从社会需求看基础科学研究关键领域

分子尺度上对遗传物质的读写

近 30 年来，以 CRISPR（成簇规律间隔的短回文重复序列）为代表的基因编辑技术飞速发展与应用，使人类能够在一定程度上对于 DNA 进行精确编辑。科学家不断改进 CRISPR 系统，利用 CRISPR 技术实现特定基因的破坏、修复、关闭和启动，实现对癌症、肥胖症、艾滋病、乙肝以及各类遗传疾病（包括镰刀形红细胞贫血症等）的治疗。同时，CRISPR 作为一种新的使能技术，能够为诸如合成生物学等新学科发展开辟崭新的领域，可以催生并构建新的分子机器和器官，以及用于大规模遗传筛选和制造各种基因缺陷的动物模型工具，进而使研究人员能够利用这些工具在原子和分子层面上对新的理论和技术进行测试。美国国家科学基金会认为 CRISPR 作为一种使能技术，能够有效地促使科学和工程领域的重大跨越，极大地促进了表观遗传学、合成生物学等生物学新兴领域的快速发展。

合成生物学是在分子水平上对生命系统的重新设计和改造；合成生物学结合了其他领域的知识和工具，涉及的领域包括系统生物学、基因工程、机械工程、机电工程、信息论、物理学、纳米技术和电脑模拟等；合成生物学已经在农业、能源、制造业和医学等行业得到应用。合成生物学的发展表明生物分子适合作为存储数字化数据的载体。美国国家科学基金会于 2017 年 5 月首次发布了《针对信息处理和存储技术的半导体合成生物学》项目指南，旨在探索合成生物学与半导体技术之间的协同作用，开创两大领域的新技术突破。赵国屏院士指出，“合成生物学的崛起突破了生物学的传统研究范式，从‘格物致知’转变为‘建物致知’……它（合成生物学）不仅将人类对生命的认识和改造能力提升到一个全新的层次，也为解决与人类社会相关的全球性重大问题提供了重要途径”。哈佛大学教授 George Church 认为合成生物学和基因编辑技术共同将人类带入了基因组学革命时代，即染色体尺度上基因读和写的交融。