1、-1-2023 年年 6 月月 5 日第日第18期總第期總第 597 期期美國生物技術和生物制造的遠大目標：利用研發推進社會目標的實現美國生物技術和生物制造的遠大目標：利用研發推進社會目標的實現【譯者按】【譯者按】2023 年 3 月，美白宮科技政策辦公室發布美國生物技術和生物制造遠大目標。報告概述了美國未來 5 到 20年內生物制造的發展方向，并在提高產業鏈供應鏈彈性、促進生命健康產業發展、提升食品生產供給能力、優化氣候變化解決方案、推進生物經濟創新發展方面，提出了共 21 個方向 49 個具體目標。賽迪智庫消費品工業研究所對該報告進行了編譯，期望對相關部門有所幫助?！娟P鍵詞】【關鍵詞】生物

2、技術 生物制造 中長期目標-2-當前，世界正處于由生物技術和生物制造推動的工業革命的風口浪尖。通過生物制造，美國各地的可持續生物質可以轉化為新產品，并為基于石油的化學品、藥物、燃料、材料等生產提供替代方案。為響應拜登總統 2022 年 9 月有關“生物技術與生物制造”的行政令，能源部（DOE）、農業部（USDA）、商務部（DOC）、衛生與公眾服務部（HHS）和國家科學基金會（NSF）分別牽頭編制相關文件，詳細闡述未來 5 到 20 年內如何利用生物技術和生物制造來實現“提高產業鏈供應鏈彈性”“促進生命健康產業發展”“提升食品生產供給能力”“優化氣候變化解決方案”以及“推進生物經濟創新發展”等社

3、會目標。一、提升產業鏈供應鏈韌性一、提升產業鏈供應鏈韌性希望通過生物技術和生物制造創造更加靈活、適應性強的生產方式，以應對近年來全球地緣政治沖突、新冠疫情暴露出的產業鏈供應鏈問題。為此提出三方面中長期目標：（一）大力推行生物制造方式一是改善關鍵藥物的供應鏈。（一）大力推行生物制造方式一是改善關鍵藥物的供應鏈。在 5 年內，部署大量的合成生物學和生物制造能力，生產至少 25%的小分子藥物的活性藥物成分（API）。二是促進化學品生產更加綠色可持續。二是促進化學品生產更加綠色可持續。在 20 年內，通過可持續和具有經濟效益的生物制造途徑至少滿足美國化學-3-品需求的 30%。三是加快生物制品的開發。

4、三是加快生物制品的開發。在 20 年內，將新的生物技術應用于生物制造的工作流程，在至少 3 個已知存在供應鏈瓶頸的行業中，每個行業實現生產 10 種新的生物制品。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：開發具有成本競爭力的替代性生物制造途徑，比如基于細胞的流程和非細胞體系，用以生產關鍵的活性藥物成分、化學品和其他材料。設計和測試可持續和具有經濟效益的制造能力和功能，以支持對商品材料的大規模生物制造。推進合成生物學工具和創新的生物加工手段，以回收/獲取關鍵礦物，包括但不限于鋰和鈷。進行生命周期成本分析，以確定經濟上最可行的生物制造模式，同時確保生物安全、生物安保和

5、生物保護。制定生命周期管理方法，以實現更可持續的生物制造，并開發生物制造解決方案，通過對現有產品和其他廢棄物或副產品的回收或再造，來推進循環（生物）經濟。開發模型來預測最有前景的化學生產流程，尋求以生物制造替代方案實現相同或更大的規?；蛸|量，同時最大限度地提升可持續性。利用人工智能提高工程生物學平臺技術的可用性，以加快并優化新流程和新產品的研發與推廣。應對當前的規?；魬鸷捅O管科學要求。（二）提升供應鏈韌性（二）提升供應鏈韌性-4-一是提高預測能力。一是提高預測能力。在 5 年內，預測至少 50%的供應鏈薄弱環節并實時調整生物制造方向，從而解決瓶頸問題。二是實時調整生物制造流程。二是實時調整生

6、物制造流程。在 5 年內，將監測系統投入使用，以實時評估和調整生物制造參數。三是自適應供應鏈。三是自適應供應鏈。在 20 年內，部署先進的生物制造平臺和能力，一旦發現供應鏈瓶頸，在一周內做出響應。四是供應鏈靈活性。四是供應鏈靈活性。在 20 年內，實施 80%可行的生物制造技術，以滿足國內的產能需求。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：開發預測模型，以確定從生物制造替代方案中受益最多的供應鏈瓶頸（比如高需求商品化學品或材料），同時預測市場趨勢和勞動力需求（比如技能、地理環境、常規和擴增的能力），以應對生物制造和供應鏈瓶頸問題。開發準確的模型，以整合分散或分布

