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| 內容簡介： |
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“中国学科发展战略”丛书由以院士为主体、众多专家参与的学科发展战略研究组经过深入调查和广泛研讨共同完成，涉及自然科学各学科领域。 《中国学科发展战略？生物学》选取了系统生物学、合成生物学、结构生物学、转化医学（神经科学）、干细胞与再生医学、药学科学、生物育种、生物进化、生物信息学、新技术新方法等十个生物学的前沿、热点主题，对其国内外科技规划、最新进展进行了归纳、提炼，从宏观角度对这些领域的发展态势进行了分析，并在此基础上对我国生物学学科未来发展提出了针对性的政策建议及保障措施。
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目录总序前言 vii摘要 ix绪论 生命科学发展概述 1一、各国生命科学重要领域投入力度稳步提高 1二、面向重大生命科学领域，部署重大项目、建立研究机构 3三、基础设施建设在生命科学领域发展中的作用越来越突出 5四、重要进展和重大突破不断涌现 6五、新兴热点领域的前瞻战略研究不断涌现 10六、学科交叉深入，推动学科汇聚 11第一章 系统生物学领域发展态势分析13第一节 系统生物学的由来与总体发展趋势15第二节 国际系统生物学发展现状 15一、国际系统生物学的主要研究机构及其发展态势 16二、主要国际系统生物学研究计划和项目及其共同特征和发展态势 19三、国际人口健康领域的系统生物学研究 25第三节 我国系统生物学发展现状 28一、我国主要的系统生物学研究机构 29二、我国主要的系统生物学研究计划和项目 30第四节 我国在系统生物学领域发展中存在的问题 31第五节 对我国系统生物学领域未来发展的建议 32参考文献 34第二章 合成生物学领域发展态势 36第一节 合成生物学总体发展态势 36一、合成生物学的概念与内涵 36二、合成生物学的发展历程 37三、合成生物学的研究策略与重点方向 39第二节 国际合成生物学发展现状 41一、国际合成生物学研究计划和项目 41二、国际合成生物学的主要研究机构 46三、国际合成生物学主要研究进展 47第三节 我国合成生物学发展现状51一、我国合成生物学研究主要计划和项目 52二、我国主要的合成生物学研究机构 52三、我国合成生物学的研究进展 53第四节 我国在合成生物学领域发展中存在的问题 56第五节 对我国合成生物学领域未来发展的建议 57参考文献 59第三章 结构生物学领域发展态势分析63第一节 总体发展趋势 63第二节 国际结构生物学发展现状 64第三节 我国结构生物学发展现状 66第四节 我国在结构生物学领域发展中存在的问题 69第五节 对我国结构生物学领域未来发展的建议 71参考文献 73第四章 神经科学发展趋势的思考 77第一节 神经元的分子细胞生物学 77一、神经元发育与极性的建立 77二、神经元内的物质转运和精确定位 78三、精确调控神经元内信号转导 79四、突触调控和神经可塑性 79第二节 神经环路的形成和信息处理 80第三节 认知的神经基础 81一、学习、记忆及信息储存的神经网络 81二、意识的神经机制 82三、人类的决策与行为 82第四节 神经系统疾病防治与精神心理健康 83第五节 人工智能 83第六节 活体研究方法与技术 84参考文献 86第五章 干细胞与再生医学领域发展态势 90第一节 干细胞与再生医学总体发展趋势 90一、胚胎干细胞和成体干细胞 91二、细胞重编程 92三、干细胞的应用 98四、干细胞相关的伦理和法律建设 99第二节 干细胞与再生医学国际发展现状 99一、诱导性多能干细胞 99二、胚胎干细胞 102三、成体干细胞 104四、干细胞研究和应用，新机构和新规范的建立 105第三节 我国干细胞与再生医学发展现状 106一、近年来我国干细胞和再生医学领域取得的进展 106二、我国相关机构和规范的设立情况 109第四节 我国在干细胞与再生医学领域发展中存在的问题 110第五节 针对我国于细胞与再生医学领域未来发展的建议 