一、世界生物技术及产业发展重要动向
（一）世界主要经济体强化生物技术与产业战略布局
当前，世界主要经济体普遍面临人口老龄化、环境资源恶化和经济发展缺乏新动能等诸多问题。而近年来生命科学与生物医药领域的基因编辑、干细胞、基因治疗、连续制造工艺（Continues manufacturing，CM）等技术的持续突破和快速转化应用，为革新医疗手段、孕育新的产业，解决当前国际社会面临的共同难题带来曙光。为加强生物前沿科技的发展和生物产业的布局，世界主要经济体纷纷出台新的顶层战略。
2019年1月，美国卫生与公众服务部发布《2019—2022国家卫生安全战略》，提出改善政府管理、优化国际伙伴及国内部门间的组织协调、加强综合情报等相关力量、充分利用私营部门能力，推动前沿技术研发和产业发展，积极应对流行性传染病爆发、化学、生物、放射和核威胁（CBRN）、医疗器械网络漏洞和新兴生物技术滥用等威胁。2019年4月，俄罗斯政府发布《2019—2027年俄罗斯联邦基因技术发展计划》，强调将加速基因编辑等基因技术发展，为医学、农业和工业创造科技储备，并监测和预防生物性紧急情况的发生。2019年5月，韩国政府发布《生物健康产业创新战略》，提出要推进创新药、医疗器械和医疗技术发展，将生物健康产业培育成助力产业，在10年内创造30万个新就业岗位，将创新药和医疗器械的全球市场占有率增加3倍。2019年6月，英国生物技术与生物科学研究理事会（Biotechnology and Biological Sciences Research Council，BBSRC）发布《生物科技领域实施计划2019》，提出加强对生命规律的探索并推动技术变革，积极推动农业和食品、可再生资源、健康三大领域的产业转型，维持英国在生命科学领域的领先地位。2019年6月，日本发布《2019生物战略——面向国际共鸣的生物社区的形成》，提出建立生物优先思想、建设生物社区、建成生物数据驱动三大目标，旨在到2030年将日本建成世界最先进的生物经济社会。
在生物医药与国民健康领域，2019年1月，英国政府发布《抗微生物药物耐药性 20年展望》和新的 5年国家行动计划——《解决抗微生物药物耐药性 2019—2024》，提出通过减少对抗微生物药物的需求和无意接触，优化抗微生物药物的使用，以及保障微生物耐药性解决方案的供应，在 2040年前有效控制微生物耐药性感染问题。2019年3月，欧盟委员会通过《解决环境中药物的战略方法》，就减少向环境排放药物带来的微生物耐药性问题，提出促进审慎使用、改进培训和风险评估、收集监测数据、激励“绿色设计”、减少制造排放，以及减少浪费和改善废水处理6项针对性措施。2019年9月，美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）启动“药物过量从数据到行动”计划，首期投资3亿美元用于强化药物过量的预防和应对工作，具体措施包括监测药物过量的数据、提高本土应对能力、快速识别过量威胁及提高公众认识等。
在生物经济领域，2019年3月，美国生物质研究与开发理事会发布《生物经济计划：实施框架》。该文件提出振兴美国经济、促进经济可持续增长、促进农业市场发展与农业就业、保障能源安全及改善环境等目标。2019年3月，意大利发布《意大利的生物经济：为了可持续意大利的新生物经济战略》报告，围绕农业、林业、渔业、海洋、食品、生物基产品和生物能源等领域，提出了创新研究行动计划、应对的挑战及系列政策措施，以推动意大利实现“从经济到可持续生物经济”的转变。2019年5月，加拿大政府发布首个国家生物经济战略《加拿大生物经济战略——利用优势实现可持续性未来》，将生物经济提高至战略地位，并提出制定灵活的政策法规、建立生物质供应与管理体系、建立强大的企业与价值链，以及建立强大的可持续生态系统四大目标。
（二）基因编辑技术取得积极进展，应用准则得到全球关注