7、式生物制造生態體系以及輔助的信息技術基礎設施，包括國內能力分布圖，并預測生物原料的可用性和使用影響，以實現按需的本地生產。開發創新型線上、在線和過程中測量技術，包括基因細胞株和活體評價系統，以實現對質量屬性的實時評估和調整。開發數據集、標準和預測能力（包括使用人工智能、機器學習和數字孿生），以便在適當的訪問控制和數據安全的情況下，實現流程控制和供應鏈數據的實時反饋回路與分析。推進可無縫-5-集成自動化、軟件、設備和人員的智能生物制造，以提高流程速度、可靠性和效率。開發平臺技術和標準，以加快生物制造設備、部件和耗材的開發、生產以及互操作性，并改進生物制造流程和產品的表征和測試。開發標準的微生物菌

8、株、非細胞體系、關鍵試劑、已知機能和性能的序列，以及可以按需快速生產、分發并擴大規模的供應鏈分子與化合物。制定材料和試劑的標準化質量指標，以實現不同供應商之間互操作性，并制定先進的算法，以便在供應鏈受限或中斷時，能夠使用替代原料或流程實現自適應儲備。開發創新設計、穩定的質量管理體系和標準，使生物制造設施得到更有效的利用。開發可用于有效改造城鄉地區現有生物制造設施的技術和相關策略。開發模塊化的生物制造能力，以擴大、縮小或橫向擴展規模。開發一次性技術，以及符合目標且端到端的生物制造平臺，從而實現生物體和流程之間的快速切換。（三）加強商業標準與數據基礎設施建設一是加強數據基礎設施建設。（三）加強商業

9、標準與數據基礎設施建設一是加強數據基礎設施建設。在 5 年內，通過數據標準、工具和能力的進步與整合，啟動數據基礎設施，包括有效且安全的數據共享機制。二是加強標準基礎設施建設。二是加強標準基礎設施建設。在 20 年內，建立穩固的標準基礎設施，以實現生物制品和流程的快速發展與部署。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：-6-支持開發和集成數據標準、工具和能力，以創建符合政府開放科學措施的數據基礎設施，同時尊重知識產權、保護數據安全，并與國內和國際各相關方持續協調其他需求。創建數據標準（例如，本體、模式和元數據結構），以便開發、集成和利用先進數據分析（包括人工智能和

10、機器學習），并將數字孿生方法投入使用。設立基準和工具，以便驗證或核實材料、系統、流程、設備、軟件以及實驗室和現場技術數據。開發分析方法標準以及所依托的測量基礎設施，以增進復雜生物系統的可比性。制定生物加工標準以支持新興的生物制造能力，包括材料、單元操作、生物反應器和相關的互操作性。與美國制造業研究所和其他公開論壇合作，將行業基準、工具、能力和成熟做法轉化為國際標準，以確保標準能夠促進創新，而不是在無意中扼殺創新。二、促進生命健康產業發展二、促進生命健康產業發展希望通過推動生物技術和生物制造進步，促進生命健康產業發展。為此提出五方面中長期目標：（一）發展無障礙健康監測一是確定健康的生物指標。（一

11、）發展無障礙健康監測一是確定健康的生物指標。在 5 年內，利用新型傳感器確定至少 10 個下一代健康生物指標，并作為標準健康生活和預防醫學實踐的一部分來進行監測，比如免疫能力或微生物組成。二是二是-7-綜合健康診斷。綜合健康診斷。在 20 年內，開發并分發一種簡單易用、價格合理的家用診斷分析工具（“健康工具包”），利用新的健康生物指標，在診所和社區發揮作用，并滿足不同人群的需要，將健康結果的誤差減少 50%。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在發現下一代健康生物學指標方面：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在發現下一代健康生物學指標方面：開發新型傳感器及其陣列，用以檢測新的生物學指

12、標。將縱向研究與人類基礎生物學研究相結合，并開發相關的人工智能/機器學習模型來整合數據類型，以確定健康和老齡化標志物。與分散式臨床研究和行業伙伴密切合作，設計并推出新的大規模研究模型，用于下一代生物標志物的發現和驗證。二是在發展綜合健康診斷方面：二是在發展綜合健康診斷方面：開發微型檢測器、傳感器以及先進易用的多路檢測儀表盤。推進新型可穿戴遠程傳感器、電子病歷和其他生理數據來源的驗證和商業化，預測疾病的易感性并監測其長期后果?？紤]健康工具包的數據基礎設施，包括如何利用數據來改善健康，并與初級保健醫生或其他臨床醫生進行共享，同時繼續強調保護患者隱私和數據安全。（二）發展細胞療法等精準醫學一是提高多

13、組學數據收集能力。（二）發展細胞療法等精準醫學一是提高多組學數據收集能力。在 5 年內，從包含不同人群參與者的大型樣本中收集多組學指標，并確定哪些指標與至少 50種發病率高且影響大的疾病的診斷和管理最為相關。二是實現個二是實現個-8-體化多基因組學。體化多基因組學。在 20 年內，開發用于診斷、預防和治療的分子分型工具，以解決美國疾病相關死亡的主要原因，并通過開發1000 美元的多基因組學方法來確保上述分子分型工具的可行性。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在收集多組學數據方面：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在收集多組學數據方面：開發新型傳感器，比如體內DNA 記錄器，能夠收集

