生物技能考研，生物技能考研方向及类别
作者:肖英峰、宫晨光、郭玖晖、王镇、方勇、李大海、李宝山等
来历:高华研讨所（goldensinoinstitute）
2021年，新冠肺炎疫情深化影响全球生命科学与生物医药工业的打开态势，与新冠肺炎疫情有关的研讨变成年度抢手。新式生物技能爆宣告无量的使用潜力，基因修改、组成生物学、干细胞等技能在病毒研讨、药物研发及疫苗研发进程中发扬了至关重要的作用。脑机接口技能在重建瘫痪患者的神经控制与感触功用、捕捉大脑知道等领域不断获得打破性作用，正在从概念走向使用。生物经济不只能为应对严峻突发公共清洁作业供给物资保证，还可推进经济的可持续打开，有望变成后疫情年代各国加速经济打开并脱节疫情影响的重要引擎。生物平安的概念也在不断扩展，从“生物防护”拓宽到“生物经济和工业支撑”。许多国家愈加剧视生物经济和生物平安，加大方针和资金方面的撑持力度。
一、世界生物技能及工业打开重要意向
2021年，全球笼罩在严峻的新冠肺炎疫情中，公民生命安康和社会出产活动均遭到沉重冲击。医疗物资短少捆绑了许多国家的疫情应对才能，生物经济和医药供给链得到史无前例的注重。新式生物技能在抗击新冠肺炎疫情这一战场上发扬了要害作用。基因测序技能、基因修改技能极大前进了病毒的检测功率，单细胞测序技能、人工智能和组成生物学技能等为药物和疫苗研发供给了菜鸟段，mrna疫苗更是初度投入临床实验，变成疫苗打开史上的严峻打破。crispr基因修改技能获得2021年诺贝尔化学奖。在打破性作用不断呈现和技能越发老到的布景下，基因修改技能正在加速推进细胞疗法和基因疗法走向临床使用，并加速农业、癌症和遗传病的研讨。人工智能正在不断并吞生物和医学领域的各项难题，助力基础研讨和工业使用。dna存储和dna核算也在快速打开，作为新式数据技能，或将为日益增加的数据存储和核算需要供给新的处置方案。
（一）全球生命科学研讨集合新冠肺炎疫情，新式生物技能助力病毒研讨和疫苗研发
2021年，新冠肺炎疫情对全球许多领域构成严峻冲击，也深化影响了生物科技与工业的打开方向。新冠病毒的来历、致病机理和传达特征，新冠肺炎药物及疫苗研发等变成这一年全球生命科学最抢手的研讨领域。基因修改技能、干细胞技能、组成生物学、单细胞测序技能和人工智能等新式技能为人类打败新冠肺炎疫情供给了愈加高效的东西。
（1）新冠病毒及新冠病毒致使的肺炎研讨遭到高度重视并获得丰盛研讨作用
到2021年12月底，全球已宣告超20万篇有关新冠病毒和新冠病毒致使的肺炎的研谈论文，此外未经同行评议的预印本网站上还有更大都量的有关研谈论文。科学家们正在用尽全力地晓得和遏止新冠肺炎疫情，并以创纪录的速度研发和查验新冠疫苗。许多新式技能爆宣告无量的使用潜力，为病毒研讨供给了强有力的东西。例如，根据crispr基因修改技能开发的检测东西可在1小时内测出新冠病毒；使用组成基因组学平台对新冠病毒进行化学组成和从头方案，有助于快速研讨新冠病毒及其变异情况。
（2）新式技能助力新冠病毒药物选择和立异疗法研发
单细胞免疫表达谱测序技能加速了新冠病毒抗体的制备。2021年5月，北京大学研讨团队使用高通量单细胞测序技能，从恢复期患者的抗原富集b细胞中快速获取出两种新冠病毒中和单克隆抗体（mab）ca1和cb6。这两种抗体在人体外对新冠病毒sars-cov-2体现出健壮的特异中和活性，有望变成新冠肺炎靶向医治药物。细胞与基因医治在抗新冠病毒感染方面具有必定潜力。2021年4月，美国celularity公司研发的天然杀伤（natural killer，nk）细胞疗法cynk-001的新药临床实验请求（ind）获得美国食物药品监督打点局附和，用以评价cynk-001医治成年新冠肺炎患者的作用。cynk-001变成首个获得fda附和在新冠肺炎成年患者打开临床实验的免疫疗法。
（3）全球竞相研发新冠疫苗，mrna疫苗初度进入临床使用
到2021年12月，全球处于临床前期间的新冠疫苗共162款，临床1期23款，临床2期16款，临床3期13款。全球新冠疫苗的开发首要根据7条技能道路:灭活病毒疫苗、病毒样颗粒或纳米颗粒疫苗、蛋白亚基疫苗、病毒载体疫苗、dna疫苗、mrna疫苗、减毒活疫苗。疫苗的研发道路现已从传统的灭活疫苗和减毒疫苗，拓宽到第二代的重组蛋白疫苗和亚单位疫苗、第三代的核酸疫苗和腺病毒载体疫苗。其间，美国moderna公司研发的mrna疫苗和美国辉瑞公司与德国biontech公司协作研发的mrna疫苗获批上市，标志着mrna疫苗在人类前史上的初度使用，或将带来医药领域的无量改造。
（4）为防备新式感患病挟制，病毒来历和传达机制等方面的研讨需要致使注重
2021年8月，美国国立清洁研讨院（nih）宣告树立“新式感患病研讨中心”（centers for researchin emerging infectious diseases，creid），将与其他28个国家的同行机构协作在全球打开多学科查询，以监测病毒和其他病原体的分布及病毒外溢风险等。nih将在将来5年内向该中心出资8200万美元，首要用于病毒监测、新发病毒预警、病毒外溢机制研讨、确诊办法和试剂的开发及人类免疫反应研讨等。creid在全球不一样区域的研讨要点不一样。例如，中美洲和南美洲首要打开虫媒病毒（如寨卡病毒、登革热病毒）查询，东非和中非首要研讨mers等冠状病毒，西非要点研讨埃博拉病毒和拉萨热病毒等，亚洲（特别东南亚）首要对冠状病毒和虫媒病毒进行研讨。此外，各个区域都将前进警惕性和应对才能，随时预备研讨新呈现的任何病毒。
（5）对我国的影响与启示
新冠肺炎疫情的防控实习凸显出科技在防备和化解严峻公共清洁危机作业中起到的要害支撑作用。新冠肺炎疫情以来，世界规模内迎来了又一轮新式生物科技打开的热潮，许多前沿科技作用已被用于应对新冠肺炎疫情，并获得了显着作用。加强新式生物技能研发，特别是加强病毒、药物与疫苗等领域的科技攻关已变成保证国家平安和公民安康的必定需求。
当前，全球各国都高度注从头冠疫苗的研讨，但对病毒本身的传达机制和生理特性等疑问重视较少。冠状病毒不断改变会构成新的疾病感染源，因而应加强冠状病毒的溯源研讨，从源头监测和防备冠状病毒。此外，新冠病毒的传达途径至今尚不十清楚白，应加强有关基础研讨，特别是冠状病毒的跨物种转播机制等，然后防备感患病再次迸发。
我国在基础研讨领域和源头技能方面的堆集缺乏，一些影响生物平安的要害中心技能、产品受制于人，医疗配备国产化程度低。因而，需要加大对生物平安领域有关基础研讨、使用研讨的撑持力度，改动传统课题立项方法，打开临床使用需要牵引下的使用基础研讨。尽管我国科研人员许多，但做病毒学自创性、基础性研讨的科研人员相对较少，因而需要国家在病毒学领域关于某些重要病毒打开持续性投入，鼓舞科学家进行长时刻、体系性研讨，避免寻求短期的作用酬谢。
（二）新冠肺炎疫情致使全球医疗物资供给严峻，生物经济在严峻疫情中的物资保证功用凸显
新冠肺炎疫情时刻，药品、生物制剂、医疗设备和耗材等抗疫物资的需要猛增，超出了全球常规的供给才能，使许多国家在新冠肺炎疫情面前处于被逼局势。多国政府纷繁发布有关战略，加速本国生物经济的打开脚步。
（1）多国政府进一步推进生物经济打开
2021年1月，德国联邦政府正式经过新版《国家生物经济战略》。该战略的中心方针是打开可持续的、以循环为导向的立异式经济，方案投入36亿欧元用于开发可持续打开议程规划内的生物经济处置方案，发掘生态体系内生物经济的潜力，将德国打造变成抢先的立异基地等，一起大力推进生物材料在工业出产的使用，创造新的有利于可持续打开的产品。
2021年2月，美国国家科学院、美国国家工程院、美国国家医学院（the national academies ofsciences，engineering，medicine，nasem）发布《维护生物经济》陈述，全部、深化地收拾了美国生物经济地址的表里部环境及面临的风险与应战，一起提出了维护生物经济的将来战略。此外，该陈述也对各国在生物经济领域的研发、立异与出资动态，以及竞赛格局进行了比照分析，展望了生物经济的将来打开趋势。
2021年7月，意大利部长理事会（council of ministers）国家生物经济调和小组（nationalbioeconomy coordination group，nbcg）发布《面向意大利生物经济战略bit ii的实施行为方案2021—2025》，提出后疫情年代的循环生物经济打开期望，具体介绍了将来5年生物经济实施行为方案，出资5.7亿欧元安设3项短期旗舰项目，提出了有关立法主张。
（2）医药供给链平安遭到美欧等国的高度注重
2021年4月，美国国会研讨效能部（congressional research service，crs）发布《新冠肺炎疫情:我国医疗供给链和更广泛的生意疑问》，全部评价了新冠病毒对中美生意的影响及美国对华医疗供给链的依靠程度，提出联合火伴国家加速把医疗供给链转移到我国以外等许多行动，以完成医药、医疗用品出产和供给的多样化。
2021年11月，欧盟委员会提出《欧洲制药战略》（pharmaceutical strategy for europe），旨在树立具有前瞻性和抗危机才能的欧盟制药体系。该战略包括4个首要方针:一是保证患者能担负得起药品，经过健全的供给链处置未满足的医疗需要；二是撑持欧盟制药业的竞赛力、立异才能和可持续性，开发高质量、有用、绿色的平安药品；三是加强危机防备和应对机制，处置供给平安疑问；四是经过前进质量、成效和平安标准，使欧盟在世界规模内具有健壮的言语权。
（3）对我国的影响与启示
