生物信息产业前景分析

基因组学和生物信息产业前景分析

二十一世纪是生命科学的世纪：

生命科学在为人类社会进步、人类健康方面做出贡献的同时，还将创造出一大批新产业、新技术、新产品，孕育广阔的市场和巨大的经济效益。2000年，日本科学技术委员会公布了《后基因组研究战略报告书》预计到2010年：日本生命科学相关产业将达25万亿日元的市场规模。

生物信息学是将计算机与信息科学技术运用到生命科学尤其是分子生物学研究中的重大交叉学科前沿研究领域。未来几年，这一学科的人才将成为国际、国内最紧缺的人才类型之一。生物信息学专家、天津大学的张春霆院士指出，运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量基因组研究所获得的数据中所包含的生物学意义，生物学和信息学交叉、结合，从而形成的一个新的学科——生物信息学或信息生物学，它的进步所带来的效益是不可估量的。美国已经出现了大批基于生物信息学的公司，希冀在基因工程药物、生物芯片、代谢工程等领域掘出财富。生物信息工业潜力巨大。

和大多数人一样，我一直相信存在于基因组中的遗传序列是宝贵的生物信息资源，和生物技术的发展结合起来，将会成为未来生物产业的支柱。科学家们认为人类10万个基因的信息以及相应的染色体位置被阐明后，将成为医学和生物制药产业知识和技术创新的源泉。从目前研究来看，一些困扰人类健康的主要疾病，例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症、老年痴呆症等都与基因有关，可以依据已知的基因序列和功能，找出这些基因并针对相应的靶位进行药物筛选，甚至基于已有的基因知识来设计新药。生物信息资源孕育的巨大商业利益是不言自明的，这驱使众多的私人公司加入到了基因组研究的行列。其中最具代表性的是由美国著名基因组专家范特与著名生物仪器公司珀金埃尔默(PE)公司联

手、两年前成立的塞莱拉基因公司。2001年4月6日，该公司率先宣布绘制出了取自一个人的基因组图谱，此次又与资助的研究机构一起宣布了人类基因组工作框架图绘制的完成。基因组研究的商业阵营与资助的公益阵营之间的竞争进入了白热化阶段，而私营公司的介入才真正使基因组研究的进程搅动了股市。

日益激烈的竞争带来了新的挑战，同时加快了研究的进程，推动了技术的发展。科学家们预测：至少在今后几年内，基因组测序能力将以指数方式迅速上升，甚至超过信息产业中著名的摩尔定律所描述的速度。这是否意味着生物技术能够立刻就代替信息产业成为牵引经济发展的新动力呢？现实往往是残酷的。国家人类基因组南方中心主任陈竺院士认为，目前的人类基因组研究尚处在基础研究阶段，其成果能够直接应用于临床治疗或制药还需假以时日，以现在的研究进程看大约要20～30年之后，当然，也不排除有创新的技术出现而加快这个进程，不过最快也要在5～10年后。也就是说，生物技术类公司想大把大把地赚钱，从而领导新经济并不是眨眼之间的事。

以网络为代表的信息产业无疑仍是新经济的象征，今天的生物产业无论是在发展速度和规模上，还是给人的信心都不能与信息产业相比。虽然生物技术目前以令人难以喘息的速度迅猛发展，但要说影响世界经济的发展，还有相当长的距离。现在，人类基因组计划对普通老百性的影响远不及互联网，就如同70年代的互联网无法与当时遍布全球的电网和铁路相比一样。然而，当纳斯达克指数一周内惨跌25%，网络股缩水，进入阵痛式的调整阶段时，生物股的稳步上升则给人们带来了希望。

有人说，网络并不产生财富，它只是节省财富，未来的生物产业则可以创造出真正的财富。信息产业和生物产业无疑都是高科技的产物，但就创造财富而言，可以说前者“节流”后者“开源”。而从另一个角度看，信息产业和生物产业在新经济中并非此消彼涨的关系，它们更是一对互相帮助、共同进步的“好兄弟”。其实，在生命科学的研究中，始终不

能缺少计算机的工作，如果到基因组测序的研究所去看一看，大量的以超级计算机为基础的测序仪，会使你误以为到了一家IT公司。生物产业因计算机的加盟而提速，IT产业也因生命科学的需要而得以发展、获利。我坚信把生物信息技术、网络技术和资源引进到生物学及基因组学的研究中，绝对是一个多赢的益举。

