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tvt体育全球生物经济发展现状与趋势研究

  tvt体育生物经济展现出巨大发展潜力,在推动经济社会转型与发展中发挥着越来越重要的作用,在技术创新、供给需求、资源保障、治理体系等领域均呈现出新特征。在技术创新方面,全球生物科技蓬勃发展,前沿技术、交叉融合技术、辅助技术不断突破;在供给方面,生物经济相关企业、产业快速发展,相关技术广泛用于提高经济社会发展的质量和可持续性,供给质量不断提升;在需求方面,市场导向的发展路径更加明确,支持手段更加多元,需求空间持续拓展;在资源保障方面,动植物资源、人类遗传资源等传统生物资源的保护和生物大数据等新资源的开发并举;在治理体系方面,顶层设计、监测和评估、监管和支持、法律法规和公众沟通等举措多管齐下。

  生物经济的兴起为经济社会绿色转型和高质量发展带来新的时代机遇。2022年5月,国家发展改革委发布《“十四五”生物经济发展规划》(以下简称“规划”),这是我国首部生物经济五年规划。规划明确指出生物经济以生命科学和生物技术的发展进步为动力,以保护开发利用生物资源为基础,以广泛深度融合医药、健康、农业、林业、能源、环保、材料等产业为特征,并提出发展生物医药、生物育种、生物材料、生物能源等重点领域。近十年来,全球主要经济体均不断强化生物经济布局,密集发布生物经济相关战略规划和政策。在全球推进绿色低碳转型以及新冠疫情的反复的背景下,生物经济的重要地位越发凸显。

  生物经济的概念早在20世纪90年代就被提及。21世纪初,随着人类基因组第一份完整草图绘制完成,以遗传学和基因工程为核心的生物技术受到全球广泛关注,对生物经济及其发展趋势的研究陆续增多。 相关研究主要基于全球生命科学与生物技术的进步,重点聚焦生物产业发展,认为生物科技的重大突破正在迅速孕育和催生新的产业革命,世界现代生物技术发展已开始进入大规模产业化阶段(王昌林,2005),发达国家已不约而同地把生物产业作为主导产业来培育,生物经济即将成为国际竞争的主战场(刘清峰,2005)。

  当前,生物技术已经成为许多国家研发的重点,生物产业已经成为国际高科技竞争的焦点,生物安全将是国家安全关注的重点,生物经济正在成为继信息经济之后新的经济增长点(王宏广等,2018)。

  同时,对生物经济的理解更加全面,比如,朱姝(2022)认为生物经济是继农业经济、工业经济、数字经济之后的第四个经济形态,主要包括生物医药、生物农业、生物制造、生物能源、生物资源、生物安全、生态环境等多领域内容。

  邓心安等(2022)指出,生物经济虽然尚处于兴起与成长时期,但从概念的形成到战略的制定,再到行动计划与项目的实施,已在欧美形成基本共识,政策研究将进入定量、标准研究与产品认证阶段。 李十中(2022)认为,生物经济发展趋向是构建生物食源产业与生物能源产业体系。

  也有学者分别聚焦于生物科技(丁陈君等,2020;刘冲、邓门佳,2020)、生物产业(白京羽等,2020)、生物资源(陈方等,2019)、生物安全(王小理,2020)等方面,对生物经济不同领域的发展趋势进行分析研判。

  综上所述,从全球趋势来看,生物经济已成为当前及未来大国科技经济战略核心内容之一(姜江,2022)。

  全球各国近年发布的生物经济相关战略规划均将技术研发作为重点任务,力求从经费支持、人力资源、基础设施、国际合作等方面持续支撑生物经济相关技术的研究、开发和创新。在2017—2021年每年12月《科学》杂志公布的年度十大科学突破中,生命科学领域的技术突破占比达到60%,2017年、2018年和2021年更是高达70%。相关研究显示,21世纪以来,部分国家将政府研发经费的50%、风险投资的30%用于生物与医药领域研究,在这一领域发表了60%的论文,申请了40%的专利,贡献了19%的国内生产总值(GDP)。值得注意的是,新冠疫情深刻影响了全球生物经济的布局方向,通用新冠疫苗研发成为各国科研攻关的重点。