美欧等兴隆国家和区域生物医药工业兴隆，但首要会集在高附加值和技能密布型产品领域，而中低端医疗防护用品、抗生素和材料药等通用药品的国内工业基础和制造才能近乎损失，首要依靠进口。新冠肺炎疫情时刻，这些兴隆国家逐步知道到基础医疗物资在应对严峻突发疫情中的战略性作用，初步重建本身的工业出产才能，打开愈加全部均衡的生物经济，企图脱节医疗物资对外依靠特别是对单一国家依靠的局势。
我国是全球最大的材料药和中低端医疗器械出产国。在全球医药工业格局势临调整的大布景下，我国有关工业或将遭到冲击。我国应进一步提大学低端医药产品的世界竞赛力，一起加强技能密布型医药产品的研发，竞赛世界高端医药商场。
自基因修改技能面世以来，环绕它的研讨作用不断呈现。2021年，诺贝尔化学奖被公布crispr/cas9的创造者，让crispr变成除新冠肺炎疫情以外学术界谈论的焦点。一起，crispr基因修改技能在疾病医治方面也获得了新发展，为治好不治之症供给了有用的处置方案。在许多目光投向crispr基因修改技能价值的一起，其可以引发的公正性、可控性和道德性疑问相同需要致使我们的留心。
（三）基因修改技能在医疗、农业等领域加速走向使用
自基因修改技能面世以来，环绕它的研讨作用不断呈现。2021年，诺贝尔化学奖被公布crispr/cas9的创造者，让crispr变成除新冠肺炎疫情以外学术界谈论的焦点。一起，crispr基因修改技能在疾病医治方面也获得了新发展，为治好不治之症供给了有用的处置方案。在许多目光投向crispr基因修改技能价值的一起，其可以引发的公正性、可控性和道德性疑问相同需要致使我们的留心。
（1）基因疗法临床实验加速推进，为并吞人类严峻疾病带来期望
2021年3月，美国科学家张锋创建的editas medicine公司与艾尔建（allergan）公司初度打开了将crispr-cas9基因疗法直接用于人体的临床实验，医治一种被称为“leber先天资黑蒙10”（lca10）的遗传性致盲疾病。在该实验中，研讨人员将基因修改体系的构成有些编码在一种病毒的基因组中，然后直接打针到患者双眼里，成功治好了3名遗传病患者。该临床实验的成功也让crispr疗法被美国《科学》（science）期刊列入2021年重要科学打破。
2021年12月，瑞士crispr therapeutics公司发布了在研基因修改疗法ctx001用于医治β地中海贫血（tdt）和镰刀型细胞贫血病（scd）患者的临床数据。新疗法经过在体外改造造血干细胞，使之供给满足多的替补血红蛋白，然后抵偿骤变基因构成的缺陷。首先结束满足随访时刻的10位患者均脱节了关于输血的依靠（tdt患者），而且没有发生血管堵塞（scd患者）。这是全球首个抵达人体查验期间的根据crispr/cas9的基因修改疗法。
2021年，美国哈佛医学院david williams教授团队发布了使用慢病毒载体投递的rna缄默沉静（rnai）技能医治镰刀状细胞贫血症的临床实验成果。该研讨经过慢病毒介导的shrna，在体外特异性靶向敲低cd34 +细胞的bcl11a基因的mrna，再回输到镰状细胞病患者体内，6位承受医治的患者在随访时刻（中位时刻为18个月）的镰状细胞病临床体现均减轻或不见。
（2）基因疗法存在致癌风险，一些临床实验进程受挫
2021年12月，美国食物药品监督打点局叫停了由uniqure公司研发的b型血友病基因疗法amt-061的ⅲ期临床实验，缘由是一位承受该疗法医治的患者患上了肝癌。经过研讨发现，致使这次肿瘤发生的患者本身存在乙肝和丙肝病史，但也无法打扫aav5病毒载体诱发癌症的可以性。当前已有多项研讨标明，长时刻运用aav病毒载体可诱发癌症发生，包括肝癌。
2021年2月，美国bluebird bio公司开发的基因医治药物lentiglobin（也称zynteglo）在临床实验中致使两名镰刀型红细胞贫血症患者罹患癌症。该公司因而中止了该产品医治镰状细胞病的一切临床研讨，并叫停了在欧洲出售运用相同载体医治血液疾病β地中海贫血的附和疗法。该公司正在查询其用于传递医治性基因的病毒载体是不是会引发癌症，而该消息也加剧了我们对该疗法风险的担忧。
（3）基因修改技能在各领域的使用不断推进，技能监管在争论中完善
遗传性人类基因修改方面。2021年9月，美国国家医学院、美国国家科学院和英国皇家学会（theroyal society）经过一起组成的世界人类生殖细胞基因组修改临床运用委员会，发布《遗传性人类基因组修改》（heritable human genome editing）陈述。该陈述提出，人类基因组修改（heritable human genome editing，hhge）技能应仅限用于避免严峻的单基因疾病，如囊性纤维化和地中海贫血症等。该委员会还提出一个从临床前研讨光临床使用转化的严肃途径，为世界社会科学打点与监督hhge供给了根柢要素方面的辅导，也将为世界清洁组织人类基因组修改专家征询委员会供给参阅，后者正在为遗传性和非遗传性人类基因组修改研讨和临床使用开发恰当的打点机制。
基因修改农业使用方面。2021年12月，日本厚生劳作省（ministry of health, labour andwelfare）举办专家会议检查了筑波大学（university of tsukuba）及公司sanatech seed的基因修改西红柿。厚生劳作省称，该款基因修改西红柿富含抑制血压上升功用的成分“γ-氨基丁酸”（gaba），且无平安性方面的疑问，招认不会发生对人体有害的物质，因而不需要经过额定的平安性检查。这种西红柿估计会变成日本国内首款获批的“基因修改”食物。2021年12月，美国食物药品监督打点局附和revivicor公司开发的有意基因组改动（intentional genomic alteration，iga）家猪galsafe猪上市。该公司经过基因工程办法，敲除在猪细胞表面添加α-半乳糖的蛋白酶，然后使猪细胞不再表达α-半乳糖，处置了来自猪的组织和器官可致使使的急性免疫架空疑问。这是fda附和的首个可一起用于人类食物花费和作为潜在疗法来历的iga动物。
基因驱动用于消除病虫灾方面。2021年5月，美国约翰·霍普金斯大学（johns hopkins university，jhu）发布《基因驱动:寻找机缘并最小化风险》（gene drives: pursuing opportunities，minimizing risk）陈述。该陈述指出，因为短少国家方针和法规，与其他基因工程生物比较，基因驱动带来了一起的风险。户外安设基因驱动生物可以发生无量的不良影响和凌乱的、级联性的成果。该陈述需求拟定有关法令法规，树立基因驱动研讨、查验、安设及监测有关的国家注册体系等。2021年5月，美国环境维护署（environmental protection agency，epa）附和了英国oxitec公司在美国佛罗里达州和得克萨斯州进行ox513a蚊子的实验性开释的请求；2021年6月，美国食物平安中心（center of food safety，cfs）指控epa违背《濒危物种法》第7条，需求epa撤消在美国进行基因驱动蚊子开释的批阅。2021年9月，美国国会研讨效能部发布《基因工程蚊子:削减病毒传达的矢量控制技能》（genetically engineered mosquitoes: a vector control technology forreducing virus transmission）陈述。该陈述指出有关实验证明晰户外投进ox513a蚊子对生态体系的影响可“忽略不计”，也不太可以发生转基因涣散的风险。
（4）对我国的影响与启示
跟着科学与技能的不断前进，基因医治将变成人类并吞严峻疾病特别是癌症、遗传病和稀有病的重要办法。载体的投递技能、基因修改技能和溶瘤病毒等立异技能使治许多种疑问杂症变成可以。基因医治同常规药物或医治方案比较，仍归于新式技能，具有潜在风险。我国有关部分需要在基因疗法平安性、技能标准和道德等方面，进一步完善契合我国国情的基因医治监管方针，科学评价临床风险并推出更全部的辅导原则，然后有序地推进基因医治产品的研发与使用。
此外，基因修改技能使用于人类增强，会构成严峻的社会公正缓道德应战；使用于动植物中可以会损坏生态平衡，经过农产品或食物链进入人体后，可以会挟制人类安康。面临机缘与应战，我国应活泼研讨和评价基因修改技能在各类场景中的使用，不断调整和优化监管战略，并加强世界协作，活泼参加或引拥有关世界规则的拟定。我国在底层技能研发上应奋勇赶上，保证抢先；自转化使用上应稳重评价，保证平安。
（四）人工智能在生物、医学和农业领域的使用不断深化
这些年，人工智能技能持续高速打开，正在越来越多的使用领域带来推翻性改造。人工智能根据氨基酸序列精确猜测蛋白质规划的才能对生命科学和医学将是一个无量打破。它将极大加速我们对细胞规划的晓得，并使药物发现变得更快、更 。人工智能使用于农业领域，也能前进传统农业功率，完成精准上肥用药，削减环境污染等。
（1）人工智能精准猜测蛋白质规划
多年来，科学家一向尽力于经过建模办法来精准猜测蛋白质规划的研讨，许多科研团队经过核算机程序来检测构成蛋白质的氨基酸，并以此来估测蛋白质的三维规划。2021年11月，美国deepmind公司开发的新一代alphafold人工智能体系在世界蛋白质规划猜测竞赛中打败一切人类选手，精确地根据氨基酸序列，猜测了蛋白质的3d规划。该体系的精确性可以与运用冷冻电子显微镜（cryoem）、核磁共振或x射线晶体学等实验技能解析的3d规划比较美。该成果标明，生物学家们可以将人工智能作为科学研讨的中心东西之一。
（2）人工智能技能大幅前进药物选择功率
