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2015年，生命科學(xué)領(lǐng)域取得多項(xiàng)突破，并向轉(zhuǎn)化研究推進(jìn)；技術(shù)持續(xù)更新，逐漸向高精度、高效率、高通量，以及動(dòng)態(tài)、大規(guī)模發(fā)展。學(xué)科的匯聚、技術(shù)的推動(dòng)，生命科學(xué)研究不斷向縱深推進(jìn)，健康與疾病發(fā)生機(jī)制研究的視角不斷豐富，疾病防治手段更加多樣化，改造、合成、仿生、再生研究的深度和廣度不斷拓展。Nature、Science、Nature Methods、MIT Technology  Review、Scientific  American等刊物也對(duì)2015年度的生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)突破進(jìn)行了評(píng)選，并預(yù)測(cè)了未來(lái)值得關(guān)注的科學(xué)進(jìn)步和創(chuàng)新性技術(shù)。

2015年，合成生物學(xué)的應(yīng)用范圍不斷拓寬，進(jìn)入應(yīng)用導(dǎo)向的轉(zhuǎn)化研究階段；腦科學(xué)基礎(chǔ)研究產(chǎn)出系列成果，類(lèi)腦研究與人工智能開(kāi)始出現(xiàn)突破；干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，應(yīng)用轉(zhuǎn)化進(jìn)程進(jìn)一步推進(jìn)；微生物組研究快速發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家呼吁啟動(dòng)全球微生物組計(jì)劃；另外，疫苗研究獲得多項(xiàng)突破，為更多傳染性疾病的預(yù)防帶來(lái)希望；免疫療法快速發(fā)展，為癌癥、多發(fā)性硬化癥和艾滋病等重大疾病治療帶來(lái)新希望?？蒲羞M(jìn)展的同時(shí)，生命科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)也不斷革新。基因組編輯技術(shù)持續(xù)更新，使用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，其較為成熟的技術(shù)也逐漸推向臨床，與此同時(shí)，其涉及的倫理問(wèn)題也引起廣泛關(guān)注；成像技術(shù)發(fā)展逐漸趨向高分辨率、動(dòng)態(tài)、多重成像；光遺傳學(xué)技術(shù)也向精準(zhǔn)、高效發(fā)展；單細(xì)胞分析技術(shù)以及測(cè)序技術(shù)也逐漸向高精度、高效率、大規(guī)模、高通量分析發(fā)展。

  合成生物學(xué)應(yīng)用范圍不斷拓寬，進(jìn)入應(yīng)用導(dǎo)向的轉(zhuǎn)化研究階段

合成生物學(xué)逐步從基礎(chǔ)前沿的探索階段進(jìn)入應(yīng)用導(dǎo)向的轉(zhuǎn)化研究階段。美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員通過(guò)對(duì)酵母進(jìn)行“編程”實(shí)現(xiàn)了從葡萄糖到阿片類(lèi)藥物嗎啡的完整生物合成路徑，這是繼青蒿素生物合成后的又一里程碑事件，該成果入選2015年Science十大科學(xué)突破。

以臨床應(yīng)用為導(dǎo)向的研究廣獲聚焦，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)與西北大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生蛋白質(zhì)和酶的人工核糖體]可用于生產(chǎn)新型藥物和下一代生物材料；美國(guó)加州理工學(xué)院研制出世界首個(gè)由蛋白質(zhì)和DNA構(gòu)成的合成結(jié)構(gòu)生物材料，為藥物的精準(zhǔn)傳遞與釋放控制打開(kāi)了大門(mén)；瑞士蘇黎世理工學(xué)院發(fā)現(xiàn)合成細(xì)胞因子轉(zhuǎn)換器細(xì)胞可針對(duì)銀屑病、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等慢性炎癥，選擇性地檢測(cè)相關(guān)疾病的生物標(biāo)志物，釋放細(xì)胞因子抑制炎癥，從而達(dá)到精準(zhǔn)治療的目的。

同時(shí)，出于對(duì)合成生物危害性的考慮與轉(zhuǎn)基因生物的防控，科研人員開(kāi)發(fā)新方法預(yù)防基因工程細(xì)菌制造“禍端”，或按照美國(guó)哈佛大學(xué)與耶魯大學(xué)的做法，使其需要合成特殊氨基酸才能生產(chǎn)其必需的蛋白質(zhì)；或采取美國(guó)麻省理工學(xué)院的方案，將“死亡開(kāi)關(guān)”添加到轉(zhuǎn)基因生物的基因通路當(dāng)中。

腦科學(xué)基礎(chǔ)取得系列突破，類(lèi)腦研究與人工智能成果初現(xiàn)