一个很有说服力的例子就是所谓的GTL计划。

什么是GTL计划呢？我们可以把它看成是在系统生物学的框架下，生物学发展的又一次大的。GTL的全称是Genome to Life，由美国国家能源部发起，在这个计划中，一个核心目标就是希望在未来的十到二十年时间里面，了解几千种微生物及其系统，以为利用生物手段解决环境问题铺平道路。在这项研究，需要知识空白的填补，生物技术的进步以及生物信息学为数据发掘\\计算\\存储等方面提供的帮助。

我们知道在21世纪人类面临这健康、能源、环境等一系列迫切需要解决的问题，生物学的发展也许可以为这些问题的解决提供关键性的方法。为达成这以目标我们需要了解整个生物体系与环境相互作用的方式与机制，而后人们可以使用这些信息来指导后继的生物学解决手段的研究。基因组信息为理解生命体系的分子组成、机制提供了一个很好的起点。事实上，在获得基因组之后我们需要构成精巧的生物体系的各个层面上去研究生物体，并且在这个基础上去探讨生物与环境相互影响与作用的问题。这一研究需要生物、物理、计算机科学的多方配合与进步。

在基因组学的各个应用领域中，尤其值得一提的是制药业。在这方面，技术还比较落后，英国剑桥的“千年制药公司”的负责人蒂姆·克拉克甚至抱怨说：“制药研究是我所知的惟一一个生产力衰退的产业。研发过程还停留在原始手工业水平。”但生物信息技术的强力介入将使其发生天翻地覆的变化。路透社报道说，一种药物从思想酝酿到走向市场一般

约要10年左右的时间。但有了灵活的生物信息工具，就可智能化、因人而异、高效率地开发相应的药物。德国《商报》曾分析说，如果有了有效的技术后，药物开发周期将缩短一半到6年左右，这也意味着每家公司每年能够推向市场的新药数量翻一番。据专家估计，两年后基因药物制剂将占所有新药的一半。

对个人来说，生物信息带来了什么 德国《经济周刊》预言21世纪的职业前途时用了就职方向、薪水、职业特点、发展趋势和就职的先决条件几个指标，把年薪单挑出来，生物信息学家的年薪为4万到4.5万欧元，而单纯的从事生物技术研究的人员年薪只有3万至3.5万欧元，整整少1万欧元。

但对更多的热心的参与其中的公司而言，利润才是其真正的第一驱动力。IBM表示，到2004年，与生物信息技术相关的年销售额将达到30亿美元，这也可从一方面说明IBM为什么要在超级计算机研究领域遥遥领先。美国纽约投资银行“SgCowen”卫生保健方面的负责人斯泰利奥斯·帕帕佐普洛斯则打了个比方：“假设我是一家制药公司，如果有人能把我的药 用生物信息技术开发的 早一年投入市场，这可能意味着，你从中‘夺得’了大约5亿美元的收入。”

我们完全有理由相信，随着生物信息学、基因组学的蓬勃发展，在完全可以预见的未来我们必将迎来生命科学和生命产业的春天。

后记: 以上是基于我对生物信息学和基因组学的理解，和对其相辅相成的特殊关系的认识，参看了该学科最新的发展，所完成的小作文。

美国基因研究专家埃里克·兰德今年在波士顿举行的“生物信息世界”会议上指出：“现代信息技术正在促使生命科学揭开新的一页。计算机科学家与生命科学家合作至关重

要，基因学的发展不仅依赖于生物信息技术的进步，也离不开信息技术。”兰德目前担任美国麻省理工学院伍德海德研究中心负责人，他认为在过去的20至30年中，生物学已从一种以实验室为基础的科学转向以信息为基础的科学。他相信，基因科学的成功将“大大依靠信息科学与生命科学的联姻”。

在芯片上诞生的婴儿

生命科学家相信，IT将为现代生命科学谱写新的一章。也许不要等太久，婴儿可能是在一小块由电脑控制的芯片上受孕并度过其最初发育的若干时日。这种由美国研究人员开发的芯片，能自动地执行与体外授精有关的一切步骤，从卵细胞受精到胚胎培育，直至适于植入体内。据英国《新科学家》杂志介绍，这个相当于人工生殖道的装置还可望对胚胎进行测试和筛选，通过这一例行诊断及早查明其基因中存在的缺陷。

在常规的体外授精中，精液和卵细胞都要被倒进皮氏培养皿里，使受精卵在那里生长发育，直到具备植入体内的条件。由于胚胎在不同阶段需要不同的培养基，胚胎学家不得不在这期间用吸管将它们在各个培养皿间进行转移。

