“21世纪是生命科学的世纪。”
确实，这似乎是个生命科学研究大爆发的时代。随意翻开一些顶级学术期刊，总能看到来自生命科学各种领域的突破。
如果把生命科学的定义扩展为一切与生命有关的科学，从微生物到生态环境，从古生物到人类，我们更能看到科学向人类展示的一幅与生命有关的更大图景。
在此，我们挑选了部分领域中最具代表性的研究，分为创造、希望、岁月、灭亡四个篇章，从“创造”生命到治愈疾病，从古生物发现到物种灭绝，希望能与你一同回顾2019生命科学发现的冰山一角。
创造
○ 图片来源：NIAID via Flickr under CC BY SA-2.0
人类也成了那个“造物者”。
今年，英国的研究人员通过完全人工合成的基因组，创造出了大肠杆菌。该研究所合成的基因组是迄今为止同类基因组中最大的，重新设计的DNA包含400万个片段，是之前记录的4倍。最令人印象深刻的是，这种人工合成的细菌只含有61个密码子，而自然中几乎所有生物都含有64个密码子。尽管存在这种差异，但其功能似乎与正常的大肠杆菌很像，只是它的生长速率更慢，且长度更长。[1]
重新设计的基因组不仅是一项技术成就，而且它告诉我们一些最基本的生物规律，也让我们看到遗传密码的可塑性到底有多强。
起源之谜
在实验室中培育分离出洛基古菌
○ 图片来源：Imachi, H. et al. [2]
我们是古菌进化而来的吗？或者更确切地说，真核生物（也就是所有动物、植物、真菌等等复杂生物）是古菌进化而来的吗？
这个问题可能需要“阿斯加德”的帮助。阿斯加德超门是古菌界一类古菌的统称，其中包含洛基、索尔、奥丁与海姆达尔。它们被认为是最接近真核生物的一类古菌，有望帮我们解答有关生命起源的问题。
2015年，洛基古菌的基因组首先在格陵兰附近海底洛基城堡（Loki's Castle）的海底热泉口附近找到，遗憾的是，那次采样并没有见到洛基古菌的真容。而今年，日本科学家终于在实验室中培育并分离出了这种神奇生物。
我们离“从何而来”的答案越来越近了吗？希望如此。
生死之门
在死后数小时恢复大脑部分功能
○ 图片来源：pixabay.com
2019年4月17日，《自然》期刊刊登了一项新的研究，并且还在期刊新闻首页报道了此项研究。5天之后，期刊新闻又再次对其进行了报道，进一步有针对性地解答了读者的许多相关问题。这项研究之所以吸引了如此大的关注，是因为它听起来着实非常令人惊讶，似乎也绕不开伦理和技术的探讨。[3]
在猪被屠宰四小时后，科研人员恢复了它的大脑的微循环及分子和细胞功能。尽管涉及恢复大脑活动的研究都会经过伦理审查，但研究仍然引起了广泛的关注和讨论。在这项研究中，科研人员通过技术手段有意防止大脑恢复意识，在过程中也没有发现任何表明大脑存在意识的证据。但科学家也表示，在未来的研究中，恢复意识并非完全不可能的事情。
或许我们已经站在了生死之门的旁边，需要开始重新思考生与死的边界。
希望
可治之症
第二例HIV治愈病例，及抗HIV长效药
○ 图片来源：NIAID via Flikr under CC BY
11年前，“柏林病人”Timothy Ray Brown成为世界首例被治愈的艾滋病人。今年，“伦敦病人”出现了，他是创造历史的第二位。“伦敦病人”和“柏林病人”都接受了骨髓移植。这或许能为治愈艾滋病带来了一丝希望。[4]
今年关于艾滋病令人欣喜的消息不止这些。以往，感染HIV的病人必须每天服用药物来控制感染，但一种注射性药物组合的临床试验表明，这种药物能在注射之后的至少1个月后仍然有效。另外初步试验表明，一种植入性的抗HIV药物作为一种预防措施，有效性可能超过1年。这些进展或许能成为终结艾滋病流行的有力工具。[5]
随着医学的进步，艾滋病已经变为“可控之症”。除了在医学上探寻更有效的疗法，将它变为“可治之症”以外，我们要做的还有很多。如何普及艾滋病相关知识，如何消除对HIV携带者和艾滋病感染者的歧视，这些问题都值得我们去深入思考。
遗传之痛
囊性纤维化的有效药物
○ 图片来源：pixabay.com
3个月——这是美国食品和药物管理局的审批新纪录。Trikafta作为一种治疗囊性纤维化的新药组合，以创纪录的速度获得了审批。[6]
囊性纤维化是一种遗传性外分泌腺疾病，主要影响胃肠道和呼吸系统。患者主要表现为呼吸道出现厚厚的粘液，导致呼吸困难和反复感染。福泰制药作为囊性纤维化治疗领域的巨头，它最新获批的Trikafta旨在将囊性纤维化从一种渐进性肺病转变为可控的慢性疾病。