14、更多的數據，從而推動多組學方法的廣泛采用。通過對新型高通量技術的定向投資來降低成本，包括合成生物學和非細胞方法，重點是以每份樣本不超過 1000 美元的成本實現整個組織的空間分辨率多組學表征。二是在實現個體化多基因組學方面：二是在實現個體化多基因組學方面：制定多組學數據安全和使用契約，以保護患者隱私。創建標準化的多組學數據收集和分析方法，以支持預測模型。開發臨床研究方法，將多組學與環境、生活方式和其他表型數據相結合，以實現臨床上可行的患者分類、診斷和治療。（三）細胞療法的生物制造一是提高藥物療效。（三）細胞療法的生物制造一是提高藥物療效。在 5 年內，擴大用于開發細胞藥物的技術，使患者體內的細

15、胞活性達到 75%以上。二是實現規?；a。二是實現規?；a。在 20 年內，增加細胞療法的制造規模，以擴大使用范圍、減少醫療不公平現象，并將細胞療法的制造成本降低至十分之一。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在提高藥物療效方面：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在提高藥物療效方面：開發新的基因編輯技術和遺傳編-9-程，用以創造下一代細胞療法。將合成生物學的創新成果與新型非病毒遞送載體（比如脂質或聚合物納米粒）搭配，以進一步提高兩者的效用和有效性。開發穩定的臨床和基因組指標，以確定可能適合細胞療法的患者，并開發計算模型，以判斷和預測細胞療法中重要編程質量的療效。二是在擴大制造規模

16、方面：二是在擴大制造規模方面：按照細胞類型采用不同細胞療法生產設施的方法與標準，減少成本和等待時間。開發模塊化、平臺工程化的細胞技術，以及針對特定患者的配方。在商業級生產設施中測試用于下一代生物技術產品的全新生物制造方法，并排除相關風險。與臨床醫生和其他醫院工作人員合作制作培訓材料，以確保不同醫療設施之間護理資源的公平性。（四）人工智能賦能生物制藥一是提高生產速度。（四）人工智能賦能生物制藥一是提高生產速度。在 5 年內，利用國家資源實驗室網絡，來解決現有生物藥在自主生產和生物生產方面的障礙，將 10 種常見處方藥物的生產速度提高 10 倍。二是增加制造業的多樣性。二是增加制造業的多樣性。在

17、20 年內，將人工智能和機器學習（AI/ML）技術納入國家資源實驗室網絡，用于設計新型生物藥，并將新型藥物的發現和生產速度提高 10 倍。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在提高生產速度方面：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在提高生產速度方面：發展國家生物制造資源網絡，包-10-括三大核心組成部分：（1）一套分布式、模塊化的下一代自主實驗室，側重于各項能力，比如高通量篩選、相關代謝物的靈敏在線傳感器、下一代測序、高內涵成像、聚合酶鏈反應診斷等。（2）一個基于云的虛擬研究機構，所有分布式的自動化實驗室都直接與該機構互連。（3）一個將物理實驗室與虛擬云環境相結合的聯合模式，以便利用人

18、工智能方法來生成基于先前實驗的假設，然后在物理實驗室環境下進行測試。二是在增加制造業的多樣性方面：二是在增加制造業的多樣性方面：創建統一和標準化的實驗數據，讓美國各地的研究人員均能夠近乎實時地獲取，以幫助加快生物藥的開發。開發新的人工智能/機器學習方法來設計每一類藥物（例如，小分子、生物制劑、肽類和細胞療法）。開發比傳統技術的檢測極限、準確度和精密度高 10 倍的技術。在生物制造過程中開發和使用新技術，對代謝物、物理參數和生物制品進行在線檢測。（五）開發更先進的基因編輯技術一是提高基因編輯效率。（五）開發更先進的基因編輯技術一是提高基因編輯效率。在 5 年內，進一步開發用于臨床的基因編輯系統，

19、在最大限度地消除副作用的前提下，治愈 10 種已知的遺傳疾病。二是實現規?；?。二是實現規?；?。在 20 年內，加強生物制造生態體系，每年至少生產治療性基因編輯藥物 500 萬劑。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：為實現上述目標，擬開展以下重點研發：-11-一是在提高效率方面：一是在提高效率方面：開發基因遞送載體、基因編輯器和編輯系統。合作開發標準檢測方法，以評估體外和體內的編輯效果，并利用人工智能/機器學習技術，創建基因編輯器和遞送載體配對的標準方法。成立一個涵蓋標準制定、監管規定、工業制造能力以及學術研究等各領域專家的協商小組，制定統一的基因編輯標準。二是在提高制造能力方面：二是在提高制造

