生命科學產業發展規劃

❶ 中關村生命科學園三期規劃發布了嗎

「要研發一款新葯，需要兩個『10』，一個是10億美元，一個是10年時間。萬一研發方向偏了或者研發出來的葯物副作用太大，那這兩個『10』就都沒有了。」談及生物醫葯融資難題，中關村生命科學園總經理王文禮說。

據介紹，中關村生命科學園金融超市於9月底在園區投入使用，目的在於讓資本和企業進行對接，其運營方目前已組織了6家園區企業，以項目路演的方式，在此次分論壇上面向50餘家金融機構進行了推薦。

❷ 中國有哪些政策支持生物產業的發展

據前瞻產業研究院發布的《中國生物醫葯產業園市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》
目前中國已有80多個地區（城市）已經著力建設醫葯科技園、生物園、葯谷，全國已有22個國家生物產業基地，而且各地新開發的高科技產業園區很多都將生物產業作為重點引駐對象。其中比較成熟產業園有上海生物醫葯科技產業基地、中關村生命科學園、泰州中國醫葯城、長沙國家生物產業基地等。隨著眾多生物制葯產業園區取得豐碩成果，生物制葯產業已經成為國內園區經濟增長的新亮點。
我國生物醫葯產業園是伴隨著高新技術區的發展而不斷發展的。據前瞻產業研究院發布的《2015-2020年中國生物醫葯產業園市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》，20世紀90年代初，國家做出了加速發展高新技術產業的戰略決策，2009年5月新成立的泰州國家醫葯高新技術產業開發區，這也是我國首個國家級醫葯高新區。目前我國國家級高新區和經濟技術開發區已經超過100個，均涉及生物技術產業；省級以上的生物產業園400多個。
當今世界，全球化的活動空間和本地化的產業集群相輔相成，在經濟和科技全球化過程中，產業集群已經成為區域參與全球競爭的重要力量。高技術產業發展更是呈現出典型的集群化特徵。縱觀世界成功的生物醫葯園區，不難發現都是創新集群的發生地，處於全球生物產業鏈的最高端，可以說基於產業集群的發展模式是國外眾多運行成功的生物醫葯園區的共同特徵，也非常符合生物經濟的發展規律。生物技術產業的產業特性和產業集群的競爭優勢決定了產業集群是我國生物醫葯園區集約化發展的戰略選擇。

❸ 個人健康產業的五年發展規劃

作為定義大健康產業門類的框架，全球產業分類標准和產業分類參考依據進一步將該產業分為以下兩個類別：
（1）醫療設備和服務；
（2）醫葯，生物技術和生命科學。
醫療設備和服務包括公司實體，如醫院、家庭護理提供者、護理之家和醫療設備、醫療用品、醫葯流通、健康保健服務等。醫葯、生物技術和生命科學則包括生物制葯、中葯、化學葯、保健品等相關公司生產的生物技術、制葯和其他科研服務。
健康服務產業依託醫療資源，兩端分別為高科技行業和勞動密集型行業，其發展程度已成為城市發達與否的一個標志，是城市軟實力的重要體現。健康服務產業同醫療旅遊相結合，可帶動住宿、餐飲、商業、文化等產業發展。

❹ 我國為了促進和推動生命科學與生物技術領域的發展發布了哪些重要的綱領性政策和文件

老師剛布置作業你就來網路知道問 暴露了身份啊 嘿嘿

❺ 生命科學園的總體規劃

生命科學園位於中關村科技園區發展區內，距八達嶺高速路一公里。園區東與京版包鐵路權相臨，南至北清路，西至規劃的京包快速路，北至玉河南路和南沙河園區風光旅遊區。項目規劃佔地總面積為254公頃，其中一期工程佔地130.5公頃，規劃建築面積52萬平方米，平均控高15－18米，平均容積率0.47，建築密度18%，綠化率大於55%。二期項目由北京大學和北大方正集團投資興建一座大型國際醫院。園區總體規劃方案已獲得北京市政府批准。園區環境、基礎設施、配套支撐系統及未來區內的智能化管理均按照國際一流水準和規范進行規劃建設，目前，主體工程已經封頂，預計2013年正式營業。 園區城市交通系統由「三橫兩豎」的道路骨架構成。南界為現狀城市主幹道北清路；北界為規劃的城市次幹道玉河南路，與二期項目同時興建，規劃連接八達嶺高速路的互通式立交定四橋；在生命園一期與二期項目區之間為2001年7月建成的城市次幹道生命園中路，規劃連接八達嶺高速路的互通式立交史各庄橋。在生命園的東西兩側為生命園東路和生命園西路，分別置於兩側的75米寬綠化帶之內。

❻ 長江大學生命科學學院的發展目標

生命科學學院將進一步與農學、醫學、石油學科等相關學科領域密切結合，構建新的更高、更寬的生命科學發展平台，建成國內有特色、省內有優勢的生命科學技術高級人才培養與學科建設基地。

