中科院院士趙國屏：生命科學與生物產業發展趨勢

　　生命科學的發展必然帶來生物產業的革新。在我國經濟走向新常態的關鍵時刻，生命科學也迎來了研究范式的轉型和研發平臺的創新。在這樣的歷史關頭，認識生命科學與生物產業的發展趨勢，因勢利導，調整未來的戰略和策略，具有十分重要的意義。

　　首先，“會聚”范式推動對生物復雜系統和生命復雜過程運動規律的研究從“定性觀察描述”發展為“定量檢測解析”乃至向“預測編程”和“調控再造”的躍升，由此帶來生命科學研究的革命。

　　隨著各類實驗技術的創新與應用，現代生命科學的發展經歷了三個研究范式階段。20世紀中葉，基于一系列生命分子結構功能關系的研究，生命科學研究進入以分子生物學為代表的第一范式階段。20世紀末，“人類基因組計劃”和一系列“組學”研究的成功，使生命科學研究進入以基因組學為代表的第二范式階段。最近20年來，高通量低成本的新一代組學技術、單分子技術、納米技術等新技術新方法的發展以及與數理科學“定量概念”、工程科學“設計概念”、合成化學“合成認識概念”等思路和策略的進一步交叉融合，生命科學開啟了以系統化、定量化和工程化為特征的“多學科會聚”研究范式，為更深入系統地認識生命、更精準有效地改造生物體提供了前所未有的機遇。

　　基因組與表型組結合，大尺度、跨物種宏觀進化研究與物種內微觀進化規律探索的結合，有望從整合和系統生物學角度解析動植物分化發育等復雜性狀的成因，為人類疾病防治、動植物經濟性狀改良和功能仿生提供新理論新方法。對植物基因與基因組的冗余性及相關遺傳多樣性、以光合作用為主要特征的生理與代謝以及生長發育調控和環境互作等重大前沿科學問題的研究，為生命復雜體系的解析、農林業與生態環保科學的發展提供了新渠道。

　　研究細胞內超大復合體的結構、功能和調控，是在原子水平闡明生命機器運轉機制、破解生命奧秘的重要途徑之一，也是創新藥物研制的基礎；探索細胞活動的分子運動及信號轉導規律，是揭示細胞“生老病死”調控機制的關鍵，也是認識生命復雜系統與過程的重要節點。

　　腦科學與數理、信息等學科領域的結合，正在催生腦—機交互技術，有望描繪人腦活動圖譜和工作機理，揭開意識起源之謎，極大帶動人工智能、復雜網絡理論與技術的發展，促進精神疾病和神經退行性疾病等腦疾病防治策略的進步。

　　合成生物學的出現，引入了“自下而上”系統設計、模塊合成、定量測試的工程化研究概念；開發了對基因組“解讀、書寫、編輯和重構”的使能技術和相關平臺，為探索生命起源進化之謎、解析生命分子結構功能提供了通過“人工合成”認識“自然復雜體系”的新思路、新手段和新策略。

　　其次，轉化型研究成為生命科學研究與生物技術創新的主要平臺，由此決定生物產業在生物技術“會聚”研發工程化理念指導下高效率、廣覆蓋的發展趨勢。

　　轉化型研究將促進科研成果從“單向技術轉讓”的傳統產業轉化模式轉變為生物科技源頭創新與經濟社會發展需求緊密銜接的“雙向互動高效發展”新模式。它以解決經濟社會各領域的應用問題為目標，開展“會聚”工程化研究，將科學知識與創新技術高效率地向多種應用領域轉化，涵蓋人類社會發展所面臨的人口健康、資源環境、食品安全和公共安保等諸多問題，孕育和催生產業及社會生活方式的革命。

　　以人類健康與疾病防治為目標的轉化醫學研究，一方面將系統生物醫學研究成果向臨床轉化，另一方面讓基礎研究在臨床實踐中獲取科研思想與資源，實現醫學向“個性化精準診治”和“關口前移的健康醫學”的新階段發展。

　　在基因組研究基礎上，加強分子模塊設計育種及智能控制技術等精準農業技術的研發，培育高產優質的生物新品種，提高光合作用、無機營養和水利用效率，將為發展環境友好、符合民眾營養健康需求的新型農牧業體系奠定基礎，在更高層次上保障食品和糧食安全。

　　以“合成生物學”為代表的新興生物技術的快速發展，打開了化學合成與生物合成結合、石化經濟向碳水化合物經濟過渡的大門，有望為化工、材料和能源等行業的發展帶來顛覆性變化，將其引入綠色生產的可持續發展時代。合成生物技術理念與植物化學、藥物學結合，將加速從自然界發現、鑒定新型天然化合物，開發新藥或其他新型化工產品的過程。以學科交叉為驅動力，對生物計算機、人機交互、仿生太陽能電池等前瞻性技術的探索，將可能在提升人的能力、改變人類行為的基礎上，真正提升未來工業制造產業的能級。

　　總之，生命科學研究、生物技術創新、生物科技成果轉化體系是支撐現代社會發展不可或缺的知識技術創新鏈、思想文化發展鏈和社會經濟價值鏈。構建與“會聚”研究能力相適應、與轉化型研究相匹配的科研生態系統，已經成為我國推動生物科技創新和高效轉化的當務之急。