20、能力方面：創建化學、計算機、體外和體內的核心表征設施，用以評估基因編輯期及其遞送載體的安全性和有效性。安裝接收、儲存和準備基因療法所必需的設備，以應對臨床基礎設施問題。開發可大規模生產的基因編輯平臺技術，然后直接應用于多種疾病治療。三、提升食品生產供給能力三、提升食品生產供給能力希望利用生物技術和生物制造，為美國食品生產系統面臨的諸多挑戰提供變革性解決方案。為此提出三方面中長期目標：（一）提高原料生產力一是提高農業生產力。（一）提高原料生產力一是提高農業生產力。在未來 10 年內，實現農業全要素生產力的增長，以滿足全球糧食和營養安全的需求，同時加強對自然資源的利用和保護，未來 10 年內實現農

21、業生產力提高 28%的全球目標。二是增加氣候智能型原料生產和生物燃料的使用。二是增加氣候智能型原料生產和生物燃料的使用。到2030 年，增加常規及替代農業和林業原料的氣候智能型生產，用-12-于生物制造、生物基產品和生物燃料；將生物燃料的生命周期溫室氣體強度降低 50%；將美國液體運輸燃料中的整體生物燃料混合率提高 50%。三是減少氮排放。三是減少氮排放。在未來 5 年內，開發減少農業氮排放的技術，包括提高植物的氮利用效率，以及改良肥料產品和生產方式，從而減少對施用氮肥的需求。四是減少甲烷排放。四是減少甲烷排放。到 2030 年，減少農業甲烷排放，包括增加糞便管理系統的沼氣捕集和利用，減少反芻

22、牲畜的甲烷排放，以及減少垃圾填埋場食物殘渣的甲烷排放，從而實現美國將溫室氣體排放減少 50%的目標，以及將甲烷排放減少 30%的全球目標。五是減少糧食損失和浪費。五是減少糧食損失和浪費。到 2030 年，將糧食損失和浪費減少 50%，包括開發新技術并使其商業化，以及鼓勵采用新技術和現有技術。為實現上述目標，擬開展以下重點研究：一是支持提高農業生產力。為實現上述目標，擬開展以下重點研究：一是支持提高農業生產力。采用快速育種策略和生物技術來改良植物、動物和微生物，以提高生產力并減輕農業對環境的影響。加強對創新方法和技術的研究，包括精準農業以及循環和自然解決方案，以提高可持續性；減少投入。二是支持氣

23、候智能型原料生產和生物燃料使用。二是支持氣候智能型原料生產和生物燃料使用。加快對碳強度更低的氣候智能型原料的研究。開發快速評估和跟蹤原料質量的工具，以推動市場發展，使生產商能夠從產量和產品質量兩方面獲得回報。開發生化和生物制造流程，包括酶促和微生物過程，從而有效且規?；貙⒃?13-料轉化為中間產物和產品。擴大生物煉制技術，高效地將生物質分解成基本成分（例如，木質素、半纖維素和纖維素）；將木質素和半纖維素轉化為塑料、粘合劑和低能耗建筑材料；將纖維素纖維轉化為納米材料和纖維素衍生物，用于生產纖維、涂料、可再生包裝和其他產品。三是支持減少氮排放。三是支持減少氮排放。采用快速育種策略和生物技術培育對

24、投入要求較低的植物，并且增加對土壤氮和磷的吸收、儲存和循環利用。四是支持減少甲烷排放。四是支持減少甲烷排放。加強對飼料來源、新型飼料添加劑和飼料原料的研究，以減少反芻動物和水產養殖的腸道甲烷排放。開發新技術和創新生產系統，替代稻田種植生產模式，從而減少甲烷厭氧菌的產生。五是支持減少糧食損失和浪費。五是支持減少糧食損失和浪費。加強對方法、產品和工具的研究，防止或減少因變質、蟲害、霉變和天氣因素所導致的糧食損失，包括可持續、用戶友好型且可生物降解的包裝，以及可延長產品保鮮度和保質期的生物基涂層。制定并擴大策略，擴大食品回收或循環利用計劃的規模，包括先進的生化和微生物系統，從而將食物殘渣有效轉化為飼

25、料、肥料、材料、生物制品和燃料。（二）改善食品營養和質量一是開發新的食品和飼料來源：（二）改善食品營養和質量一是開發新的食品和飼料來源：開發新的食品和飼料來源，包括大規模生產新型或改良型蛋白質和脂肪，以實現在 2030 年前消除全球饑餓現象的聯合國可持續發展目標。二是提高食物的二是提高食物的-14-營養密度：營養密度：在未來 20 年內，提高農作物和動物的營養密度，開發未被充分利用動植物的營養密度，并在傳統生態知識的基礎上，更好地利用和保護具有重要文化意義和營養價值的動植物。三是減少食源性疾?。喝菧p少食源性疾?。簻p少食源性疾病的發病率，包括使用新的和改進的篩查工具，以實現“健康人群 2030