  全球主要国家生物技术领域的支出逐年增加,研发强度处于较高水平。根据经济合作与发展组织(OECD)的数据,2011年以来,美国、法国、韩国等国家的企业对生物技术的研发投入持续上升,研发强度维持在较高水平(见表1)。

  2020年在论文发表数量最多的7个研究领域中,美国、欧盟、中国、日本、印度、英国在健康科学、生物和生物医学科学领域的论文数量都位居第一位(见图1)。

  在全球十大专利申请国2017—2019年的公开专利申请中,包括生物技术、生物材料分析、医学技术、制药、有机精细化学以及食品化学在内的生物经济领域申请占比较大,其中美国、英国、瑞士、俄罗斯、荷兰均超过20%,瑞士高达34.5%(见表2)。

  基因组学、合成生物学、计算生物学等生物经济的前沿技术都是生物质相关产业的共性技术,可以作为平台技术支撑其他生物技术的发展和应用。全球主要国家均在不断布局前沿引领技术,增强颠覆性创新,积极抢占生物经济领域战略制高点。

  美国、英国、欧盟均制定了相应计划,预计3至5年在本地区开展100万~500万人的基因测序,将基因组编辑作为生物经济相应战略规划中的重点技术之一。

  美国和英国均布局了合成生物学的应用项目,新加坡专项资助合成生物学研发计划,同时全球在合成生物学领域的出版物也呈现大幅增长趋势。

  相关技术在大数据和计算生物学研究的支撑下不断突破,引领基因组研究从“读取”进入到“编辑”和“编写”时代。基因组、转录组、表观基因组变异检测技术不断更新,已帮助研究人员获得了许多高质量的基因组图谱,如乌拉尔图小麦A基因组。

  人工合成生物体、人工设计操纵生物功能不断取得突破。中国科学院天津工业生物技术研究所在实验室首次实现二氧化碳到淀粉的全合成。

  美国和西班牙开发出将信息直接发送到大脑视觉皮层的“人工视觉脑”,帮助盲人获得基本视觉。

  生物经济是新兴的综合经济形态,需要大量技术创新及系统集成。无论是生物技术本身,还是相关研究工具的开发,学科之间、科学与技术之间、不同技术之间的交叉融合趋势日益凸显。如,生物工程与互联网、高性能计算、人工智能和自动化技术交叉融合,实现高效模拟、预测基因表达和调控途径,辅助生物设计、筛选、定向进化和组装(陈方等,2018)。与此同时,技术的交叉融合发展加速孕育和催生了一批具有重大产业变革前景的颠覆性技术,例如人工生物分子、类脑人工智能技术、生物3D打印等。

  美国出台的《2020年生物经济研发法案》明确要推进生物、物理、化学、计算科学与工程等交叉领域的研究;

  德国发布的《国家生物经济战略》也明确提出,针对生物经济使用数字化、人工智能、机器人技术等的融合技术,并加强跨学科合作;

  生物科技的发展离不开研究工具和方法的不断创新。该领域研发工具与技术平台的精度和效率不断提升,功能不断增强,技术通路、方法路径进一步扩展。发达经济体在生物传感器、生物成像技术,以及生物大数据基础设施建设方面部署了多个项目。

  生物成像技术向更清晰、更精确、实时、活体方向发展。 例如,斯坦福大学开发的CRISPR多功能成像方法,可实时观测活细胞中基因组编辑的动态变化。

  脱氧核糖核酸(DNA)突变检测技术、蛋白质编辑等均取得关键性突破。 例如,美国博德研究所研发出超精确基因编辑工具——先导编辑(Prime Editor),不依赖DNA模版即可实现单碱基自由转换和多碱基增删。

  生物催化技术更加高效、精准、可预测。例如,中国科学院与荷兰格罗宁根大学合作,建立了基于原子尺度的高精度生物催化计算平台。作为创新工具,研究人员可以借助计算机辅助设计工具,实现复杂遗传电路设计过程的自动化,从而解决了人工设计过程中出现的费时、费力、易错等问题。

  日本将强化创业和投资环境作为《生物战略2019》九大重点任务之一,并提出建立全球孵化系统,支持生物制造业企业由中小规模向大规模发展,提供长期稳定融资,以及促进工业和学术界合作等具体举措。

