生命科学产业发展规划

❶ 中关村生命科学园三期规划发布了吗

“要研发一款新药，需要两个‘10’，一个是10亿美元，一个是10年时间。万一研发方向偏了或者研发出来的药物副作用太大，那这两个‘10’就都没有了。”谈及生物医药融资难题，中关村生命科学园总经理王文礼说。

据介绍，中关村生命科学园金融超市于9月底在园区投入使用，目的在于让资本和企业进行对接，其运营方目前已组织了6家园区企业，以项目路演的方式，在此次分论坛上面向50余家金融机构进行了推荐。

❷ 中国有哪些政策支持生物产业的发展

据前瞻产业研究院发布的《中国生物医药产业园市场前瞻与投资战略规划分析报告》
目前中国已有80多个地区（城市）已经着力建设医药科技园、生物园、药谷，全国已有22个国家生物产业基地，而且各地新开发的高科技产业园区很多都将生物产业作为重点引驻对象。其中比较成熟产业园有上海生物医药科技产业基地、中关村生命科学园、泰州中国医药城、长沙国家生物产业基地等。随着众多生物制药产业园区取得丰硕成果，生物制药产业已经成为国内园区经济增长的新亮点。
我国生物医药产业园是伴随着高新技术区的发展而不断发展的。据前瞻产业研究院发布的《2015-2020年中国生物医药产业园市场前瞻与投资战略规划分析报告》，20世纪90年代初，国家做出了加速发展高新技术产业的战略决策，2009年5月新成立的泰州国家医药高新技术产业开发区，这也是我国首个国家级医药高新区。目前我国国家级高新区和经济技术开发区已经超过100个，均涉及生物技术产业；省级以上的生物产业园400多个。
当今世界，全球化的活动空间和本地化的产业集群相辅相成，在经济和科技全球化过程中，产业集群已经成为区域参与全球竞争的重要力量。高技术产业发展更是呈现出典型的集群化特征。纵观世界成功的生物医药园区，不难发现都是创新集群的发生地，处于全球生物产业链的最高端，可以说基于产业集群的发展模式是国外众多运行成功的生物医药园区的共同特征，也非常符合生物经济的发展规律。生物技术产业的产业特性和产业集群的竞争优势决定了产业集群是我国生物医药园区集约化发展的战略选择。

❸ 个人健康产业的五年发展规划

作为定义大健康产业门类的框架，全球产业分类标准和产业分类参考依据进一步将该产业分为以下两个类别：
（1）医疗设备和服务；
（2）医药，生物技术和生命科学。
医疗设备和服务包括公司实体，如医院、家庭护理提供者、护理之家和医疗设备、医疗用品、医药流通、健康保健服务等。医药、生物技术和生命科学则包括生物制药、中药、化学药、保健品等相关公司生产的生物技术、制药和其他科研服务。
健康服务产业依托医疗资源，两端分别为高科技行业和劳动密集型行业，其发展程度已成为城市发达与否的一个标志，是城市软实力的重要体现。健康服务产业同医疗旅游相结合，可带动住宿、餐饮、商业、文化等产业发展。

❹ 我国为了促进和推动生命科学与生物技术领域的发展发布了哪些重要的纲领性政策和文件

老师刚布置作业你就来网络知道问 暴露了身份啊 嘿嘿

❺ 生命科学园的总体规划

生命科学园位于中关村科技园区发展区内，距八达岭高速路一公里。园区东与京版包铁路权相临，南至北清路，西至规划的京包快速路，北至玉河南路和南沙河园区风光旅游区。项目规划占地总面积为254公顷，其中一期工程占地130.5公顷，规划建筑面积52万平方米，平均控高15－18米，平均容积率0.47，建筑密度18%，绿化率大于55%。二期项目由北京大学和北大方正集团投资兴建一座大型国际医院。园区总体规划方案已获得北京市政府批准。园区环境、基础设施、配套支撑系统及未来区内的智能化管理均按照国际一流水准和规范进行规划建设，目前，主体工程已经封顶，预计2013年正式营业。 园区城市交通系统由“三横两竖”的道路骨架构成。南界为现状城市主干道北清路；北界为规划的城市次干道玉河南路，与二期项目同时兴建，规划连接八达岭高速路的互通式立交定四桥；在生命园一期与二期项目区之间为2001年7月建成的城市次干道生命园中路，规划连接八达岭高速路的互通式立交史各庄桥。在生命园的东西两侧为生命园东路和生命园西路，分别置于两侧的75米宽绿化带之内。

❻ 长江大学生命科学学院的发展目标

生命科学学院将进一步与农学、医学、石油学科等相关学科领域密切结合，构建新的更高、更宽的生命科学发展平台，建成国内有特色、省内有优势的生命科学技术高级人才培养与学科建设基地。