112参考文献 113第六章 药学科学领域发展态势 118第一节 药学科学发展总趋势 118一、迅猛发展的生命科学新兴学科与技术，变革了药物的传统研发模式 118二、药物研发难度的日益增加，促使老药新用理念破茧而出 119三、联合用药已成为治疗复杂性疾病的主流治疗策略 119四、个性化药物成为药学重要发展趋势之一 120五、生物技术药日趋受到药物研发机构与企业的青睐 121第二节 老药新用发展态势 121一、国际老药新用科研现状 121二、我国老药新用科研现状 122三、我国老药新用存在的问题及其发展建议 123第三节 G 蛋自偶联受体靶向药物发展态势 124一、国际蛋白偶联受体靶向药物科研现状 124二、我国G 蛋白偶联受体靶向药物科研现状 125三、我国蛋白偶联受体靶向药物领域存在的问题及发展建议 126第四节 单克隆抗体药物发展态势 127一、国际单克隆抗体药物科研现状 127二、我国单克隆抗体药物科研现状 128三、我国单克隆抗体药物领域存在的问题及其发展建议 129第五节 新型基因工程重组蛋白质及多肤药物发展态势 130一、国际新型基因工程重组蛋白质及多肤药物科研现状 131二、中国新型基因工程重组蛋白质及多肤药物科研现状 132三、我国新型基因工程重组蛋白质及多肤药物存在问题及其发展建议 133第六节 微小RNA药物发展态势 134一、国际微小RNA药物科研现状 134二、我国微小RNA药物科研现状及发展建议 137第七节 复方药物发展态势 137一、国际复方药物科研现状 138二、我国复方药物科研现状 139三、我国复方用药领域存在的问题及发展建议 140第八节 糖类药物发展态势 141一、国际糖类药物科研现状 141二、我国糖类药物科研现状 143三、我国糖类药物领域存在的问题及发展建议 143第九节 网络药理学发展态势 145一、国际网络药理学科研现状 145二、我国网络药理学科研现状 146三、我国网络药理学领域存在的问题和发展建议 147第十节 生物标志物与个性化治疗发展态势 147一、国际生物标志物与个性化治疗科研现状 148二、我国生物标志物与个性化治疗科研现状 150三、我国生物标志物与个性化治疗存在的问题及发展建议 151参考文献 152第七章 生物育种领域发展态势 160第一节 生物育种相关领域总体发展趋势 161一、基因组研究迅猛发展 161二、转基因研发及产业化发展势头强劲 163三、全基因组选择育种技术-育种手段的革命性突破 165四、种质创新与新基因发掘 165五、育种目标的发展与可持续发展 167六、设计育种——生物育种的”理想境界” 169第二节 国际生物育种领域科研发展现状 169一、农作物基因组学国际发展现状 169二、转基因研发及产业化国际发展现状 173三、全基因组选择育种国际发展现状 175四、种质创新与新基因发掘国际发展现状 176第三节 我国生物育种领域科研发展现状 182一、农作物基因组学国内发展现状 182二、转基因研发及产业化国内发展现状 183三、全基因组选择育种国内发展现状 184四、种质资源创新与新基因发掘国内发展现状 184五、育种目标国内发展现状 185第四节 我国在分子育种领域发展中存在的问题 187第五节 对我国分子育种领域未来发展的建议 189一、分子育种相关领域研究重点 189二、政策建议 190参考文献 192第八章 基因组时代下的生物进化研究 198第一节 总体发展趋势 198第二节 生物进化的国际科研发展现状 202一、系统发育方面的国际研究现状 202二、家养动物驯化机制方面的国际研究现状 204三、系统地理方面的国际研究现状 205四、适应机制的国际研究现状 206第三节 我国生物进化相关科研的发展现状 207第四节 我国在生物进化领域发展中存在的问题 212第五节 对我国生物进化领域未来发展的建议 213参考文献 214第九章 生物信息学领域发展态势 219第一节 新一代测序技术相关的生物信息学新方法与新理论 220第二节 基因组拼接、组装及宏基因组学 225第三节 表现遗传学的生物信息分析方法 227第四节 基因功能预测与注释 230第五节 非编码区RNA信息结构分析 