有些學者認為，20世紀的科學技術是以物理學和化學的成就占主導地位，而21世紀的科學技術是以生物學的成就占主導地位。無論這種說法是否得到普遍的認同，但生物技術是當今高技術中發(fā)展最快的領域似乎是不爭的事實。

    生命的革命
    科學家預測，生命科學到2015年會取得革命性進展。這些進展可以幫助人類解決很多目前無法醫(yī)治的疾病的治療問題，徹底消除營養(yǎng)不良，改善食品的生產(chǎn)方式，消除各種污染，延長人類壽命，提高生命質量，為社會安全和刑偵提供新的手段。有些成果還可以幫助人類加速植物和動物的人工進化以及改善生態(tài)環(huán)境對人類的影響等。產(chǎn)生新的有機生命的研究也會取得進展。其中有可能取得突破的領域包括：

    1．人類生命的質量和數(shù)量
    隨著生活質量的提高，人類的壽命到2015年可以明顯延長。疾病控制、定制藥物、基因療法、延緩衰老和返老還童術、記憶藥物、修復醫(yī)學、仿生學移植、動物移植等諸多領域的進展可以繼續(xù)改善人類的生命質量并延長人類的壽命。有些領域的進展(例如人造傳感器)可以使人類的生理機能超過目前的水平。在這些領域中，發(fā)達國家要比發(fā)展中國家受益更大。

    2．優(yōu)生學與克隆技術
    人類到2015年大概有能力利用遺傳工程技術改良人類和克隆人類。這無疑是人類歷史上爭議最大的一個焦點。到2015年是否會廣泛開展這項研究目前還難以預料，而且克隆人類的技術也許到2015年仍然還不夠成熟。不過我們至少可以預見到會有一些利用基因療法治療遺傳疾病的研究和帶有惡作劇性質的克隆試驗。目前關于克隆人類的爭議最遲到2015年會達到高峰。

    生物技術的革命不可避免地要帶來一些問題，也可能出現(xiàn)目前還無法預見的改弦更張。目前在轉基因食品、克隆技術和基因組圖譜方面已經(jīng)出現(xiàn)了有關倫理、道德、宗教、隱私和環(huán)境的強烈爭議。這些問題的出現(xiàn)不應該影響生物技術的革命，不過隨著受到生物技術威力影響的人群的不斷擴大，生物技術在今后15年內會不斷修改自己的發(fā)展歷程。

    生物學的革命不僅依賴于生物科學和生物技術的自身發(fā)展，而且依賴于很多相關領域的技術走向，例如微機電系統(tǒng)、材料科學、圖像處理、傳感器和信息技術等。盡管生物技術的高速發(fā)展使人們難以作出準確的預測，但是基因組圖譜、克隆技術、遺傳修改技術、生物醫(yī)學工程、疾病療法和藥物開發(fā)方面的進展正在加快。

    基因組學
    2015年生物技術會在有關遺傳基因的下述研究領域取得新的進展。
    1．遺傳圖譜和DNA(脫氧核糖核酸)分析
    DNA分析機和DNA芯片系統(tǒng)的出現(xiàn)可以提高遺傳分析能力，改進藥物研制過程，加速生物傳感器的成熟。

    到2015年，人類大概能夠對植物(從大米和玉米等糧食作物到作為紙漿原料的生產(chǎn)性植物)和動物(從細菌到昆蟲和哺乳動物)的基因組進行解碼和描述。由于基因與功能和行為有關，所以人類可以利用動植物的基因圖譜更準確地進行人類疾病的診斷，根據(jù)患者的具體癥狀和系統(tǒng)反應設計有針對性的藥物，精確預測疾病的發(fā)展趨勢并在全球范圍內跟蹤疾病的發(fā)展動向。值得注意的是，基因與功能之間的聯(lián)系已經(jīng)得到普遍認可，但是環(huán)境和表現(xiàn)型等其他因素也發(fā)揮著重要的修改作用?；虔煼ㄒ矔〉眠M展，但也許到2015年仍然不夠成熟。