26、”所設定的目標，比如將沙門氏菌疾病減少 25%。為實現上述目標，擬開展以下重點研究：一是支持開發新的食品和飼料來源：為實現上述目標，擬開展以下重點研究：一是支持開發新的食品和飼料來源：擴大對食品成分的研究，使新的食品更加可口、經濟、易于制備，以及更容易制成加工食品。研究替代性蛋白質（例如，植物蛋白、發酵衍生蛋白和細胞培養蛋白）產品的結構設計和食品結構，包括植物和微生物材料與動物產品的比較。為食品或飼料生產找到高產量、低成本的蛋白質和脂肪來源，并開展可行性研究，包括精密發酵產品和其他行業的副產品或廢物流。為作物分離、谷物管理與加工以及其他控制措施制定和驗證基于科學和風險的流程，以確保動物蛋白生產

27、所需的谷物安全，同時減少食品供應鏈中潛在的混合以及過敏原交叉接觸。加強對動物餌料的研究，以提高消化率、改善氨基酸分布，包括在動物餌料中添加氨基酸，以提高從飼料到食品的轉化率。加強對牲畜和水產養殖的替代性飼料原料的研究，包括可以改良或替代飼料原料的植物、藻類或海藻。二是支持提高食二是支持提高食-15-物中的營養密度：物中的營養密度：采用快速育種策略和生物技術，培育營養密度更高的動植物，包括提高微量營養素和保健品的含量。擴大可用于營養目的的生物體范圍，提高目前農業生產中動植物物種的營養密度。擴大與部落和其他傳統生態知識守護者的聯合研究，培育具有重要文化意義的糧食。找準細分市場和機會，擴大具有重要文

28、化意義的非木材森林產品以及濕地和草地糧食品種的生產。三是支持減少食源性疾?。喝侵С譁p少食源性疾?。洪_發基于風險的工具，確定病原體的毒力因子和抗菌素耐藥性。研究方法和緩解對策，減少糧食系統（包括生產環境和加工設施）中引起食源性疾病的病原體。開發快速篩查、檢測和量化技術，建立病原體、化學污染物和物理危害的全國網絡。（三）促進種養殖過程免受環境壓力影響一是提高檢測和減輕病蟲害的能力。（三）促進種養殖過程免受環境壓力影響一是提高檢測和減輕病蟲害的能力。在未來 5 年內，提高檢測和減輕現有及新型動植物病蟲害的能力，特別是傳播疾病和破壞性的害蟲。二是提高對生物和非生物脅迫的韌性：二是提高對生物和非生物脅

29、迫的韌性：在未來 20年內，提高農業和林業的韌性，并開發工具，提高對生物脅迫（病蟲害威脅）和非生物脅迫（包括干旱、高溫、寒冷和降水）的韌性。為實現上述目標，擬開展以下重點研究：一是支持檢測和減輕病蟲害的能力：為實現上述目標，擬開展以下重點研究：一是支持檢測和減輕病蟲害的能力：開發和驗證病原體的快-16-速篩查、檢測和量化方法，在全美范圍內提供方便、及時和準確的實驗室服務。為具有嚴重傳染性的動植物疾病制定商業上可行的對策，包括動物疫苗和抗病毒藥物。著手研究誘導動植物防衛反應的分子技術，包括可以檢測、報告、發信號和自我治療感染的植物。擴大對攜帶病原體害蟲的綜合管理研究，比如生物防治劑、不育、基因驅

30、動、信息素、生物制劑和植物內置殺蟲劑。利用基因組測序來表征新的動植物病原體分離株，并確定其可能的新宿主范圍，包括成為人畜共患病的可能性。擴大對抗病蟲害農作物和動物及其近緣野生種的基因組篩選和測序；采用快速育種策略和生物技術，培育具有更好抗病性的動植物。二是支持對生物和非生物脅迫的韌性：二是支持對生物和非生物脅迫的韌性：采用快速育種策略和生物技術，培育適應當前和預測氣候、且在非生物脅迫下具有更高產量的動植物，包括益蟲。改進抗性篩選，在本地樹種中采用快速育種策略和生物技術，提高對病蟲害的抗性；制定輔助的遷移協議，以尋找、培育和推廣有韌性的樹木。增進對農業和森林生態體系的了解，特別是其面對不同規模的

31、壓力因素時的變化，以增強韌性并改善整體健康狀況。四、優化氣候變化解決方案四、優化氣候變化解決方案希望通過推動生物技術和生物制造創新成果大規模轉化和落-17-地，助力實現 2050 年凈零溫室氣體排放的目標。為此提出四方面中長期目標：（一）開發生物質燃料一是擴大原料可用性。（一）開發生物質燃料一是擴大原料可用性。在 20 年內，收集和處理可轉化的專用植物和廢物衍生原料 12 億公噸，并利用適合轉化為燃料和產品的廢氣二氧化碳超過 6000 萬公噸，同時最大限度地減少排放、用水、棲息地退化和其他可持續性挑戰。二是生產可持續航空燃料（二是生產可持續航空燃料（SAF）。）。在 7 年內，生產可持續航空燃

