生物组学技术范文精选

摘要：为了解国际生物技术研究开发安全管理现状，通过文献调研、分析与综合、比较研究等方法，对当前国际生物技术研究开发活动存在的安全问题及其监管进行较为深入的分析，发现当前生物技术两用性问题日益严重，国内外对此开展一定研究并采取相应的管理措施。并总结这些管理措施具有有法可依或有章可循、但管理模式存在差异，管理对象类型不同、管理范围有宽有窄，对于特殊研究开发活动多以许可方式严格管理，设有特定的安全管理机构等特点，以期对我国构建生物技术研究开发安全管理体系提供借鉴。

关键词：生物技术；两用性；安全管理

当前，以基因编辑技术、合成生物学为代表的生物技术迅猛发展，正在引领世界新一轮科技革命和产业变革的发生。然而，当前频发的生物技术滥用、误用和谬用事件暴露了生物技术研究开发安全管理的漏洞，给全球生物安全治理带来巨大挑战。本文通过系统阐述生物技术两用性问题及其研究进展，剖析主要国家生物技术研究开发安全管理特点和现状，从而总结并思考对我国生物技术研究开发安全管理的启示。

1生物技术两用性问题日益严重

生物技术是典型的两用性技术，它在给人类带来巨大利益的同时，也带来了诸多安全风险。从生物技术发展历史看，始终存在着“相对于通过传统技术方法获得产品及其过程，最近开发的和新出现的遗传操作技术产生的产品与操作过程，是否会产生更大风险的问题”［1］。当前，随着生物技术研究开发持续升温，争议事件频发。一方面，生物技术被故意或恶意谬用，易引发生物恐怖或生物战威胁；另一方面，生物技术的非故意或非恶意谬用，以及生物制剂和材料的泄露扩散等，都可能诱发安全事件或事故，造成严重的社会、环境和经济影响。2001年美国发生“炭疽邮件”事件；同年澳大利亚联邦科学与工业研究组织通过在鼠痘病毒中加入白介素4（IL-4）基因，意外产生强致死性病毒；2002年美国纽约州立大学石溪分校完成了脊髓灰质炎病毒的合成；2005年Nature刊出了美国疾病预防控制中心重新构建1918流感病毒，并对其特性进行分析的文章；2012年美国威斯康星大学完成H5N1流感病毒突变使其在哺乳动物间传播的研究。随着生物技术颠覆性与风险性日益加剧，世界各国纷纷加强对生物技术研究开发活动的监管。

2国内外生物技术两用性研究进展

一.生物医学工程的定义

生物医学工程(Bio毗dieazEngineering)学是一门年轻的新学科，从技术角度肴，生物医学工程技术其形成与发展的模式墓本上可归纳为:通过工程技术手段把物理、化学以及技术科学中新的技术、原理、方法应用于研制医疗装!、满足临床诊治的需要，随着科学技术进步、新的物理、化学方法和工程技术不断被应用于医学，医用产品越来越多.在工程学(含电子技术、计算机技术、信.息技术、材料科学)突飞猛进地发展的同时，生命科学也在迅猛发展，近年来迅速兴起的生物技术对给生物医学以极大的推动，将产生分子医学.因此我们对理工学科与生命科学交叉结合而产生的生物医学工程学必须有新的认识.美国学者指出，新的生物医学工程定义是:“生物工程学结合物理学、化学或数学和工程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，诱发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法，用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改菩卫生状况等目的”.因此，我们必须考虑到科学技术的进步给生物医学工程学带来的影响:不仅是工程学与生命科学、医学的交叉结合，也包括所有其他学科和生命科学、医学的交叉结合;不仅是工程技术的相应理论方法与生物医学中人体结构功能的交叉结合，而且要考虑工程技术的相应理论方法与生物技术的交叉结合.因此，我们引用根据美国国立卫生研究院有关名词命名专家组最近对生物医学工程学的定义:焦生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学厚理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出墓本概念，产生从分子水平到导官水平的知识，开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、导械和信，’.学方法，用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的.”