232第六节 生物大分子结构模拟与预测 235第七节 基因网络的生物信息学 237一、异种数据的整合 238二、基因网络时空动态特性 238第八节 群体基因组学 241一、群体基因组学发展态势 241二、我国基因组学发展态势及存在问题 244参考文献 245第十章 新技术、新方法领域发展态势 258第一节 总体发展趋势 258第二节 国际科研发展现状 259一、基因操作技术 259二、蛋白质研究技术 263三、结构生物学技术 272四、单分子技术 277五、细胞技术 281六、成像技术 287七、计算与系统生物学技术 290八、合成生物学技术 293第三节 我国新技术、新方法发展现状 296第四节 我国在新技术、新方法领域发展中存在的问题 299第五节 对我国新技术、新方法领域未来发展的建议 300参考文献 301
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绪论 生命科学发展概述 科学技术的飞速发展带动了超速计算、新材料、合成生命等新方法、新技术在生命科学研究上的日益广泛应用，使得系统科学、计算机科学、数学、物理学、化学、遥感科学、工程学等学科与生命科学深度交叉融合，推动了生命科学研究在微观、宏观的深度和广度快速拓展。生命科学研究已逐步深人到揭示高级生命的活动机理，使人类对生命世界的认识水平和改造能力正在发生质的飞跃，并扩展到太空、海洋、极端环境下生命规律的研究和探索，改变了人类自身和整个社会发展的进程，成为21世纪*重要、发展*快、综合交叉涉及面*广的学科之一。同时，基因组学、蛋白质组学、干细胞技术、转基因技术、生物成像技术、合成生物技术等不断取得重大突破，新成果不应用生，在医药、农业、环境、能源能等领域产生了巨大的经济和社会效益。 一、各国生命科学重要领域投入力度稳步提高 正是看到生命科学和生物技术在提高公众健康、保障粮食安全、缓解能源短缺压力、改善生态环境、维护国家安全和促进经济发展等方面已经显现和正在孕育的巨大潜力，越来越多的国家将发展生命科学和生物技术列为国家战略。 1.美国 美国在生物医药领域的公共研发资金继续保持高强度投入趋势。2011财年，美国联邦政府生命科学领域预算约为330亿美元。其中，面向生命医药领域研究资助的美国国立卫生研究院（NIH）增加了10亿美元预算用于支持一些新兴科研领域的研究，包括脱氧核糖核酸（DNA）测序、成像和计算生物学在内的高通量创新技术等。即使受美国财政预算紧缩影响，2012财年NIH生物医药领域预算总计也达到了319.87亿美元，重点支持计算生物学、蛋白组学、基因组学、代谢组学、单细胞生物学、干细胞生物学和环境生物技术，以及新型成像技术等新的技术开发和应用，推进转化型研究。面向非医学生命科学领域（包括环境生物学）基础研究资助的美国国家科学基金会（NSF）生命科学学部（BIO），2012财年的总预算为7.94亿美元，与2010财年实际执行预算额相比增长11.2％，重点支持部署以下方面的研究：①生物学、数学和物理学交叉科学研究项目（BioMaPS）；②在生物化学、分子和细胞水平上对动态和复杂的生物系统开展基础研究；③作为复杂整合系统的生物体研究，包括生物系统与社会和环境因素相互作用，以及进化适应性的研究；④植物基因组基础研究；⑤复杂的生态和进化动态研究；⑥生物学基础设施；⑦生命科学领域“21世纪科学和工程信息基础构架框架（CIF21）”研究；⑧美国国家生态观测站网络（NEON）运作的监督和管理等。 2.欧盟 欧盟以“第七研发框架计划”（FP7）为主体，推动医药健康的高强度研发，总投资强度预计将达到61亿欧元。欧盟“第七研发框架计划”健康研究优先领域包括以下两方面。 （1）工具与技术。包括：①高通量研究；②整合分子和细胞生物学、生理学、遗传学、物理、化学、生物医学工程、纳米技术、微系统、设备和信息技术等研究领域的多学科综合治疗手段；③非侵人性或*小侵人性和定量方法的研究，以及个性化的诊断和监测技术的发展；④移植、干细胞研究和靶向核酸输送。 （2）人类健康的转化研究。包括：①整合生物数据与流程；②大规模数据收集、系统生物学；③大脑及相关疾病、人体发育与衰老的研究；④主要传染疾病的转化研究，发布*个泛欧神经退行性疾病研究战略。 