  为更好地与市场进行供需匹配,各国纷纷出台政策,促进制造商、分销商等利益相关企业早期介入,从技术研发、产品生产到市场应用全流程参与逐渐成为主流。从研发阶段开始,确保相应技术和产品、服务的供给直接与市场应用需求对接,降低投资风险,加速技术转化,实现生物经济发展的全流程供需匹配。例如:

  美国在生物经济计划的实施框架中,推行在开发阶段即引入潜在新技术制造商和分销商,基于量化技术、财务和政策风险制定产业化策略;

  随着人类对疾病认知水平不断提高,精准医疗、转化医学、基因编辑为疾病诊疗提供了全新方向,生物经济相关行业市场前景广阔。据麦肯锡全球研究院预测,未来10~20年,生物科学在人类健康和性能,农业、水产养殖和食品,消费品和服务,材料、化学品和能源等领域的应用预计每年将产生2万亿~4万亿美元的直接经济效益。各国高度重视生物经济产业布局,加大投资力度,提出明确的经济目标。例如:

  欧盟委员会发布的《欧洲可持续发展生物经济》明确提出建立1亿欧元的循环生物经济专题投资平台;

  英国发布的《发展生物经济——改善民生及强化经济:至2030年国家生物经济战略》提出,到2030年生物经济规模较2014年翻一番,达到4400亿英镑。

  美国发布的《生物经济行动:实施框架》提出,全面整合产业链,联系生物、物理、气候、工程、运输、环境和经济模型,更全面了解供应链决策的选项和影响;

  美国生物医药产业主要集中在旧金山、波士顿、纽约等九大城市圈,城市圈聚集了为生物医药发展提供科技、理论基础的高校和研发机构,也拥有世界知名风险投资公司,还引进了生物医药领军企业和新创企业。各企业互相促进,各环节共同作用,形成了良性循环的产业链。

  德国发展了诸如慕尼黑、海德堡、美因茨和柏林等地的产业集群,其《国家生物经济战略》指出,支持集群和示范区发展是保持生物经济领域领先创新基地的重要举措。

  生物经济相关技术广泛用于农业、工业、健康医疗、环境保护、应对气候变化等各领域,以促进经济社会健康可持续发展、高质量发展。例如,美国利用工业生物技术促进可持续制造和新产品开发,在能源领域减少传统化石能源的使用,在环境生物技术领域促进生物修复、资源回收。

  采用生物学方法生产的新材料将得到广泛应用,生物化学制造带来的经济影响会大大增加。其中,生物原料对化石原料的替代或将成为相关产业的发展重点。Bioeconomy Capital曾于2019年预测,到2030年,大部分新的化学品供应将由生物技术提供;到2040年,生物化学品将在各竞争领域超越石化产品。在相关产业布局上,各国也有积极动作。例如:

  德国政府通过了至2024年投入36亿欧元的生物经济行动计划,以帮助可持续资源取代日常产品中的化石原料;

  欧盟在《面向生物经济的欧洲化学工业路线图》中提出具体目标,在2030年,在有机化学品原材料和原料中,将生物基产品或可再生原料的替代份额增至25%。

  随着生物经济相关技术的逐渐成熟,商业化应用更加广泛,全球各国对重点市场或相关市场的发展方向更加明确。虽然侧重点各不相同,但是很多国家的时间表和路线图更加清晰,形成了具有较强的可操作性任务目标。如:

  欧盟在《面向生物经济的欧洲化学工业路线图》中,明确了推动生物基市场增长的详细信息,涵盖了在日用化学品等9个产品类别中添加生物基化学品的机遇和挑战,并分别提出2019年至2030年的短期、中期和长期行动计划和参与方。

  日本《生物战略2019》明确了9个重点市场领域,并提出要加强生物有关的实证工作,规划市场领域发展路线图。

  加拿大政府在率先使用生物塑料、第二代生物燃料、沼气、木质纤维素材料和生物材料的同时,对制定和传播生物经济产品的标准、方法、基准和评价标准上给予支持,为生物经济拓展空间。

  日本也在其生物经济发展战略中提出加强公共采购和标准执行。美国的生物基优先(Bio Preferred)计划、欧盟的生态标签(EU Ecolabel)和绿色政府采购(EU Green Public Procurement)等,都体现了政府这一导向,并给出了可操作性较强的具体措施。