2021年3月，美国ibm公司凭仗summit超级核算机进行人工智能选择药物分子，在8000多种化合物中选择出7类有望治好新冠肺炎的候选药物。2021年7月，我国的李兰娟院士研讨团队选用人工智能算法，从151种上市药物中选择出5种药物，其间阿比多尔、达芦那韦等4种药物在体外细胞实验中被证明有显着抑制病毒的作用，变成敌对新冠病毒的有用武器。
（3）人工智能推进农业可持续打开
2021年9月，联合国粮农组织将偏重开发农业领域的人工智能，推进完成粮食和养分平安的可持续打开，使人工智能协助人类，在天然本钱维护、气候改变应对及新冠肺炎疫情冲击等应战下完成到2050年全球粮食贮藏量可供近100亿人员生计的方针。人工智能可优化甚至替代人类的栽培和收割等活动，然后前进出产力，改进作业条件，更有用有利地势用、打点和方案天然本钱等。农业中的人工智能首要运用于农业机器人技能、土壤和作物监测、猜测分析3个领域，可在改动粮食体系、处置粮食短少和食物不平安等疑问上发扬重要作用，有助于以可持续的方法完成粮食平安。
（4）对我国的影响与启示
人工智能在生物学研讨中的使用，将极大地前进人类根究生命本质的才能；人工智能在制药业的使用将有力地推进新药物靶点的发现及新药物的方案，也会显着前进药物临床实验大数据分析的速度和精确度；人工智能在医学中有望前进疾病诊治才能、处置医疗本钱短少与区域失衡、降低医疗本钱等。新冠肺炎疫情大盛行前进了整个生命科学工刁难人工智能在从研发到制造、供给链和商业功用等整个价值链上使用的重视。例如，人工智能可使研发和出产流程主动化，使供给链更智能，使呼应更活络，并协助推出和出售医疗安康产品等。
人工智能和生物医学都是新一轮工业改造的中心技能，而两种技能的交融打开将发生无量的效益，有助于处置人类生命、打开和社会运转的许多传统难题。我国应高度注重交融技能和穿插技能的打开，打破传统学科壁垒，及时调整学科设置；经过严峻科技攻关项目和长时刻平稳的撑持，培育具有世界竞赛力的科技部队；经过活泼的方针引导和工业扶持，推进人工智能与生物医药交融的使用落地。
（五）生物核算不断获得打破，或将推进数据改造
跟着高功能核算和超大容量存储的需要不断增加，传统硅基核算和存储方法面临着史无前例的无量应战。dna核算和dna存储以其低能耗、并行化、平稳性等特征而广受重视。跟着dna测序和组成技能的不断老到，dna存储本钱正在不断降低，使用前景值得等待；dna核算才能和速率的前进，为一些传统领域供给了新的高效处置办法。
（1）3d打印与dna存储联系创始数据存储新方法
2021年1月，美国哥伦比亚大学联合瑞士苏黎世联邦理工学院和以色列的研讨人员，成功地将人工dna嵌入到3d打印的塑料小兔子模型中，而dna中包括打印该兔子的指令信息，可经过dna解码和编码，用于仿制打印下一代“兔子”。这只3d打印的兔子模型完成了经过dna存储和传递其本身数据，有关研谈论文宣告在《天然·生物技能》（nature biotechnology）期刊。
（2）dna核算才能不断获得新打破
2021年1月，我国科学院长春色学精密机械与物理研讨所科学家运用32条dna链创建出一种可以存储和处置数据的dna生物核算体系，可经过方案dna序列和编程dna链位移反应来核算十进制整数900以内的平方根。该核算机使用dna链的存在或缺失标明二进制数0或1，由最多5种不一样波长的光进行发光控制，经过与不一样的dna链联接，运用表格将dna链变换为相应的光方法进行核算。
（3）dna核算用于肿瘤分子确诊
2021年6月，我国上海交通大学科学家使用dna核算，开宣告分子水平上的机器学?惴Ｐ汀８眉寄芸梢黄鸱治鲅逖局卸喔鰉irna的表达谱，在不需要人工干与和凌乱仪器的情况下快速给出肺癌确诊成果，成功将dna核算使用光临床确诊中，为肿瘤的无创分子确诊供给了新途径。有关研讨作用宣告于《天然·纳米技能》（nature nanotechnology）期刊。
（4）对我国的影响与启示
在大数据年代，硅基存储和核算正面临无量应战。跟着组成生物学的打开，正本为生命科学使用而开发的dna组成、测序和检索技能正在被使用于数据存储体系。dna存储和dna核算从概念走向实际，引发全球越来越多的重视。
2021年10月，美国gartner公司发布猜测陈述称，到2024年，将有30%的数字事务依靠dna存储技能，以处置现有存储需要呈指数级增加的应战。美国dna存储技能处于全球抢先水平。在美国政府的大力撑持下，美国科研机构比全球其他国家更重视dna存储技能，该领域的多个打破性作用均产出于美国。我国当前还没有清楚的方针与方案用以大力撑持dna存储技能的打开，我国科研机构在该领域的重视度与研讨水平仍有待前进。dna存储作为新式技能，在海量数据存储、秘要数据存储与传递中具有无量的使用前景。我国应加强对dna存储技能的战略规划，前瞻性地培育新式工业和维护国防平安。
二、组成生物学
2021年，组成生物学工业增加进一步提速。组成生物学理论基础和技能研发不断获得打破，为新材料及生物医药研发、农业改进、工业出产等供给了有力东西。使用组成生物学技能开发的定制化细胞工厂有望在医疗安康、工业化学品、食物饮料、生物燃料、科研等许多领域高效、可持续地出产各类产品。面临凶狠全球的新冠肺炎疫情，组成生物学展示出杰出的使用潜力，助力新冠药物及新冠疫苗出产。可是，组成生物学的高速打开也匿伏着生物平安风险，需要及时、有用且具有关于性的监管为其安康打开保驾护航。
（一）组成生物学工业打开概述
据cb insights我国发布的《组成生物学作业专题陈述2021》闪现，2021年全球组成生物学商场规划达53亿美元，2021—2024年组成生物学商场规划的年复合增加率（compound annual growthrate，cagr）估计将达28.8%，2024年全球商场规划将添加189亿美元。从计算数据中可看出，组成生物学工业中许多细分商场正在以高cagr水平增加，因为现有生物组成商场渗透率较低，将来增加潜力无量。其间食物饮料、农业和花费品的cagr增加较快（见表3-1）。
推进组成生物学商场增加的“主力军”首要包括3个要素:一是dna测序、组成和修改技能的不断前进、dna测序时刻和本钱的持续降低等以多种方法驱动着组成生物学的打开；二是组成生物学要害原材料（即寡核苷酸）的本钱降低推进了商场对组成生物资品的需要；三是生物铸造厂（平台型出产公司）方案、制造、查验新式微生物的技能水平不断前进。
根据cb insights发布的数据闪现，2010—2021年全球组成生物学公司共发生391起融资作业，其间2021年的融资数量为历年最高，为70起；而2021年创下融资金额最高纪录，约为23亿美元。2021年全球组成生物学公司全年融资数约为30起，融资金额约为20亿美元。当前，根据组成生物学理念所树立的公司首要分为3类:一是开发使能技能，如dna组成和测序；二是制造dna构件及集成体系，如软件效能；三是使用组成生物学平台出产所需产品，如生物体改造平台。本钱和商场的目光正在向组成生物的技能使用层面集合（见图3-1）。
（二）组成生物学工业打开概述
组成生物学选用工程学“自下而上”的理念，从隙ы征天然界具有催化调控等功用的生物大分子，使其变成标准化“元件”，到创建“模块”“线路”等全重生物部件与细胞“底盘”，构建有各类用处的人工生命体系。其时，本钱短少、环境污染、气候改变等全球疑问日益凸显，组成生物技能为完成“社会—生态/环境—经济”的调和打开供给了全新的处置方案，在新材料开发、医药研发、工业出产和农业改进等许多方面不断获得打破性发展。
（1）组成生物学基础元件构建、线路方案
2021年1月，我国华东理工大学研讨团队根据球形红球菌的新lov域，开宣告单组分光激活细菌基因表达体系（elighton）。研讨团队经过控制ftsz和chez基因的表达，以及运用光和阿拉伯糖作为两个输入构建组成布尔逻辑门，证明晰elighton体系在调度细胞割裂和游动中的有用性，为定量和时空控制细菌基因表达供给了健壮且高度可调的光呼应东西。有关研讨作用宣告于《核酸研讨》（nucleic acids research）期刊。
2021年5月，美国加州大学（university of california）研讨人员经过工程化的集体动力学来调度组成生物学与微电子学的联络，然后调度带电代谢物的堆集，并展示了经过种群控制电路对细菌触摸重金属时的反应进行电检测的办法。该办法为组成生物学、分析化学和微电子技能的新打开铺平了路途。有关研讨作用宣告于《科学前进》（science advances）期刊。
2021年5月，英国剑桥大学研讨人员开宣告一种最小的人工呼吸体系。该体系运用nadh作为燃料从adp和无机磷酸盐出产atp，可再现线粒体呼吸链的能质变换催化反应。该研讨证明晰纳米囊泡能运用nad+联接的底物来驱动无细胞蛋白的表达，可用于坚持人工巧胞。有关研讨作用宣告于《acs组成生物学》（acs synthetic biology）期刊。
2021年6月，我国清华大学研讨团队将一个名为yf1/fixj的蓝光调度双组分体系归入大肠杆菌的无细胞体系中，完成控制蛋白质组成。该体系经过蓝光抑制完成了5倍的动态蛋白表达，经过蓝光激活完成了3倍的动态蛋白表达。该研讨可使用于组成生物学教育、生物制药研讨、人工巧胞构建等领域，有助于推进无细胞组成生物学和光遗传学的打开。有关研讨宣告于《acs组成生物学》期刊。
2021年6月，加拿大多伦多大学（university of toronto，uoft）研讨人员构建出一系列集体感应控制的crispri体系（q-crispri）。该体系可经过运用定制的sgrna来动态编程细菌，而不会致使细胞裂解。该动态细胞编程办法，可有用对工业和医学上重要的微生物进行编程，以非常好地控制其代谢和行为。有关研讨作用宣告于《acs组成生物学》期刊。