❼ 未来我国生物产业将重点发展哪些方面

经过近20年的发展，我国生物技术产业取得了快速发展，为经济建设和社会发展作出了重要贡献，总体水平已经在发展中国家处于领先地位。目前生物技术在我国已广泛用于农业、医药、环保、轻化工等重要领域，对提高人类健康水平、提高农牧业和工业产量与质量，改善环境正发挥着越来越重要的作用。2000年我国生物技术产业产值已经达到200多亿元，北京、上海、广州、深圳等地已建立了20多个生物技术园区。目前，涉及现代生物技术的企业约500家，从业人员超过5万人，其中涉及医药生物技术的企业300多家，涉及农业生物技术的企业200多家。

一、我国生物技术产业发展现状

近年来，中国生物技术已经取得了明显的进展，突出表现在以下方面：

一是生产快速发展，涉足领域不断扩展。我国生物技术起源于20世纪80年代，基因工程制药产业发展迅猛，1996年，基因工程药物和疫苗销售额为2．2亿元，1998年增长到7．2亿元，2000年达到了22．8亿元，平均每年增长79．42％，其中干扰素所占比重最高，其次为乙肝疫苗、白细胞借素-2。

二是生物技术研发取得重要成果。为加快生物技术产业的发展，我国始终把生物技术列为国家重大科技计划，政府大幅度增加了研发投入，同时鼓励国家加大科技投入，取得了较好的效果，获得了一批具有知识产权的新基因，新表达系统、生物工程、药物进入了创制阶段，建立了一系列关键平台技术，动植物转基因技术已经成熟，具备了大规模基因测序、生物基因的研究条件；杂交水稻大面积推广，抗基因的棉花、番茄已经进入了商业化的发展。有数十种基因药物已经进入了实用性阶段。

三是我国已具备了生物技术方面研究开发的良好基础。目前从事生物技术研究与开发的技术人员有两万人，每年还有4500名大学生和研究生毕业，有许多优秀的毕业生出国深造，在生物技术研究与开发方面已经形成了初具规模和有一定竞争力的研究队伍，进入生物技术，加大科学研究的深度和其他技术的渗透，将形成新的交叉学科和边缘学科，并推动他们的发展，使我国科学技术水平产生质的飞跃。

四是生物技术企业不断发展壮大，由于生物技术前景广阔，发展潜力巨大。我国从事生物技术产品开发的企业，如雨后春笋，不断涌现。2000年生物技术公司就超过了200家，同时已有60多家上市公司直接或间接从事生物技术产业，出现了深圳科新、天津泰达等生物基因技术龙头企业。

二、国际发展现状与趋势

目前，我国生物技术产业集中化程度低，没有具有一定规模的企业产业。2000年实现产值200多亿元，相对于美国2000年的200多亿美元的生物技术产业产值差距很大。

全球生物技术行业发展表现出以下特点：

出现一批影响未来的重大技术：人类基因组学／蛋白质组学、干细胞技术与组织工程、生物信息学、转基因技术、克隆技术、生物芯片／蛋白芯片／组织芯片、基因治疗与细胞治疗、反义核酸技术、单抗技术等对现代生命科学及生物技术产业产生了巨大的影响。

生物技术产业格局从治病为主向治病、保健、提高生活质量的健康产业过渡。

跨国公司平均R&D投入与销售收入的比例已超过10％，创新型重磅产品不断涌现，美国最大的生物技术公司2000年销售收人为24亿美元，净利达6亿多美元。

兼并重组愈演愈烈，大企业愈来愈大，协作型竞争已成为当今生物技术产业的主流；1998年以来，世界生物制药业格局发生了剧烈变化，全球市场排名前五强中四席是重组的结果，二十强的市场集中度高达67．8％；

小型企业走向专业化的道路，在生物制药行业尤其明显。如Amgen公司、Genentech公司、Celera公司、Isis公司等分别成为基因工程药物、大规模基因组测序与生物信息学、反义核酸药物等领域的典范。

三、我国生物技术产业存在的问题

与国际生物技术产业发展相比，我国生物技术行业与国际水平差距明显。具体表现为：

1．自主知识产权过少，竞争能力有限。

在美洲，生物技术高新企业在创建的时候，在第一期、第二期的融资中(即种子资金期和风险投资期的时候)，一般都是技术出资者控制了50％以上的股权，而资本出资方是小股东，这种情况在北美非常普遍。随着企业规模的不断扩大，企业融资的不断增多，创业者(技术拥有者)才逐渐失去了绝对的控股权，但企业本身却是一个完整的现代企业机制。目前我国在这个问题上还存在缺陷，直接表现为无形资产在股权结构中都在35％以下。