❼ 未來我國生物產業將重點發展哪些方面

經過近20年的發展，我國生物技術產業取得了快速發展，為經濟建設和社會發展作出了重要貢獻，總體水平已經在發展中國家處於領先地位。目前生物技術在我國已廣泛用於農業、醫葯、環保、輕化工等重要領域，對提高人類健康水平、提高農牧業和工業產量與質量，改善環境正發揮著越來越重要的作用。2000年我國生物技術產業產值已經達到200多億元，北京、上海、廣州、深圳等地已建立了20多個生物技術園區。目前，涉及現代生物技術的企業約500家，從業人員超過5萬人，其中涉及醫葯生物技術的企業300多家，涉及農業生物技術的企業200多家。

一、我國生物技術產業發展現狀

近年來，中國生物技術已經取得了明顯的進展，突出表現在以下方面：

一是生產快速發展，涉足領域不斷擴展。我國生物技術起源於20世紀80年代，基因工程制葯產業發展迅猛，1996年，基因工程葯物和疫苗銷售額為2．2億元，1998年增長到7．2億元，2000年達到了22．8億元，平均每年增長79．42％，其中干擾素所佔比重最高，其次為乙肝疫苗、白細胞借素-2。

二是生物技術研發取得重要成果。為加快生物技術產業的發展，我國始終把生物技術列為國家重大科技計劃，政府大幅度增加了研發投入，同時鼓勵國家加大科技投入，取得了較好的效果，獲得了一批具有知識產權的新基因，新表達系統、生物工程、葯物進入了創制階段，建立了一系列關鍵平台技術，動植物轉基因技術已經成熟，具備了大規模基因測序、生物基因的研究條件；雜交水稻大面積推廣，抗基因的棉花、番茄已經進入了商業化的發展。有數十種基因葯物已經進入了實用性階段。

三是我國已具備了生物技術方面研究開發的良好基礎。目前從事生物技術研究與開發的技術人員有兩萬人，每年還有4500名大學生和研究生畢業，有許多優秀的畢業生出國深造，在生物技術研究與開發方面已經形成了初具規模和有一定競爭力的研究隊伍，進入生物技術，加大科學研究的深度和其他技術的滲透，將形成新的交叉學科和邊緣學科，並推動他們的發展，使我國科學技術水平產生質的飛躍。

四是生物技術企業不斷發展壯大，由於生物技術前景廣闊，發展潛力巨大。我國從事生物技術產品開發的企業，如雨後春筍，不斷涌現。2000年生物技術公司就超過了200家，同時已有60多家上市公司直接或間接從事生物技術產業，出現了深圳科新、天津泰達等生物基因技術龍頭企業。

二、國際發展現狀與趨勢

目前，我國生物技術產業集中化程度低，沒有具有一定規模的企業產業。2000年實現產值200多億元，相對於美國2000年的200多億美元的生物技術產業產值差距很大。

全球生物技術行業發展表現出以下特點：

出現一批影響未來的重大技術：人類基因組學／蛋白質組學、幹細胞技術與組織工程、生物信息學、轉基因技術、克隆技術、生物晶元／蛋白晶元／組織晶元、基因治療與細胞治療、反義核酸技術、單抗技術等對現代生命科學及生物技術產業產生了巨大的影響。

生物技術產業格局從治病為主向治病、保健、提高生活質量的健康產業過渡。

跨國公司平均R&D投入與銷售收入的比例已超過10％，創新型重磅產品不斷涌現，美國最大的生物技術公司2000年銷售收人為24億美元，凈利達6億多美元。

兼並重組愈演愈烈，大企業愈來愈大，協作型競爭已成為當今生物技術產業的主流；1998年以來，世界生物制葯業格局發生了劇烈變化，全球市場排名前五強中四席是重組的結果，二十強的市場集中度高達67．8％；

小型企業走向專業化的道路，在生物制葯行業尤其明顯。如Amgen公司、Genentech公司、Celera公司、Isis公司等分別成為基因工程葯物、大規模基因組測序與生物信息學、反義核酸葯物等領域的典範。

三、我國生物技術產業存在的問題

與國際生物技術產業發展相比，我國生物技術行業與國際水平差距明顯。具體表現為：

1．自主知識產權過少，競爭能力有限。

在美洲，生物技術高新企業在創建的時候，在第一期、第二期的融資中(即種子資金期和風險投資期的時候)，一般都是技術出資者控制了50％以上的股權，而資本出資方是小股東，這種情況在北美非常普遍。隨著企業規模的不斷擴大，企業融資的不斷增多，創業者(技術擁有者)才逐漸失去了絕對的控股權，但企業本身卻是一個完整的現代企業機制。目前我國在這個問題上還存在缺陷，直接表現為無形資產在股權結構中都在35％以下。

目前，我國在生物技術產業及產業發展所需的重要儀器、設備、試劑等支撐技術與裝備方面十分落後，主要依靠國外進口。生物技術產業的支撐技術與裝備具有兩大特點，一是涉及多學科、多技術領域的交叉；二是絕大多數生產經營專用儀器、裝備的公司都擁有國際市場，只有佔有國際市場才能在國際競爭中生存和發展。目前我國尚不具備自主研製和生產並佔有國際市場的能力。