二.生物医学工程学科类型

生物医学工程学是理、工学科和生物医学相结合而发展起来的交叉边缘学科，涉及的领域十分广泛，与其他诸如材料、信息、电子技术、计算机科学关系密切，并在不断发展之中.根据学科具体内容可以分为:因为生物医学工程学科具有其他学科所没有的特点，我国仅设一级学科不设二级学科.

1.信息技术型生物医学工程(InformationTeehno一osyBiomediealEngsneering:IT一明E.)其知识体系的组成特点是以电子技术、计算机技术、信.息处理技术的知识为主线，以生物医学方面相应的领域为交叉、结合对象，对其中的问题进行研究.

2.材料技术型生物医学x程伽aterialTeehnologyBiomedicalEngineering:盯一翎E)其知识体系包含材料科学、生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算机技术、医学和生命科学的墓本知识，主要研究对象是生物材料和人工器官，包含新近发展起来的组织工程.

摘要本文根据近期的文献资料，分析研究了目前国际海洋生物技术研究发展特点。重点领域及最新研究进展，展望对世纪海洋生物技术研究的发展趋势，并就我国海洋生物技术发展提出相应的建说。

关键词海洋生物技术发展展望

近10年来，由于海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位日益突出，以及人类对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特征的认识不断深入，海洋生物资源多层面的开发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。1989年首届国际海洋生物技术大会（以下简称MPS大会）在日本召开时仅有几十人参加，而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。现在IMBC会议已成为全球海洋生物技术发展的重要标志，出现了火红的局面。《IMBC2000》在澳大利亚刚刚开过，《IMBC2003》的筹备工作在日本已经开始，以色列为了举办们《IMBC2006》早早作了宣传，并争到了举办权。每3年一届的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研究成果，探讨新的研究发展方向，同时也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲，先后成立了区域性学术交流组织，如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研究中心，其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心，康州大学海洋生物技术中心，挪威贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富有区域特色的海洋生物技术问题。1998年在欧洲海洋生物技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会的支持下，原《海洋生物技术杂志》与《分子海洋生物学和生物技术》合刊为《海洋生物技术》学报（以下简称MBT），现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物学如细胞生物学及其它的技术应用”。

为了适应这种快速发展的形势，美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划，把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年，中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划（863计划），为今后的发展打下了基础。不言而喻，迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域，同时，也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。

1．发展特点

表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。

通过参观考察，并结合平时对台湾农业的研究，笔者感到当前台湾地区农业科技发展有以下几个特点。

一、加强农业科技管理，大力发展知识农业

1、适应知识农业发展需要，创新农业科研教育组织

为提升农业科技水平，策划农业科技发展方向与目标，加强科技计划的管理与考核，“农委会”于1986年成立任务编组的“农业研究发展小组”，于1993年改组，确定该小组的主要任务：(1)农业科技发展政策及法规的拟定；(2)计划的规划、评审及预算编列；(3)计划的推动、管理、成果检讨与绩效的考评；(4)人才培养及国际合作的规划、推动与管理；(5)科技会议的筹划及其结论与建议事项的推动；(6)与相关“部、会”、学术及研究机构有关农业科技计划的协调与联系。随后又改组为任务编组的“农委会”农业科技研究发展委员会。这一时期台湾农业科技集中在“农委会”农粮处主管，部分科技项目由“农委会”有关业务处室管理。此外，“国科会”生物处主管台湾地区农业生物科技的基础研究。

为了适应知识农业发展的需要，“农委会”着手研究调整农业试验研究机构，于2000年把拟成立“农业部”作为工作重点来抓，研究设置“农艺研究署”，从事全台湾农业科技研发工作。