这个药物组合能够抵消90%囊性纤维化患者携带的基因突变导致的影响。在编码关键蛋白的基因被确认30年后，药物终于成功获批上市。从生物学相关研究发现到医疗领域的应用，再到正式进入临床，“回报”的周期或许大多漫长，但大多亦十分值得。
儿童之殇
针对肠道菌群缓解儿童营养不良
○ 图片来源：EU Civil Protection and Humanitarian Aid via Flickr under CC BY-SA
儿童营养不良是许多贫困地区共同面临的问题。一系列的研究表明，一些严重营养不良的儿童即使完全康复，身体恢复也会十分缓慢，因为他们的肠道微生物仍处于不成熟状态。
今年，研究人员开发出了新型的治疗食品，专门用于修复营养不良儿童的肠道微生物群，帮助他们恢复肠道菌群。他们的方法侧重于使用可负担的且在文化上可接受的食物中的成分，选择性地促进一些关键肠道微生物的生长。[7] [8]
贫穷、饥荒、儿童问题……这些总是令人心碎。但庆幸的是，也总能看到有人为了让这个世界变得更好而在不断努力。
血疫之战
埃博拉出血热的新的有效疗法
○ 图片来源：Corey Parrish/U.S. Army Force
REGN-EB3和mAb114，这是在“血疫”又一次爆发之时，带给我们希望的两个名字。它们是两种试验性疗法，目前已经被证明能够显著降低埃博拉出血热的死亡率。[9]
距离埃博拉出血热的首次爆发已超过40年，自那之后，这种可怕的传染病数次在非洲肆虐。其中最严重的是2013年到2016年的西非疫症，超过万人丧命。
埃博拉病毒会导致人体凝血功能障碍，体内血小板数量降低，最终导致肾脏等多个器官衰竭。但人们始终没能找到对付这种可怕传染病的最有效治疗手段。今年，世界卫生组织已经把刚果民主共和国的疫情列为全球卫生紧急事件。在一系列未能达到理想效果的治疗试验后，这两种新型疗法或许能带来新的希望。
岁月
祖先之问
南方古猿湖畔种完整头骨化石
○ 图片来源：Dale Omori/Courtesy of the Cleveland Museum of Natural History
从零星的颌骨、颅骨、肱骨化石碎片，到一个基本完整的头骨化石。我们用半个多世纪，才窥探到了这种南方古猿的“真容”。
这个头骨化石属于一只雄性南方古猿湖畔种（Australopithecus anamensis），他生活在380万年前的埃塞俄比亚地区。它让科学家第一次有机会直接观察这种生物的头颅构造。[10]
南方古猿是比人属物种更为原始和古老的一类人科生物，但他们已经能够直立行走，兼具人和猿两者的特征。而湖畔种被认为是地猿始祖种（Ardipithecus ramidus）和南方古猿阿法种（Australopithecus afarensis）的过渡物种。我们至今仍在摸索人科中完整的进化链条，以寻找我们智人（Homo sapiens）的直系祖先。
反鸟之孕
中国科学团队发现世界首例体内保存蛋壳的鸟类化石
○ 图片来源：Barbara Marrs [11]
严格说来，恐龙并没有灭绝，因为存活至今的现生鸟类就是（一类）恐龙的后代。但是现生鸟类仅仅是鸟类中的一类，还有一类已经灭绝的原始鸟类被称为反鸟。
今年，来自中国的科学家团队发现了一种新的反鸟，它被命名为施氏慈母鸟（Avimaia schweitzerae）。这只鸟被保存在扁平的页岩内，虽然头部缺失，但罕见的是，它的体内还有未产出的蛋，第一次为科学家提供了有关反鸟生殖和繁育的信息，也为探知早期鸟类的演化历程提供了新的证据。
所有反鸟都成了白垩纪-古近纪灭绝事件中的牺牲者，但同一时期与反鸟差别不明显的现生鸟的祖先却活了下来。是“运气”，还是另有原因？
灭亡
生命之逝
苏门答腊犀在马来西亚灭绝
○ 图片来源：26Isabella via Wikicommons under CC BY-SA
马来西亚最后一只已知的苏门答腊犀（Dicerorhinus sumatrensis）于当地时间11月23日因癌症去世，这标志着苏门答腊犀在马来西亚的灭绝。
在五个现存的犀牛物种当中，苏门答腊犀是体型最小的一种，它被形容为一种“活化石”。苏门答腊犀曾广泛分布于亚洲，但目前野外已不足百头（甚至有一些估计认为不到30头）。它们大多位于印度尼西亚苏门答腊岛的保护区内，之前还有一部分在马来西亚。但随着最后一头雄犀和雌犀在今年先后去世，这种犀牛已经在马来西亚灭绝。
地球上曾经有很多生物都和我们共同生活在地球家园上，但其中有许多已经因为人类活动而走向了灭亡。
生态之灾