2．投入嚴重不足，研究開發能力非常有限。

生物技術產業是資金密集型產業，是高投入、高風險和高回報的產業，因此，資金短缺是首先需要解決的問題。目前在我國，存在許多貸而不還的現象。缺少完整的信譽系統已成為阻礙中國產業發展的嚴重問題。如何建立完善信譽系統，是一個很重要的問題。在國家加大生產技術投資力度的同時，還要充分利用銀行貸款以及尚待健全的風險資金市場，尋找各種資金渠道。政府應制定優惠政策，鼓勵企業參與生物技術的研究與開發。

目前，我國企業資本融通渠道只有創業者個人出資；上市公司、民營企業投資；政府的風險投資；國家科技部的中小企業擔保基金；中小企業科技創新基金五種。其中上市公司、民營企業的投資因為上面所說的缺乏對無形資產的認識和認可，導致他們常常希望在所投資的企業中依靠他們所提供的有形資本來控股，嚴重地打擊了創業者的積極性。而在全球生物技術最為發達的北美，中小企業資本融通渠道要多得多，他們可以通過創業者個人出資、私募資金、政府中小企業擔保基金(由銀行管理，政府擔保比例從75％—90％以上)、工業研究基金(通過審批後的撥款，如：美國的國立研究院、加拿大的工業科技部)、風險投資、銀行貸款、企業並購(兼並、合作、戰略聯盟)戰略投資、上市融資(IPO)、政府的養老基金投資高新技術企業等渠道融通資金。

3．無序競爭嚴重，導致整體優勢缺乏。

我國目前尚沒有全國性統管生物技術產業研究開發及產業化的組織管理機構，缺乏全局性的戰略部署。目前國家各類科研計劃雖然都在不同程度上注重基礎性創新性研究，但在具體實施和操作過程中，往往傾向於選擇短期能產生效益的研究項目，導致創新的源頭匱乏。更為嚴重的是，各類計劃之間缺乏必要的溝通與協調，各部門、各地方自成一體、封閉運行，導致科研力量分散，形不成合力，而且造成低水平重復。

4．產業化人才缺乏，研發與產業化脫節。

生物技術產業的發展同樣離不開人才。由於研究開發人員培養周期長，大量優秀的科研人員滯留在國外，國內缺乏優秀人才，尤其缺少技術兼經營型人才。此外，我國現有生物技術人才偏重於理論研究，產業化人才相對缺乏。在我國生物技術產業發展中，常出現實驗室里的科研成果難以產業化，或產業化成本很高而無經濟價值。

5．產業發展的整體環境欠佳。

生物技術產業的發展離不開整體環境的改善，雖然我國有些地區制定了相關政策，形成了一定的有利於生物技術產業發展的環境。但從整體上來說，還亟待改善，亟須建立一種有效的機制，促進科研成果的產業化，特別是需要建立風險投資機制，使之與國家投資相配合。

四、快速發展我國生物技術產業的對策思考

1．健全和完善管理體制，建立行業組織管理機構。

發展我國的生物技術產業，必須結合我國具體國情，同時運用政府和市場兩種資源配置的調節手段，盤活我國技術、設備與設施、人才等方面的存量，使各方面的優勢系統有效地集成；必須同時調動國家、地方和企業以及科技人員的內動力和凝聚力；必須下決心解決部門地方條塊分割、低水平重復的頑症。

為此，建議國家適時成立全國性的組織管理機構，對全國生物技術產業及產業發展進行總體規劃和協調指導，從而做到整體協調，避免多頭指揮和政出多門，實現決策、協調和實施系統的統一、簡便和高效。

2．進行戰略布局調整，形成產業聚集區。

國外生物技術產業發展的經驗表明，在一些地理、交通、信息、政策等環境較好的地域，容易形成生物技術產業研究開發和產業的「聚集區」。

根據目前我國生物技術產業及產業發展情況，結合現有國家級高技術產業開發區，可選擇技術力量比較雄厚、投資環境好並已有一定生物技術產業基礎的上海、北京、沈陽等地作為生物技術產業化基地，給予更為優惠的財政和稅收扶持政策。集中力量有選擇地發展3—5個生物技術產業聚集區，發揮生物技術產業發展的聚集效應，盡快形成較大的生物技術產業規模。

3. 加大政府投資力度，建立國家生物技術產業重大項目孵化器。

我國科技成果轉化難、轉化率低制約了高科技產業的發展，影響了科技作為第一生產力作用的發揮，已成為普遍關注的問題。生物技術產業因其自身的綜合性、多學科特點，生物技術產業轉化更具有特殊性。在目前我國資本市場尚不完善的條件下，孵化器的作用尤為重要。