2021年8月，美国麻省理工学院研讨人员开宣告运用rna聚合酶链作为信号载体，可彼此阻隔、彼此调度宿主的酵母基因调度单元（门）cello 2.0。该东西构建出具有11种调度蛋白的基因线路。真核生物的基因线路方案主动化简化了生物出产中的凌乱进程，以及细胞工程项目中的一有些调控网络缔造进程。有关研讨作用宣告于《天然·微生物学》期刊。
2021年8月，我国科学院大学研讨人员经过信号分子的生物组成途径方案、传感建议子的合理方案和传感转录因子的定向进化，在细菌中获得6个正交性远超传统集体传感体系的细胞—细胞信号通道，并成功将其间一些通道转移到酵母细胞和人类细胞中。该细胞间信号东西箱为人工方案凌乱多细胞，以及人工生态体系和智能组织铺平了路途。有关研讨作用宣告于《天然·通讯》（naturecommunications）期刊。
2021年9月，法国巴黎高级师范学院（ecole normale de paris）研讨团队开宣告一种磁感应大肠杆菌，其空间行为可由磁力控制，并经过不对称将其磁性特性传递给一个子细胞来坚持细胞的生长和割裂。这一研讨将细菌的空间控制与基因编码黏附特性相联系，以期完成对特定方针细菌的磁捕获和对侵略人类细胞的细菌的空间调控。有关研讨作用宣告于《acs组成生物学》期刊。
2021年9月，美国加利福尼亚理工学院（california institute of technology，caltech）研讨团队开宣告一种经过调控温度控制体内工程t细胞的新技能，可协助减轻t细胞免疫疗法的脱靶毒性。研讨团队运用集合超声和磁热疗等技能，经过改动体内特定部位的温度作为调控信号，查验热激起起子介导人类t细胞中遗传电路的热激活才能，并断定了遗传规划、可调度振幅和热活化持续时刻等。该研讨团队方案的基因线路有望用于完成温度控制嵌合抗原受体和细胞因子的表达，并杀死方针肿瘤细胞。有关研讨作用宣告于《acs组成生物学》期刊。
（2）组成生物学与新材料开发
2021年2月，以色列特拉维夫大学和美国麻省理工学院的研讨团队开宣告一种根据dnazyme的operon体系，可在活细菌中出产dna纳米支架。该体系运用仿照操作子的寡核苷酸基因，战胜了ssdna遗传有些的缺失疑问，能在体内构成更凌乱的dna纳米规划。该研讨将dna纳米支架进一步联系到活细菌中，为基础生物学、生物工程和医学使用供给了健壮的组成生物学东西。有关研讨作用宣告于《acs组成生物学》期刊。
2021年5月，我国上海科技大学等机构的研讨团队受大肠杆菌生物膜的启示，开宣告蛋白质纳米纤维涂料。该涂猜中的csga淀粉样蛋白一起具有基底独立性、耐有机溶剂性和可编程功用性，有助于在任何表面构成可无缝参加功用化进程的纳米纤维涂层，然后完成包括电子设备、酶固定化和微流体细菌传感器等各种概念的使用。该涂料可推进电子、生物催化、颗粒工程和生物医学方面的前进。有关研讨作用宣告于《科学前进》期刊。
（3）组成生物学与医药研发
2021年5月，瑞士苏黎世联邦理工学院、我国华东师范大学和西湖大学的研讨团队开宣告一种无辅因子的生物电子植入物，其内封装的工程化细胞可微调蛋白医治剂的原位出产和体系投递。研讨人员使用该设备方案出关于ⅰ型糖尿病的电活络β细胞，可经过无线电影响实时控制囊泡胰岛素的开释。硬币巨细的生物器件被植入皮下后，可经过无线电控制精准医治ⅰ型糖尿病。有关研讨作用宣告于《科学》期刊。
2021年6月，美国synlogic therapeutics公司的研讨人员根据大肠杆菌开宣告用于医治癌症的生物学疗法。工程改造后的细菌菌株synb1891可发生环二腺苷酸（cyclic di-amp，cda）作为sting（stimulator of interferon genes）通路的影响物。这种机制可在经过激活抗原呈上细胞和呈上肿瘤抗原所诱发的抗肿瘤免疫应对中发扬要害作用。synb1891疗法可铲除肿瘤并前进抗肿瘤免疫，凸显出组成生物学在医治人类疾病方面的无量潜力。有关研讨作用宣告于《天然·通讯》期刊。
2021年9月，英国伦敦癌症研讨学院（the institute of cancer research，icr）研讨人员开宣告一种根据机器学习和集体遗传学的肿瘤亚克盛大建办法mobster。该办法使用来自不一样组群的2606个样本的揭露全基因组测序数据、新数据和归纳验证，最大极限地削减了非进化办法的混杂要素，然后精确地仿照重建了人类癌症的进化史。有关研讨作用宣告于《天然·遗传学》（nature genetics）期刊。
2021年11月，我国合生基因公司根据组成生物技能开发的基因医治产品synov1.1获得美国fda临床实验答应，有望用于医治包括中晚期肝癌在内的甲胎蛋白（afp）阳性实体瘤。synov1.1是全球首个将经过组成生物学技能优化、改造的免疫疗法用于医治中晚期肿瘤患者的产品。
（4）组成生物学与工业出产
2021年1月，美国加州大学洛杉矶分校研讨人员方案出一种无细胞酶反应体系，可脱节细胞捆绑，使输入的生物质能高产量、高出产率和高滴度地转化为所需的产品。研讨人员运用细胞裂解法、纯化法和杂合等办法树立无细胞酶反应体系，可改进出产参数的潜力，使方案、施行愈加活络，产品纯化更简略，为增强生物基化学出产拓荒了新途径。有关研讨作用宣告于《生物技能趋势》（trends inbiotechnology）期刊。
2021年4月，英国曼彻斯特精密与特别化学物质组成生物学中心（manchester synthetic biologyresearch centre for fine and speciality chemicals，synbiochem）的研讨人员对生物制造管道的才能进行查验，以使微生物细胞工厂能快速原型化，然后出产与化学工业有关的多种化学材料。为探究原型出产菌株的规划扩展潜力，研讨人员优化了扁桃酸和羟基扁桃酸的对映选择性出产，完成了分批补料发酵罐的克级出产。快速方案和出产微生物材料的基础材料的成功率很高，标明生物铸造厂在引领材料出产向可持续方法过渡。有关研讨作用宣告于《代谢工程》（metabolicengineering）期刊。
2021年10月，英国朴次茅斯大学酶立异中心（the centre for enzyme innovation，university ofportsmouth，cei）和美国国家可再生动力实验室（national renewable energy laboratory，nrel）的研讨团队组成出一种“超级觅铮该“超级酶”由可将塑料pet分化成有机小分子的petase酶和mhetase水解酶组成，其降解塑料的速度比此前发现的酶前进了6倍，且能在室温环境中作业。研讨人员标明，将可分化塑料的酶与能分化天然纤维的酶联系起来，或可使混合材料得到充分收回，然后削减污染疑问。有关研讨作用宣告于《美国国家科学院院刊》（pnas）期刊。
（5）组成生物学与农业改进
2021年4月，我国科学院分子植物科学杰出立异中心的研讨团队经过遗传工程办法在拟南芥、烟草和水稻中创建出一条全新的且由高温呼应建议子驱动的细胞核交融基因表达的d1蛋白组成途径。该办法显着增强了植物的高温抗性、光协作吃苦率、二氧化碳同化速率、生物量和产量。有关研讨作用宣告于《天然·植物学》（nature plants）期刊。
2021年6月，德国杜塞尔多夫大学（heinrich heine university，hhu）研讨团队开宣告一种可用于植物的光开关元件（plant usable light-switch elements，pulse）体系。该体系运用红光可在精确的时刻致使基因表达，而周围的白光可用作“关闭开关”来回转这一进程。该研讨将光遗传学和组成生物学联系起来，然后控制植物的生理活动，如免疫反应、生长发育及钳制呼应等，以让植物能快速反应和习气环境改变，前进产量。有关研讨作用宣告于《天然》（nature）期刊。
2021年8月，英国埃塞克斯大学（university of essex）研讨人员经过遗传工程办法，在烟草等物种中一起影响电子传输和rubp再生，究竟显着添加了光合碳同化。该办法添加了温室和田间条件下生物量和产量，在田间条件下可将植物出产力前进27％。一起，这种前进光协作用的办法还可节约灌溉用水。有关研讨作用宣告于《天然·植物学》期刊。
2021年11月，英国格拉斯哥大学（university of glasgow）研讨人员经过定向进化办法，获得phot1和phot2对光活络性减慢的变体，然后发生更快速和稳健的叶绿体运动呼应及改进的叶定位，完成在光捆绑条件下添加植物生物量。该研讨证明晰蛋白质工程战略调整光敏素活络性以前进植物光合才能和生长的潜力。有关研讨作用宣告于《美国科学院院刊》期刊。
2021年2月，德国杜塞尔多夫大学研讨人员在《生物技能最新观念》（current opinion inbiotechnology）发文，专门谈论了组成生物学在前进农业出产力和食质量量、降低出产本钱，以及完成可持续打开等方面的潜力，回想了影响植物生长和质量的组成生物学使用，偏重了前进植物养分使用率并削瘦身料需要的战略，总结了前进作物养分价值，并将光自摄生物断定为生物制药和组成具有商业价值的化合物的工程学办法。
与细菌、酵母和哺乳动物体系比较，植物组成生物学研讨相对滞后，但这些技能和办法现已初步重塑基础研讨和生物技能/生物制药作业。在植物领域，遗传元件标准化和模块化克隆东西的树立是完成组成生物学战略的第一步。控制基因表达和细胞进程的组成东西，特别是化学诱导体系和光遗传学、crispr/cas9技能和基因工程等领域发展是将来植物组成生物学打开的基础。