目前，我国在生物技术产业及产业发展所需的重要仪器、设备、试剂等支撑技术与装备方面十分落后，主要依靠国外进口。生物技术产业的支撑技术与装备具有两大特点，一是涉及多学科、多技术领域的交叉；二是绝大多数生产经营专用仪器、装备的公司都拥有国际市场，只有占有国际市场才能在国际竞争中生存和发展。目前我国尚不具备自主研制和生产并占有国际市场的能力。

2．投入严重不足，研究开发能力非常有限。

生物技术产业是资金密集型产业，是高投入、高风险和高回报的产业，因此，资金短缺是首先需要解决的问题。目前在我国，存在许多贷而不还的现象。缺少完整的信誉系统已成为阻碍中国产业发展的严重问题。如何建立完善信誉系统，是一个很重要的问题。在国家加大生产技术投资力度的同时，还要充分利用银行贷款以及尚待健全的风险资金市场，寻找各种资金渠道。政府应制定优惠政策，鼓励企业参与生物技术的研究与开发。

目前，我国企业资本融通渠道只有创业者个人出资；上市公司、民营企业投资；政府的风险投资；国家科技部的中小企业担保基金；中小企业科技创新基金五种。其中上市公司、民营企业的投资因为上面所说的缺乏对无形资产的认识和认可，导致他们常常希望在所投资的企业中依靠他们所提供的有形资本来控股，严重地打击了创业者的积极性。而在全球生物技术最为发达的北美，中小企业资本融通渠道要多得多，他们可以通过创业者个人出资、私募资金、政府中小企业担保基金(由银行管理，政府担保比例从75％—90％以上)、工业研究基金(通过审批后的拨款，如：美国的国立研究院、加拿大的工业科技部)、风险投资、银行贷款、企业并购(兼并、合作、战略联盟)战略投资、上市融资(IPO)、政府的养老基金投资高新技术企业等渠道融通资金。

3．无序竞争严重，导致整体优势缺乏。

我国目前尚没有全国性统管生物技术产业研究开发及产业化的组织管理机构，缺乏全局性的战略部署。目前国家各类科研计划虽然都在不同程度上注重基础性创新性研究，但在具体实施和操作过程中，往往倾向于选择短期能产生效益的研究项目，导致创新的源头匮乏。更为严重的是，各类计划之间缺乏必要的沟通与协调，各部门、各地方自成一体、封闭运行，导致科研力量分散，形不成合力，而且造成低水平重复。

4．产业化人才缺乏，研发与产业化脱节。

生物技术产业的发展同样离不开人才。由于研究开发人员培养周期长，大量优秀的科研人员滞留在国外，国内缺乏优秀人才，尤其缺少技术兼经营型人才。此外，我国现有生物技术人才偏重于理论研究，产业化人才相对缺乏。在我国生物技术产业发展中，常出现实验室里的科研成果难以产业化，或产业化成本很高而无经济价值。

5．产业发展的整体环境欠佳。

生物技术产业的发展离不开整体环境的改善，虽然我国有些地区制定了相关政策，形成了一定的有利于生物技术产业发展的环境。但从整体上来说，还亟待改善，亟须建立一种有效的机制，促进科研成果的产业化，特别是需要建立风险投资机制，使之与国家投资相配合。

四、快速发展我国生物技术产业的对策思考

1．健全和完善管理体制，建立行业组织管理机构。

发展我国的生物技术产业，必须结合我国具体国情，同时运用政府和市场两种资源配置的调节手段，盘活我国技术、设备与设施、人才等方面的存量，使各方面的优势系统有效地集成；必须同时调动国家、地方和企业以及科技人员的内动力和凝聚力；必须下决心解决部门地方条块分割、低水平重复的顽症。

为此，建议国家适时成立全国性的组织管理机构，对全国生物技术产业及产业发展进行总体规划和协调指导，从而做到整体协调，避免多头指挥和政出多门，实现决策、协调和实施系统的统一、简便和高效。

2．进行战略布局调整，形成产业聚集区。

国外生物技术产业发展的经验表明，在一些地理、交通、信息、政策等环境较好的地域，容易形成生物技术产业研究开发和产业的“聚集区”。

根据目前我国生物技术产业及产业发展情况，结合现有国家级高技术产业开发区，可选择技术力量比较雄厚、投资环境好并已有一定生物技术产业基础的上海、北京、沈阳等地作为生物技术产业化基地，给予更为优惠的财政和税收扶持政策。集中力量有选择地发展3—5个生物技术产业聚集区，发挥生物技术产业发展的聚集效应，尽快形成较大的生物技术产业规模。

3. 加大政府投资力度，建立国家生物技术产业重大项目孵化器。

我国科技成果转化难、转化率低制约了高科技产业的发展，影响了科技作为第一生产力作用的发挥，已成为普遍关注的问题。生物技术产业因其自身的综合性、多学科特点，生物技术产业转化更具有特殊性。在目前我国资本市场尚不完善的条件下，孵化器的作用尤为重要。