32、料 30 億加侖，且比傳統航空燃料的溫室氣體生命周期排放減少 50%以上（甚至 70%）。2050 年，生產可持續航空燃料將增加到 350 億加侖。三是開發其他戰略燃料。三是開發其他戰略燃料。在 20 年內，用低溫室氣體凈排放燃料取代 50%（超過 150 億加侖）的海運燃料、越野車輛燃料和軌道燃料。為實現上述目標，擬開展以下重點研究：為實現上述目標，擬開展以下重點研究：開展研究、開發和示范項目，減少原料生產、收集、運輸和預處理的碳足跡。開發具有經濟效益且可持續的技術，用于進行異質廢物流的預處理和污染物的分離，以提高可用廢物原料的數量和質量。探索可持續航空燃料生產中已知中間產物的新路線，生產新

33、的生物基化合物，用作可持續航空燃料，并減少溫室氣體排放。通過開發能夠使用各種原料的生產途徑，同時建立燃料質量標準和測試方法，優化纖維素原料的生物轉化和加工。-18-（二）發展生物基化學品和材料一是開發低碳化學品和材料。（二）發展生物基化學品和材料一是開發低碳化學品和材料。在 5 年內，生產商業上可行的生物制品超過 20 種，且生命周期溫室氣體排放將比目前的生產方式減少 70%以上。二是促進材料循環經濟。二是促進材料循環經濟。在 20 年內，示范并落實具有經濟效益且可持續的發展路線，將生物基原料轉化為可回收的聚合物，大規模取代目前 90%以上的塑料和其他商業聚合物。為實現上述目標，擬開展以下重點

34、研究：為實現上述目標，擬開展以下重點研究：利用生物技術確定關鍵分子生產中所涉及的生物途徑和生化過程，并提高一系列碳源生產化學品的產量和加工效率。在生物和化學的交叉領域開發創新，生產能夠最大限度減少溫室氣體排放的平臺化合物和最終產品。擴大流程和研發規模，對廢物資源（比如廢舊塑料）進行回收和/或再造，包括通過選擇性的化學和生物方法，重點是目前未被回收的混合和多組分廢物。加大材料（比如塑料）設計或再設計的力度，以改善材料報廢特性，包括視情況提高其可再利用性和/或堆肥能力。建立試點規?；O施，測試新技術，從合成、制造和聚合物加工到材料和化學合成及回收的生產線應用測試。（三）開發具有氣候調節作用的農業系

35、統和植物一是為穩定的原料生產系統開發測量工具。（三）開發具有氣候調節作用的農業系統和植物一是為穩定的原料生產系統開發測量工具。在 5 年內，開發-19-新的工具來測量農業和生物經濟原料系統的碳和養分通量，為國家框架做出貢獻。二是改造更好的原料植物。二是改造更好的原料植物。在 5 年內，改造植物并調節植物微生物組，以生產能夠在未充分利用的土地上生長的耐旱原料，將氮和磷的利用效率提高 20%以上。三是改造循環食物蛋白生產系統。三是改造循環食物蛋白生產系統。在 5 年內，示范生產食物蛋白的可行途徑，包括利用生物質、廢料和二氧化碳，與目前的生產方式相比，生命周期溫室氣體排放減少 50%以上，且成本相當

36、。為實現上述目標，擬開展以下重點研究：為實現上述目標，擬開展以下重點研究：改進估算、測量和監測溫室氣體源以及生物質和土壤中碳循環與封存的模型和方法。建立一個全美適用的框架及相關工具，用于測量和核實生產生物經濟原料在農業系統中的碳和養分通量。對植物（包括藻類）和土壤微生物群落開展研發，并生成相關知識，從而使用低碳密集型方法生產新的專用原料。制定有關方法，測量改造植物的整體改良情況。開發生物加工方法，在擴大基于生物技術的蛋白質生產規模的同時，保持質量不變（甚至有所提高），并將大規模廢物原料與合成生物學和生物加工工程有機結合。對現有的食物蛋白生產途徑進行嚴格和透明的流程分析，為可持續生物流程的開發提

37、供參考。（四）發展二氧化碳清除技術（四）發展二氧化碳清除技術-20-一是開發超大型的生物技術解決方案。一是開發超大型的生物技術解決方案。在 10 年內，開發技術，在數千萬英畝的土地上大規模實施超大型土壤碳封存和管理技術，提高土壤健康和抗旱能力，并實現美國的氣候目標。二是實現生物質脫碳與封存（二是實現生物質脫碳與封存（BiCRS）。）。在 9 年內，以低于 100 美元/凈公噸的價格示范持久、可擴展的生物質脫碳，實現 10 億噸級的脫碳。為實現上述目標，擬開展以下重點研究：為實現上述目標，擬開展以下重點研究：發展遺傳工程學和技術工具，使高產作物和林木的根系更深、更頑強，以增加土壤有機碳（SOC）