    遺傳圖譜在安全、刑偵和法律方面會發(fā)揮重要的作用。DNA識別在安全系統(tǒng)(例如計算機、安全區(qū)和武器)的介入控制，通過犯罪現(xiàn)場遺留的DNA殘留物識別罪犯以及藝術品的真?zhèn)舞b別等方面可以彌補現(xiàn)有生物計量技術(例如視網(wǎng)膜和指紋鑒別)的不足。遺傳識別有可能成為處理綁架、親子關系認定和詐騙案件的最常用工具。生物傳感器(其中有些是利用遺傳方法制造的)也會在探測生物武器威脅、改進食物和水的質量測試手段、健康實時監(jiān)測和醫(yī)學實驗室分析等方面發(fā)揮重要的作用。這些技術可以顯著改善疾病診斷、了解疾病發(fā)展趨勢和提高監(jiān)測能力，從而使健康服務的方式發(fā)生根本的變化。

    盡管如今有很多人持樂觀態(tài)度，但是到2015年仍然還會存在不少影響基因組學發(fā)展的技術障礙。對于測序編碼、傳導、異構體調整、激活和最終功能的片面題解都會成為影響生物工程發(fā)展的技術障礙。對基因代碼擁有過分的權利也會拖延研究的進展和研究成果的最終應用。但是也不能走另外一個極端，如果不能對測序編碼進行得力的專利保護，也會影響生物技術的商業(yè)投資，拖延研究的進展和研究成果的最終應用。

    2．克隆技術
    通過克隆技術人為地產(chǎn)生遺傳性狀相同的有機體對于培育農(nóng)作物、牲畜和試驗動物具有重要的意義。

    克隆技術可能會成為迅速把人造特性推向市場、繼續(xù)保持這些特性以及在研究開發(fā)方面生產(chǎn)相同有機體的主要手段?？寺∪祟惖难芯吭跊]有被禁止的國家仍然會繼續(xù)，或許到2015年會取得進展。但是世界上大部分國家會出于對倫理和健康的考慮而限制大規(guī)模克隆人類。

    3．轉基因有機體
    除了記錄遺傳代碼和精確克隆有機物和微生物之外，生物學家還可以操縱動植物的遺傳代碼，從而給生命賦予某些人工特征以滿足特定需要。遺傳操作的傳統(tǒng)技術(例如交叉授粉、選育和射線照射)會擴展到在實驗室直接插入、刪除和修改基因。這項技術的應用目標包括糧食作物、生產(chǎn)性植物、昆蟲和動物。

    4．基因組學帶來的問題
    基因組學的巨大潛力為人類帶來了新的機遇，也帶來了不少問題。當人類可以為越來越多的有機物進行解碼并且對基因的功能了解得越來越多時，人們就會越來越關注基因序列的知識產(chǎn)權和隱私權。

    制作個人DNA圖譜的能力出現(xiàn)之后已經(jīng)引起公眾對個人隱私和過度監(jiān)管的關注，例如公安部門利用DNA簽名數(shù)據(jù)庫進行犯罪調查，保險公司或雇主利用遺傳基因進行健康傾向預測從而排斥某些人等。根據(jù)遺傳信息確定是否接受保險或雇用的做法已經(jīng)引發(fā)了某些政策問題。倘若遺傳代碼與功能之間的作用機理更加明確，這類問題就會帶來更大的困擾。

    療法和藥物的開發(fā)
    除了遺傳學之外，生物技術還可以繼續(xù)改進預防和治療疾病的療法。這些新療法可以封鎖病原體進入人體并進行傳播的能力，使病原體變得更加脆弱并且使人的免疫功能對新的病原體作出反應。這些方法可以克服病原體對抗生素的耐受性越來越強的不良趨勢，對感染形成新的攻勢。