在政策的強(qiáng)力支持和推動(dòng)下，腦科學(xué)研究開(kāi)始產(chǎn)出系列成果。美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院首次發(fā)現(xiàn)了大腦中存在淋巴管，可直接與外周免疫系統(tǒng)連接產(chǎn)生免疫反應(yīng)，顛覆了過(guò)去認(rèn)為大腦是免疫豁免器官的概念，該成果入選2015年Science十大科學(xué)突破。美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院繪制了迄今最為詳盡的大腦連接圖譜，完成近2000個(gè)成體小鼠視覺(jué)皮層神經(jīng)元的形態(tài)和電生理特征，描述了超過(guò)11000對(duì)細(xì)胞間連接。美國(guó)NIH與北卡羅來(lái)納大學(xué)醫(yī)學(xué)院開(kāi)發(fā)的新型化學(xué)遺傳學(xué)（chemogenetic）技術(shù)通過(guò)啟動(dòng)和關(guān)閉神經(jīng)元，揭示控制小鼠行為的大腦回路；美國(guó)哈佛大學(xué)、波士頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院和麻省理工學(xué)院建立了神經(jīng)元高精度成像和分析系統(tǒng)，首次構(gòu)建了哺乳動(dòng)物大腦新皮層數(shù)字立體超微結(jié)構(gòu)圖；美國(guó)哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)了軟性大腦電子探針，并植入活鼠體內(nèi)證明了其安全性。

美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校首次僅用憶阻器創(chuàng)建出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片；美國(guó)IBM進(jìn)一步利用TrueNorth芯片構(gòu)建了人工小型嚙齒動(dòng)物大腦；瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院成功構(gòu)建大鼠軀體感覺(jué)皮層部分神經(jīng)回路的數(shù)字模型。這一系列進(jìn)展推動(dòng)了類(lèi)腦計(jì)算的發(fā)展，邁出數(shù)字化大腦道路上的重要步伐。

超出程序設(shè)定的智能行為是通向人工智能之路的標(biāo)志性一步。谷歌、Facebook等公司正在推進(jìn)機(jī)器深度學(xué)習(xí)技術(shù)，并開(kāi)始商業(yè)化。5月面世的谷歌照片APP，可以更抽象的水平識(shí)別圖片中的元素，進(jìn)而從數(shù)百萬(wàn)張照片中識(shí)別不同臉孔；DeepMind公司已利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)研發(fā)了一個(gè)能夠自學(xué)視頻游戲的計(jì)算機(jī)軟件，可在游戲進(jìn)行到一半時(shí)，擊敗多數(shù)專(zhuān)業(yè)玩家。

干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究穩(wěn)步發(fā)展，應(yīng)用轉(zhuǎn)化進(jìn)程進(jìn)一步推進(jìn)

干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，應(yīng)用轉(zhuǎn)化進(jìn)程進(jìn)一步推進(jìn)。基礎(chǔ)研究方面，英國(guó)劍橋大學(xué)與以色列魏茨曼科學(xué)研究院的科研人員將胚胎干細(xì)胞成功“逆轉(zhuǎn)”為原始生殖細(xì)胞，首次將細(xì)胞重編程至如此早期的階段，該成果入選Cell評(píng)選的十佳論文；北京大學(xué)研究人員進(jìn)一步闡明化學(xué)小分子重編程技術(shù)的分子機(jī)理，為化學(xué)誘導(dǎo)方法更加廣泛地應(yīng)用于體細(xì)胞重編程和再生醫(yī)學(xué)奠定了基礎(chǔ)，該成果入選Cell評(píng)選的中國(guó)年度論文。2015年，澳大利亞墨爾本大學(xué)與昆士蘭大學(xué)聯(lián)合荷蘭萊頓大學(xué)、美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校聯(lián)合格拉德斯通心血管疾病研究所、美國(guó)密歇根大學(xué)與加州大學(xué)聯(lián)合辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)療中心等機(jī)構(gòu)分別成功構(gòu)建了腎臟、心室和肺，由干細(xì)胞構(gòu)建的微器官類(lèi)型已達(dá)十幾種。產(chǎn)業(yè)化方面，歐洲在2015年批準(zhǔn)了首個(gè)干細(xì)胞治療產(chǎn)品Holoclar，用于治療因眼部灼傷導(dǎo)致的中度至重度角膜緣干細(xì)胞缺乏癥，邁出了干細(xì)胞產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一步。

微生物組研究快速發(fā)展，呼吁啟動(dòng)微生物組計(jì)劃

微生物在健康、環(huán)境、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大，于2010年啟動(dòng)的地球微生物組計(jì)劃（Earth Microbiome Project），旨在分析全球微生物群落，預(yù)期將在2016年獲得其首批研究成果。

