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我国生命科学与生物技术发展态势（下篇）丨2023中国生命科学与生物技术发展报告

花匠小妙招
2024-11-24 16:59

去年，我国在脑科学、免疫学、再生医学、生命组学、合成生物学、表观遗传学、结构生物学等领域取得突破性成果。本篇为大家介绍生命组学、合成生物学、表观遗传学、结构生物学等领域的技术进步。

技术进步

生命组学技术推动分子与细胞图谱持续突破

我国生命组学分析技术不断突破。我国华大生命科学研究院主导，6国科学家合作完成了首个非人灵长类动物（猕猴）全身器官细胞图谱，从泛组织水平全面分析了不同组织器官的细胞组成及其分子特征。

在生命组学分析技术开发方面，南方科技大学等开发了一种新型的、简单可靠的单细胞多组学技术ISSAAC-seq（in situ sequencing HEteRo RNA-DNA-hybrid after ATAC-seq）；北京大学等提出单细胞多组学数据整合与调控推断新方法GLUE（graph-linked unified embedding）；南京大学等构建了一种超高分辨率的工程化纳米孔，可以准确地识别所有RNA的核苷酸和发生在它们上的主要修饰。

在多组学联合分析方面，复旦大学等系统绘制了肝内胆管癌的多维分子图谱、甲状腺髓样癌蛋白质基因组学全景图谱；中国医学科学院北京协和医学院综合分析了食管鳞状细胞癌样本的全基因组、表观基因组、转录组和蛋白质组数据，将其分为4种分子亚型，这些突破均为患者实现精准医疗提供了基础数据和思路。

同时，我国也在空间组学上取得进步，我国华大生命科学研究院主导，联合6国科学家形成的时空组学联盟利用Stereo-seq大视场、超高分辨率空间转录组技术绘制小鼠、斑马鱼、果蝇、拟南芥4种模式生物的发育时空图谱，从时间和空间维度上对发育过程中的基因和细胞变化过程进行了超高精度解析。

合成生物学进展为新材料发现、设计和生产带来新可能

我国在合成生物学领域的研究能力和水平不断提高，论文发表量呈逐年攀升的态势，在基因组设计与合成、基因编辑、天然产物合成等方面取得了一系列成果。

在基础研究方面，我国科研人员绘制了高精度生物全景时空基因表达地图，绘制了近200种与DNA结合的蛋白质结构图等，开发了哺乳动物染色体工程新技术。

在应用研究方面，我国通过工程化改造大肠杆菌，使其产生了367.8mg/L的黄芩素，这是迄今为止报道的最高产量；基于工程菌与外膜囊泡设计了新型口服肿瘤疫苗；利用电催化结合酿酒酵母发酵，实现了高效地将二氧化碳转化为葡萄糖和脂肪酸；在微生物底盘中实现了甜菊糖稀有组分的定向、高效合成等。

同时，我国在材料合成生物学前沿交叉领域也取得进展，聚焦于开发新型构建思路，以及基于构建思路进行新材料的探索等方面。例如，中国科学院深圳先进技术研究院的研究人员提出了一种全新的可快速修复的活体材料构建思路，为可穿戴设备和生物传感器等领域的发展提供了新可能；等等。

表观遗传学的前沿创新为针对性的疾病治疗提供新思路

我国表观遗传学前沿创新进一步推进。新核酸修饰的发现及表观调控揭示对于解释生命体系的复杂性和多样性有重要意义。例如，中国科学院上海营养与健康研究所的研究人员建立了高分辨率DNA甲基化图谱，能够解析多种组织中细胞特异性的DNA甲基化变异；中国科学院分子细胞科学卓越创新中心联合国际团队揭示了DNA主动去甲基化缺失引发的DNA损伤和神经元凋亡过程。

在RNA修饰与非编码RNA调控方面，北京大学药学院和生命科学学院开发了m6A单碱基定量测序检测（glyoxal and nitrite-mediateddeamination of unmethylated adenosine，GLORI）技术，首次实现了高效率、高灵敏度、高特异性、无偏好单碱基的RNA的m6A位点检测和绝对定量；中山大学肿瘤防治中心联合国际团队发现转录过程中RNA的m6A修饰能够直接使邻近的DNA发生去甲基化修饰，进而增加染色质可及性及提升相关基因表达水平。

在细胞外囊泡研究中，我国研究人员关注其在重大疾病、关键生理活动中的表观遗传调控过程，并针对性地提出干预方案，为疾病治疗提出更多的新方向。

结构生物学的交叉融合研究助力疫苗开发与药物设计

我国基于成像技术的创新应用与交叉融合，在生物大分子与细胞机器的结构与功能解析、病原微生物的结构解析与机制研究、基于结构生物学的药物设计筛选等领域取得重大突破。

在技术开发方面，北京大学利用自主研发的深度学习高精度四维重建技术，发展了时间分辨冷冻电镜并将其应用到实践中；中国科学院生物物理研究所等提出了一套合理化深度学习（rDL）显微成像技术框架。在生物大分子及细胞机器结构与功能解析上，西湖大学的研究人员使用单颗粒冷冻电镜对来自非洲爪蟾卵母细胞核膜的完整核孔复合体（NPC）进行成像；上海科技大学确定并分析了人类苦味受体TAS2R46在马钱子碱结合形式或apo形式时与G蛋白结合在一起时的冷冻电镜结构，首次提供了人类味觉受体的三维结构图。

在病原微生物的结构解析与研究应用方面，中国科学院利用冷冻电镜技术对猴痘病毒DNA聚合酶的三维结构进行高分辨率（约2.8Å）分析，武汉大学通过冷冻电镜分析发现与中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）亲缘关系最接近的蝙蝠冠状病毒有效地与蝙蝠血管紧张素转化酶2（ACE2）受体结合，为应对病毒大流行提供了方案。

在基于结构生物学的药物设计筛选方面，中国科学院上海药物研究所分析了人类μ型阿片受体（μOR）的高分辨率结构，剖析了G蛋白偶联受体119（GPR119）与临床阶段小分子候选药物APD668复合物的冷冻电镜结构和分子机制，均为药物开发奠定了重要的结构基础。

本文摘编自《2023中国生命科学与生物技术发展报告》（科学技术部社会发展科技司,中国生物技术发展中心编著. 北京：科学出版社，2023.10）一书“第一章总论”，有删减修改。

《2023中国生命科学与生物技术发展报告》

定价：268.00元

《2023中国生命科学与生物技术发展报告》以总结2022年我国生命科学研究、生物技术和生物产业发展的基本情况为主线，重点介绍了我国生命组学与细胞图谱、脑科学与神经科学、合成生物学、表观遗传学、结构生物学、免疫学、干细胞、新兴前沿与交叉技术等领域的研究进展，以及医药生物技术、工业生物技术、农业生物技术、环境生物技术和生物安全取得的年度进展、重大成果及其重要意义。

本书对我国生物产业热点领域进行产业前瞻分析，从国际和国内两个层面分析投融资发展态势，以反映生物技术领域科技计划的财政支持情况，生物技术领域风险投资、上市融资等情况及投融资的热点方向，生物产业的市场表现和发展态势。

本书以文字、数据、图表相结合的方式，全面展示了2022年我国生命科学、生物技术与生物产业领域的研究成果、论文发表、专利申请、行业发展和投融资情况，以及我国在生物医药、生物农业、生物制造、生物服务等产业取得的重要进展。

本书特色

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