  各国均高度重视生物经济领域的海外市场,在战略规划中均有提前布局和抢占全球市场份额的相关内容,且越来越强调国际合作的重要性。例如,美国强调要加强与国内和国际合作伙伴的联系。从不同区域看,欧美国家更侧重于从研发阶段就强调国际合作。亚洲国家则在布局中就将国际市场作为重点目标。例如,日本提出要利用政府援助项目,促进日本先进技术的海外市场扩展,实现海外市场所需的标准化tvt体育,并协调国际监管。

  为确保生物经济相关产品和服务能够顺利进入海外市场,各国均格外重视行业国际话语权的确立,力求引领标准或与国际保持一致。如:

  加拿大提出要与合作经济体市场的监管要求保持一致,以保证本国生物技术产品的出口;

  韩国提出要与海外监管机构开展合作,同时推进全球水平的认可认证规范合理化;

  日本提出要在标准、数据等方面与国际协调同步,加强贸易政策合作,提高国际竞争力。

  生物经济领域的产品和服务尚属于新兴事物,一方面消费者了解不足,尚未形成对相关产品的消费习惯;另一方面成本相对较高,且在转基因食品、基因编辑等领域存在争议。如何提升公众对生物经济类产品的接受度,培养相应消费理念和习惯是拓展市场需求的关键一环。加强与公众的沟通,通过宣传活动引导消费倾向等前期工作越来越受到各国的重视。例如:

  英国研究与创新署支持企业和学术界以透明及负责任的方式运作,以增强公众信任,公开有效地宣传创新生物基产品,提升公众对新产品的认知;

  《意大利的生物经济:为了可持续意大利的新生物经济战略》提出,要从消费者的角度促进对生物基产品的需求,收集关于消费者在生物基产品方面的信息,开发创新性、包容性的商业解决方案。

  21世纪以来,生物物种数量下降明显,生物多样性保护形势严峻。联合国2019年发布的《生物多样性和生态系统服务全球评估报告》显示,近百万种物种可能在几十年内灭绝;同时,人们对自然资源的需求在过去30年间翻了一番。各国越来越意识到生物经济政策必须确保生物质以可持续的方式收集和使用,同时在动物资源、植物资源、微生物资源、标本资源和人类遗传资源等方面开展了多方位的体系建设(见表3)。

  美国每年投入大量研究经费,通过先进植物计划、特种植物研究计划、动物基因组研究蓝图、微生物组计划等,为生物资源的保护、研究和开发形成全方位、全链条的支撑与管理;

  日本建立了多家动物资源的保藏利用机构,在植物资源方面特别侧重农业及食物资源。

  人类遗传资源是事关公众健康和生命安全的战略性、公益性、基础性国家资源,潜藏着巨大的经济和社会效益。随着对生命科学的不断探索以及生物技术在生命健康领域的深入应用,人类遗传资源的收集、保护和利用愈发重要tvt体育。

  美国着重于相关立法和政策实践,建立了基因专利的立法和一些实践中的约定,如《基因专利的立法》《统一生物材料移转合约(UBMTA)》《美国细胞培养暨储存中心示范合同》等(陈方等,2019)。

  英国早在2000年就建立DNA银行网络,开始正式对人类遗传资源进行大规模的收集与利用,并针对一些大病和常见病重点收集储存。

  我国在中国科学院建有细胞库和干细胞库、中华民族永生细胞库、人类资源样本库、国家模式与特色实验细胞资源库等,为生命科学研究、生物技术创新及产业发展提供高质量生物遗传资源和高水平的专业技术服务。

  随着信息技术的发展,生物大数据已成为一种新型生物资源。与此同时,对于生物大数据的挖掘也是未来生物技术进步和产业发展的重要支撑。全球各国已逐步将生物大数据的采集和应用纳入日程。例如:

  日本的生物战略目标就包括生物与数字化的融合,最大限度利用生物数据促进相关研究与产业的发展,建设世界一流的利用生物大数据的国家;