孵化器的作用是通過與研究開發機構建立廣泛聯系，並有力地引導企業介入，密切生物技術產業上下游的結合，有效地使單一技術的突破盡快孵化為成熟配套的技術和工藝，向產業進行技術轉移和輻射，從而加速具有商業前景的技術和產品盡快形成商品化和產業化。為此，應在已有的工作基礎上，擇優建立數個生物技術產業國家重大項目孵化器，結合具有自主知識產權、獨特性的生物技術產業重大項目和重大產業工程的實施。

4．大力發展生物技術產業中介組織，協調生物技術企業發展進程。

國外成功經驗表明，中介組織在高技術產業發展過程中發揮了重要作用，中介組織是創新體系的重要組成部分。我國應大力發展從事生物技術產業信息咨詢、技術評估(包括生物安全評估)、專利(特別是國外專利)代理、投融資等方面的中介機構。

我們認為，應盡快組建生物技術產業協會。組建生物技術產業協會有利於信息溝通和協作，有利於規范市場和公平競爭，亦可避免不必要的重復，有利於逐步形成社會化發展的格局。協會組成以企業法人和高級主管為主，吸納大學和研究機構的技術、管理、營銷專家參加。政府主管部門可以通過協會進行全局性組織協調工作。積極引導支持有條件的科研機構和企業建立研究開發機構，提高信息採集、技術引進、智力引進、人才培養和國際合作與交流乃至產品出口的效率。

❽ 生命科學近年來有哪些新技術

NO.1

SARAH TEICHMANN: Expand single-cell biology（擴展單細胞生物學）

Head of cellular genetics, Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, UK.

在過去的十年裡，我們看到研究人員可以分析的單細胞數量大幅增加，隨著細胞捕獲技術的發展，結合條形碼標記細胞和智能化技術等方法，在未來數量還將繼續增加，對此，大家可能不以為然，但這可以讓我們以更高的解析度來研究更為復雜的樣品，我們可以做各種各樣的實驗。比如說，研究人員不再只關注一個人的樣本，而是能夠同時觀察20到100個人的樣本，這意味我們能夠更好的掌握人的多樣性，我們可以分析出更多的發展時間點，組織和個體，從而提高分析的統計學意義。

我們的實驗室最近參與了一項研究，對6個物種的250000個細胞進行了分析，結果表明，控制先天免疫反應的基因進化速度快，並且在不同物種間具有較高的細胞間變異性，這兩個特徵都有助於免疫系統產生有效的微調反應。

我們還將看到在單個細胞中同時觀察不同基因組模式的能力發展。例如，我們不局限於RNA，而是能夠看到染色質的蛋白質-DNA復合物是開放還是封閉。這對理解細胞分化時的表觀遺傳狀態以及免疫系統和神經系統中的表觀遺傳記憶具有重要意義。

將單細胞基因組學與表型關聯的方法將會發生演變，例如，將蛋白質表達或形態學與既定細胞的轉錄組相關聯。我認為我們將在2019年看到更多這種類型的東西，無論是通過純測序還是通過成像和測序相結合的方法。事實上，我們已經見證了這兩種技術的一種融合發展：測序在解析度上越來越高，成像也越來越多元化。

NO.2

JIN-SOO KIM: Improve gene editors(改進基因編輯)

Director of the Center for Genome Engineering, Institute for Basic Science, and professor of chemistry, Seoul National University.（首爾國立大學基因學研究所基因組工程中心主任、化學教授。）

現如今，蛋白質工程推動基因組工程的發展。第一代CRISPR基因編輯系統使用核酸酶Cas9，這是一種在特定位點剪切DNA的酶。到目前為止，這種方法仍然被廣泛使用，但是許多工程化的CRISPR系統正在用新變體取代天然核酸酶，例如xCas9和SpCas9-NG，這拓寬了靶向空間——基因組中可以被編輯的區域。有一些酶比第一代酶更具特異性，可以將脫靶效應最小化或避免脫靶效應。

去年，研究人員報告了阻礙CRISPR基因組編輯引入臨床的新障礙。其中包括激活p53基因 (此基因與癌症風險相關)；不可預料的「靶向」效應；以及對CRISPR系統的免疫原性。想要將基因組編輯用於臨床應用，就必須解決這些限制。其中一些問題是由DNA雙鏈斷裂引起的，但並非所有基因組編輯酶都會產生雙鏈斷裂——「鹼基編輯」會將單個DNA鹼基直接轉換成另一個鹼基。因此，鹼基編輯比傳統的基因組編輯更干凈利索。去年，瑞士的研究人員使用鹼基編輯的方式來糾正小鼠中導致苯丙酮尿症的突變基因，苯丙酮尿症是一種先天性代謝異常疾病，患者體內會不斷累積毒素。

值得注意的是，鹼基編輯在它們可以編輯的序列中受到了限制，這些序列被稱為原間隔相鄰基序。然而蛋白質工程可以用來重新設計和改進現有的鹼基編輯，甚至可以創建新的編輯，例如融合到失活Cas9的重組酶。就像鹼基編輯一樣，重組酶不會誘導雙鏈斷裂，但可以在用戶定義的位置插入所期望的序列。此外，RNA引導的重組酶將會在新的維度上擴展基因組編輯。

基因編輯技術在臨床上的常規應用可能還需要幾年的時間。但是我們將在未來一兩年看到新一代的工具，將會有很多的研究人員對這項技術感興趣，到時候他們每天都會使用這些技術。屆時必然會出現新的問題，但創新的解決方案也會隨之出現。

NO.3

XIAOWEI ZHUANG（庄小威）: Boost micros resolution （提高顯微鏡解析度）

Professor of chemistry and chemical biology, Harvard University, Cambridge, Massachusetts; and 2019 Breakthrough Prize winner.