孵化器的作用是通过与研究开发机构建立广泛联系，并有力地引导企业介入，密切生物技术产业上下游的结合，有效地使单一技术的突破尽快孵化为成熟配套的技术和工艺，向产业进行技术转移和辐射，从而加速具有商业前景的技术和产品尽快形成商品化和产业化。为此，应在已有的工作基础上，择优建立数个生物技术产业国家重大项目孵化器，结合具有自主知识产权、独特性的生物技术产业重大项目和重大产业工程的实施。

4．大力发展生物技术产业中介组织，协调生物技术企业发展进程。

国外成功经验表明，中介组织在高技术产业发展过程中发挥了重要作用，中介组织是创新体系的重要组成部分。我国应大力发展从事生物技术产业信息咨询、技术评估(包括生物安全评估)、专利(特别是国外专利)代理、投融资等方面的中介机构。

我们认为，应尽快组建生物技术产业协会。组建生物技术产业协会有利于信息沟通和协作，有利于规范市场和公平竞争，亦可避免不必要的重复，有利于逐步形成社会化发展的格局。协会组成以企业法人和高级主管为主，吸纳大学和研究机构的技术、管理、营销专家参加。政府主管部门可以通过协会进行全局性组织协调工作。积极引导支持有条件的科研机构和企业建立研究开发机构，提高信息采集、技术引进、智力引进、人才培养和国际合作与交流乃至产品出口的效率。

❽ 生命科学近年来有哪些新技术

NO.1

SARAH TEICHMANN: Expand single-cell biology（扩展单细胞生物学）

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

在过去的十年里，我们看到研究人员可以分析的单细胞数量大幅增加，随着细胞捕获技术的发展，结合条形码标记细胞和智能化技术等方法，在未来数量还将继续增加，对此，大家可能不以为然，但这可以让我们以更高的分辨率来研究更为复杂的样品，我们可以做各种各样的实验。比如说，研究人员不再只关注一个人的样本，而是能够同时观察20到100个人的样本，这意味我们能够更好的掌握人的多样性，我们可以分析出更多的发展时间点，组织和个体，从而提高分析的统计学意义。

我们的实验室最近参与了一项研究，对6个物种的250000个细胞进行了分析，结果表明，控制先天免疫反应的基因进化速度快，并且在不同物种间具有较高的细胞间变异性，这两个特征都有助于免疫系统产生有效的微调反应。

我们还将看到在单个细胞中同时观察不同基因组模式的能力发展。例如，我们不局限于RNA，而是能够看到染色质的蛋白质-DNA复合物是开放还是封闭。这对理解细胞分化时的表观遗传状态以及免疫系统和神经系统中的表观遗传记忆具有重要意义。

将单细胞基因组学与表型关联的方法将会发生演变，例如，将蛋白质表达或形态学与既定细胞的转录组相关联。我认为我们将在2019年看到更多这种类型的东西，无论是通过纯测序还是通过成像和测序相结合的方法。事实上，我们已经见证了这两种技术的一种融合发展：测序在分辨率上越来越高，成像也越来越多元化。

NO.2

JIN-SOO KIM: Improve gene editors(改进基因编辑)

Director of the Center for Genome Engineering, Institute for Basic Science, and professor of chemistry, Seoul National University.（首尔国立大学基因学研究所基因组工程中心主任、化学教授。）

现如今，蛋白质工程推动基因组工程的发展。第一代CRISPR基因编辑系统使用核酸酶Cas9，这是一种在特定位点剪切DNA的酶。到目前为止，这种方法仍然被广泛使用，但是许多工程化的CRISPR系统正在用新变体取代天然核酸酶，例如xCas9和SpCas9-NG，这拓宽了靶向空间——基因组中可以被编辑的区域。有一些酶比第一代酶更具特异性，可以将脱靶效应最小化或避免脱靶效应。

去年，研究人员报告了阻碍CRISPR基因组编辑引入临床的新障碍。其中包括激活p53基因 (此基因与癌症风险相关)；不可预料的“靶向”效应；以及对CRISPR系统的免疫原性。想要将基因组编辑用于临床应用，就必须解决这些限制。其中一些问题是由DNA双链断裂引起的，但并非所有基因组编辑酶都会产生双链断裂——“碱基编辑”会将单个DNA碱基直接转换成另一个碱基。因此，碱基编辑比传统的基因组编辑更干净利索。去年，瑞士的研究人员使用碱基编辑的方式来纠正小鼠中导致苯丙酮尿症的突变基因，苯丙酮尿症是一种先天性代谢异常疾病，患者体内会不断累积毒素。