为了迎接生物科技新纪元的到来，“中研院”设立生物农业科学所，台湾大学成立生物技术中心，中兴大学成立农业生物技术研究所。民间企业于1998年投资12亿元新台币成立了花卉生物技术公司，投资六亿元新台币成立家畜疫苗公司。近几年还先后把屏东技术学院和嘉义技术学院扩大为屏东科技大学和嘉义科技大学。

纵观近代生命科学的发展,19世纪的突出成就是细胞学说的提出和达尔文进化论的诞生;20世纪则是DNA双螺旋结构的发现、遗传密码的破译、遗传工程学和分子生物学的创立等[1].这些里程碑式的成果带领着生命科学开始从宏观切入微观、从细胞水平跨越至分子水平.此后,在人类基因组研究计划完成的“后基因组”时代,新的学科生长点不断涌现,一系列新兴生命科学领域和新兴生物技术方向,如雨后春笋般纷至沓来[2].在这当中,病原微生物领域虽然仅仅是生物学领域的一个分支,但进入21世纪以来,其发展十分迅速、关注度也日益提升,已经成为生物学、医学、农学乃至生物安全领域的研究热点和前沿.纯粹意义上的病原学(Etiology)一般是指专门研究人体疾病形成原因的学科,包括研究生理或心理方面医学问题的形成因素,以及预防、诊断和治疗途径等,是医学的一个基础学科[3].而在这当中,病原微生物通常也作为主要的研究对象.因此,本文探讨的范畴除了涉及病原因素之外,还包括微生物本身及其与动物(人体)、植物的相互关系,可以视为是广义上的病原微生物学科(PathogenicMicrobiol-ogy)领域.

1人类与病原微生物的博弈

病原微生物一直与人类的发展史和科技史并存.由于病原微生物的变异和耐药性问题,人在生老病死的过程当中,与病原微生物的博弈从未间歇.一方面,人类的发展历程始终与瘟疫同行,如曾在世界各个地区出现的鼠疫、霍乱、流感、SARS肺炎疫情、埃博拉病毒疫情、中东呼吸综合征冠状病毒、2019病毒、口蹄疫病毒、禽流感病毒等[4~8].这些由病原微生物导致的生物安全事件,对人类的社会、经济、文化、人口产生了深远的影响,有的也给农业、畜牧业等造成过巨大损失.另一方面,病原微生物也可以成为人类利用的工具,为某些病原微生物的检测、耐药性临床测试、抗生素和药物的生产、有害昆虫的防治以及人体免疫系统的激活和发育等,提供重要的资源、思路和途径.例如,基于病原微生物的核酸序列,可采用高通量宏基因组检测技术对样品中的病原微生物种群及其耐药性进行检测;还可结合多种分子生物学技术对其开展溯源研究,有助于人们更深入地了解病原微生物多样性的起源和进化,为其流行监测、综合防治等提供重要的信息资料和科学依据.当今,无论是合成生物学还是表观遗传学,无论是基因编辑技术还是传统的基因沉默技术,无论是实验用途还是医学用途的细菌、真菌、病毒等基本生理小种,各类微生物仍然作为诸多研究领域的基础工具和重要载体.由此可见,病原微生物与人类亦敌亦友,人们越来越意识到对微生物本身的研究以及微生物与寄主之间的相互作用关系,对生命科学、医学、农学及其相关科学技术的发展至关重要.2007年,美国国立卫生研究院正式启动了“人类微生物组计划”.直到今日,这项由美国主导,中国、日本和多个欧盟成员等十几个国家参与的国际性合作任务,将使用新一代测序技术开展人类微生物组DNA的测序工作.这项大科学计划被视为人类基因组计划的延续,其目标是通过绘制人体不同组织和器官中微生物元基因组图谱,解析微生物菌群结构变化对人类健康的影响[9].可以预见,人类微生物组研究计划最终将帮助人类在健康评估与监测、新药研发和个体化用药以及慢性病的早期诊断与治疗等方面取得突破性进展.