始于2007年底，美、英、法、中、日等多個(gè)國(guó)家參與的人類(lèi)微生物組計(jì)劃不斷推進(jìn)，促進(jìn)了腸道微生物與人類(lèi)健康的研究。目前，全球正在醞釀微生物組計(jì)劃。2015年美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（NSTC）發(fā)布了微生物組研究評(píng)估報(bào)告；10月，美國(guó)科學(xué)家在Science上發(fā)文倡議美國(guó)開(kāi)展聯(lián)合微生物組計(jì)劃（Unified Microbiome Initiative，UMI）；與此同時(shí)，德國(guó)、中國(guó)和美國(guó)科學(xué)家在Nature上發(fā)文呼吁建立國(guó)際微生物組研究計(jì)劃。

疫苗研究獲得多項(xiàng)突破，為更多傳染性疾病的預(yù)防帶來(lái)希望

2015年，疫苗研究獲得一系列成功，為傳染性疾病的預(yù)防帶來(lái)希望。世界衛(wèi)生組織領(lǐng)導(dǎo)的臨床研究中，埃博拉疫苗rVSV-ZEBOV終于獲得成功，其有效性可達(dá)75-100%；通過(guò)近30年的醞釀，全球首支瘧疾疫苗邁出重要一步，在非洲兒童臨床試驗(yàn)中可降低30%的發(fā)病率，預(yù)計(jì)最早于2017年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；12月，墨西哥批準(zhǔn)了全球首支登革熱疫苗Dengvixia，此疫苗有效性雖僅60%，但可有效預(yù)防已感染登革熱病患再度感染其他病毒株，該疫苗生產(chǎn)商法國(guó)賽諾菲公司將進(jìn)一步向其他國(guó)家申請(qǐng)上市批準(zhǔn)。除一系列新疫苗研制獲得成功外，脊髓灰質(zhì)炎疫苗使尼日利亞首次整年未出現(xiàn)新發(fā)脊髓灰質(zhì)炎病毒感染，為全球消滅脊髓灰質(zhì)炎奠定了基礎(chǔ)。

免疫療法快速發(fā)展，為重大疾病治療帶來(lái)機(jī)遇

隨著人類(lèi)免疫系統(tǒng)和疾病發(fā)生機(jī)制認(rèn)識(shí)的深入，免疫療法成為防控許多重大疾病的重要手段。自2013年癌癥免疫療法入選Science十大突破以來(lái)，領(lǐng)域研發(fā)熱度持續(xù)不減，被視為癌癥、多發(fā)性硬化癥和艾滋病等疾病治療的新機(jī)遇。2016年美國(guó)國(guó)情咨文中提出了癌癥登月計(jì)劃，其中的重點(diǎn)之一就是癌癥免疫療法的開(kāi)發(fā)。多種癌癥被驗(yàn)證可利用免疫療法進(jìn)行治療，而治療癌癥的抗體藥物特別是靶向程序性死亡受體-1（PD-1）及其配體-1（PD-L1）的抗體藥物，成為國(guó)際醫(yī)藥巨頭競(jìng)相布局的焦點(diǎn)。

基因組編輯技術(shù)不斷革新，進(jìn)一步推向臨床

以CRISPR為代表的基因組編輯技術(shù)仍然是2015年最受關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，CRISPR技術(shù)“史無(wú)前例”二次登上Science評(píng)選的年度十大突破，且位居榜首。2015年，美國(guó)麻省理工學(xué)院圍繞CRISPR/Cas系統(tǒng)的脫靶問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)和完善，并通過(guò)與其他先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合擴(kuò)大其應(yīng)用，此外，美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院設(shè)計(jì)的缺陷基因功能性拷貝插入患者基因組中的新方法可能會(huì)超越CRISPR/Cas系統(tǒng)，成為基因組編輯新技術(shù)。另外，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校利用CRISPR/Cas系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)RNA的精確切割進(jìn)一步擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。另外，美國(guó)麻省理工學(xué)院基于CRISPR技術(shù)發(fā)明了DNAi，能夠迫使轉(zhuǎn)基因大腸桿菌剪除其修改過(guò)的基因片段，防止基因片段逃逸而污染環(huán)境。基因組編輯技術(shù)有望成為生命科學(xué)研究的通用技術(shù)。

2015年基因組編輯技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于人類(lèi)疾病治療的臨床試驗(yàn)。研究人員一次性編輯了豬胚胎基因組中的62個(gè)位點(diǎn)，給異種器官移植帶來(lái)希望；基因組編輯技術(shù)初創(chuàng)公司Editas Medicine獲得谷歌等1.2億美元的資助，計(jì)劃到2017年將CRISPR技術(shù)用于臨床試驗(yàn)，以矯正視力受損患者體內(nèi)的某個(gè)基因突變；英國(guó)研究人員利用TALEN技術(shù)編輯人類(lèi)免疫細(xì)胞的基因組，用于治療患白血病的兒童；2015年底，Sangamo BioSciences生物科技公司宣布，2016年將開(kāi)展利用ZFN技術(shù)修正導(dǎo)致血友病基因缺陷的人體試驗(yàn)。

