2022年生物领域前沿科技发展态势及2023年趋势展望

一、世界生物领域2022年态势总结

重大突发流行病和外溢传染病呈多发态势，各国及国际组织积极应对。2022年，新冠肺炎、猴痘、脊髓灰质炎、埃博拉、禽流感、登革热、霍乱、番茄流感等多种传染病频发，严重威胁全球健康和国家安全。美国白宫发布《国家生物防御战略与实施计划》，将生物防御及战略落实作为科技优先事项，提出在未来五年内拨款880亿美元用于传染病研究项目，提升美国防范及应对新疫情的能力。英国前首相鲍里斯·约翰逊宣布为世界银行“金融调节基金”提供2500万英镑，以帮助全球预防和应对大流行病，提升国家、区域和全球层面卫生系统的疾病监控与准备能力。欧洲议会和理事会就流行病严重跨境威胁达成政治协议，加强防备和反应规划，以帮助欧盟及其成员国更好地检测、准备和应对未来大流行病或其他严重的健康威胁。世卫组织发布病原体基因组监测十年战略，以加强和扩大全球基因组监测，持续关注传染病病原体的演变、警惕病原体的传播、追踪和鉴定新病毒变体，协助疫苗研发和其他应对措施的制定。粮农组织、联合国环境规划署、世卫组织和世界动物卫生组织组成的四方合作机制发布《“健康一体化”联合行动计划》，重点关注卫生系统的“健康一体化”能力、新发及再发人畜共患流行病、人畜共患地方流行病、被忽视的热带疾病和虫媒病、食品安全风险、抗微生物药物耐药性和环境等六大领域的能力建设。世界银行启动“大流行病预防、准备和应对金融中介基金”，旨在帮助中低收入国家加强应对大流行病的能力。流行病防备创新联盟获得15.35亿美元资金，以在100天内为新检测到的新冠变异株生产新疫苗，并推进潜在大流行病原体的疫苗开发工作。

前沿技术领域频现突破性进展。在合成生物学领域，美国研究人员成功利用合成生物学工具对细菌菌株进行基因改造，以分解废弃的二氧化碳，并制造出有价值的工业化学品；DARPA启动“环境微生物作为生物工程资源”计划，旨在将合成生物学方法与生物采矿相结合，分离和提纯稀土元素；中英研究团队创建出基于原核细胞的新型人造细胞构建系统，在人造细胞研究领域取得了重大突破。

在脑科学领域，美国约翰·霍普金斯大学开发出“微型脑电帽”，可检测脑类器官的脑电活动信号，以更好地探索神经系统疾病和危险化学物质对大脑的影响；瑞士苏黎世联邦理工学院科学家通过蝾螈脑再生研究，揭示大脑进化和再生途径，为未来对人脑损伤及相关修复药物的开发提供很高的参考价值；中国南京邮电大学团队开发出可交互式人工神经元，实现了脑机接口之间模态匹配的双向交互，可解读神经递质中的化学信息。在基因编辑领域，美国宾夕法尼亚州立大学研究团队开发出一种基于修饰mRNA的CRIPSR-Cas9系统，将干细胞中的基因编辑效率提高了84%且减少了脱靶效应；荷兰代尔夫特理工大学研究人员开发出新Cas9模型，可预测DNA切割位置和脱靶概率；韩国基础科学研究所团队开发出一款全新的基因编辑平台TALED，开启线粒体基因编辑新时代；中国上海科技大学研究团队开发出高效微型基因编辑工具CRISPR-SpaCas12f1，为基因治疗和工程化微型CRISPR系统提供了新思路。

在干细胞领域，美国加州理工学院和英国剑桥大学团队利用小鼠干细胞培育出具有完整大脑结构、神经管、心脏和身体所有其他基础器官的小鼠胚胎模型；以色列魏茨曼科学研究所科学家使用小鼠干细胞，在无精子、卵子及子宫的情况下，培育出小鼠早期胚胎模型；日本大阪大学研究团队全球首次实现使用诱导多能干细胞制成与泪腺相似的立体组织；中国科学院动物研究所科研团队使用单倍体胚胎干细胞创造出特殊的“染色体融合”小鼠。在AI+生物领域，美国中佛罗里达大学科学家创建出AI筛选模型，可加快药物发现进程并在识别潜在候选药物方面具有97%的准确性；瑞士苏黎世联邦理工学院研究团队研发出AI模型，可预测未来可能出现的新冠病毒变体；日本理化学研究所运用AI机器人成功培养诱导多能干细胞，比人工培养的时间快3倍。

各国继续加紧开发新冠肺炎等流行病的新疫苗、疗法和检测手段。新冠变异株奥密克戎取代德尔塔成为当前全球主流毒株并持续变异，目前已出现BA.5、BA.4.6、BQ.1.1、BQ.1、BF.7、BA.2.75.2、BA.2.75和BA.4八种奥密克戎变异株，促使各国加紧开发更有效的病毒检测方法和新疫苗、药物等治疗手段。