38、。填補植物-土壤相互作用方面的知識缺口，了解如何在不減少養分礦化的前提下，促進土壤有機碳的積累，并開發預測性生態整體概念框架，以了解土壤有機質的變化。確定最具經濟效益的生物質脫碳與封存途徑，以及將它作為完整碳管理策略的一部分，補充其他生物質用量。確定通過生物系統生產最長壽的固體碳材料，探索利用仿生或非細胞體系、生物電方法和生物無機材料將大氣中的二氧化碳更多地捕集到材料中。五、推進生物經濟創新發展五、推進生物經濟創新發展希望通過將基礎研究發現與產業科技創新相結合，發展生物經濟新增長點，以解決當前一系列社會問題。為此提出五方面中-21-長期目標：（一）利用生物多樣性推動生物經濟發展一是（一）利用生

39、物多樣性推動生物經濟發展一是在 5 年內，對 100 萬個微生物物種的基因組進行測序，并了解至少 80%的新發現基因的功能。二是二是在 20 年內，將所有類型生物體的新基因序列、新陳代謝和功能的發現速度提高到目前的 100 倍。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是加強從整個生命之樹的不同生物體中發現新功能。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是加強從整個生命之樹的不同生物體中發現新功能。制定選擇生物體進行測序的國家戰略，使得比較分析能夠揭示出可用于生物設計的功能變異。加快計算和實驗工具的開發，加強對序列和功能元素（例如，調控網絡、代謝途徑和性狀）的比較發現。二是將生物多樣性用于新的生物技

40、術應用中。二是將生物多樣性用于新的生物技術應用中。擴大可作為工程生物系統宿主（基底）的生物體數量。將化學和材料科學的創新與測序和功能分析的結果相結合，擴大“部件”資源庫，以實現所謂的“即插即用”的設計建造能力。建立創新實驗室，為生物經濟的新材料、新設備和新產品提供生物啟發式設計。三是為生物經濟打造一個穩固的多機構、安全的數據基礎設施生態體系。三是為生物經濟打造一個穩固的多機構、安全的數據基礎設施生態體系。加強全美范圍內數據處理和分析能力，包括網絡基礎設施和生物信息。鼓勵生物數據（和生物部件）的可查詢、可獲取、可互操作和可重復使用。加強對網絡基礎設施和數據架構的支持，允許計算與-22-整合，以發

41、現不同的數據集。在開放數據的需求與尊重知識產權之間取得平衡，既保持對創新的激勵，也對敏感數據采取適當的數據保護和安全措施。（二）加強生物制造系統的設計和構建能力一是（二）加強生物制造系統的設計和構建能力一是在 5 年內，提高可預測地設計小分子或酶的能力，同時確保其能夠與任何靶標選擇性結合，并將這一過程所需時間減少到 3 周。二是二是在 20 年內，利用多學科的理論進步，在從分子到生態體系的所有層級上，實現對有目的的工程生物系統設計的置信度達到 90%。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在生物分子、細胞、生物體和生態體系各層級推進預測工作。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在生物分子

42、、細胞、生物體和生態體系各層級推進預測工作。擴大預測生物分子相互作用的能力，以掌握小生物分子和酶的重要功能。預測細胞、生物體和群落之間的通信模式，以便將其融入生物設計中。在各個層級推進理論、計算和實驗工具，以了解驅動生物系統變異的進化和適應機制，并預測如何利用進化變異對生物設計產生積極影響。二是利用預測和人工智能的力量推進生物設計。二是利用預測和人工智能的力量推進生物設計。開發全新的計算算法和自動化工作流程，將能夠預測可能構造的邏輯和規則與預測模型和生物部件庫及其相關功能結合起來。將人工智能與進化過程的知識相結合，超越蛋白質設計，加快生物組織所有尺度上的生物設計。制定基準方法-23-和標準，用

43、于測試和驗證人工智能及其他計算模型，以確保最終設計的可靠性和可信度。探索生物設計的局限性，以構建非細胞體系、合成細胞、最小細胞或生物體系統。（三）擴大構建和評估生物系統性能與質量的能力一是（三）擴大構建和評估生物系統性能與質量的能力一是在 5 年內，開發讀寫任何基因組、表觀基因組、轉錄組和表達蛋白質組的能力，從而能夠在 30 天內構建和評估任何單個細胞。二是二是在 20 年內，培育出一種可用作生產食品、原料、化學品或藥品基底的合成最小植物。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是擴大構建全新形式和功能的能力。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是擴大構建全新形式和功能的能力。開發先進技術，以

44、精確調節生物體（從微生物到動植物）的基因組、轉錄組、蛋白質組和代謝組，進而實現對復雜表型的高度可預測的空間和時間控制。利用關于不同調節途徑和開關控制器的知識，建立對生物分子和細胞進行精確高通量化學修飾的平臺。開發全新的模態，將細胞精確地組裝成器官、生物體或生態體系，并將非生物成分作為關鍵控制或感應元件。二是擴大測量、傳感、驅動和控制生物系統的能力。二是擴大測量、傳感、驅動和控制生物系統的能力。開發不干擾細胞功能的生物和非生物傳感器和換能器，利用量子、光學、磁和其他傳感模態，接收外源信號并與生物系統對接。開發平臺技術，全面讀取表達的基因組、蛋白質組和代謝組，以實現對任何生物體的高通量精確表型。開

