生物技术与信息技术融合发展带来的变革

作者：张馨予

【摘要】生物技术与信息技术的融合发展，颠覆了生命科学的传统研究范式，提升了人类认识生物、调控生物、改造生物的能力，同时启发了信息技术的仿生研究和发展，驱动新兴信息技术的开发。两者的深度融合，塑造了新产业和新业态，为生物经济的发展带来重要机遇，不仅为破解人类发展所面临的健康、能源、资源、环境等重大问题提供了新思路、开辟了新路径，也改变了人们的观念和生活方式，尤其是促成以“疾病”为中心向以“健康”为中心的转变、从“治已病”向“治未病”的转变，推动“主动健康”模式的形成。

【关键词】生物技术信息技术产业模式生物经济主动健康

【中图分类号】G35 【文献标识码】A

当前，新一轮科技革命和产业变革加速演进，生命组学、合成生物学、脑科学等生命科学的研究，基因编辑、细胞工程、生物传感等技术的开发和运用，推动人类在认识和理解生命的尺度、维度、深度上不断深入；同时，云计算、大数据、人工智能等新兴信息技术正广泛渗透和应用于各领域，助力千行百业的数字化、智能化发展。近年来，生物技术（BT）与信息技术（IT）的跨界融合，已成为大国博弈的战略制高点，正在催生学术新思想、科学新发现、技术新发明、产业新方向，重塑创新链和产业链。两者的融合，不仅为生物技术、信息技术各自的进步和发展带来重要机遇，同时也为各行各业的高质量发展、经济社会的可持续发展带来新动力。

生物技术与信息技术融合发展的背景

当今学科在日益细分的同时，学科间的交叉融合正引领科研范式变革、驱动重大原创突破。其中，生命系统和信息系统在其知识体系中既有其共通的复杂性原理，又有其各自知识范畴内的差异化特征；生物技术与信息技术交叉融合，正成为学科“会聚”的典型范式。

“会聚”概念的提出及其意义。人类的科技发展史，就是一部多学科交叉、跨领域融合发展的历史。多学科研究也是推动20世纪科学和技术发展的主要动力。通过不同学科之间的高度融合，往往会衍生出全新的学科，例如，化学、物理学与生物学交叉形成分子生物学、生物化学、生物物理学等。当多学科的知识融合和技术集成，用于系统解决复杂问题时，“会聚”（Converging）的概念便应运而生。在此背景下，美国国家科学基金会（NSF）先是在2001年联合其他部门提出“会聚技术”（Converging Technologies），后又在2002年发布《聚合四大科技，提升人类能力——纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学》报告，强调了纳米、生物、信息、认知技术的融合或集成。“会聚技术”概念的提出，为研究策略和研究过程提供了新范式，其意义在于突破了学科边界，使不同领域的理论、技术和方法得以集成，并成为重大问题的系统性解决方案。美国国家科学院在其2014年发布的《会聚观》战略报告中指出，“会聚”体现了交叉学科研究的扩展形式，专业知识构成研究活动的“宏观”模块，而各个“宏观”模块又组合形成一个更大的整体。在会聚技术中，生物技术和信息技术具有系统性、综合性等特点，两者的融合有望成为科技和相关产业新发展的突破口。

信息技术对生物技术的赋能。现代生命科学与生物技术的发展，经历了从分子生物学、基因组学到会聚研究的三次革命。20世纪中叶，DNA双螺旋结构的发现、“中心法则”的提出，奠定了现代生命科学与生物技术的发展基础。20世纪70年代以来，限制性内切酶和基因载体的发现，及其相关转化技术的发明和应用，最终促成以DNA重组技术为标志的分子生物学革命，并为“写基因”奠定了关键的技术基础。从此，以基因克隆、基因定向突变等为基础的基因工程、代谢工程等一系列分子生物学技术得以蓬勃发展。

20世纪90年代，人类基因组计划的成功实施，标志着生命科学的研究全面达到基因组水平。人类基因组计划就是以多学科交叉、多技术综合手段，有组织、有计划地开展以追求重大科学发现、重大科学数据积累为目标的“大科学”研究范式。继基因组学之后，蛋白质组学、转录组学、代谢组学等“组学”（omics）的研究与广泛运用，“大科学”与“小科学”研究的结合与互补，推动了生命健康科技创新的长足进步。与此同时，基因测序、分子影像等新技术和新工具的不断出现和发展，使人类对生命现象的认识深入至纳米尺度，解析能力也大大提升，不仅实现高精度、高效率、高通量，并逐步实现实时、动态和连续，进而衍生出“数据驱动”的研究范式。