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美国情报委员会:10种最具颠覆性生物科技场景(2020-2040)
来源:百伦生物 | 作者:proac3c72 | 发布时间: 2024-09-02 | 37 次浏览 | 分享到:

本文由美国国家情报委员会战略未来小组(Strategic Futures Group)与外部专家和情报界分析师协商编写。


01


生物科学有望加速发展


在未来20年里,生命科学的多学科和数据密集型方法将改变我们对生命物质的理解和操纵能力。科学家们越来越多地将遗传指令视为一种计算代码形式,并整合了来自快速发展的计算科学领域的见解和新工具。


这些学科与认知科学、纳米技术、物理学等相结合,正在推动我们理解的新飞跃。预计这些不同技术在生命科学中的集体应用(称为生物融合)将加速生物技术设计和生产的发现和可预测性。未来以下技术将成为可能:


  • 在分子尺度上可视化、测量、识别和操作生物系统。

  • 将 DNA、RNA 和氨基酸中的遗传指令视为一种可以高精度编写、编辑和执行的语言,以合成有用的材料或生物体。

  • 收集、数字化、存储和分析来自数千个个体的遗传指令(称为基因组)以及他们的身体、心理和健康特征,以关联特定的遗传指令如何与环境相互作用以产生不同的特征。

  • 结合复杂的生物和非生物过程,例如用于传感或刺激生物系统的生物电子接口,以支持医学、农业和制造业。

02


最具颠覆性生物技术应用和潜在影响



数字医疗与精准医疗

医疗专业人员、医疗诊断和个人物联网 (IoT) 设备已经在收集越来越多的健康数据。这些信息正在与其他个人信息、数字记录的行为和网络指标融合在一起,以从根本上改善对新疾病的预测以及治疗结果。即便如此,这种数据融合可能会侵蚀物理和数字匿名性,使政府、公司或个人能够根据个人的生物特征、评估或预测的健康状况或推断的遗传特征来针对或歧视个人


器官生物打印和其他个体化疗法

使用基于基因的医学和针对个体的细胞工程的疗法,也称为定制医学疗法,已经可用于治疗某些疾病。在接下来的20年里,这些技术能够解决的病症和治疗方法的范围可能会增加,包括组织印刷和创造基因定制的动物,以生产适合移植的人体器官。



生殖工程增强人类特征和表现

现在有技术可以根据所需的遗传特征筛选和选择或排斥受精的人类胚胎,并且在这些胚胎阶段对人类生命进行基因改造的可能性越来越大。在 2030 年之前,实践可能包括选择或修改更易于理解的美容特征,例如身高、眼睛或头发颜色,甚至可能随着对技术安全性的信心增强而发展到包括智力或个性等特征。


生态工程

植物、动物和微生物可以被选择和修改,以稳定环境、减少人类影响或提高生产力。生态系统可以被设计成能够以消耗更少的淡水、需要更少的耕地的方式生产食物、材料甚至能源,并在以前非生产性或低效的环境中实现生产力——可能从枯竭的农田到火星表面。基因改造已经在发生咸水入侵或从未进行过耕作的地区提高了作物生产力。


计算机人机界面

机器和人类能力的融合以各种形式和不同的集成水平发生。通过手套、眼镜和耳机对身体、视觉、触觉和听觉进行非侵入性或虚拟增强在游戏、学习和远程办公中很常见。戴在头上的脑电图仪和电发射器或磁发射器通过刺激和检测大脑活动来实现类似的用途。


材料和器件的生物制造

自动化和数据驱动的流程正越来越多地被纳入生物技术,预计到 2040 年将从根本上提高研究和制造成果的可预测性和可重复性。使用DNA和其他生物分子的自动化分子组装技术可能会将工程和设计能力进一步推向纳米级应用领域,加速生物和数字技术的融合。



基于 DNA 的数据存储

使用DNA编码和存储数据在技术上已经是可行的,并且正在实验室中得到证明,DNA或类似的化学聚合物可能在未来20年内用于存储数据以用于存档目的。与大多数当前技术相比,合成DNA的存储容量要大几个数量级,因此可能会成为注重数据量和寿命以及低功耗的应用的首选介质。


治愈或根除疾病

在一系列生物技术进步的推动下,包括病媒控制以及新的医疗和预防药物的开发,在未来20年内有可能根除大多数常见疾病。然而,由于在此期间全球对这些技术的获取不均衡,现实世界的执行不太可能与理论上的健康潜力相匹配。


按需药品生产

大规模快速生产新疗法和疫苗的能力可能被证明是一个国家或地区成功应对自然或人为流行病能力的关键因素。COVID-19 大流行引发了全球冲击,增加了对医疗技术的投资。



合成生物

在未来20年内,基于扩展的遗传密码和氨基酸库创建活的繁殖生物体可能在研究环境和工业的某些部分很常见。这种能力将标志着人类对生命过程的理解的一个里程碑,并代表了生物技术发现和应用步伐的转折点。


农业和粮食生产转型

在未来20年内,新的粮食生产和制备过程可能会越来越多地在高度自动化、环境控制的条件下进行,这些条件使用转基因生物,有可能取代传统的农业实践,成为粮食产出的主要形式。


03


影响生物技术发展轨迹的因素



投资与成本

2019年,全球生物经济(定义为生命科学和生物技术的研究和创新所促成的所有活动)约占5万亿美元,占全球GDP的近6%。根据10-15%的年收入增长趋势,到2030年,世界生物经济可能超过20万亿美元


监管限制

生物技术领域的资金支持对于推动科技进步和创新至关重要。然而,如果出现针对该领域的禁令、限制或标准上的修改,可能会对资金流动产生负面影响。


国际认可

相反,国际接受度可以增加对生物技术的资金、生产和公众接受度。




大规模协作与合作

无论是得到国际社会的认可,还是来自商业或基层倡议,大规模合作都可以大大加速生物技术研发。


消费者需求的变化

为了应对 COVID-19 或粮食短缺等健康危机,消费者需求可能会迅速转向生物技术替代品;消费者对更便宜、更有营养、对环境危害更小和不含动物成分的食品的兴趣将刺激生物技术衍生的替代品。转基因生物(GMOs)可能会变得更加被接受,因此更加普遍,取代一些传统的农业来源。


环境变化

在未来几年,生物技术可能会得到越来越多的关注和支持,作为面对与土地和水资源使用或碳排放相关的全球规范和政策变化时维持足够生产的一种方式。


结语

生物技术提供了改善人类健康、环境和农业的可能性,同时创造了更可持续的生产方式。相反,生物技术和生物经济的增长也可能造成破坏并加剧现有挑战,包括扩大不平等、加剧国际竞争以及加剧关于人类意义的伦理辩论。


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