此外，欧盟正式确定“人类脑计划”（Human Brain Project）和“医学的IT未来”（IT Future of Medicine）两个先导性项目为欧盟“未来和新兴技术”旗舰计划备选项目。 英国生命科学办公室通过与工业部门、国家卫生服务体系（NHS）、学术界及政府部门合作，于2009年7月制定了《英国生命科学蓝图》。2011年，英国发布了新一轮研究战略框架，部署分层医学、合成生物学、细胞治疗、生物信息学等重点领域。英国医学研究理事会（MRC）2010年公布的未来4年战略研究的创新性研究计划包含五大战略领域，即神经科学（每年1.2亿英镑）、再生医学（共1.3亿英镑）、转化医学（共2.5亿英镑）、个性化医学（共0.6亿英镑）和老龄化医学（共1.5亿英镑）。 健康与生物技术领域是法国研究与创新的战略优先领域之一。“健康与生物技术”项目将向该领域投入15.5亿欧元，其中**轮资助3.83亿欧元，第二轮资助3.8亿欧元。资助方向包括纳米生物技术、生物信息学、生物系统与生态技术、个性化医学、脑科学，以及创建大规模人群队列的公共卫生研究等。 德国将21世纪作为生命科学的世纪。德国联邦政府于2010年11月启动了“生物经济2030国家研究战略”和“健康研究框架计划（2011）2014）”。“生物经济2030国家研究战略”投资25亿欧元，主要部署营养、可持续农业生产、健康食品等领域应用研究。“健康研究框架计划（2011）2014）”规划投资55亿欧元，重点关注生命科学基础研究、常见重大疾病治疗、个性化医药、疾病预防和营养、健康科学研究全球合作等。在生命科学基础研究方面则主要发展医学基因组、系统生物学、计算神经科学和干细胞研究。 3.亚洲 日本在2011财年的预算中，与生物技术产业相关的概算总额为2631亿日元（约33.8亿美元）。与生命科学创新有关的主要领域包括电子化医疗信息、医疗器械开发、癌症研究、临床基地建设和加速转化研究的计划、脑科学研究、干细胞研究等。 韩国2010年生命科学与生物产业相关的政府预算投入达到1.438万亿韩元（约13.23亿美元），与2009年相比增幅达23.6%，主要投资项目包括脑科学战略，海洋生物技术项目开发，干细胞、癌症和罕见疾病研究等。 二、面向重大生命科学领域，部署重大项目、建立研究机构 近年来，一些传统生物学领域随着计算、高通量等工具和技术的引进再次兴起研究高潮，转化医学、个性化医学、合成生物学等学科或方向正变**的研究热点领域，生物科学注重交叉、注重应用的发展趋势更加明显。在这些战略领域的科技布局已经列入若干国家的科技发展规划中，并通过实施重大项目、组建新型研究机构和优化科研布局，加强重点突破。 1.美国 为发展转化医学，经过两年多的筹备，美国NIH于2011年12月正式组建国家转化科学推动中心。该中心未来年度预算总额将达到7.22亿美元，主要负责推动转化医学的研究，提升临床研究资源管理水平。在再生医学领域，美国NIH在2010财年扩大NIH医学研究路线图/共同基金资助项目范围，新增“NIH诱导性多能干细胞（iPS）中心”项目，提出在NIH院内研究项目下建立一个***诱导性多能干细胞中心，推动干细胞生物学科学知识转化为新的治疗方法。 2.英国 英国围绕转化医学、个性化医学、细胞治疗、合成生物学等新兴研究领域，组建新型研究机构或联合实施重大项目。例如，为发展转化医学和跨学科研究，英国2010年宣布投资2.5亿英镑，建设英国弗朗西斯？克里克研究所（原英国医学研究创新中心UKCMRI），作为其医药创新、引领未来经济发展的重要机构。在个性化医学领域，英国卫生部、英国技术战略委员会（TSB）等6家机构共同出资5000万英镑，资助“分层医学创新平台”（Stratified Medicines Innovation Platform）重大项目，集中在以下两个领域进行创新研发：①肿瘤筛选分析，早期重点放在乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、卵巢癌和皮肤癌及相关技术的研究上；②配套的生物标记物开发，用于预测具有重大临床和商业价值的已上市药物或临床试验阶段药物的患者应答。