超解析度顯微鏡的原理驗證僅僅發生在十幾年前，但今天這項技術相對來說再平常不過，生物學家可以接觸到並豐富知識。

一個特別令人興奮的研究領域是確定基因組的三維結構和組織。值得一提的是，基因組的三維結構在調節基因表達中起到的作用越來越大。

在過去的一年裡，我們報道了一項工作，在這項工作中，我們對染色質進行了納米級的精準成像，將它與數千個不同類型細胞的序列信息聯系起來。這種空間解析度比我們以前的工作好一到兩個數量級，使我們能夠觀察到各個細胞將染色質組織成不同細胞之間差異很大的結構域。我們還提供了這些結構域是如何形成的證據，這使我們更好地理解染色質調節的機制。

除了染色質，我們預見到在超解析度成像領域空間解析度有了實質性的提高。大多數實驗的解析度只有幾十納米，雖然很小，但與被成像的分子相比卻沒有什麼差別，特別是當我們想解決分子間的相互作用時。我們看到熒光分子和成像方法的改進，大大提高了解析度，我們預計1納米解析度的成像將成為常規。

同時，瞬時解析度變得越來越好。目前，研究人員必須在空間解析度和成像速度之間做出妥協。但是通過更好的照明策略和更快的圖像採集，這些限制可以被克服。成千上萬的基因和其他類型的分子共同作用來塑造細胞的行為。能夠在基因組范圍內同時觀察這些分子的活動，將為成像創造強有力的機會。

NO.4

JEF BOEKE: Advance synthetic genomes （先進的合成基因組）

Director of the Institute for Systems Genetics, New York University Langone Medical Center, New York City.

當我意識到從頭開始寫一個完整的基因組變成可能的時候，我認為這將是一個對基因組功能獲得新觀點的絕佳機會。

從純科學的角度來看，研究小組在合成簡單的細菌和酵母基因組方面取得了進展。但是在合成整個基因組，特別是哺乳動物基因組方面仍然存在技術挑戰。

有一項降低DNA合成成本的技術將會對行業產生幫助，但是目前還沒有上市。今天發生的大多數DNA合成都是基於亞磷醯胺化學過程。所得核酸聚合物的最大長度和保真度都受到限制。

許多公司和實驗室都在研究酶促DNA合成——這種方法有可能比化學合成更快、更准確、更便宜。目前，還沒有一家公司在商業上提供這種分子。但是去年10月，一家總部位於巴黎的叫做DNA Script的公司宣布，它已經合成了一種150鹼基的寡核苷酸，幾乎符合化學DNA合成的實際限制。

作為一個群體，我們還研究了如何組裝人類染色體DNA的大片段，並且我們可以使用這種方法構建100千鹼基或更多的區域。現在，我們將使用這種方法來解剖大的基因組區域，這些區域對於識別疾病易感性非常重要，或者是其他表型特徵的基礎。

我們可以在酵母細胞中快速合成這些區域，因此我們應該能夠製造數十到數百種以前不可能檢測到的基因組變體。使用它們，我們將能夠檢查全基因組關聯研究中涉及的數千個基因組基因座，它們在疾病易感性方面具有一定意義。這種解剖策略可能使我們最終能夠確定這些變體的作用。

NO.5

CASEY GREENE: Apply AI and deep learning（應用人工智慧和深度學習）

Assistant professor of systems pharmacology and translational therapeutics, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia.

❾ 生命科學發展方向,急!!!!!

（一）：GTL計劃分析

上個世紀分子生物學的突破性成果成為生命科學的生長點，使生命科學在自然科學中的位置起了革命性的變化；蛋白質、酶、核酸等生物大分子的結構、功能和相互關系的揭示為研究生命現象的本質和活動規律奠定了理論基礎。進入21世紀以後，美國能源部啟動了新的戰略計劃—「基因組到生命」（Genomes to Life，GTL）計劃，為生命科學在能源和環境領域的應用奠定了基礎。

1 GTL計劃的背景

為期五年、資助強度為1億美元的後基因組計劃「從基因組到生命（Genomes to Life）」是由美國能源部於2002年7月正式推出，其基礎是在人類基因組計劃和1994年開始實施的美國微生物計劃。

2005年10月3日，美國能源部公布了新一期的生物研究綜合計劃——GTL計劃路線圖。GTL路線圖以原有的GTL研究項目為基礎並將之擴展，至今已經有800多名科學家和技術專家參與該項目。