百万物种正面临灭绝的威胁
○ 图片来源：Wikicommons
超过40%的两栖动物物种、33%的海洋哺乳动物、33%的鲨鱼和造礁珊瑚，以及10%的昆虫——共有超过100万个物种正受到灭绝的威胁。这是生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台（IPBES）在今年的一份报告中给出的结论，这也是我们正在面临的百万危机。[12]
这份报告是IPBES自2005年以来，第一次对生物多样性进行的重大国际性评估。他们警告，生物多样性的丧失正在“加速”，生物世界正面临着前所未有的危机。
有些人将我们正在面临的这场物种多样性危机称为第六次大灭绝，不过有别于历史上的其他五次物种大灭绝的是，第六次大灭绝的罪魁祸首不是地质灾难等自然因素，而是人类。
参考链接：
[1] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1192-5
[2] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/726976v2
[3] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1099-1
[4] https://www.nature.com/articles/s41467-019-12141-5
[5] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1027-4
[6] https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-new-breakthrough-therapy-cystic-fibrosis
[7] https://science.sciencemag.org/content/365/6449/eaau4735
[8] https://science.sciencemag.org/content/365/6449/eaau4732
[9] https://www.niaid.nih.gov/news-events/independent-monitoring-board-recommends-early-termination-ebola-therapeutics-trial-drc
[10] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1513-8
[11] https://www.nature.com/articles/s41467-019-09259-x
[12] https://ipbes.net/news/Media-Release-Global-Assessment
本文经授权转载自原理微信公众号，版权归原作者所有。
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《2019中国生命科学与生物技术发展报告》总结了2018年我国生命科学基础研究、生物技术应用和生物产业发展的主要进展情况，重点介绍了我国在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、再生医学、新兴与交叉技术等领域的研究进展，以及生物技术应用于医药、工业、农业、环境、生物安全等方面的情况，分析了我国生物产业的现状和发展态势，阐述了生命科学研究领域的伦理监督与政策监管环境，并对2018年生命科学论文和生物技术专利情况进行了统计分析。本书分为总论、生命科学、生物技术、生物产业、投融资、生命科学研究伦理与政策监管、文献专利7个章节，以翔实的数据、丰富的图表和充实的内容，全面展示了当前我国生命科学、生物技术和生物产业的基本情况。
目录
前言
第一章 总论 1
一、国际生命科学与生物技术发展态势 1
（一）重大研究进展 1
（二）技术进步 4
（三）产业发展 8
二、我国生命科学与生物技术发展态势 11
（一）重大研究进展 12
（二）技术进步 22
（三）产业发展 25
第二章 生命科学 29
一、生命组学与细胞图谱 29
（一）概述 29
（二）国际重要进展 30
（三）国内重要进展 35
（四）前景与展望 39
二、脑科学与神经科学 40
（一）概述 40
（二）国际重要进展 42
（三）国内重要进展 61
（四）前景与展望 66
三、合成生物学 69