  韩国提出构建“国家生物大数据”,作为新药研发、疾病治疗和产业发展的基础;欧盟提出建立生物经济数据中心。

  标本数字化将物理对象转换为高质量数字图像,用更科学和便捷的手段为生物资源研究和保护留存重要科技资料。

  基于序列分析的DNA条形码(DNA bar coding)技术极大节约了物种识别时间,提高了识别精度。

  各国发展生物经济的路径更为详尽。从国际重大战略规划和政策措施来看,生物经济已成为全球各国未来经济发展比较认可的模式(丁陈君等,2020),通过积极谋划布局,不断探索适合本国的最佳路径tvt体育。各国近三年密集发布的发展路线图更加清晰,推进的阶段性目标也更加明确,政策连贯性也受到特别关注。例如tvt体育,加拿大基于2019年发布的《加拿大生物经济战略——利用优势实现可持续性未来》,2021年7月又发布《国家生物制造和生命科学战略》。此外,人口增长、气候变化等问题使得全球粮食供应链面临巨大压力,新冠病毒持续变异已成为当前世界面临的最大风险之一,粮食安全、生物安全以及相关议题受到各国高度重视。创新生物技术建立现代化农业体系,强化全球生物安全治理和风险防御,可能将成为今后各国制定、调整、完善生物经济相关战略和政策的重点方向。

  多部门多机构系统性协同推进成为主流。生物经济是跨越多个部门的经济活动,涵盖农林渔业、食品、生物医药与健康、工业制造业、环境保护与气候变化、能源、废物管理、贸易等,甚至涉及国家安全等领域。各国形成各部门协同机制,牵头不同领域,各司其职,系统性推进生物经济发展。例如:

  德国的《国家生物经济战略》提出,政府将任命一个独立的、成员广泛的咨询委员会机构,在多个相关团体的参与下针对多项目标和实施计划提出具体建议;

  《欧盟部署生物经济:制定生物经济战略的框架方法》提出,应考虑建立各利益攸关方交流互动的正式参与平台,以确保持续参与生物经济战略和行动计划的投入、监测和评估。

  在清晰界定生物经济概念的基础上建立监测系统和评估体系。一方面有利于监测生物资源,确保生物经济可持续发展;另一方面有利于评估生物经济发展情况,明确和改善战略规划和政策导向。

  美国能源部对生物质潜能测算,形成“十亿吨”报告,同时避免有机资源过度开发;加拿大将生物质价值化,用技术标准评估生物质和设施的质量与数量,证明其规模和检验生产数量与质量。

  欧盟将实施欧盟范围内的监测系统,追踪可持续和循环生物经济的进展;德国也提出强化生物经济发展监测与评估;美国在《保卫生物经济2020》中提出,要明确界定美国生物经济的范围,扩大并加强与经济贡献相关的数据收集工作。

  生物经济具有跨领域性,涉及人类生命健康等关键领域,面对的政策环境较复杂,监管尤为慎重。以新药监管为例,从实验室到临床应用的药物研发,均面临着严格的市场监管和较长的审批周期,监管既要确保新药的安全有效,又要跟上科学快速发展的步伐。为此,欧美等生物医药发达国家纷纷出台特殊审批条款,以减少阻滞。例如:

  美国食品药品监督管理局执行优先评审、加速批准、快速通道、突破性疗法等四项特别审批程序。

  韩国提出指定特定区域为管制自由区,为因管制而无法立项的产品提供大规模实验的机会,并强化食品药品审核的快速处理和安全管理;

  美英两国发布《遗传性人类基因组编辑》报告,为科学治理与监督人类基因组编辑提供参考。

  在生物经济前沿新兴技术快速发展的同时,其潜在的社会问题和安全风险也不容忽视。各国都在不断完善相应法律法规,以使相应技术和产业发展有法可依、有章可循。以转基因技术为例,欧洲法院曾于2018年裁定,包括基因编辑在内的基因诱变技术应被视为转基因技术,原则上应接受欧盟转基因相关法律的监管。

  加强与公众沟通和宣传可提升相关产品和服务的社会接受度,降低社会消极影响。例如:

  美国在《生物经济计划:实施框架》中,将加大公众宣传力度作为加强生物经济发展四项举措中的第一项,通过出版物、信息发布平台、论坛等形式向大众宣传;

  日本提出建立生物优先思想,在充分考虑生物技术伦理、法律和社会问题的前提下tvt体育,将生物优先思想深植入管理者、社会领导者及政府层面;

  英国将公众沟通作为实施生物战略的关键要素,使全社会充分了解并支持生物经济领域的研究和创新。