutagenesis with optical insitu readout，，MEMOIR）手艺，，能够读取动物细胞的生命历史和“谱系图”。。。。。。得益于这些单细胞手艺的前进，，国际人类细胞图谱妄想得以酝酿实验。。。。。。

4．基因编辑手艺日益精准，，得以普遍应用

基因编辑手艺的准确性及脱靶问题逐步改善，，其应用规模也进一步扩大。。。。。。美国哈佛大学实现了对单个碱基的编辑，，提高了其准确性；；；美国麻省总医院（MGH）镌汰了Cas9酶与靶DNA的非特异性互作，，从而降低了脱靶效应；；；美国加州大学圣地亚哥分校首次实现了RNA编辑，，美国索克生物研究所开发出了可编辑眼睛、大脑、胰腺及心脏细胞等非破碎细胞的新手艺，，为基因编辑手艺应用于疾病治疗带来了更辽阔的远景。。。。。。同时，，法国艾克斯-马赛大学、日本神户大学及我国南京大学先后划分开发了巨型拟菌病毒噬病毒体对抗元件（MIMIVIRE）新系统、Target-AID新手艺、以结构指导的内切酶（structure-guided nuclease，，SGN）手艺，，均有望成为新型基因编辑工具。。。。。。

5．体外诊断手艺高速生长，，液体活检走向应用

体外诊断手艺迎来高速生耐久，，为疾病的精准诊疗涤讪了基础。。。。。。作为体外诊断分支手艺的液体活检手艺已从科研走向应用，，成为疾病早期筛查和预后的主要工具。。。。。。2015年，，《麻省理工科技谈论》将液体活检评为年度十大突破手艺。。。。。。液体活检的检测物包括循环肿瘤细胞（CTC）、循环肿瘤DNA（ctDNA）、循环肿瘤RNA和外泌囊泡小体（exosome）4类，，其中CTC和ctDNA是现在的研究热门。。。。。。2016年4月，，美国FDA批准了首款基于ctDNA举行肿瘤筛查的产品——Epigenomics公司的Epi proColon试剂盒（用于筛查大肠癌）。。。。。。

（三）工业生长

生物工业是当今生长最快的领域之一。。。。。。目今，，生物手艺一直在医学、农业、工业、情形、能源等领域展现出重大的潜力，，正在引发新的科技革命，，并有可能从基础上解决天下生齿、粮食、情形、能源等影响人类生涯与生长的重大问题，，生物工业的蓝图正被越来越深刻地描绘。。。。。。全球生物工业的销售额每5年翻一番，，复合年均增添率高达30%，，是天下经济增添率的10倍，，生物工业已成为增添速率领先的经济领域。。。。。。

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