2 GTL計劃的目標

GTL計劃的核心目標就是在未來的十到二十年時間里，了解幾千種微生物的基因組及微生物系統是如何調控生命活動的，為使用生物手段解決環境問題鋪平道路。GTL路線圖將擴大基因組項目的投入，幫助國家解決能源和環境難題。此項研究需要填補知識空白點，發展生物技術，並在數據挖掘、計算和存儲中應用生信息學。

GTL計劃的基礎是准確地刻畫出生命系統的所有「分子機器」，認識「分子機器」在生命體中是如何協調工作的。這需要收集大量的基因組數據及其相關數據，尤其是基因組表達的數據，以及不同細胞內、不同條件下蛋白質組裝和作用的數據。

GTL計劃的具體目標包括：（1）鑒別「分子機器」，這些分子機器主要是蛋白質的復合物，並且執行生命系統的基本功能；（2）弄清控制「分子機器」行為的基因調控網路；（3）認識自然環境中的微生物群體；（4）發展建立和實現生物系統模型所需的計算機技術。

3 GTL計劃的意義

21世紀人類面臨健康、能源、環境等一系列迫切需要解決的問題，生物學的發展也許是解決這些問題的關鍵，基因組信息的研究則是理解生命體系的分子組成、調控機制的基礎。這需要了解整個生物體系與環境相互作用的方式與機制，並利用這些信息來指導後續的生物學研究。

基因組中的基因按照一定的時間和空間規律被表達成蛋白質，而蛋白質需要和其它蛋白質或者核酸相互作用，結合起來形成有機的「分子機器」。GTL計劃的實施將促進生物、物理、計算科學多學科的交叉與進步，促進實驗設備、軟體工具、分析方法、以及科學思想上的重大突破，為多角度的全面理解生物體打下基礎，並將其應用到生物與環境相互影響與作用的問題探討中。這些都是將生物技術應用於能源和環境問題解決的基礎。

這一基於人類基因組計劃的新計劃的實施，將以整體理解和預測人體和微生物等生物系統為內容，為環境、能源等問題的解決提供生物技術手段。

（二）：GTL路線圖

美國能源部於2002年開始了基因組到生命計劃（Genomes to Life，GTL），為人類利用生物技術手段解決能源和環境問題提供了手段。2005年10月3日，美國能源部公布了新的GTL計劃路線圖，為GTL的具體實施提供了指導方向。

1 GTL計劃實施的關鍵

GTL路線圖對GTL計劃實施的關鍵進行了闡述。在此之前實施的人類基因組計劃著重於基因組表達的研究，但對於細胞內、不同條件下蛋白質表達和組裝的研究很少。對於這些研究內容的了解與認識是GTL計劃實現一個關鍵環節。GTL計劃實現的另一個關鍵環節是高性能計算，利用先進的計算工具管理和集成研究獲得的數據，建立細胞的系統模型，並進行計算機模擬，在此基礎上深入分析，進而認識「分子機器」的工作機理。

在高性能計算的研究方面，建立基本的生物信息學演算法和模擬過程的方法，確定數據標准，開發可視化工具是GTL計劃的主要目標。GTL計劃中的許多計算任務的計算量非常大，需要每秒萬億次浮點計算能力的超大型計算機。

2 GTL路線圖的實施機構

美國能源部致力於為GTL計劃的實施提供必要的科學平台，以支持科研和技術成果的應用。GTL計劃將建四個前沿生物學機構，以支持相關的技術的發展、方法的研究、計算能力的提高，並設立公共科研平台。該平台的服務對象不僅包括科研團體，也包括產業界，以加速科研成果的轉化或技術轉移。GTL計劃成功的核心是發展計算和信息技術，以克服基於基因組序列的生物學功能研究上的障礙。美國能源部將構建整合的計算環境，把各種實驗數據、理論、模型和新觀點融入到基本的生物學機制發現和系統生物學理論和試驗的發展。

美國能源部的科學辦公室是GTL路線圖實施的主要協調機構，致力於提供非凡的科學發現和科研工具，改變人們對能源和物質的理解，提高美國經濟和能源安全水平。辦公室的主要任務包括：（1）為國家面臨的能源安全提供解決方案，為國家能源與經濟安全提供必要的科學基礎；（2）國家物理科學最主要的支持，在280多所大學、15個國家實驗室和許多國際研究機構進行科研投資；（3）為國家科學事業提供最主要的科研工具，從科學共享出發，建造和運行公用的科研設備；（4）在科學領域內最大限度地支持核心能力建設、理論建設以及實驗和模擬，使美國保持在世界知識創新的領先地位。

GTL計劃成功實施的關鍵要素是整合計算和技術平台，為科研和生物技術方案發展提供及時、便捷的平台。在生物學的新發展中，計算技術和生物學本身已經同等重要；因此，GTL由美國能源部科學辦公室的兩個部門——生物與環境研究辦公室和前沿科學計算研究辦公室合作完成。