基因编辑工具箱日益丰富、完善，基因编辑技术在植物育种、动物疾病模型构建及基因治疗领域的应用取得诸多突破性进展。南京大学开发出智能光控CRISPR/Cas9 技术，研究人员将 CRISPR/Cas9 复合物锁定在对光敏感的纳米粒子中，利用外界光源控制基因编辑靶点，显著提高了CRISPP/Cas9系统基因编辑的靶向性。美国哥伦比亚大学开发出新型基因编辑工具INTERGRATE，该工具利用Tn7-like转座子整合酶（TniQ），可在不切割DNA的前提下将DNA序列准确插入基因组，进一步提高了CRISPR系统的编辑精度。在农业育种领域，美国索尔克研究所通过对EXOCYST70A3基因进行编辑，使作物可以生长出更深的根，显著提高作物的固碳能力。在动物疾病模型构建领域，中国科学院神经科学研究所和上海脑科学与类脑研究中心利用 CRISPR/Cas9 系统，敲除了体外受精猴胚胎中控制生物节律的核心基因 BMAL1，构建出 BMAL1 缺失猕猴，为研究人类睡眠障碍、精神分裂等节律紊乱相关疾病提供了重要参考模型。在基因治疗领域，美国杜克大学（Duke University）、美国索尔克研究所和西班牙奥维耶多大学（University of Oviedo）在利用CRISPR/Cas9基因编辑技术治疗早衰症和杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD）方面开展了集中攻关，最终证实使用 AAV9 作为载体的基因编辑系统使早衰小鼠的生存时间延长了约25%；利用AAV8作为载体的基因编辑系统可治疗患有DMD的小鼠，单次注射的疗效能保持长达1年的时间，且其间无毒性作用。这一系列成果证明了永久性基因矫正对DMD等多类疾病的治疗潜力，大大推动了基因编辑技术走向临床的进程。
基因编辑技术滥用事件引发了国际学界对构建基因编辑技术应用和监管框架的积极探索。2019年3月，来自7个国家的十余位科学家和伦理学家在《自然》期刊联名呼吁，全球应全面暂停可遗传性基因编辑的临床试验，并确立国际监管框架。2019年3月，世界卫生组织宣布将在两年内同社会各界共同制定并推出一个强有力的人类基因编辑国际治理框架。2019年8月，世界卫生组织启动全球人类基因组编辑注册计划，呼吁全球所有与人类基因组编辑相关的研发项目责任方进行登记，以促进人类基因编辑的规范管理。
（三）重大疾病研究不断突破，创新疗法加速走向临床应用
在艾滋病研究和诊治方面，英国伦敦大学（University of London）的研究团队利用干细胞移植成功清除一名艾滋病患者体内的病毒，或将使该患者成为全球第二例艾滋病治愈者；欧洲多国科学家发现抗逆转录病毒疗法（ART）可抑制人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV）的传播，或可实现在无保护性行为中HIV零感染。在糖尿病创新疗法方面，美国麻省理工学院的研究团队开发出内含微型可降解胰岛素注射针的口服胰岛素胶囊，有望解决Ⅱ型糖尿病患者每天注射胰岛素的困扰；奥地利等国科学家成功培育出“高仿真”人体血管类器官，找到糖尿病并发症的关键驱动因素；瑞士科学家首次证明人胰岛中非β细胞可被重编程为分泌胰岛素的类β细胞，有望治愈糖尿病患者。在抗衰老和老年疾病研究方面，美国索尔克研究所开发出可延缓哺乳动物衰老的基因疗法；巴西科学家发现运动诱发激素或能防止阿尔茨海默病导致的记忆损失；中国科学院等机构通过靶向编辑长寿基因 FOXO3，创造出全球首个遗传增强的人类血管细胞，有效抵抗血管衰老和癌变。在癌症研究和治疗方面，美国艾伦研究所（Allen Institute）发布集成有丝分裂干细胞可视化3D数据模型，该模型可帮助研究人员更深入地了解染色体异常、细胞复制和分裂等过程，促进癌症研究；美国宾夕法尼亚大学（University ofPennsylvania）首次开展将基于CRISPR技术改造的T细胞疗法用于实体瘤患者（复发性黑色素瘤患者和肉瘤患者）的临床治疗。在罕见病、遗传病研究和基因疗法方面，诺华公司（Novartis）用于一次性治疗脊髓性肌萎缩（SMA）的基因疗法Zolgensma获美国食品药品监督管理局（FDA）批准上市；美国蓝鸟生物公司（Bluebird Bio）用于治疗β地中海贫血病的基因疗法Zynteglo获欧盟批准上市，有望使患者摆脱终生输血和终生服药的困扰。
（四）脑机接口技术热度猛增，前沿突破不断涌现
脑机接口因具有开创性的民用医疗用途和颠覆性的军事用途，近年来得到世界主要经济体、公司及资本的高度关注，并取得一系列突破性成果。2019年4月，美国加州大学旧金山分校在美国国立卫生研究院“推进创新性神经技术”（Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies，BRAIN）项目资助下，开发出将大脑电信号转换为语音的脑机接口技术，目前该技术的转换能力达到每分钟10 个单词。5月，DARPA 公布了“下一代非侵入性神经技术”（Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology，N3）项目未来的6条关键技术路径，推动可穿戴微型脑机接口系统的开发及在国防实践中的应用。这6条关键技术路径分别为：可实现双向通信的微创接口系统、将电信号写入神经元的无创声光设备、对大脑进行连贯记录的光学系统、将信息写入大脑的无创声磁设备、大脑信息记录和写入的微创双向光磁系统，以及神经元信息写入的无创光磁集成设备。