45、發平臺和-24-工具，用于在相互關聯的自然和建筑環境中對來自細胞和多細胞系統的復雜信號進行快速、多模態的測量。開發傳感器/換能器系統，既能測量又能傳輸信號，使計算響應生效，從而實現生物系統的開放或閉環控制。三是通過公共基礎設施加速設計三是通過公共基礎設施加速設計-構建構建-測試測試-學習能力。學習能力。建立一個全國性的生物鑄造廠網絡，使人們能夠民主地使用虛擬和實體設施，在非細胞、細胞、類器官和整個生物體系統中，完成對現代生物技術的設計-構建-測試-學習周期。將生物鑄造廠與廣大公眾可獲取的“部件”和傳感器資源庫連接起來。（四）推進生物系統的規?；c控制一是（四）推進生物系統的規?；c控制一是在

46、5 年內，推進生物流程設計、優化和控制工具，使任何生物流程均能在 3 個月內可預測地擴大到商業生產，成功率達到 90%。二是二是在 20 年內，推進原料使用、生物體設計、流程設計和最終處置的所有方面與技術經濟分析相結合，使 85%以上的新生物流程在部署后的第一年就能實現可持續性和商業目標。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是通過穩固的流程建模、優化和設計，加快規?；?。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是通過穩固的流程建模、優化和設計，加快規?；?。培養預測細胞、生物體、生物體系統，以及它們在復雜生產和加工環境中使用及生成的分子的性能與行為（包括進化）的能力。利用生物鑄造廠的數據推進理論驅

47、動和人工智能的多尺度建模，將生物系統性能與生物工藝性能的模型相結合。整合生物流程所有方-25-面的參數優化，包括設計、上游和下游流程、產品報廢，以及非常規生物流程環境。推進流程設計方法從（半）批量流程過渡到連續和強化流程，包括通過使用模塊化、地理分布和潛在可重新配置的流程或設施，從而增強生物產品供應鏈的韌性。二是推進生物流程控制。二是推進生物流程控制。提高開發流程控制策略的能力，包括在細胞層級和整個系統層級的控制。推進基于模型的流程優化和控制，能夠明確兼顧生物和物理系統中的生物不確定性、隨機性和變化。推進估算技術，用以預測生物制造流程中無法直接測量的諸多狀態（例如，細胞表型、蛋白質表達或酶活性

48、）。（五）創新生物制造方法（五）創新生物制造方法在 5 年內，可重復地制造生物和非生物組件的集成設備，比如器官芯片或人機接口，并使組件的活性與連通性保持在 90%以上，為生物制造創新鋪平道路，包括開發關愛老齡化健康的輔助設備。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在生物材料制造方面進行創新。為實現上述目標，擬開展以下重點研發：一是在生物材料制造方面進行創新。提高利用生物基納米機械和設計的納米制造能力。開發工程生物和生物制造系統，用以生產生物聚合物，并就地進行規?；庸?，從而仿制自然界中存在的生物材料，比如昆蟲絲或外骨骼。二是推進細胞和組織與設備的整合，并創造多種材料。二是推進細胞和組織與設備

49、的整合，并創造多種材料。推進使用 DNA、病毒和細菌的生物-26-流程的發展。推進生物打印的能力，用以生成細胞支架、骨骼或軟骨替代物，以及模仿或替代活體組織的多材料結構。推動生物打印在燃料、電子和材料等方面的應用。整合新的細胞和組織的潛力，用于傳感、驅動、數據采集、反饋、修復，以及擴大制造打印活體材料的可重復性。提高制造功能性神經元或腦類器官裝置的能力，既可用于神經元的刺激和修復，也能用于潛在的生物計算應用。三是在人類技術的前沿進行創新。三是在人類技術的前沿進行創新。發展與可穿戴和普及技術相關的制造業，從而提供更強的靈活性、促進溝通，并滿足日常需求。創造適當的技術來提高勞動者的生產力和生活質量

50、，包括協作式生理和認知輔助、無縫增強現實和遠程呈現，以及私密和安全的健康與保健監測。譯 自：Bold Goals for U.S.Biotechnology and Biomanufacturing:Harnessing Research and Development to Further Societal Goals,March 2023 by the White House譯文作者：工業和信息化部賽迪研究院陸安靜 王旭 許靖聯系方式：18810263911電子郵件：-28-編 輯 部：工業和信息化部賽迪研究院通訊地址：北京市海淀區紫竹院路 66 號賽迪大廈 15 層國際合作處郵政編碼：100048聯 系 人：袁素雅聯系電話：（010）8855968413263204219傳真：（010）88558833網址：電子郵件：報：部領導送：部機關各司局，各地方工業和信息化主管部門，相關部門及研究單位，相關行業協會報：部領導送：部機關各司局，各地方工業和信息化主管部門，相關部門及研究單位，相關行業協會