3 GTL路線圖戰略

GTL戰略目標是理解生物學系統，發展研究生物學機制的計算模型，並且利用這些模型來預測生命系統的行為，最終的目標是利用微生物的生物化學過程來為一系列的創新應用服務。這需要通過有效的研究、生產、成本和質量控制、效率提高來實現。

正如人類基因組計劃能夠刺激生物醫葯及生物技術工業的增長一樣，GTL路線圖中列出的研究也將加速新的生物工藝學的增長。與能源和環境相關的系統生物學是一項探測未知微生物世界的計劃，以DNA序列編碼信息為起點，目的是找到更加清潔和更加安全的生物資源、修復有毒廢料，詮釋微生物在全球氣候變化中的作用，並發展與之相關的新興科學。微生物可以用作驅動21世紀的綜合經濟力發展的工藝和新產品。

該路線圖描繪了其具體的發展路徑，包括新興技術的利用、綜合計算技術的發展和新研究設施的開發使用等。這些目標的實現，依賴於科學家對新型微生物的發現，對生命的起源和局限性以及對生命科學研究的新認識。微生物具有廣闊地遺傳性和多樣性，因而它們的發展意味著地球環境的繁榮，包括極端溫度，化學和壓力下的環境。大多數時間，微生物生活在廣泛的自然環境中，形成了各種各樣的生物群落。這些生物群落已經演變成綜合生物化學體系，要比任何工業領域的化學工藝體系具有高地選擇性，能源利用效率和更少地污染。GTL路線圖將利用這些微生物，為化學工藝體系的全面提升鋪平道路。

（三）：GTL實施階段

美國能源部於2002年開始了基因組到生命計劃（Genomes to Life，GTL），為人類利用生物技術手段解決能源和環境問題提供了手段。2005年10月3日，美國能源部公布了新一代生物研究綜合計劃——GTL計劃路線圖，為GTL的具體實現提供了指導方向。

1 GTL計劃實施的階段

GTL計劃的實現分三個階段：

第一階段：開展對有關對能源和環境相關的復雜系統試驗關鍵問題的研究，開發新技術和新的計算技術，改進研究設施；

第二階段：利用先進工具和新技術開展研究，快速了解生物學過程，提出能源和環境問題解決的新思路，收集全球氣候與生物過程相互作用的信息；

第三階段：將前期獲得的知識和能力快速轉化成革命性的新工藝和新產品，滿足國家能源和環境的需要。

2 GTL計劃第一階段的目標

GTL第一階段的主要目標主要是通過科學、技術和應用工藝三方面的起步為GTL計劃的實施奠定基礎。

科學基礎：系統生物學的基因組學基礎研究，分子、細胞和群落水平的研究，以及研究的關鍵目標與戰略設定。

技術，計算與設施：高級技術發展與測試，前沿研究、計算與技術升級，機構/設施研究、發展、設計與建立。

目標應用：目標導向的關鍵系統選擇，細胞與群落過程及相互作用的認識，系統數據與戰略分析。

3 GTL計劃第一階段的目標

GTL第二階段的主要目標則在通過科學、技術和應用過程三方面將科研成果工程化。

科學基礎：關鍵系統和關鍵過程的高通量研究，比較分析、系統模型發展，整合實驗與計算的系統。

技術，計算與設施：設施運行，整合數據與計算能力的運行，快速收集並應用完整的生物學系統數據的能力。

目標應用：開始目標模式系統分析，工程戰略目標的理解，特定應用戰略設定。

4 GTL計劃第一階段的目標

GTL第三階段的將在科學、技術和應用工藝三方面進一步深入發展，並將其具體應用到各個領域。

科學基礎：目標方案設計的知識整合，科學與技術發展與應用，科學創新與下一代概念發展。

技術，計算與設施：工程系統的設施應用、測試、評價、監控和鑒定，新功能與新概念的工程化。

目標應用：完整工程系統的設計與發展，工程系統試驗與評價，下一代工程的發展。

（四）：GTL應用目標

美國於2002年提出的基因組到生命（Genomes to Life，GTL）計劃目標是開展生命的分子機制及調控網路研究，在分子水平理解自然環境下微生物群體的功能特徵、建立計算機模型理解復雜生物系統並預測其行為。在此基礎上，2005年提出的GTL路線圖對如何開展利用生物技術手段解決能源和環境問題進行了具體闡述。

1 GTL路線圖的內容

GTL路線圖是依據美國能源部的目標制定的。路線圖戰略整合了基因組、系統生物學、微生物、計算科學和主要機構目標，並對三個階段中各個部分的計劃制定了具體的時間表和邏輯構架。在對能源產出、環境修復和二氧化碳循環與吸收的具體目標中，路線圖給出了生物科技可以支持的具體領域，以及實現這些目標所應應對的挑戰。為實現這些目標，路線圖給出了具體的研究計劃和目標技術平台，以及相關的管理、培訓、倫理和社會等問題的考慮。