当前，科研和工业界关于组成生物学的农业使用首要重视以下战略:一是开发改进二氧化碳固定和碳保存的组成代谢途径；二是对作物中固氮工程的工程学改造和组成植物微生物群落的构建，以削减农业中天然肥料和组成肥料的运用；三是前进作物的养分价值；四是将光自摄生物作为出产平台，完成化合物的商业价值。
（6）组成生物学在其他领域的立异使用
2021年4月，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（university of illinois at urbana-champaign，uiuc）研讨人员经过使用dna打孔卡的大分子存储机制，以刻痕的方法将数据写入天然双链dna骨架的预定方位。该平台可在正交dna片段前进行平行刻痕，并创建酶切位点，然后完成单比特随机存取和内存核算。此外，与根据组成dna的数据存储（需高速组成且存在核苷酸缺失差错）比较，该办法具有极高的可靠性。有关研讨作用宣告于《天然·通讯》期刊。
2021年9月，美国麻省理工学院研讨人员开宣告一个根据组成生物学的音乐作曲体系gems。该体系由米兰达机、节奏器和音高处置器构成，经过仿照如转录、翻译和蛋白质折叠等遗传进程，使生物体系发生dna链上的氨基酸链，让节奏调制者能将dna序列变换成有节奏的序列，然后发生音乐。有关研讨作用宣告于《人工生命》（artificial life）期刊。
2021年9月，美国科罗拉多州立大学（colorado state university，csu）研讨人员开宣告一种运用数据加密和数字签名算法来保证组成遗传规划无缺性和真实性的办法。研讨人员运用可认为质粒生成数字签名和其他加密数据的实验软件，可预见并获取关于作者序列、身份等无缺信息，而无须参阅序列，且不会损害质粒的功用。该技能可协助恪守物质转让协议和其他答应协议。有关研讨作用宣告于《acs组成生物学》期刊。
（三）组成生物学使用于新冠肺炎疫情防治
组成生物学在医药领域已有使用，包括开发人工减毒或许无毒活疫苗、组成噬菌体方案进行噬菌体医治、工程化微生物量产小分子化合物、开发新式药物传递体系等。除了根据组成生物学进行新药研发，经过组成生物学有关技能办法在医药化工领域中完成大规划生物转化组成也是研讨的抢手之一。根据近些年的研发基础，在面临新冠肺炎疫情时，组成生物学展示出健壮的使用潜力，变成抗击疫情的有力武器。例如，使用dna条形码技能改进测序流程，使用基因修改技能开发核酸确诊试剂，可有用前进确诊的速度和精确性。使用组成生物学技能还可以寻找潜在的小分子药物、开发疫苗，以及经过调度人体微生物组来激活人体免疫体系，前进人体抗病毒才能。
2021年2月，美国distributed bio公司与世界清洁组织和美国军方协作，开发了一种新式的通用疫苗centivax。研讨团队经过核算机办法在一系列不一样病原体的表面上发现了一起的分子特征，然后运用抗体关于那些不会随时刻而变异的病原体的有些进行免疫应对。前期查验中，该疫苗对20世纪的39种流感病毒株都有用，包括一切大盛行病毒株。该技能使distributed bio可在平安环境中关于几乎一切病毒快速创建疫苗。
2021年5月，加拿大生物技能公司abcellera获得加拿大政府1.756亿美元的撑持，以加强研发可消除新冠病毒或阻断病毒传达的抗体。自2021年以来，在darpa疾病大盛行避免平台（p3）方案撑持下，abcellera一向在开发大盛行应对技能平台。abcellera的技能联系了高通量的微流控技能、大数据、机器学习、生物信息学和基因组学技能，可快速辨认出一流的新药，并缩短将医治办法使用于临床的时刻。
2021年11月，美国银杏生物公司（ginkgo bioworks）获得美国世界开发金融公司（internationaldevelopment finance corporation，dfc）11亿美元告贷，用于前进该公司“生命铸造厂”出产蛋白酶的才能，为新冠疫苗供给足够材料。新冠肺炎疫情迸发以来，组成生物学公司ginkgo推出了新冠病毒检查验剂盒ginkgo concentric，与totient公司协作进行医治性抗体发现和优化，并与synlogic公司协作开发新式疫苗平台等。此外，美国mrna疫苗研发公司moderna也与ginkgo达到协作，期望使用ginkgo的组成生物学技能来世产mrna疫苗所需的酶。
2021年11月，美国联系dna技能公司（integrated dna technologies，idt）已出产约5200万套用于新冠病毒查验的引物和探针套件。idt是一家dna组成公司，在美国食物药品监督打点局公布的紧迫运用授权（emergency use administration，eua）答应下为美国疾病控制与避免中心（center for disease control，cdc）方案的rt-pcr检测办法供给定制的寡核苷酸探针和引物，用于快速判定新冠病毒。
（四）组成生物学与生物平安
基因测序、基因修改和基因组成的前进改动了人类与生命构成要素的联络，给国家平安带来了机缘和挟制。组成生物学将在材料科学、制造业、物流、传感器技能、医学、清洁保健和人类才能增强方面带来重要打破，但一起也可以经过基因实验或改进的生物武器，添加人为感患病的可以性和严峻性。
（1）组成生物学面临的首要生物平安和生物安保疑问
2021年7月，我国科学院动物研讨所彭耀进副研讨员宣告《组成生物学年代:生物平安、生物安保与打点》一文指出，生物平安首要是指无意或许忽略致使的生物损害，而生物安保则是指成心构成的生物损害，如经过盗窃、转移、成心开释生物制剂或材料进而构成的生物损害。
组成生物学的生物平安疑问首要有3种情况:一是生物差错，即对生物体系了解缺乏、对技能使用不到位或对生物平安了解短少而致使的不良生物作业；二是组成生物的意外露出；三是组成生物的意外环境开释。与组成生物学有关的生物平安防备，则是避免对科研人员构成风险的不良生物作业，避免组成生物学操作下的风险生物体的意外开释对人类安康或生态环境构成挟制或损伤。
组成生物学的生物安保疑问首要有3种情况:一是生物武器挟制疑问，组成生物学经过有关于性地批改基因或从头构建病原体来制造生物武器。二是生物惊骇挟制疑问，跟着组成生物学的打开，惊骇分子不需要依托某些组织的撑持，就具有自行研讨、开发和配备高技能生物武器的才能。三是网络生物安保疑问，首要是组成生物学依靠如生物信息学、机器学习和凌乱核算等各种数字、网络东西及实验室的主动化，使其变得更简略遭到网络挟制，如未经授权的造访、盗窃、操作和歹意运用等。
此外，组成生物学的打开将推进生物黑客挟制的加速构成，生物黑客反过来又在必定程度上加剧了组成生物学生物平安和安保疑问的严峻性和凌乱性，使得风险愈加难以打点。与组成生物学有关的生物平安疑问更有可以在生物黑客和“自个着手型”生物学家集体中发生，且其行为多为散点型而非以研讨单位为中心的集合型，因而此类生物平安风险会愈加难以监测。
（2）国家应对组成生物学平安风险可采纳的战略行动
2021年8月，美国空军大学《战略研窘簿刊》（strategic research quarterly）宣告《组成生物学国家战略》（national strategy for synthetic biology）文章，从生物技能的视点论说了美国的组成生物学国家战略。文章认为，美国现已稀有次创建国家级规划来处置组成生物学 共/私家不合的测验，包括2021年的《组成生物学年代的生物防护》（biodefense in the age of syntheticbiology）和2021年国家科学院的《保清洁物经济》（safeguarding the bioeconomy）陈述。可是，这些学术陈述未能供给推进优先事项和开支的战略。
文章主张，将来美国政府应经过监管和控制组成生物学来保证平安，以避免呈现意想不到的成果，一起出资自个和公司，以坚持其在该领域的平安优势。组成生物学的国家战略可经过标准组成生物学活动来保证国家平安。文章还提出5项首要作业主张:一是施行优先思考挟制的规划；二是捆绑组成生物学进程以防备事端和违法行为；三是控制技能出口以防备挟制平安的泄密；四是树立世界协作以捆绑未经授权的组成生物学活动；五是进行地平线扫描以坚持对将来挟制的认知和预备。
三、基因修改
2021年10月，诺贝尔化学奖公布法国生物化学家埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（emmanuellecharpentier）和美国化学家詹妮弗·杜德纳（jennifer a. doudna），以奖赏其发现基因修改技能中最有力的东西之一——crispr/cas 9“基因剪刀”，使用该东西，研讨人员可以极端精确地批改动物、植物和微生物的dna。crispr/cas9技能已完全改动分子生命科学研讨，为植物育种、癌症和遗传疾病医治、工业出产方法改造及生态环境疑问等的处置供给了强有力的东西。此外，在新冠肺炎疫情凶狠的2021年，基因修改技能在应对新冠肺炎疫情方面展示出无量的潜力，大大前进了病毒检测的精确性及疫苗研发和药物研发的速度。当然，环绕基因修改技能的争议也不少。在基础研讨层面，crispr/cas9技能的脱靶疑问和载体疑问变成其能否平安使用的重要瓶颈；在方针监管层面，人类遗传基因组修改、基因驱动使用、农业基因修改产品上市3个方面尤为杰出，需要全部思考、稳重研讨，加速推进有关疑问的处置。
（一）全球基因修改商场规划加速增加，使用鸿沟不断拓宽