在产业界，埃隆·马斯克（Elon Musk）创办的Neuralink公司于2019年7月宣布研发出一款可连接苹果手机的侵入性脑机接口系统，并计划于 2020年进行人体试验。该系统的工作方式类似缝纫机：首先将柔性电极线穿过针鼻，然后由智能机器人将柔性电极线插入大脑中深度不同的位置，以读取神经元信号。其中，电极线由一系列微小电极和传感器组成，能从大量脑细胞中捕获信息，并通过芯片将信息无线发送到计算机进行后续分析。通过无线连接，该系统可实现人与应用程序的互动。2019年7月，脸谱也公布了直接从人脑解码人类语音的脑机接口研究进展。该系统借助高密度脑电图，可将对话相关的脑活动进行实时解码，使脑机接口感知（听到）和生成（说出）语音，准确率分别达到76%和61%。研究人员正在改进算法，以降低错误率并扩大词汇量，最终开发出一款非侵入式AR头戴设备。
（五）生物存储与计算技术取得积极进展
近年来，合成生物学领域的进展为推动生物分子成为数字化数据的存储载体奠定了坚实基础，以DNA存储为代表的生物存储与计算技术取得系列突破性进展。
在生物存储领域，2019年3月，微软与美国华盛顿大学的研究团队利用自主开发的软件，实现了数据信息0和1与DNA碱基信息A、T、C、G的全自动互转和识别，这有助于推动DNA的规模化存储，降低DNA信息存储成本。研究人员共花费21个小时将“hello”转译成 DNA 并成功读取。虽然该技术仍有改善空间，但全自动合成和读取将是 DNA 存储技术从实验室走向商业数据中心的关键步骤。2019年5月，美国哈佛大学的研究团队开发出一种利用易获得、低能耗、稳定且能超长时间保存的寡肽分子储存数据（以二进制形式）的新方法，该方法能够实现数据恢复准确率超过99%。该方法减少了合成新分子的难度和消耗的时间，同时规避了从线性大分子中编码和读取数据遇到的难题。不同寡肽的氨基酸的种类和数量不同，使它们很容易从混合物中被区分出来并被准确读取。因此，基于寡肽的数据存储方法较 DNA 存储技术或许更具优势。2019年8月，美国麻省理工学院应用CRISPR 碱基编辑技术创建了可编码细菌和真核细胞中逻辑与记忆的 DOMINO 系统。该系统利用含CRISPR-Cas9酶变体的碱基编辑器，将DNA胞嘧啶突变为胸腺嘧啶而不破坏双链 DNA，进而创建执行逻辑计算的电路和可记录、以特定顺序发生级联事件的电路。
在生物计算领域，2019年4月，美国斯坦福大学和桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）开发出一种类脑计算机的部分装置：它类似一种人造突触，可模仿神经元在大脑中的通信方式，同时处理信息存储和信息运算过程。对于特定任务，人工突触系统处理和记忆动作所需的能量，仅相当于最先进的计算系统的1/10。2019年7月，美国布朗大学的研究人员成功将数字图像储存在含有糖、氨基酸和其他类型小分子的液体混合物阵列中，并在其中进行检索。研究人员使用该技术成功编码和检索了小于2千字节的图像文件。研究人员表示，在某些情况下，小分子可以拥有比DNA更大的信息密度，混合物的存储容量随代谢物的数量变化，并且有数千种已知代谢物可供使用。此外，许多代谢物可以相互反应形成新化合物，这意味着研究人员不仅能在代谢混合物中储存数据，还能在其中进行计算，这为分子系统提供了更多可能性。
2019年8月，DARPA启动了一项名为“自然计算机”（Nature as Computer，NAC）的研究计划，旨在模仿生物细胞活动、化学键作用及其他自然过程的计算能力，开发可解决复杂计算问题的高效计算机。NAC项目经理表示，经典计算机模拟核爆炸、对空气紊流进行建模、计算复杂的物理过程等都需要耗费大量时间、资金和硬件资源，而自然界存在大量能以最少的资源实现有效计算的计算过程（如“蛋白质折叠”可在微秒内自发完成）。该项目通过对材料进行工程化处理，模拟自然过程的运行机制，或可开发出一种完全不同的新型计算策略，有望对航空、机器人、纳米材料及其他领域产生不可估量的影响。