    除了解決傳統(tǒng)的細菌和病毒問題之外，人們正在開發(fā)解決化學不平衡和化學成分積累的新療法。例如，正在開發(fā)之中的抗體可以攻擊體內的可卡因，將來可以用于治療成癮問題。這種方法不僅有助于改善癮君子的狀況，而且對于解決全球性非法毒品貿(mào)易問題具有重大影響。

    各種新技術的出現(xiàn)有助于新藥物的開發(fā)。計算機模擬和分子圖像處理技術(例如原子力顯微鏡、質量分光儀和掃描探測顯微鏡)相結合可以繼續(xù)提高設計具有特定功能特性的分子的能力，成為藥物研究和藥物設計的得力工具。藥物與使用該藥物的生物系統(tǒng)相互作用的模擬在理解藥效和藥物安全方面會成為越來越有用的工具。例如，美國食品藥物管理局(FDA)在藥物審批的過程中利用Dennis　Noble的虛擬心臟模擬系統(tǒng)了解心臟藥物的機理和臨床試驗觀測結果的意義。這種方法到2015年可能會成為心臟等系統(tǒng)臨床藥物試驗的主流方法，而復雜系統(tǒng)(例如大腦)的藥物臨床試驗需要對這些系統(tǒng)的功能和生物學進行更為深入的研究。

    藥物的研究開發(fā)成本目前已經(jīng)高到難以為繼的程度，每種藥物投放市場前的平均成本大約為6億美元。這樣高的成本會迫使醫(yī)藥工業(yè)對技術的進步進行巨大的投資，以增強醫(yī)藥工業(yè)的長期生存能力。綜合利用遺傳圖譜、基于表現(xiàn)型的定制藥物開發(fā)、化學模擬程序和工程程序以及藥物試驗模擬等技術已經(jīng)使藥物開發(fā)從嘗試型方法轉變?yōu)槎ㄖ菩烷_發(fā)，即根據(jù)服藥群體對藥物反應的深入了解會設計、試驗和使用新的藥物。這種方法還可以挽救過去在臨床試驗中被少數(shù)患者排斥但有可能被多數(shù)患者接受的藥物。這種方法可以改善成功率、降低試驗成本、為適用范圍較窄的藥物開辟新的市場、使藥物更加適合適用對癥群體的需要。如果這種技術趨于成熟，可以對制藥工業(yè)和健康保險業(yè)產(chǎn)生重大影響。

    值得注意的是，制藥工業(yè)的知識產(chǎn)權保護在世界各地是不平衡的。某些地區(qū)(例如亞洲)會繼續(xù)以生產(chǎn)專利過期藥物為主，有些地區(qū)(如美國和歐洲)除了繼續(xù)生產(chǎn)低利潤的藥物外會不斷開發(fā)新的藥物。

    生物醫(yī)學工程
    很多跨學科的研究團隊正在加速發(fā)展生物醫(yī)學工程，其主要目標是生產(chǎn)各種有機和人造的組織、器官和材料。

    1．有機組織和器官
    設計、制造和修復組織和器官的技術進步可能會導致有機和人造人體部件的誕生。組織再生和組織修復的新進展會繼續(xù)提高在人體內部解決健康問題的能力。

    在歷史不超過10年的組織工程領域已經(jīng)出現(xiàn)了外傷處理用的人造皮膚。用于修復和更換的軟骨生長技術已經(jīng)進入臨床試驗階段，通過功能組織的生長治療心臟疾病的技術到2015年會趨于成熟。這些進展都取決于相關技術的進步，其中包括具有生物兼容性(生物可吸收性)的結構材料、三維導管材料和多細胞材料的開發(fā)以及對細胞組織在結構材料上的生長過程的了解等。

    干細胞療法的研究和應用會繼續(xù)取得進展，使人們可以利用這些非特異性細胞增補或取代大腦或人體的功能以及各種器官和結構?？茖W家在早期胚胎或胎兒組織中發(fā)現(xiàn)了最沒有特異性的干細胞，這引發(fā)了一場對在研究和治療中使用干細胞是否符合倫理道德的爭論。使用成人干細胞或干細胞培植等替代方法可以在減少倫理爭議的前提下成為大規(guī)模生產(chǎn)細胞的新途徑。