据the business research company猜测的数据闪现，全球基因修改商场规划从2021年的41亿美元增加到2021年的48亿美元，复合年增加率（compound annual growth rate，cagr）为18.2%。估计到2021年，该商场将以14.8%的复合年增加率增加，到2023年将抵达72亿美元。crispr/cas9修改技能的商场使用首要掩盖生物工业、生物农业和生物医学三大领域，其间生物医学所占比重最大。美国crispr/cas9技能在生物医学作业使用的商场规划占全体crispr/cas9商场规划的56.3%，我国crispr/cas9技能在生物医学领域的使用占37.3%。2021年，基因修改商场规划的增加首要归功于基因修改技能被广泛使用于新冠病毒医治药物的研发。此外，基因修改技能还可用于比方hiv等感患病的检测，感患病发患者数的上升也是基因修改商场增加的首要驱动力之一。
以crispa/cas9技能为代表的基因修改技能凭仗功率高、价格低价和迭代灵敏等特征，正在不断拓宽使用规模。例如，基因修改技能可用于为缓慢疾病患者供给精准药物，可改进农业食物供给，可前进稀缺生物制品的出产功率，可处置气候疑问和控制病虫灾种群数量等。
2021年9月，美国信息技能与立异基金会（information technology and innovationfoundation，itif）发布《使用于气候疑问的基因修改:抑制温室气体排放的生物处置方案》（gene editing for the climate: biological solutions for curbing greenhouse emissions）陈述。该陈述指出，基因修改可用于改进光协作用等根柢生物学进程，然后对包括气候改变在内的各种人类活动发生活泼影响，为捆绑温室气体排放和铲除大气中已排放的温室气体供给晓得决方案。
（二）基因修改技能研讨发展及打开态势
跟着科研人员对crispr/cas体系机制的知道不断深化，基因修改东西的开发、改造和使用呈迸发式增加。当前，crispr/cas有关的东西在基因修改、转录调控、表观遗传学润饰、rna修改和核酸检测等多个研讨领域均有重要使用。这些年，以改动基因组dna序列为方针的基因修改东西的开发更是日新月异，除最根柢的cas核酸酶外，单碱基修改器（base editors）、cas转座及重组酶体系和引导修改器（prime editors）的呈现让基因修改有了更多选择。此外，研讨者也正关于各类东西在修改活性、修改规模和修改特异性中的缺乏之处加以改进。crispr技能现已变成精准农业和现代植物分子生物学研讨必需的办法，其高效性、特异性、精确性和平安性给现代农业打开、方案育种等带来了改造性影响。
（1）新一代crispr基因修改技能更多样化，有助于使用东西的合理选择和关于性优化
2021年3月，加拿大多伦多大学科学家开宣告crispr基因修改新东西chymera，可一起靶向多个基因位点和基因片段，适用于任何类型的哺乳动物细胞。chymera联系了cas9和cas12a两种不一样dna切开酶的利益。其间，cas9具有非常高的修改功率；cas12a可在同一细胞中生成多个引导rna（grna），以在多个位点一起进行dna修改。有关研讨作用宣告于《天然·生物技能》期刊。
2021年6月，美国约翰·霍普金斯大学科学家开宣告一种经过光诱导控制crispr/cas9基因修改东西的新技能vfcrispr，可在亚微米空间标准及秒时刻标准上精确控制基因修改。研讨人员在常规crispr/cas9体系中参加光敏基团，一旦进行光诱导，光敏基团就会解离，cas9核酸酶会发扬活性快速切开方针dna。vfcrispr不只具有时刻可控性，还可供给较高的空间分辩率，可以在修改两个等位基因中的其间之一时保证另一个基因的无缺性。有关研讨作用宣告于《科学》期刊。
2021年7月，我国华东师范大学研讨团队开宣告一套远红光激活的split-cas9基因修改体系，可无创性地诱导动物组织深处细胞中的基因修改。该体系依靠于两个具有高亲和力联系域的割裂cas9交融蛋白。cas9的一半是构成性表达的，而另一半由该研讨团队早年树立的细菌光敏色素bphs光学控制体系的frl诱导控制。实验证明，该体系能在位于动物皮下组织的细胞中强有力地激活基因修改。该研讨拓宽了哺乳动物细胞基因修改的光遗传学东西，可完成器官和肿瘤的远程基因修改。有关研讨作用宣告于《科学发展》期刊。
2021年7月，美国麻省理工学院和哈佛大学的研讨团队发现细菌毒素ddda可将胞嘧啶（c）转化为尿嘧啶（u）。ddda可直接作用于双链dna，无须依托cas9酶来进行损坏。根据此，该研讨团队开宣告首个非依靠crisper碱基修改器的线粒体基因修改东西ddcbe，完成了对线粒体基因组的精准修改。有关研讨作用宣告于《天然》期刊。
2021年10月，英国沃里克大学（the university of warwick）和德国基尔大学的研讨团队根据crispr基因修改体系，开宣告一种可检测基因活性的基因传感器。该设备可检测细胞内基因的“翻开”或“关闭”，并对其改变做出动态反应，使之变成一个潜在的监控体系。研讨人员用crispr中担任序列辨认和联系的可编程有些（grna）作为支架，经过将传感器引入grna序列中来对其进行从头方案，使crispr复合物只需在被如病毒rna序列的短片段等触发信号激活后才干与dna靶点联系。有关研讨作用宣告于《crispr》期刊。
（2）研讨人员尽力于降低crispr体系的脱靶率，使基因修改东西愈加平安地使用于各种场景，加速临床和商业化进程
2021年5月，我国农业科学院深圳农业基因组研讨所等机构的研讨团队开宣告高精度、高活性的新式单碱基修改东西ye1-be3-fnls，可显着降低基因修改脱靶效应。研讨团队根据蛋白规划猜测了基因修改进程中抉择脱靶的重要氨基酸，并在不影响催化活性的情况下骤变相应的氨基酸，显着降低了脱靶效应并前进了修改功率。该东西有望使用于遗传疾病基因医治，推进基因修改临床化使用。有关研讨作用宣告于《天然·办法》（nature methods）期刊。
2021年6月，我国华东师范大学研讨团队经过将两个脱氨基酶与一个cas9堵截酶交融来开宣告腺嘌呤和胞嘧啶双碱基修改器（a＆c-bemax），以在同一方针位点完成c-to-t和a-to-g的碱基变换。与单碱基修改器比较，a＆c-bemax使腺嘌呤的活性略有降低，而使胞嘧啶的活性较高，rna脱靶活性大大降低。有关研讨作用宣告于《天然·生物技能》期刊。
2021年7月，我国科学院大学、我国农业科学院和美国莱斯大学的研讨人员开宣告一种可大幅前进基因修改精确性的新技能——胞嘧啶碱基修改器a3g-be。该技能经过仅修改接连胞嘧啶碱基（c）中的第2个胞嘧啶，大大前进了修改精度。在富含致病骤变的细胞模型实验中，a3g-be的体现显着优于be4max（当前被认为是最早进的碱基修改器）。该技能的精确修改程度或将对医治遗传病做出严峻奉献。有关研讨作用宣告于《科学发展》期刊。
2021年8月，美国加州大学伯克利分校（university of california berkeley，uc berkeley）和博德研讨所的研讨团队使用冷冻电镜技能（cryoem），以3.2埃的分辩率解析了abe8e联系dna时的3d规划，提示了abe8e简略发生脱靶的缘由，即联接在cas9上的脱氨酶一向处于激活状况。cas9在细胞中找到预定方针之前，会不断结兼并开释成百上千个dna片段。该作用将为许多从cas9衍生的基因修改东西供给方案辅导，有助于带来更便利、更可控、更有临床使用价值的基因修改东西。有关研讨作用宣告于《科学》期刊。
2021年9月，美国得克萨斯大学（university of texas system）、美国加州大学和韩国高丽大学（korea university）的研讨团队开宣告一种选择东西“dna序列库”，可关于不一样使用场景选择最佳的crispr基因修改酶，使crispr基因修改技能更平安、廉价和高效。该研讨团队开发的“dna序列库”可测量每种crispr酶的精确度、精确度及其修改进程所用时刻等，以协助科学家比照不一样的酶，选择最平安和高效的基因修改东西。有关研讨作用宣告于《天然·生物技能》期刊。
（3）基因修改技能不断并吞各类疾病难题，纳米投递载体进一步降低了该技能进入临床使用的风险
2021年2月，我国浙江大学和我国科学院生物物理研讨所研讨团队使用crispr基因修改技能成功地抑制了肿瘤生长。研讨人员开宣告一套依靠于腺嘌呤脱氨酶和cjcas9酶的碱基修改器（cjabe），以削减在批改dna双链开裂时构成的碱基错配。该研讨运用腺有关病毒（aav）作为cjabe的表达载体，精准批改了恶性胶质瘤细胞端粒酶基因建议子区域的致癌骤变，然后抑制肿瘤细胞的割裂，诱导肿瘤细胞的变老及凋亡。该研讨提示了端粒酶基因建议子区域骤变是肿瘤精准医治的靶点，创什笤有利地势用基因修改批改癌变基因，为癌症医治供给了新思路。
2021年3月，我国北京大学神经科学研讨所科学家使用基因修改技能，在实验大鼠脑中完成了特定回想精准删去。该研讨在两个不一样的实验箱里诱发大鼠对箱子的惊骇回想，进而将基因修改技能与神经元功用符号技能联系，经过对特定印记细胞群进行基因修改，精确删掉大鼠对其间一个箱子的回想，而无缺保存其对另外一个箱子的回想。该研讨有望为缓慢痛、成瘾等以“病理性回想”为特征的疾病医治供给新思路。有关研讨作用宣告于《科学发展》期刊。