值得注意的是，碱基编辑在它们可以编辑的序列中受到了限制，这些序列被称为原间隔相邻基序。然而蛋白质工程可以用来重新设计和改进现有的碱基编辑，甚至可以创建新的编辑，例如融合到失活Cas9的重组酶。就像碱基编辑一样，重组酶不会诱导双链断裂，但可以在用户定义的位置插入所期望的序列。此外，RNA引导的重组酶将会在新的维度上扩展基因组编辑。

基因编辑技术在临床上的常规应用可能还需要几年的时间。但是我们将在未来一两年看到新一代的工具，将会有很多的研究人员对这项技术感兴趣，到时候他们每天都会使用这些技术。届时必然会出现新的问题，但创新的解决方案也会随之出现。

NO.3

XIAOWEI ZHUANG（庄小威）: Boost micros resolution （提高显微镜分辨率）

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

超分辨率显微镜的原理验证仅仅发生在十几年前，但今天这项技术相对来说再平常不过，生物学家可以接触到并丰富知识。

一个特别令人兴奋的研究领域是确定基因组的三维结构和组织。值得一提的是，基因组的三维结构在调节基因表达中起到的作用越来越大。

在过去的一年里，我们报道了一项工作，在这项工作中，我们对染色质进行了纳米级的精准成像，将它与数千个不同类型细胞的序列信息联系起来。这种空间分辨率比我们以前的工作好一到两个数量级，使我们能够观察到各个细胞将染色质组织成不同细胞之间差异很大的结构域。我们还提供了这些结构域是如何形成的证据，这使我们更好地理解染色质调节的机制。

除了染色质，我们预见到在超分辨率成像领域空间分辨率有了实质性的提高。大多数实验的分辨率只有几十纳米，虽然很小，但与被成像的分子相比却没有什么差别，特别是当我们想解决分子间的相互作用时。我们看到荧光分子和成像方法的改进，大大提高了分辨率，我们预计1纳米分辨率的成像将成为常规。

同时，瞬时分辨率变得越来越好。目前，研究人员必须在空间分辨率和成像速度之间做出妥协。但是通过更好的照明策略和更快的图像采集，这些限制可以被克服。成千上万的基因和其他类型的分子共同作用来塑造细胞的行为。能够在基因组范围内同时观察这些分子的活动，将为成像创造强有力的机会。

NO.4

JEF BOEKE: Advance synthetic genomes （先进的合成基因组）

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

当我意识到从头开始写一个完整的基因组变成可能的时候，我认为这将是一个对基因组功能获得新观点的绝佳机会。

从纯科学的角度来看，研究小组在合成简单的细菌和酵母基因组方面取得了进展。但是在合成整个基因组，特别是哺乳动物基因组方面仍然存在技术挑战。

有一项降低DNA合成成本的技术将会对行业产生帮助，但是目前还没有上市。今天发生的大多数DNA合成都是基于亚磷酰胺化学过程。所得核酸聚合物的最大长度和保真度都受到限制。

许多公司和实验室都在研究酶促DNA合成——这种方法有可能比化学合成更快、更准确、更便宜。目前，还没有一家公司在商业上提供这种分子。但是去年10月，一家总部位于巴黎的叫做DNA Script的公司宣布，它已经合成了一种150碱基的寡核苷酸，几乎符合化学DNA合成的实际限制。

作为一个群体，我们还研究了如何组装人类染色体DNA的大片段，并且我们可以使用这种方法构建100千碱基或更多的区域。现在，我们将使用这种方法来解剖大的基因组区域，这些区域对于识别疾病易感性非常重要，或者是其他表型特征的基础。

我们可以在酵母细胞中快速合成这些区域，因此我们应该能够制造数十到数百种以前不可能检测到的基因组变体。使用它们，我们将能够检查全基因组关联研究中涉及的数千个基因组基因座，它们在疾病易感性方面具有一定意义。这种解剖策略可能使我们最终能够确定这些变体的作用。

NO.5

CASEY GREENE: Apply AI and deep learning（应用人工智能和深度学习）

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

❾ 生命科学发展方向,急!!!!!

（一）：GTL计划分析

上个世纪分子生物学的突破性成果成为生命科学的生长点，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化；蛋白质、酶、核酸等生物大分子的结构、功能和相互关系的揭示为研究生命现象的本质和活动规律奠定了理论基础。进入21世纪以后，美国能源部启动了新的战略计划—“基因组到生命”（Genomes to Life，GTL）计划，为生命科学在能源和环境领域的应用奠定了基础。

1 GTL计划的背景

为期五年、资助强度为1亿美元的后基因组计划“从基因组到生命（Genomes to Life）”是由美国能源部于2002年7月正式推出，其基础是在人类基因组计划和1994年开始实施的美国微生物计划。

2005年10月3日，美国能源部公布了新一期的生物研究综合计划——GTL计划路线图。GTL路线图以原有的GTL研究项目为基础并将之扩展，至今已经有800多名科学家和技术专家参与该项目。