    通過轉基因技術獲得的授主組織、器官抗體和調節(jié)蛋白質可以減少排斥，使異種移植技術得到改進。例如，可以通過轉基因技術或克隆技術使狒狒或豬生長出人類移植所需要的器官。但這種技術到2015年不會取得大面積的成功。

    除了排斥現(xiàn)象之外，社會關注也會影響異種移植技術的實際應用。人們可能會擔心動物的疾病會通過異體移植傳染給人類。此外還有倫理、道德和專利方面的關注可能會引起法規(guī)對異種移植的限制，影響其應用范圍。

    2．人造材料、人造器官和生物工程學
    除了有機結構之外，設計和制造人類使用的人造組織和人造器官的研究會繼續(xù)進行下去。

    當前正在開發(fā)的多功能材料可以作為人體的結構材料和功能材料并不斷帶來新的應用。例如，內有疏水內核、外有親水外殼的聚合物可以用來定時釋放疏水藥物分子，作為基因療法或非活性酶的載體或者作為人造組織使用?？臻g排列穩(wěn)定的聚合物還可以用來作為投藥途徑。

    人們目前正在開發(fā)生物醫(yī)學用的其他材料。例如，正在開發(fā)之中的氯化膠體可利用氟所具有的電負性高的優(yōu)勢提高傳遞氧氣的能力(在外科中作為血液的替代品)，還可作為投藥途徑使用。正在開發(fā)的水凝膠可以控制其膨脹效果，可作為投藥途徑或組織工程中附著生長材料的模板。具有生物活性的氧化鈣——磷酸鹽——二氧化硅玻璃(凝膠玻璃)、烴磷灰石和磷酸鈣之類的陶瓷材料可作為促進組織生長的網(wǎng)格、海綿和水凝膠使用。開發(fā)之中的涂料和表面處理材料可以提高移植材料的生物兼容性，例如克服人造血球中內細胞缺乏的問題并減少血栓形成。血液替代品可以改變血液存儲和補償系統(tǒng)，避免血液感染的危險。

    新的制造技術和信息技術的出現(xiàn)可以使我們能夠根據(jù)定制的尺寸和形狀生產(chǎn)生物醫(yī)學材料。例如，可以把計算機斷層技術和“快速原型制造技術”結合起來利用反向工程的方法逐層設計新的骨骼，以便根據(jù)手部、足部和頭顱的受傷部位定制利用陶瓷材料制造的骨骼。

    除了結構和器官之外，到2015年還可以實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)的人工修復。視網(wǎng)膜和耳蝸移植、脊椎神經(jīng)和其他神經(jīng)損傷分流術、其他人工通訊和模擬等技術會得到改進且由于成本的下降而獲得普及，從而消除很多導致失明和失聰?shù)募膊?。這可以減少或消除嚴重殘疾對健康的影響，減少社會負擔。

    3．生物擬態(tài)學和應用生物學
    大腦功能圖像處理和淘汰動物等最新技術使人們對人類和動物的智力和能力的理解發(fā)生了革命性的變化。這些成果到2015年可以大大加深人們對很多現(xiàn)象的理解，例如錯誤記憶、注意力、認知過程和信息處理等。這不僅可以使人們增加對人類本身的認識，而且還可以更好地設計人工系統(tǒng)，例如自治機器人和信息系統(tǒng)。神經(jīng)形態(tài)學工程的結構和設計原理是以生物神經(jīng)系統(tǒng)的結構為基礎的。人們已經(jīng)利用神經(jīng)形態(tài)學工程的原理設計出新穎的控制算法、視覺芯片、頭眼系統(tǒng)和生物擬態(tài)自治機器人。盡管目前還不能制造與高等生物具有類似智力和能力的系統(tǒng)，但是根據(jù)目前的發(fā)展趨勢到2015年可能會實現(xiàn)很多有用的功能，例如用吸塵器打掃房間、探礦或進行自治搜索。

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