根据这个操作特点，要求首先编制出精确完善的控制程序，再设计出一种模拟女性生殖道内“环境”的装置。这个由透明弹性成的装置，外观酷似一块极小的玻璃载片，上面交叉分布着微型管道。这些管道的直径约为0.2毫米，它们与由电脑程序控制的注射泵相连，后者的作用在于使胚胎四处活动和增减液体的流量。

利用这个装置，研究人员进行了培育小鼠胚胎的试验。结果表明，传统的皮氏培养皿在48小时里毫无动静，但管道内的胚胎则有75%%达到足可植入体内的胚泡阶段，而且不曾发现任何有害的副作用。研究人员还用它成功地剥离了包裹在早期胚胎外的“卵膜”。

在体外授精中，这个“辅助性孵化过程”有助于促使胚胎成熟，但胚胎往往因在酸性溶剂中放置时间过长而受到损伤。但在芯片微型管道中，只要用酸性溶剂对胚胎表面进行快速冲洗，就能使卵膜在不受损伤的情况下自行破裂。

值得一提的是，这种特制的芯片，不仅允许同时培育多个胚胎，还可分别对各管道加以操纵和跟踪，更容易在植入前淘汰劣质胚胎。目前，胚胎学家已在显微镜下观察到这样的胚胎，还有不少诊所对其氧气和葡萄糖消耗量以及释放的二氧化碳含量进行了测试。有关人士声称，这项研究可能是为今后50至100年普及体外授精而迈出的第一步，它解除了女性在妊娠过程中感染各种病毒的威胁。

集成电路植入技术

不久的将来，人们将可以通过向人体植入集成电路来治愈各种疾病。去年12月，法国弗瑞尔大学的一位医生找到了一种利用芯片植入技术治疗帕金森综合征的方法，使患者在瞬间获得行动能力。这种新的治疗方法称为神经植入治疗法，通过由无线电或其他信号控制的计算机芯片可以影响或增强大脑运转的活力，进而改善患者的生理或运动能力。

帕金森综合征是由一系列的生理因素引起的，人体内拥有一种叫做多巴胺的“神经传感器”，如果这种神经传感器的数量不足，大脑内两个特殊的微小区域就会过度疲劳，这种疲劳对身体功能将产生负面影响。帕金森综合征患者有以下症状：行动迟缓，身体僵硬，甚至不能正常行走。最终这些患者将完全麻痹，许多人因此死去。弗瑞尔大学的A·L·本彼得教授发现，可以利用抑制大脑内这两个区域的过度疲劳来减缓上述症状。但他的治疗方法却恰恰相反，他通过在患者大脑永久植入一个电极来过度刺激这两个区域以达到治疗的目的。这个电极和安置于患者胸部的一个小的电子控制单元之间由金属线相连。本彼得利用无线电信号来遥控这个单元，甚至可以随意开关它。

电子人

2002年5月10日，美国有8个人的体内被植入硅片，这是电脑芯片植入人体这项有争议技术的首次商业应用。

制造商应用数字设备公司称，芯片将被用做身份识别设备，同时还可携带重要的医疗信息。该公司还说，它们正在研制一种更复杂的芯片，可以接收卫星全球定位坐标信号，并传送个人的方位。

这种微型设备只有一粒米大小，将被植入接受者的背部，通过使用无线手持扫描器激活休眠状态的芯片，届时会传送含有一个识别号码的信号。通过在电脑中注册输入这个号码就能获得所需的信息。一些保护个人隐私团体强烈反对植入芯片，他们说这样会形成跟踪控制的局面。

医学专家认为，在寻找失踪的早老性痴呆症患者等方面，芯片可能还不及每个人都能看懂的身份识别手镯等传统方法有效。

第一批芯片试用者包括一名早老性痴呆症患者、几名应用数字设备公司的员工以及想要率先尝试电子人技术的一对夫妇和他们的儿子。

应用数字设备公司计划每个芯片售价200美元，再加上每个月10美元的信息存储费，公司说目前还有4000到5000人在等待植入这种芯片。这种芯片已经引起了来自巴西和墨西哥的商业和方面相当大的兴趣。

IT公司联姻生命科学

人类基因组工作草图绘毕的消息像打开了阿里巴巴宝藏的大门，以基因技术为核心的生命科学市场正吸引着越来越多的淘金者。

一个行业的科技变革由另一行业的科技进步而促成的先例在人类历史上是不常见的。但这正是今天生命科学所面临的情况。人类遗传密码图谱既是生物学的壮举也是计算的壮举。信息科技有史以来首次成为推动实验生物学发展的原动力。这一趋势明显地表现在所有与了解疾病起因、新药开发相关的关键领域中———基因组学、蛋白质组学以及代谢途径的研究等。这些专业的研究需要依靠强大的计算机系统、数据和存储管理系统来完成大量的数据处理工作。