2021年4月，美国得克萨斯大学西南医学中心（the university of texas, southwestern medicalcenter at dallas）研讨团队提出了对靶向投递脂质纳米粒（lipid nanoparticles，lnps）的普适性方案原则（sort）。sort可以对富含核酸疗法的lnps进行精准地、可猜测地优化，使其快速完成肝、肺和脾的mrna靶向投递和crispr/cas9介导的基因修改，且无须进行大规划体表里实验选择。sort技能的发现完成了将rna纳米颗粒可猜测地靶向传递到特定器官，有望推进蛋白质替代和基因校正疗法的打开。有关研讨作用宣告于《天然·纳米技能》期刊。
2021年6月，我国空军军医大学西京医院牵头，联合杭州启函生物科技有限公司、四川省医学科学院实验动物研讨所、云南农业大学动物医学院的科学家，成功施行了多基因修改猪—猴异种肝、心、肾器官移植手术。研讨团队初度在世界上运用猪内源性回转录病毒（perv）敲除的13个基因润饰猪作为供体，将一个供体猪的肝、心、肾别离移植给3只恒河猴受体。到2021年6月29日，移植肝和受体猴已存活16天，这是猪—猴辅佐性肝移植世界最长存活时刻。该研讨为异种器官移植临床使用奠定了基础，有助于处置临床移植器官短少难题。
2021年11月，以色列特拉维夫大学（tel aviv university，tau）的研讨人员开宣告根据脂质纳米颗粒（lnp）的新式投递体系，运用该体系进行crispr/cas9基因修改的功率可达84%以上，且能显着抑制肿瘤生长，使存活率前进80%。该研讨初度证明，crispr基因修改可有用医治活体动物的癌症，经医治后的癌细胞将永久失活，且无副作用，为癌症和其他缓慢病毒性疾病的医治和研讨拓荒了新途径。有关研讨作用宣告于《科学前进》期刊。
2021年12月，美国天普大学研讨人员运用crispr基因修改技能除去了非人灵长类动物基因组中一种与人类免疫缺陷病毒亲近有关的猴免疫缺陷病毒。研讨人员方案了一种siv特异的crispr/cas9基因修改规划，并将其包装成腺有关病毒9（aav9）载体，构成可静脉打针的aav9-crispr/cas9，将其打针进siv感染动物体内，可检测到基因修改规划已分布到骨髓、淋凑趣和脾脏等广泛组织中，并已抵达cd4+t细胞病毒库。该项研讨对开发人类艾滋病疗法具有重要意义。有关研讨作用宣告于《天然·通讯》期刊。
（4）基因修改技能可精确、快速地改进农作物的生物性状，有望推进农业改造
2021年2月，我国农业科学院植物维护研讨所研讨人员使用单碱基修改器开宣告具有除草剂抗性的水稻新种质“洁田稻”。研讨人员提出单碱基修改技能介导的水稻内源靶标基因的定向进化技能理念，在水稻细胞内助工仿照天然界基因的长时刻进化进程，短时刻内创制不计其数个靶基因的新等位基因材料，用于育种选择。研讨人员将选择出的抗除草剂基因引入到水稻品种“南粳46”中，将其优化为经过苗期1～2次施药，生育期田间无杂草发生的“洁田稻”。有关研讨作用宣告于《分子植物》期刊。
2021年3月，美国加州大学戴维斯分校（university of california，davis，ucd）科学家使用crispr基因修改技能改造出富含类胡萝卜素的水稻。该研讨经过crispr/cas9体系在水稻基因组的平安方位刺进5.2kb类胡萝卜素生物组成元件，而且经过杂交获得无选择符号的水稻植株。研讨标明，其种子中的类胡萝卜素含量高，并在形状或产量方面均与野生型类似，一起全基因组测序提示该工程水稻中cas9不存在脱靶骤变。有关研讨作用宣告于《天然·通讯》期刊。
2021年3月，美国马里兰大学（university of maryland，college park，umd）和我国电子科技大学的研讨团队使用crispr新基因簇成员cas12b构建出简略、特异的植物基因组定向修改体系。该研讨关于水稻基因组规划及表达特性，构建了aacas12b、aaccas12b、bthcas12b共3种水稻基因组敲除、激活、抑制修改新体系，并对3种cas12b定向修改体系的有用性、特异性和适用性进行了详尽比照，进一步丰厚了植物基因组定向修改东西库，为crispr-cas12基因组修改体系在植物功用基因组研讨及分子育种实习中的有用使用供给了理论基础及分子东西。有关研讨作用宣告于《天然·植物》期刊。
2021年5月，美国北卡罗来纳州立大学（north carolina state university，ncsu）科学家创建出一种新的crispr基因修改技能，可在不引入外源cas9 dna的情况下修改农作物。研讨人员凭仗“脂质转染”办法，经过带正电荷的脂质在crispr体系（cas9和导游rna）周围树立一种气泡。当写入生物体内时，该气泡与细胞膜结兼并交融，然后将crispr体系推入细胞本身。该办法运用了cas9蛋白本身，而不是一般的cas9 dna序列，可削减脱靶修改，且由此发生的农作物在技能上不被视为转基因生物。有关研讨作用宣告于《植物·细胞陈述》（plant cell reports）期刊。
2021年9月，澳大利亚阿德莱德大学（the university of adelaide）、英国詹姆斯·赫顿研讨所（james hutton institute，jhi）等研讨团队开宣告经过crispr基因修改技能灵敏改进大麦质量的办法。该研讨选用反向遗传学办法，运用crispr基因修改技能改动大麦籽粒中担任制造β-葡聚糖的基因超家族，成果谷物质量、β-葡聚糖构成和含量均发生差异。该研讨使科研人员进一步晓得了大麦籽粒构成的要害基因，并能经过运用crispr技能改进大麦质量，推出最合适方针商场的新品种，推进食物和饲料工业的改进。有关研讨作用宣告于《植物杂志》（the plant journal）期刊。
2021年10月，我国农业科学院作物科学研讨所使用crispr技能修改小麦ms2基因，完全恢复了矮败小麦育性，为从优良矮败小麦集体和太谷核不育小麦集体中培育小麦新品种奠定了基础。有关研讨作用宣告于《植物生物技能杂志》（journal of plant biotechnology）期刊。
（三）基因修改技能在并吞癌症和诊治新冠肺炎方面爆宣告无量潜力
癌症医治的研讨一向是科学难题，而crispr/cas9基因修改技能的使用和不断完善，为并吞癌症难题供给了新的技能途径。其间，基因修改的工程化t细胞是当前最具改造性的癌症医治办法之一。crispr/cas9修改的t细胞已进入了临床期间，用于医治其他办法无效的晚期癌症，并初步证明晰办法的可行性和平安性。新冠肺炎的诊治是2021年生物医学领域最急迫的医学难题，而基因修改技能为新冠病毒检测、疫苗开发和药物研发等要害环节供给了健壮的技能东西。
（1）基因修改技能赋予细胞疗法更高的功率、平稳性和平安性，为战胜癌症带来曙光
2021年2月，美国宾夕法尼亚大学（university of pennsylvania，upenn）科学家打开的根据crispr基因修改技能的癌症疗法“nyce t细胞疗法”ⅰ期临床实验获得成功。3名跨越60岁的患者（2人患有难治性晚期骨髓瘤，另1人患有难治性转移性肉瘤）承受t细胞改造后没有呈现任何不良反应，且在医治后9个月后，患者体内仍能检测到基因修改的t细胞。该ⅰ期临床实验证明晰crispr/cas9修改后的t细胞在难治性癌症患者中的平安性和可行性，是美国初度在癌症患者身上查验根据crispr基因修改办法改造的t细胞免疫疗法，为细胞疗法平安有用地使用于肿瘤医治领域铺平了路途。有关研讨作用宣告于《科学》期刊。
2021年3月，美国editas medicine公司和allergan公司联合宣告，名为brilliance的1/2期临床实验已结束首例患者给药。这一临床实验旨在查验根据crispr基因修改技能的在研疗法agn-151587（edit-101），在医治leber先天资黑蒙10（lca10）患者中的平安性、耐受性和作用。agn-151587是全球首款在患者体内给药的crispr基因修改疗法。
2021年4月，我国四川大学华西医院科学家宣告运用crispr基因修改技能医治非小细胞肺癌患者的全球首个ⅰ期临床实验成果。研讨人员经过crispr/cas9基因修改技能损坏患者t细胞中的pd-1基因（癌症细胞用于躲避免疫反应的位点）后，将t细胞输回12名患者体内。成果闪现，患者血液中修改后的t细胞活性增强，只发生了1/2级与医治有关的不良作业，闪现该疗法具有平安性和可行性。研讨人员标明，将来的实验应运用改进的基因修改办法来前进治作用果。有关研讨作用宣告于《天然·医学》（nature medicine）期刊。
2021年10月，西班牙国家癌症研讨中心（centro nacional de investigaciones oncológicas，cnio）研讨团队使用crispr/cas9基因修改东西消除了来自两个不一样基因的dna片段因不正确联接所构成的交融基因。研讨团队使用crispr/cas9切除了在尤文氏肉瘤弛缓慢髓细胞白血病的细胞系和小鼠模型中致使肿瘤的交融基因，然后成功消除了肿瘤细胞。该研讨是crispr/cas9初度成功使用于选择性消除肿瘤细胞中的交融基因，为将来开发专门损坏肿瘤细胞而不影响安康细胞的癌症疗法奠定了基础。有关研讨作用宣告于《天然·通讯》期刊。
（2）crispr/cas基因修改技能完成新冠病毒和其他疾病的快速精准检测，推进新一轮分子确诊技能改造
2021年2月，美国博德研讨所的张锋实验室运用根据crispr/cas13的sherlock技能，开宣告新冠病毒快速检测办法。该技能中心是casl3a切开酶和关于靶序列方案的两条grna，别离用于辨认新冠病毒的s基因和orf1ab基因。理论上，只需样本里有新冠病毒相应的rna，grna就会引导cas13a去切开靶rna，因而阳性组会呈现两条片段，而阴性组仅有一条对照条带。该检测办法异常活络且操作简略，仅需3个进程，1小时内即可结束检测。