2 GTL计划的目标

GTL计划的核心目标就是在未来的十到二十年时间里，了解几千种微生物的基因组及微生物系统是如何调控生命活动的，为使用生物手段解决环境问题铺平道路。GTL路线图将扩大基因组项目的投入，帮助国家解决能源和环境难题。此项研究需要填补知识空白点，发展生物技术，并在数据挖掘、计算和存储中应用生信息学。

GTL计划的基础是准确地刻画出生命系统的所有“分子机器”，认识“分子机器”在生命体中是如何协调工作的。这需要收集大量的基因组数据及其相关数据，尤其是基因组表达的数据，以及不同细胞内、不同条件下蛋白质组装和作用的数据。

GTL计划的具体目标包括：（1）鉴别“分子机器”，这些分子机器主要是蛋白质的复合物，并且执行生命系统的基本功能；（2）弄清控制“分子机器”行为的基因调控网络；（3）认识自然环境中的微生物群体；（4）发展建立和实现生物系统模型所需的计算机技术。

3 GTL计划的意义

21世纪人类面临健康、能源、环境等一系列迫切需要解决的问题，生物学的发展也许是解决这些问题的关键，基因组信息的研究则是理解生命体系的分子组成、调控机制的基础。这需要了解整个生物体系与环境相互作用的方式与机制，并利用这些信息来指导后续的生物学研究。

基因组中的基因按照一定的时间和空间规律被表达成蛋白质，而蛋白质需要和其它蛋白质或者核酸相互作用，结合起来形成有机的“分子机器”。GTL计划的实施将促进生物、物理、计算科学多学科的交叉与进步，促进实验设备、软件工具、分析方法、以及科学思想上的重大突破，为多角度的全面理解生物体打下基础，并将其应用到生物与环境相互影响与作用的问题探讨中。这些都是将生物技术应用于能源和环境问题解决的基础。

这一基于人类基因组计划的新计划的实施，将以整体理解和预测人体和微生物等生物系统为内容，为环境、能源等问题的解决提供生物技术手段。

（二）：GTL路线图

美国能源部于2002年开始了基因组到生命计划（Genomes to Life，GTL），为人类利用生物技术手段解决能源和环境问题提供了手段。2005年10月3日，美国能源部公布了新的GTL计划路线图，为GTL的具体实施提供了指导方向。

1 GTL计划实施的关键

GTL路线图对GTL计划实施的关键进行了阐述。在此之前实施的人类基因组计划着重于基因组表达的研究，但对于细胞内、不同条件下蛋白质表达和组装的研究很少。对于这些研究内容的了解与认识是GTL计划实现一个关键环节。GTL计划实现的另一个关键环节是高性能计算，利用先进的计算工具管理和集成研究获得的数据，建立细胞的系统模型，并进行计算机模拟，在此基础上深入分析，进而认识“分子机器”的工作机理。

在高性能计算的研究方面，建立基本的生物信息学算法和模拟过程的方法，确定数据标准，开发可视化工具是GTL计划的主要目标。GTL计划中的许多计算任务的计算量非常大，需要每秒万亿次浮点计算能力的超大型计算机。

2 GTL路线图的实施机构

美国能源部致力于为GTL计划的实施提供必要的科学平台，以支持科研和技术成果的应用。GTL计划将建四个前沿生物学机构，以支持相关的技术的发展、方法的研究、计算能力的提高，并设立公共科研平台。该平台的服务对象不仅包括科研团体，也包括产业界，以加速科研成果的转化或技术转移。GTL计划成功的核心是发展计算和信息技术，以克服基于基因组序列的生物学功能研究上的障碍。美国能源部将构建整合的计算环境，把各种实验数据、理论、模型和新观点融入到基本的生物学机制发现和系统生物学理论和试验的发展。

美国能源部的科学办公室是GTL路线图实施的主要协调机构，致力于提供非凡的科学发现和科研工具，改变人们对能源和物质的理解，提高美国经济和能源安全水平。办公室的主要任务包括：（1）为国家面临的能源安全提供解决方案，为国家能源与经济安全提供必要的科学基础；（2）国家物理科学最主要的支持，在280多所大学、15个国家实验室和许多国际研究机构进行科研投资；（3）为国家科学事业提供最主要的科研工具，从科学共享出发，建造和运行公用的科研设备；（4）在科学领域内最大限度地支持核心能力建设、理论建设以及实验和模拟，使美国保持在世界知识创新的领先地位。

GTL计划成功实施的关键要素是整合计算和技术平台，为科研和生物技术方案发展提供及时、便捷的平台。在生物学的新发展中，计算技术和生物学本身已经同等重要；因此，GTL由美国能源部科学办公室的两个部门——生物与环境研究办公室和前沿科学计算研究办公室合作完成。