2动植物与病原微生物的相互关系

动物作为重要的生物资源,在保持生态平衡、生物多样性、公共卫生安全等方面发挥着重要作用.然而,动物携带着大量病原微生物,尤其野生动物是许多传染性人兽共患病原的自然宿主或易感宿主.例如,Morse研究团队[10]曾调查发现,5万种脊椎动物携带的病原微生物中,仅病毒就有约100万种.再如,鸟类可携带并传播多种类型的禽流感病毒、禽结核病、沙门菌病或弓形虫病等病原[11];啮齿类动物会引发鼠疫、肾综合征出血热、钩端螺旋体病、鼠型斑疹伤寒、恙虫病等疾病.此外,目前发现的38种冠状病毒中有16种与蝙蝠相关,如中东呼吸综合征冠状病毒[12].在新发的人类传染病中,从动物感染到人类的病原微生物占比达75%~80%[13].可见,从长远来看,动物与病原微生物的共生关系或将导致动物源性新发传染病的防控变成不可避免的“新常态”.当人类在面对人兽共患病原的巨大威胁时,应主动采取措施,及时确定动物源性病原微生物并阻断其传播[12].比如,可通过构建中国动物病原微生物本底信息数据库,加强高风险宿主动物病原微生物监测,开展动物病原微生物预测、流行病学、跨物种传播和风险评估等研究,同时借助高通量测序、纳米生物技术、反向遗传学技术、反向病原学技术和人工智能识别等技术和策略,科学、系统、便捷、快速地开展动物病原微生物的筛查、识别、监测和评估.植物与病原微生物的协同进化过程,可以说是一场没有硝烟的军备竞赛.与人一样,植物生活的环境中时刻面临着形形色色的微生物,如细菌、卵菌、病毒、真菌等,病原微生物无时无刻不尝试着对植物的“侵略”.尽管植物不具有像人和动物那样逃跑的能力,但在长期的进化过程中,植物形成了特有的抗病机制或天然免疫系统.为了突破植物的免疫防御系统,病原微生物进化出复杂的侵染方式以感染植物,通过向植物分泌各种效应因子,如有毒次级代谢产物、效应蛋白、胞外酶等,病原微生物侵染相关基因受到精细地调控以确保其侵染成功.植物为应对病原微生物的侵染不断完善其天然免疫体系,目前被广泛认可的植物防御机制是四个阶段的Zigzag模型[14].第一阶段,植物跨膜模式识别受体识别病原微生物相关的分子模型,如细菌鞭毛蛋白,并引发病原微生物相关分子模型诱导的免疫反应(PAMP-triggeredimmunity,PTI),以抑制病原微生物的进一步定殖和扩散.第二阶段,病原微生物为了继续侵染,向植物体内分泌效应蛋白干扰PTI反应过程,引发了效应蛋白诱导的植物易感反应.第三阶段,植物也不会坐以待毙,进化出多种抗病蛋白直接或间接地识别病原微生物的效应蛋白,并引发效应蛋白诱导的免疫反应(effector-triggeredim-munity,ETI).ETI是一种更强烈的免疫应答反应,通常在病原微生物侵染位点伴随产生超敏反应现象.第四阶段,在植物与病原微生物的协同进化即自然选择过程中,病原微生物通过分泌其他类型的效应蛋白或修饰原有的效应蛋白以突破植物的防御体系,而植物也不断进化出新的抗病蛋白以应对新型的病原效应蛋白,持续向前推进着这种反复的协同进化过程[15].关于植物与病原微生物互作系统的研究,在农作物的抗病育种上尤其具有重要意义.栽培作物,如水稻、小麦、大麦、玉米、大豆和各种蔬菜水果等,其生物多样性远远低于野生品种,致使农作物的抗病能力也远远低于野生植物.病害会导致农作物减产,甚至绝收,从而造成重大的经济损失,并威胁国家的粮食安全.

3学科交叉:病原微生物与生物安全研究