基因組編輯技術(shù)的發(fā)展隨之帶來(lái)的安全隱患和道德倫理挑戰(zhàn)也成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。2015年，修飾物種（如蚊子等）基因，以減少其數(shù)量或減少其攜帶病毒所導(dǎo)致疾病，以及中山大學(xué)首次利用CRISPR/Cas技術(shù)改造了人類(lèi)胚胎基因組，引發(fā)全球熱議。12月，美、英、中共同舉辦人類(lèi)基因編輯國(guó)際峰會(huì)，全球?qū)＜覍?duì)基因編輯技術(shù)所帶來(lái)的基礎(chǔ)研究變革、潛在應(yīng)用，以及由此引發(fā)的社會(huì)問(wèn)題、政府監(jiān)管及法律問(wèn)題進(jìn)行了探討，認(rèn)為現(xiàn)階段應(yīng)禁止對(duì)人類(lèi)胚胎和生殖細(xì)胞進(jìn)行基因組編輯。

成像技術(shù)發(fā)展趨向高分辨率、動(dòng)態(tài)、多重成像

成像技術(shù)同樣備受關(guān)注，單粒子低溫電子顯微鏡（cryo-EM）在2015年突破了3埃（?）的分辨率障礙，已經(jīng)逐漸成為一種主流結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)，該技術(shù)被評(píng)為2015年Nature Methods評(píng)選的年度技術(shù)，這也是成像技術(shù)連續(xù)第二年入選。另外，美國(guó)普渡大學(xué)大大提高了體內(nèi)振動(dòng)光譜成像技術(shù)收集圖片的速度，會(huì)在光子進(jìn)入組織前對(duì)其進(jìn)行顏色編碼；霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的新型顯微鏡，可更加清晰、全面的觀察活體動(dòng)物的動(dòng)態(tài)生物過(guò)程；美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的SR-STORM顯微鏡，可通過(guò)真彩超高分辨率顯微成像獲得每個(gè)標(biāo)簽分子的光譜和位置信息，實(shí)現(xiàn)了多靶標(biāo)成像。Nature Methods認(rèn)為，全新的特異性蛋白標(biāo)記及活細(xì)胞多重成像技術(shù)是2016年值得關(guān)注的技術(shù)。

光遺傳學(xué)技術(shù)向精準(zhǔn)、高效發(fā)展

光遺傳學(xué)技術(shù)已在單細(xì)胞分辨率水平上實(shí)現(xiàn)了對(duì)神經(jīng)元的高效操控，從而為實(shí)現(xiàn)神經(jīng)微解剖走出了第一步。英國(guó)倫敦大學(xué)結(jié)合基因組編輯技術(shù)與光遺傳學(xué)技術(shù)操控神經(jīng)細(xì)胞，可將更小的子光束選擇性靶向單個(gè)腦細(xì)胞；美國(guó)德州大學(xué)醫(yī)學(xué)院在海藻中發(fā)現(xiàn)首個(gè)光控負(fù)離子通道，能更快地抑制神經(jīng)元活動(dòng)，是目前最高效的光遺傳蛋白。

單細(xì)胞分析技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)高精度、大規(guī)模分析

單細(xì)胞分析技術(shù)在2015年獲得重大飛躍，美國(guó)哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院及麻省理工學(xué)院-哈佛大學(xué)布羅德研究所等機(jī)構(gòu)將單細(xì)胞測(cè)序并行檢測(cè)的細(xì)胞數(shù)量從100增加到幾千。此外，美國(guó)德克薩斯大學(xué)研發(fā)的單細(xì)胞外顯子組測(cè)序法（SNES），英國(guó)桑格研究所與牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作研究的基因組轉(zhuǎn)錄組并行測(cè)序技術(shù)（G&T Seq），美國(guó)細(xì)胞研究（Cellular Research）公司開(kāi)發(fā)的基因表達(dá)流式細(xì)胞測(cè)序技術(shù)（CytoSeq），中國(guó)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)與美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)聯(lián)合推出的單孢子測(cè)序技術(shù)，使單細(xì)胞組學(xué)能夠展開(kāi)大規(guī)模、高精度的分析。

測(cè)序技術(shù)的精度、效率進(jìn)一步提高

測(cè)序技術(shù)方面，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院提出的石墨單分子層孔道DNA測(cè)序法實(shí)現(xiàn)了高速度、高精度與高效率；與此同時(shí)，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院通過(guò)減緩測(cè)序中DNA流速將測(cè)序精度提高了1000倍，自此單分子實(shí)時(shí)測(cè)序技術(shù)（SMRT）不僅能夠高效助力多個(gè)植物和動(dòng)物基因組的研究，而且具備更加精準(zhǔn)的特性。