GTL路線圖的中心是整合的生物學計算平台。系統生物學的發展要求不斷增加約束條件來縮小問題的解空間，解空間的縮小極大地幫助了分析、解釋、甚至預測來自實驗的結果。GTL路線圖描述了模型、數據與數據分析、理論等相關內容，同時指出如何實現面向公眾的應用和計算平台的建立，以形成GTL研究項目和實施的「中樞神經系統」。

此外，GTL路線圖還指出了如何將不同機構進行有效管理，使其高水平、高通量、高效率、高質量、低成本地運行。

2 生物燃料方面的應用目標

GTL的科學計劃與美國能源部的目標相統一，美國能源部研究在生物燃料方面的目標包括：

（1）纖維素向燃料的轉化，具體包括纖維素酶活性的認識與提高，糖利用與酒精發酵，以及流程的整合。

（2）太陽能向氫能燃料的微生物轉化過程，具體包括光解循環生產，光合生物燃料系統的設計。

3 環境修復方面的應用目標

美國能源部研究在環境修復方面的目標包括以下：

（1）利用微生物過程降低有毒金屬含量，具體包括理解微生物－金屬的相互作用，設計修復過程。

（2）地表微生物群落在污染物轉移中的作用，具體包括理解污染物轉移的結果與效應，支持修復過程。

4 二氧化碳循環與吸收

美國能源部研究在二氧化碳循環與吸收方面的目標包括：

（1）海洋微生物群落在生物二氧化碳泵中的地位與作用，具體包括對C、N、P、O和S循環的認識，氣候變化預測，二氧化碳吸收的影響評估；

（2）陸地微生物群落在全球碳循環中的地位與作用，具體包括對C、N、P、O和S循環的認識，碳變化與氣候變化預測，以及二氧化碳吸收的評估。

（五）：GTL科學路線圖與系統生物學

上個世紀分子生物學的突破性成果成為生命科學的生長點，使生命科學在自然科學中的地位起了革命性的變化；蛋白質、酶、核酸等生物大分子的結構、功能和相互關系的揭示為研究生命現象的本質和活動規律奠定了理論基礎。2005年，美國能源部公布了基因組到生命（Genomes to Life，GTL）計劃的路線圖，指出了將系統生物學應用於能源和環境問題的解決。

1 GTL的科學路線圖

GTL的科學路線圖包括：

（1） 基因、蛋白、生物分子、生物途徑和系統的描述，具體包括基因組研究與比較、新功能的自然系統基礎研究、蛋白的生產與定位，以及生命過程相互作用和復合體的分析。

（2）功能與調節的理解，具體包括分子反應的計量、功能試驗的實現。

（3） 機制預測模型的發展，具體包括實驗設計、分子設計和操縱、細胞系統的利用。

（4） 群體及其潛在功能分析，具體包括基因組測序和比較，過程的自然系統篩選，以及蛋白生產和定位。

（5） 理解群落反應和調節，具體包括二氧化碳、營養和生物地球化學循環的比較、細胞和群體分子調查以及群體功能試驗。

（6） 預測反應及影響，具體包括建立相互作用和預測模型、自然和人工過程的應用。

這些計劃的目標產出是：

（1） 系統工程，包括系統設計展開的戰略、生命系統和細胞外系統以及鑒定分析。

（2） 強大的政策和工程科學基礎，包括自然事件的模式生態系統反應以及介入戰略的效率和影響分析。

2從基因組到生物體的系統生物學研究

傳統生物學主要基於還原論的研究，通過實驗的方法解決問題。然而，生物體是一個復雜系統，它不僅僅是基因與蛋白質的集合，系統特性也不能僅僅通過勾畫其相互聯系而獲得完全理解。系統生物學則基於大量的數據採集與分析，利用軟體工具、分析方法、以及新的科學思想分析等研究生物系統動態行為，充分理解其穩定性、魯棒性背後的機制。

從基因組到生命(GTL)計劃，跨越分子、細胞、組織器官、系統到生命，是真正體現生命科學從分析到綜合、從還原論到整體研究變革的研究計劃。在人類基因組計劃基礎上GTL計劃正體現了這一特點，是新的研究規劃。系統生物學在分子、細胞、組織、器官和生物體整體水平上研究結構和功能各異的各種分子及其相互作用，並在基因組序列的基礎上完成由生命密碼到生命全過程的研究；從對生物體內各種分子的鑒別及其相互作用的研究，到對生物途徑、分子網路、功能模塊的研究，最終完成整個生命活動的路線圖。GTL路線圖的推出，則將這些具體計劃應用到能源、環境問題的解決指出了具體道路，是將生物技術應用於人類所面臨的資源、能源和環境瓶頸解決的範例。

生命復雜系統的最重要的特徵不在於它非常復雜的個別組成成分，而在於組成成分之間的關系和這種關系形成的動力學，系統功能的綜合要高於每一個子成份的分析。生命科學和生物技術的發展，是解決人類發展所面臨的資源、能源、環境與健康等問題的有效途徑。從GTL路線圖的實施可以看出，通過系統生物學及其相關技術的發展，來實施這一目標，是生命科學和生物技術的發展方向。