3 GTL路线图战略

GTL战略目标是理解生物学系统，发展研究生物学机制的计算模型，并且利用这些模型来预测生命系统的行为，最终的目标是利用微生物的生物化学过程来为一系列的创新应用服务。这需要通过有效的研究、生产、成本和质量控制、效率提高来实现。

正如人类基因组计划能够刺激生物医药及生物技术工业的增长一样，GTL路线图中列出的研究也将加速新的生物工艺学的增长。与能源和环境相关的系统生物学是一项探测未知微生物世界的计划，以DNA序列编码信息为起点，目的是找到更加清洁和更加安全的生物资源、修复有毒废料，诠释微生物在全球气候变化中的作用，并发展与之相关的新兴科学。微生物可以用作驱动21世纪的综合经济力发展的工艺和新产品。

该路线图描绘了其具体的发展路径，包括新兴技术的利用、综合计算技术的发展和新研究设施的开发使用等。这些目标的实现，依赖于科学家对新型微生物的发现，对生命的起源和局限性以及对生命科学研究的新认识。微生物具有广阔地遗传性和多样性，因而它们的发展意味着地球环境的繁荣，包括极端温度，化学和压力下的环境。大多数时间，微生物生活在广泛的自然环境中，形成了各种各样的生物群落。这些生物群落已经演变成综合生物化学体系，要比任何工业领域的化学工艺体系具有高地选择性，能源利用效率和更少地污染。GTL路线图将利用这些微生物，为化学工艺体系的全面提升铺平道路。

（三）：GTL实施阶段

美国能源部于2002年开始了基因组到生命计划（Genomes to Life，GTL），为人类利用生物技术手段解决能源和环境问题提供了手段。2005年10月3日，美国能源部公布了新一代生物研究综合计划——GTL计划路线图，为GTL的具体实现提供了指导方向。

1 GTL计划实施的阶段

GTL计划的实现分三个阶段：

第一阶段：开展对有关对能源和环境相关的复杂系统试验关键问题的研究，开发新技术和新的计算技术，改进研究设施；

第二阶段：利用先进工具和新技术开展研究，快速了解生物学过程，提出能源和环境问题解决的新思路，收集全球气候与生物过程相互作用的信息；

第三阶段：将前期获得的知识和能力快速转化成革命性的新工艺和新产品，满足国家能源和环境的需要。

2 GTL计划第一阶段的目标

GTL第一阶段的主要目标主要是通过科学、技术和应用工艺三方面的起步为GTL计划的实施奠定基础。

科学基础：系统生物学的基因组学基础研究，分子、细胞和群落水平的研究，以及研究的关键目标与战略设定。

技术，计算与设施：高级技术发展与测试，前沿研究、计算与技术升级，机构/设施研究、发展、设计与建立。

目标应用：目标导向的关键系统选择，细胞与群落过程及相互作用的认识，系统数据与战略分析。

3 GTL计划第一阶段的目标

GTL第二阶段的主要目标则在通过科学、技术和应用过程三方面将科研成果工程化。

科学基础：关键系统和关键过程的高通量研究，比较分析、系统模型发展，整合实验与计算的系统。

技术，计算与设施：设施运行，整合数据与计算能力的运行，快速收集并应用完整的生物学系统数据的能力。

目标应用：开始目标模式系统分析，工程战略目标的理解，特定应用战略设定。

4 GTL计划第一阶段的目标

GTL第三阶段的将在科学、技术和应用工艺三方面进一步深入发展，并将其具体应用到各个领域。

科学基础：目标方案设计的知识整合，科学与技术发展与应用，科学创新与下一代概念发展。

技术，计算与设施：工程系统的设施应用、测试、评价、监控和鉴定，新功能与新概念的工程化。

目标应用：完整工程系统的设计与发展，工程系统试验与评价，下一代工程的发展。

（四）：GTL应用目标

美国于2002年提出的基因组到生命（Genomes to Life，GTL）计划目标是开展生命的分子机制及调控网络研究，在分子水平理解自然环境下微生物群体的功能特征、建立计算机模型理解复杂生物系统并预测其行为。在此基础上，2005年提出的GTL路线图对如何开展利用生物技术手段解决能源和环境问题进行了具体阐述。

1 GTL路线图的内容

GTL路线图是依据美国能源部的目标制定的。路线图战略整合了基因组、系统生物学、微生物、计算科学和主要机构目标，并对三个阶段中各个部分的计划制定了具体的时间表和逻辑构架。在对能源产出、环境修复和二氧化碳循环与吸收的具体目标中，路线图给出了生物科技可以支持的具体领域，以及实现这些目标所应应对的挑战。为实现这些目标，路线图给出了具体的研究计划和目标技术平台，以及相关的管理、培训、伦理和社会等问题的考虑。