在干细胞领域，英国宣布在2011）2014年投资2亿英镑，创建一个世界一流的细胞治疗技术创新中心，开展细胞治疗及其他先进疗法的开发与商化。 3.法国 法国推动科研机构联合，优化科技机构布局。由法国国家科学研究中心（CNRS）、国家健康与医学研究院（INSERM）、巴斯德研究所等8家大型机构联合成立了法国国家生命科学与健康联盟（Aviesan）。该联盟旨在通过新型组织和管理形式，加强不同科研机构间的对话与协调，优化和集中健康领域的科研布局，强化法国生命科学研究的国际战略定位，提升法国在生命科学领域的国际竞争力。为此，将由多家机构共建10个具有新型组织形式的主题研究所（ITMOs）来共同实现这些目标。2010年6月，Aviesan正式发布了下属十大主题研究所各自的研究主题和发展战略，明确各自的科技挑战和相应的科研发展方向。 4.德国 德国在新的国家生物医学研究战略中，提出面向重大疾病进行研究机构重新布局，并成立6家***健康研究中心进行重点资助。这6家***健康研究中心分别是国家神经退行性疾病研究中心、国家糖尿病研究中心、国家心血管疾病研究中心、国家传染性疾病研究中心、国家癌症转化研究联盟、国家肺病研究中心。平均每个研究中心的5年资助额达到1亿欧元。此外，德国联邦教育与研究部还提出疾病导向的生物科学资助模式。 三、基础设施建设在生命科学领域发展中的作用越来越突出 目前，在学科深化发展和交叉发展的背景下，生物学研究与应用的深度和广度都有深层次拓展，对硬件设施和相关资源配套的需求也越来越高，生物医药领域科研和临床基础设施在生物医药创新中的作用日渐突出。各国对生物科学研究的基础设施和相关大型研究平台的建设力度不断加大。 1.欧盟 截至2011年5月，欧盟共分三批规划部署了13项生物医学研究基础设施，包括生物库和生物分子资源研究基础设施（BBMRI）、欧洲先进医学转化研究基础设施（EATRIS）、欧洲临床研究基础设施网络（ECRIN）、欧洲生物信息基础设施（ELIXIR）、欧洲海洋生物资源中心（EMBRC）、欧洲化学生物开放筛选平台基础设施（EU-Openscrcen）、欧洲生物医学图像基础设施（Euro-Biolmaging）、欧洲高致病性因子研究基础设施（ERINHA）、欧洲模式哺乳动物基因组表型和归档基础设施（INFRAFRONTIER）、欧洲整合结构生物基础设施（INSTRUCT）、生态系统分析与实验设施（ANAEE）、欧洲系统生物学设施（ISBE）和欧盟微生物资源研究设施（MIRRI）。 英国对重大研究项目和基础设施的投入也进一步加大。英国健康研究院生物医学中心启动7.75亿英镑投资规模的转化型研究合作伙伴关系项目，加强临床研究基础设施；资助剑桥科学和创新集群中的重大研究基础设施、转基因小鼠基础设施建设；投资7500万英镑，参与欧洲生命科学生物信息基础设施项目（ELIXIR）等。 法国政府通过“投资未来”经济剌激一揽子计划，在2011~2020年投入2.6亿欧元建设9项***医疗和生命科学研究基础设施和两个生物技术展示项目。基础设施包括结构生物学***平台、小鼠疾病模型基础设施、生物医学成像设施、生物样本库设施、海洋生物资源中心、临床研究设施、基因组设施、蛋白质组设施和病毒研究设施等；展示项目包括基因治疗载体项目和跨学科生物技术项目。 2.澳大利亚 澳大利亚2011年7月公布的研究基础设施战略路线图草案明确了在新兴研究领域所需的基础设施，指出未来5~10年在生物科学领域需要在集成生物学发现、生物样本与生物银行、综合性生物安全、人口健康研究平台、转化研究等领域加强投资，发展研究创新能力。 3.日本 日本厚生劳动省在2011年推出5年促进计划，通过改进临床试验的基础设施，建立由10家***临床中心和30家中心医院组成的临床研究网络，提高日本参与全球临床试验的能力。 4.巴西 巴西也加大生命科学基础研究设施的投入，包括在2009年资助成立8家干细胞研究实验室，2010年成立国家细胞治疗网络干细胞研究中心（RNTC）。 四、重要进展和重大突破不断涌现
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