2021年5月，美国博德研讨所的张锋实验室优化了sherlock技能，开宣告新一代新冠病毒crispr检测技能“stop”（sherlock testing in one pot），无须纯化病毒rna，仅在一个试管内即可结束检测进程。该办法具有与rt-qpcr恰当的活络度，一起简化了获取rna的进程，无须特定的实验室，而且可在1小时内得到成果，有助于加速临床检测、扩展检测规模。
2021年9月，美国哈佛大学怀斯研讨所（wyss institute at harvard）的研讨人员使用crispr基因修改技能开宣告一种快速、贱卖且非常活络的疟疾查验办法。crispr/cas12a酶能切开特定的单链dna序列，然后靶向样本中来自疟原虫物种的核酸序列，无须传统检测的核酸获取进程，简化了样品制备和处置。该技能可区别不一样的疟原虫品种，且避免了对功用性冷链的依靠，可在医疗本钱短少区域进行快速现场检测。有关研讨作用宣告于《美国国家科学院院刊》期刊。
2021年10月，美国加州大学旧金山分校和格莱斯顿研讨所（gladstone institute）研讨人员开宣告一种根据crispr/cas13的无扩增手机检测办法，以从鼻咽拭子的rna获取物中直接检测新冠病毒。该办法在30分钟内即可抵达约100 copies/μl的活络度，并可在5分钟内精确检测出一组阳性临床样本。与手机的定量分析软件相联系，该办法可供给快速、低本钱的现场筛查，协助新冠肺炎疫情高发区域控制疫情延伸。
四、干细胞
干细胞疗法推进了再生医学的打开，是继药物医治、手术医治之后的又一场医疗改造。经过多年打开，干细胞疗法的平安性、有用性不断前进，使用领域从组织批改、免疫体系疾病医治向肿瘤医治、人工器官、抗击变老等进一步拓宽，特别以嵌合抗原受体t细胞免疫疗法（chimeric antigenreceptor t-cell immunotherapy，car-t）为代表的过继性细胞免疫医治、免疫查看点医治等在肿瘤医治领域获得的新打破，正加速以干细胞和肿瘤免疫细胞为主的细胞医治技能在全球规模内的使用。干细胞专利授权数量持续高速增加，临床实验也如火如荼地往前推进，预示着干细胞工业即将进入迸发期。引人凝视的是，在抗击新冠肺炎疫情中，干细胞展示出无量的使用潜力:肺、肠、心脏和大脑等不一样器官体系的干细胞模型可作为直接研讨新冠肺炎多器官功用受损的利器；多种干细胞疗法也在医治新冠肺炎及其并发症方面体现出活泼作用。。
（一）全球干细胞科研及工业打开现状
（1）全球干细胞临床研讨的打开现状
在干细胞研讨领域变成前沿抢手的布景下，到2021年12月，全球挂号的干细胞临床实验已跨越7000项，其间有近3000项已结束临床实验研讨。从疾病医治领域来看，神经体系疾病、癌症和肿瘤类疾病、出世前疾病和异常、血液和淋巴疾病、汗水管疾病是当前临床研讨数量较多的疾病领域。在干细胞医治的细胞品种选择上，造血干细胞的临床实验数量最多（约占总量的50%），其次为间充质干细胞；此外，神经干细胞和多精干细胞的医治研讨进入临床实验期间的项目数量也相对较多，其间神经干细胞首要被使用于中枢神经体系疾病的医治，而多精干细胞首要被使用于眼部疾病和遗传性疾病的医治。
（2）全球干细胞疗法工业的打开现状
2021年9月，全球出名作业调研机构reportlinker发布的全球干细胞疗法工业陈述闪现，跟着干细胞临床使用数量的显着添加及缓慢病新疗法的呈现，加上主动化及智能化细胞处置和存储技能的打开，将来几年全球干细胞工业的增加气势将非常微弱。全球干细胞商场估计到2027年将抵达151亿美元。干细胞在细胞替代、组织批改及疾病医治等方面有着极大的潜力，已被用于处置许多医学难题。以car-t为代表的过继性细胞免疫医治、免疫查看点医治等在肿瘤医治领域获得新打破，技能演进正加速以干细胞和肿瘤免疫细胞为主的细胞医治技能在全球规模内渗透。2001—2021年年末，全球获批上市的干细胞药品累计有31个，触及国家和区域包括美国（3个）、欧洲（5个）、日本（5个）、韩国（12个）、印度（3个）、澳大利亚（2个）、加拿大和新西兰（为同1个）。
2021年以来，全球干细胞新药上市获得许多新发展。2021年8月，印度药品监督打点局（drug-controller general of india，dcgi）监管附和了同种异体间充质干细胞疗法stempeucel的上市。该产品的习气证为伯格氏病和动脉粥样硬化性外周动脉疾病致使的严峻肢体缺血，是首个获批在印度用于商业用处的异体细胞疗法产品，也变成2021年全球首个上市的干细胞新药产品。2021年9月，美国食物药物监督打点局肿瘤药物征询委员会（oncologic drugs advisory committee，odac）断定，现稀有据撑持mesoblast ltd公司的同种异体间充质干细胞疗法ryoncil（remestemcel-l）医治儿童类固醇难治性急性移植物抗宿主病（sr-agvhd）的有用性。该药物正在承受优先审评，有望从速投入运用。
当前，我国尚无干细胞产品上市，但从国家到当地政府都在活泼推进干细胞转化及工业化进程。2021年，我国新增了7个间充质干细胞新药获得临床批件，累计已有11款间充质干细胞新药请求获得临床批件，习气证包括移植物抗宿主病、牙周炎、炎症性肠病、类风湿关节炎、缺血性脑卒中、膝骨关节炎、糖尿病足等。
（二）干细胞基础研讨领域不断呈现严峻打破
干细胞新类型和新调控机制的发现，不断拓宽干细胞的使用场景。经过运用干细胞制造的人工器官品种越来越多，功用也日益完善。干细胞的深化研讨不只加深了我们对变老疑问的知道，也在抗变老方面获得本质性发展。干细胞在癌症、汗水管疾病、本身免疫性疾病等方面都具有无量的使用潜力，不断并吞各类医学难题。更为重要的是，干细胞疗法的平安性和有用性不断前进，正在被活泼用于医治新冠肺炎有关并发症，或将变成抗击新冠肺炎疫情的重要打破口。
（1）干细胞的新类型和新机制不断被发现
2021年1月，日本理化学研讨所（rikagaku kenkyusho/institute of physical and chemicalresearch，riken）的研讨团队使用多光子显微镜，捕捉到小鼠胎儿脑组织中神经干细胞的形状改变，发现神经干细胞能活络地再生柱状形状。这种再生才能可在前期脑发育期间坚持脑组织的细胞摆放，在脑发育后期推进构成新的神经干细胞层，进而构成大脑褶皱。有关研讨作用宣告于《天然·细胞生物学》（nature cell biology）期刊。
2021年3月，美国康涅狄格大学（university of connecticut，uconn）、哈佛大学和新西兰奥克兰大学（the university of auckland，uoa）科学家协作发现具有生成新骨骼才能的一类干细胞，即位于骨骼内部的血管周细胞。这些干细胞可生成骨细胞，调度骨构成或参加骨量的坚持和批改。有关研讨作用宣告于《干细胞》（stem cells）期刊。
2021年6月，我国南开大学研讨人员联合北京大学第三医院、广州医科大学第三医院的研讨人员发现，敲除p53基因可抑制细胞凋亡，然后坚持小鼠单倍体胚胎干细胞在往常传代培育和体表里分化进
程中的单倍性，可削减小鼠单倍体胚胎干细胞在往常培育和分化进程中的二倍化表象。该研讨为获取各种单倍体分化细胞供给了快速有用的战略，也推广了单倍体细胞在各个谱系的遗传学选择研讨。有关研讨作用宣告于《干细胞陈述》（stem cell reports）期刊。
2021年10月，瑞典卡罗林斯卡学院（karolinska institute，ki）的研讨人员运用单细胞转录组和染色质可及性分析发现，小鼠脊髓干细胞可在脊髓损害后被从头编程而发生具维护性的少突胶质细胞，然后增强神经的批改作用。脊髓损害后在体内诱导表达转录因子olig2可引发部分室管膜细胞灵敏生成新的少突胶质细胞，后者可协助批改轴突，改进损害部位邻近的神经交流。该研讨提示了小鼠室管膜细胞隐伏的转录潜能，经过类似办法搜集驻留干细胞或可作为中枢神经体系损害后干细胞移植的替代办法。有关研讨作用宣告于《科学》期刊。
（2）干细胞推进人工器官和再生医学加速打开
2021年3月，我国科学院分子细胞科学杰出立异中心的研讨人员在小鼠身上发现一群新式细胞procr+，并证明procr+细胞是胰岛中的成体干细胞。研讨人员凭仗干细胞体外培育的办法，树立了一种procr+胰岛干细胞与血管细胞共培育的3d培育体系，成功培育出有功用的小鼠“人工胰岛”（胰岛类器官），为下一步人体“人工胰岛”研讨供给了理论根据和技能撑持。有关研讨作用宣告于《细胞》期刊。
2021年6月，美国匹兹堡大学（university of pittsburgh，pitt）医学院科学家将人类肌肤细胞重编程为诱导多精干细胞（induced pluripotent stem cells，ipsc），并诱导ipsc细胞分化为人类肝细胞，将之放置在已被剥离本身一切细胞的大鼠肝脏支架中，究竟在体外培育出功用完全的微型人类肝脏。该“微型人肝”功用正常，可分泌胆汁酸和尿素，且在大鼠血清中可检测到人奥古蛋白。有关作用宣告于《细胞·陈述》（cell reports）期刊。
2021年6月，美国哈佛医学院（harvard medical school，hms）科学家开宣告一种可直接从人类多精干细胞发生凌乱肌肤的类器官培育体系，初度在体外构建出非常接近真实人类肌肤的肌肤类器官，可长出毛发、分泌皮脂而且对触摸活络。该作用有望变成研讨人类肌肤发育的东西，并加深研讨人员对疾病建模、掉发医治和重建手术的知道。有关研讨作用宣告于《天然》期刊。
2021年6月，英国
生物技能考研(生物技能考研方向及类别)