GTL路线图的中心是整合的生物学计算平台。系统生物学的发展要求不断增加约束条件来缩小问题的解空间，解空间的缩小极大地帮助了分析、解释、甚至预测来自实验的结果。GTL路线图描述了模型、数据与数据分析、理论等相关内容，同时指出如何实现面向公众的应用和计算平台的建立，以形成GTL研究项目和实施的“中枢神经系统”。

此外，GTL路线图还指出了如何将不同机构进行有效管理，使其高水平、高通量、高效率、高质量、低成本地运行。

2 生物燃料方面的应用目标

GTL的科学计划与美国能源部的目标相统一，美国能源部研究在生物燃料方面的目标包括：

（1）纤维素向燃料的转化，具体包括纤维素酶活性的认识与提高，糖利用与酒精发酵，以及流程的整合。

（2）太阳能向氢能燃料的微生物转化过程，具体包括光解循环生产，光合生物燃料系统的设计。

3 环境修复方面的应用目标

美国能源部研究在环境修复方面的目标包括以下：

（1）利用微生物过程降低有毒金属含量，具体包括理解微生物－金属的相互作用，设计修复过程。

（2）地表微生物群落在污染物转移中的作用，具体包括理解污染物转移的结果与效应，支持修复过程。

4 二氧化碳循环与吸收

美国能源部研究在二氧化碳循环与吸收方面的目标包括：

（1）海洋微生物群落在生物二氧化碳泵中的地位与作用，具体包括对C、N、P、O和S循环的认识，气候变化预测，二氧化碳吸收的影响评估；

（2）陆地微生物群落在全球碳循环中的地位与作用，具体包括对C、N、P、O和S循环的认识，碳变化与气候变化预测，以及二氧化碳吸收的评估。

（五）：GTL科学路线图与系统生物学

上个世纪分子生物学的突破性成果成为生命科学的生长点，使生命科学在自然科学中的地位起了革命性的变化；蛋白质、酶、核酸等生物大分子的结构、功能和相互关系的揭示为研究生命现象的本质和活动规律奠定了理论基础。2005年，美国能源部公布了基因组到生命（Genomes to Life，GTL）计划的路线图，指出了将系统生物学应用于能源和环境问题的解决。

1 GTL的科学路线图

GTL的科学路线图包括：

（1） 基因、蛋白、生物分子、生物途径和系统的描述，具体包括基因组研究与比较、新功能的自然系统基础研究、蛋白的生产与定位，以及生命过程相互作用和复合体的分析。

（2）功能与调节的理解，具体包括分子反应的计量、功能试验的实现。

（3） 机制预测模型的发展，具体包括实验设计、分子设计和操纵、细胞系统的利用。

（4） 群体及其潜在功能分析，具体包括基因组测序和比较，过程的自然系统筛选，以及蛋白生产和定位。

（5） 理解群落反应和调节，具体包括二氧化碳、营养和生物地球化学循环的比较、细胞和群体分子调查以及群体功能试验。

（6） 预测反应及影响，具体包括建立相互作用和预测模型、自然和人工过程的应用。

这些计划的目标产出是：

（1） 系统工程，包括系统设计展开的战略、生命系统和细胞外系统以及鉴定分析。

（2） 强大的政策和工程科学基础，包括自然事件的模式生态系统反应以及介入战略的效率和影响分析。

2从基因组到生物体的系统生物学研究

传统生物学主要基于还原论的研究，通过实验的方法解决问题。然而，生物体是一个复杂系统，它不仅仅是基因与蛋白质的集合，系统特性也不能仅仅通过勾画其相互联系而获得完全理解。系统生物学则基于大量的数据采集与分析，利用软件工具、分析方法、以及新的科学思想分析等研究生物系统动态行为，充分理解其稳定性、鲁棒性背后的机制。

从基因组到生命(GTL)计划，跨越分子、细胞、组织器官、系统到生命，是真正体现生命科学从分析到综合、从还原论到整体研究变革的研究计划。在人类基因组计划基础上GTL计划正体现了这一特点，是新的研究规划。系统生物学在分子、细胞、组织、器官和生物体整体水平上研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并在基因组序列的基础上完成由生命密码到生命全过程的研究；从对生物体内各种分子的鉴别及其相互作用的研究，到对生物途径、分子网络、功能模块的研究，最终完成整个生命活动的路线图。GTL路线图的推出，则将这些具体计划应用到能源、环境问题的解决指出了具体道路，是将生物技术应用于人类所面临的资源、能源和环境瓶颈解决的范例。

生命复杂系统的最重要的特征不在于它非常复杂的个别组成成分，而在于组成成分之间的关系和这种关系形成的动力学，系统功能的综合要高于每一个子成份的分析。生命科学和生物技术的发展，是解决人类发展所面临的资源、能源、环境与健康等问题的有效途径。从GTL路线图的实施可以看出，通过系统生物学及其相关技术的发展，来实施这一目标，是生命科学和生物技术的发展方向。