人类基因组草图仅仅是读出了“生命之书”，而要真正读懂它，揭示所有基因编码所代表的信息，还必须破译浩如烟海的数据。

在著名的英国桑格中心里，有关人类基因组的数据已经达到22万亿字节，是世界上首屈一指的美国国会图书馆藏书内容的两倍多。据这家中心估计，在未来2至3年内，与人类基因组有关的数据量还将上升到50万亿至100万亿字节。

而下一步对生命与疾病的分子生物学的了解将帮助人类解开促使基因将人体内100多万种蛋白质编码的复杂原因。对这些蛋白质的排列结构和它们之间交互关系的研究将需要前所未有的计算马力。这需要分析、分类、研究超大数量的信息并把它们同全球各地的研究中心和科学家们协调起来。

为了解决处理数据所需的庞大计算能力的问题，世界上最大的12家生命科学公司目前把近10%%的科研预算用于资讯科技投资，而且这个比例可能还将增长。

已经成为生命科学领域电脑服务器主要供应商的康柏公司不甘落后，最近宣布它将继续投资支持新兴生物技术公司，以培养未来的客户基础。

其实，IT公司还远不止盯着这些近期利益。以基因研究为基础的生物经济可能在新世纪里成为新经济的重要组成部分，对此人们已经达成共识。

根据以往的经验，率先进入市场的公司大多能够成为行业标准的制定者，这些行业标准往往意味着巨大的经济利益。

德国狮生命科学公司的股票上市之时，由于投资者看中这家公司的基因次序检索系统（SRS）可能成为行业新标准，其股票价格在短时间里迅速上涨了50%。

IT公司进军生命科学领域，与各国对基因研究的支持密不可分。为了在基因组研究的下一个阶段———分析蛋白质结构的国际竞争中领先，不少国家积极采取措施，促进信息业与生物产业的结合。

日本不久前就组织了“官产学”大联合的“生物产业信息化研究共同体”，参加这个共同体的除了制药、食品、生物、化学等与基因科学相关的企业外，还有不少电脑公司。

不甘寂寞的IBM

生命科学是近几年在国内兴起的新兴学科，目前无论是在国内还是国外，都是一个令人关注的研究领域。IBM公司早在1992年就开始涉足该领域，目前的生命科学专利在全球范围内居第八位。如今，IBM公司不仅是全球最大的IT公司，而且在科研领域涉足广泛，从高温超导体、电子扫描显微镜、量子计算机，到新纳米材料以及生命科学。

“蓝色巨人”IBM已经决定投资1亿美元，用5年时间研制一种名为“蓝基因”的超级电脑。IBM估计，与生命科学有关的资讯科技市场2003年已达90亿美元。

“蓝基因”的运算能力将是美国现有40台最快的超级电脑运算能力总和的40倍，它主要用于模拟人类蛋白折叠成特殊形状的过程。世界最大的个人电脑制造商美国康柏公司，也垂涎这块“肥肉”。

作为进入生命科学领域的实质性步骤，IBM公司去年建立了一个名为“环球蓝图（BlueprintWorldwide）”的合资公司，将计算机学和生物学两个学科紧密联系起来。蓝图公司旨在从现存的所有分子生物数据库中公开提供关于蛋白质的所有信息（它们的结构、功能及如何相互作用），并且从近20万篇已发表论文中精选出数据。IBM生命科学部副总裁卡罗琳·科瓦克说：“生命科学和计算机学是有一个交叉点，蓝图公司正是这个交叉点的一部分。新兴的生命科学不能没有现代信息技术的帮助，不能离开计算机。”

如今，“蓝色基因”已是IBM的一个项目，该公司将聚集起超过100万个微处理器创造出世界上最快的计算机，到“蓝色基因”完工的时候，它第一个任务就是要描绘出蛋白质是如何伸展开的。“10年前物理学推动了超级计算机的发展，今天推动超级计算机发展的是生物学。”

IBM估计，到2006年，生命科学每年在IT上的支出将达到600亿美元，相比之下2000年这一数字为220亿美元。IBM将发展用于生命科学的超级计算机。为此IBM正在物色更多生物信息专家，他们扮演的角色相当于30年前的管理信息系统（MIS）经理。当年的MIS经理向决策者询问库存水平、销售模式等问题，然后利用计算机分析它们，给需要结论的人提供最终结论，帮助他们做出最终决策