（一）概述 69
（二）国际重要进展 71
（三）国内重要进展 77
（四）前景与展望 81
四、表观遗传学 82
（一）概述 82
（二）国际重要进展 84
（三）国内重要进展 93
（四）前景与展望 97
五、结构生物学 98
（一）概述 98
（二）国际重要进展 99
（三）国内重要进展 106
（四）前景与展望 111
六、免疫学 112
（一）概述 112
（二）国际重要进展 112
（三）国内重要进展 116
（四）前景与展望 118
七、再生医学 118
（一）概述 118
（二）国际重要进展 119
（三）国内重要进展 124
（四）前景与展望 126
八、新兴与交叉技术 127
（一）人工智能医疗 127
（二）免疫治疗技术 135
（三）人类微生物组 138
第三章 生物技术 146
一、医药生物技术 146
（一）新药研发 146
（二）诊断与治疗方法 153
二、工业生物技术 158
（一）生物催化技术 158
（二）生物制造工艺 164
（三）生物技术工业转化研究 166
三、农业生物技术 171
（一）我国农业生物组学研究位居世界领先水平 171
（二）水稻育种基础研究取得重大理论突破 173
（三）基因组编辑技术取得具有国际影响力的重大成果 175
（四）合成生物技术显示出重大颠覆性创新潜力 177
四、环境生物技术 179
（一）环境监测技术 179
（二）污染控制技术 184
（三）污染修复技术 187
（四）废弃物处理与资源化技术 194
五、生物安全技术 198
（一）病原微生物基础研究 198
（二）两用生物技术 200
（三）生物安全实验室技术和装备 202
（四）生物入侵 203
（五）生物防御研究 205
第四章 生物产业 208
一、生物医药 209
（一）市场规模进一步扩大，产业进入跃升时期 210
（二）重磅政策影响行业格局 211
（三）药企并购融资速度加快 215
（四）生物医药产业呈现集群式发展 216
（五）国产创新药取得突破性发展 217
二、生物农业 219
（一）生物育种 220
（二）生物农药 226
（三）生物肥料 229
（四）兽用生物制品 233
三、生物制造 237
（一）生物发酵 237
（二）生物质能源 242
四、生物服务 246
（一）合同研发外包 247
（二）合同生产外包 253
五、产业前瞻 258
（一）体外诊断产业 258
（二）基因治疗产业 264
第五章 投融资 272
一、全球投融资发展态势 272
（一）融资金额再创新高 272
（二）生物技术成为融资热门领域 272
（三）A轮融资规模占比最高 274
（四）医药及生物科技企业IPO持续增长 274
（五）企业并购在波动中保持增长 276
二、中国投融资发展态势 277
（一）投融资年度增长趋势明显 277
（二）化学药成为融资热门领域 277
（三）投融资轮次情况与国际形势基本一致 279
（四）投融资金额分布出现双峰曲线 279
（五）医药行业并购活动较为活跃 281
第六章 生命科学研究伦理与政策监管 291
一、伦理学概述 291
（一）伦理学的定义及分类 291
（二）伦理监督和政策监管 293
二、国内外伦理监督和政策监管现状 295
（一）国际组织伦理监督 295
（二）主要国家伦理监督和政策监管 296
三、国内外伦理监督和政策监管进展 305
（一）国际进展 305
（二）国内进展 308
四、热点领域分析——基因编辑技术 311
第七章 文献专利 315
一、论文情况 315
（一）年度趋势 315
（二）国际比较 315
（三）学科布局 318
（四）机构分析 321
二、专利情况 325
（一）年度趋势 325
（二）国际比较 327
（三）专利布局 327
（四）竞争格局 332
三、知识产权案例分析——CAR-T细胞治疗技术 333
（一）CAR-T细胞治疗技术是全球专利布局的重点领域 333
（二）CAR-T细胞治疗技术领域专利诉讼与专利交易高度活跃 339
（三）CAR-T细胞治疗技术专利案例分析及启示 344
附录 347
2018年度国家重点研发计划生物和医药相关重点专项立项项目清单 347
2018年中国新药药证批准情况 364
2018年中国生物技术企业上市情况 367
2018年国家科学技术奖励 369
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