病毒检测方面，人工智能、机器学习和基因编辑技术大幅提升病毒检测的效率和准确性。美国莱斯大学和康涅狄格大学改进了RNA编辑CRISPR-Cas13系统，提高了检测生物样本中微量新冠病毒的能力；斯克里普斯研究所和智利圣地亚哥流行病学与新冠健康研究联盟开发出用于识别废水中新冠变体的算法Freyja，只需20秒便可完成废水样本测序，这有助于跟踪新冠疫情的发展，未来或可拓展至其他病原体。澳大利亚联邦科学与工业研究组织利用机器学习技术开发出更快、更全面的新冠病毒变异毒株识别方法。瑞士苏黎世联邦理工学院研发出可预测未来可能出现的新冠病毒变体的AI模型。

疫苗研发方面，据世卫组织统计，截至2022年10月21日，全球共研发了371款新冠疫苗，其中172款处于临床阶段，199款处于临床前阶段。新型疫苗和通用疫苗成为各国的攻关重点。美国西北大学首次将球形核酸应用于新冠疫苗的开发，该产品副作用小、便于储存；加州理工学院开发的新候选疫苗mosaic-8中含有8种不同的SARS样β冠状病毒片段，可保护人们免受新冠病毒未来变异及SARS、MERS等冠状病毒新毒株的影响。加拿大卫生部授权该国药企Medicago研制的首个使用植物蛋白技术的新冠疫苗Covifenz可用于18至64岁的成年人接种，成为全球首个授权使用基于植物新冠疫苗的国家。中国研发出全球首款冻干新冠mRNA疫苗，可在25℃下保持长期稳定；中山大学开发出四价嵌合型新冠疫苗，可同时免疫多种变异毒株。

mRNA疫苗的研发和商业化成为各国疫苗技术发展的重要方向。mRNA疫苗通过激发人体免疫反应来抵御病毒，更安全高效，成本更低，且几乎可以针对任何病毒或细菌感染类疾病提供通用保护，为大流行病和艾滋病、癌症等非传染性疾病提供新的防治手段，将成为各国疫苗研发领域的攻关重点。美国制药公司莫德纳启动mRNA Access计划，旨在开发针对15种潜在大流行病原体的mRNA疫苗。德国生物技术公司BioNTech计划于2023年进行疟疾、结核病等5项传染病的mRNA疫苗临床试验。流行病防范创新联盟与韩国创新疫苗公司SK bioscience签署1.4亿美元的合作协议，旨在开发mRNA疫苗平台。

主要经济体积极推进传染病、流行病的防控和治疗。美国国际开发署发布为期八年的2023-2030年全球结核病战略，目标是到2030年将24个优先国家的结核病发病率降低35%，死亡率降低52%。欧盟委员会宣布在2023-2025年为“全球抗艾滋病、结核病和疟疾基金”提供7.15亿欧元，加强卫生系统建设以更好地预防、检测和应对传染病威胁；该基金还计划在2023-2025年期间至少筹集180亿美元，以将艾滋病毒、结核病和疟疾的死亡率减少64%。世卫组织根据其全球流感监测和应对系统产生的病毒监测数据，制定并公布2023年南半球流感疫苗病毒成分建议，帮助各国疫苗监管机构和制药公司用来为下一个流感季节开发、生产和许可流感疫苗。

确保生物安全仍是推动全球健康和国家安全的重点。美国情报高级研究计划局（IARPA）将开发“收集、检测、分析和预防传统生物威胁”的新方法，以应对生物情报和生物安全威胁，解决合成生物学等生物技术相关挑战；核威胁倡议组织将与国际伙伴合作开发一个新的全球联合评估机制，帮助识别突发生物事件的源头，确保全球决策者可以更快地采取行动，最大限度地减少高危生物事件对健康和经济影响，同时防范未来风险。七国集团防扩散理事会将加强打击生物制剂和毒素武器化，维护禁止发展和使用生物武器的全球规范，并设立新的专家工作组，审查加强《生物和毒素武器公约》的具体措施。

主要经济体或采取新市场模式重振抗生素行业。抗生素耐药性被世卫组织列为全球十大健康威胁之一。预计到2050年，抗生素耐药性将成为世界上最主要的死亡原因，因而受到世界各国的高度重视。美国拜登政府在2023财年预算中呼吁通过经济激励促进抗生素生产；美国会正在审议并有望通过《启动抗生素订购以终止耐药性激增法案》。英国计划启动一项“订购”计划，以支持新抗生素研发。欧盟委员会计划在欧盟制药立法中加入新抗生素开发激励措施。全球抗生素研发伙伴关系（GARDP）计划在2023年通过改进现有抗生素和加速新抗生素开发，提供四种新的疗法。

气候智慧型农业和生物燃料将愈加被重视。美国农业部宣布将在2023年进一步增加对气候智能农业和粮食系统创新的投资，以应对粮食不安全和气候变化等紧迫危机；生物燃料行业呼吁环境保护署计划在2023年制定可再生燃料标准，以推动生物燃料实现净零排放。欧洲联盟研究和创新计划“地平线欧洲”启动为期两年的BEATLES项目，旨在向气候智能农业粮食系统过渡，帮助提高生产力和可持续性、增强韧性和适应能力以及改善气候变化。韩国石油公司Hyundai Oilbank将于2023年在韩国建设一座13万吨的生物柴油厂，以推进利用植物、霉菌和细菌等可再生资源生产化学材料和能源的白色生物技术业务。