生物技术与信息技术的融合发展-2020.7-9页_4mb

生物技术与信息技术融合发展的总结

核心内容

生物技术与信息技术的融合发展是当前科技革命和产业变革的重要驱动力。生命系统本质上是一个自复制、自适应和自组织的开放信息系统，而现代信息技术为生命科学研究提供了数据采集、处理、存储、整合、挖掘和解析的能力，推动生命科学进入“数据密集型科学发现（Data-Intensive Scientific Discovery）”的第四范式。同时，生物体内的信息处理机制也为信息技术的发展提供了启发，如DNA存储、神经形态芯片、生物启发计算等新兴技术正在逐步形成。

主要观点

• 融合意义重大：生物技术和信息技术的融合不仅是学科发展的需要，更是应对时代和社会挑战的战略选择。这种融合促进了研究范式的转变，带来了创新突破和广泛的应用场景。
• 科技变革的推动者：融合推动了科学研究从“实验驱动”向“数据驱动”转型，催生了新的研究方法和技术手段，如“设计—构建—验证—学习—设计”的反馈循环模式。
• 产业新模式的形成：融合促进了农业、工业和服务业的业态革新，推动了“云端实验室”、“智慧农业”、“健康农业”等新型产业模式的发展。
• 健康理念的转变：融合使“生物-社会-心理-环境”医学模式得以实现，推动健康管理从“治已病”向“治未病”转变，实现个性化、精准化和数字化。
• 制造能力的提升：信息技术的应用极大提升了生物制造的能力，如DNA合成、细胞制造等，形成类似“摩尔定律”的技术发展路径。
• 环境研究的新维度：融合将传统环境要素与人体内环境结合，推动环境与健康关系的研究，为新技术、新标准和新体系的开发提供支持。
• 农业新发展：融合促进了健康农业体系的建立，包括种源农业、智慧农业和绿色农业，提升了农产品的安全性、营养价值和健康属性。

关键信息

1. 融合发展的背景与起点

• 生物技术与信息技术的融合始于20世纪中叶，受薛定谔《生命是什么？活细胞的物理学观》启发。
• 1990年启动的“人类基因组计划”标志着融合发展的开端，推动了生命科学组学数据的爆发式增长。
• 美国、欧洲、日本等国家和地区在生物技术和信息技术融合方面已有广泛布局，如DARPA、IARPA等机构推动的项目。

2. 融合发展的主要领域

• 研究新范式：信息技术推动了“计算机辅助生物学”范式的形成，融合“干实验”与“湿实验”。
• 科学新发现：通过结构和功能类比，推动生命科学与信息科学的新发现。
• 技术新发明：催生了生物传感器、生物纳米物联网、基因测序、DNA存储、人工突触等技术。
• 产业新模式：推动农业、工业、服务业的转型，形成“云端实验室”、“健康农业”等新模式。
• 健康新理念：促进“生物-社会-心理-环境”医学模式的应用，实现健康管理和疾病防治的全面升级。
• 制造新能力：信息技术使生物制造能力实现质的飞跃，如DNA合成、细胞制造等。
• 环境新要素：融合推动了环境与健康关系的深入研究，形成“环境-健康”知识图谱。
• 农业新发展：推动健康农业体系的构建，提升农产品的健康属性。

3. 融合发展的挑战与建议

• 我国的短板：在生命科学信息采集、分析工具和平台方面依赖国外技术。
• 建议方向：
  1. 开发关键共性工具，支持“设计—构建—测试—应用—学习”循环。
  2. 布局前沿引领技术，如DNA存储与计算、细胞半导体界面等。
  3. 构建使能技术平台，推动理念融合、技术集成和工程协同。

未来展望

生物技术和信息技术的融合将带来前所未有的创新突破和应用潜力，推动科技竞争和产业变革。通过加强前瞻性、战略性和系统性布局，我国有望在这一领域占据有利位置，实现从“跟随”到“引领”的转变。