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2014-11-06

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45期(总第755期)

校发展规划处编 (开阔思路追求一流) 20131014



从基因组生物学到精准医学

于 军

今年是“人类基因组计划”宣布完成10周年。选择2003年结束这个计划是为了纪念美国沃森和英国克里克两位生物学家发现DNA双螺旋结构50周年,而沃森博士正是这个宏大计划早期的实际推动者之一。

科学界往往以重要人物和他们的重要科学发现及技术发明为里程碑。基因组学应属于分子生物学范畴,其学科的真正起点,应该是1953DNA双螺旋结构的发现和上世纪70年代初期DNA序列解读技术的发明。因此,也可以说“人类基因组计划”是50年来生命科学与技术发展的结晶。

一次性解读全部人类基因的DNA序列正是在分子生物学如火如荼的上世纪80年代初提出的。1983年和1984年美国NIH(国立卫生研究院)和DOE(能源部)分别组织了相关领域的科学家进行了启动大规模测序计划可能性的研讨,这就是“人类基因组计划”的酝酿阶段。1987年“人类基因组计划”的智库发表了《测定和绘制人类基因组图谱》的报告,“计划”进入真正的实施阶段。五年后,第一代荧光自动测序仪问世,“计划”则进入真正的数据获取阶段,并最终耗时15年完成。

路线图

“人类基因组计划”是一个预计斥资30亿美元的大科学项目,在30年后的今天来看也是个不小的数字,可以与1939年美国斥资20亿美元制造原子弹的“曼哈顿计划”媲美。据最新估计,“人类基因组计划”所创造的经济效益已经达到一万亿美元。更重要的是,它的未来价值体现还在不断继续。

早在“人类基因组计划”完成之前,时任NIH基因组研究所所长考林斯就提出了“基因组结构到基因组生物学,再到疾病生物学和医学科学”的路线图,意在将这一计划所产生的成果转移到经济和社会效益上。

2011年美国基因组学与生物医学界的智库又发表了《迈向精准医学:建立生物医学与疾病新分类学的知识网络》,宣示运用生物医学和临床医学研究的交汇,来编织新的知识网络。

华盛顿大学退休教授欧森博士是既参加起草了1987年“人类基因组计划”宣言性报告,也参加了精准医学报告的撰写。他对精准医学的解释是:“个性化”其实就是医学实践的正常形式,而分子水平信息的使用会使医学更精准,因而是恰如其分的目的性描述。

学医出身的博士后,时任NIH基因组研究所所长的格润,正在实践着他30年来的一贯思想:大科学项目一定要有始有终、以直接造福社会为目的。只有这样,主流科学家、政府、社会才能支持这样耗时十数年、耗资几十亿、集科学思想与技术集成为一体的大科学项目。

精准医学相关的大项目已经规划好。《报告》直接建议“百万美国人基因组计划”、“糖尿病代谢组计划”等。就百万人基因组测序而言,其单纯DNA测序价格就在10亿美元以上。鉴于英国医学临床资源不仅规范而且丰富,首相卡梅伦去年斥资一亿英镑启动了“十万人基因组测序计划”。

新境界

基于基因结构和序列变化的基因组学研究无疑已经转入到生物学和医学核心命题的研究。基因组学技术和规模化的特征将会延续并发扬,大数据、复杂信息、新概念和知识等等,都在不断地催生新的思维境界和新的思考。从“DNARNA再到蛋白质”和各类“组学”研究,最终将是一种整合性、更高层次的消化和理解。20多年前美国科学家胡德提出的“多系统生物学”开辟了新的思维和方法,但是他并没有将其研究内容具体化。

从基因组学(以DNA序列为研究主体)到基因组生物学(以生物学命题为研究主体),再到基于谱系的基因组生物学(以生物谱系,如哺乳动物为研究主体),是基因组学的“凤凰涅槃”,也符合生物学的发展规律。

基因组生物学目前至少有五个层面的思考。第一是“信息流”,延续“中心法则”的思维框架,包括遗传学和分子进化的所有研究内容;第二是“操作流”,包括生理学、细胞生物学和分子生物学研究的主要生物学命题;第三是“平衡流”,主要是药理学和生物化学等学科的精华;第四是“分室流”,它涵盖发育生物学、解剖学、生命起源等领域所涉及的核心科学问题;第五是“可塑流”,研究表型和行为的可塑性,前者囊括生态学与环境生物学的研究内容,后者包括神经生理和心理学等研究内容在分子水平的命题。

生命科学研究的真正挑战在于如何将这些基于不同概念,由不同技术和方法获取,被不同领域科学家们所收集,停留在各个不同理论和信息层面上的知识编织成一个有机的网络。生物医学研究与临床医学实践的精准度也正是由这些学科前沿的发展所决定。

中国使命

中国科学家在1999年适时参加了“人类基因组计划”,并承担了1%的任务。后来还参加了相关的国际性基因组研究计划,比如“人类单倍体型图计划”等。这些科学计划似乎并没有在中国科学界引起“波澜”,中国生命科学界迄今也没有启动足够规模、具有划时代意义的大项目,也没有启动能够让百姓大众振奋的大计划。

生物医学的发展趋势一目了然。要实现精准,首先是测量技术。DNA测序已经精确到单个核苷酸,因此单细胞和单分子(或超微量)技术,将会引领未来体内检测技术的发展。DNA测序、质谱、微流控、各类影像、微纳加工等技术的国内空白亟待填补。

其次是数据获取和综合挖掘能力。中国超级计算机运算能力可以成为领先国际的水平,但实际的领域性应用却常常落后于国际同行水平。

美国的NCBI和欧洲的EBI都是有着近30年历史的生物信息中心,我国没有;国际性大型文献收集和检索库都在不断扩张和更新,我国没有。

第三是临床和自然资源的积累,也许我国可以从头开始。最后是大项目的策划和实施,我国显然还正在研讨和吸取经验。

(作者:于军,系中国科学院北京基因组研究所副所长) ( 摘自《中国科学报》2013.7.24.)



鹰眼”:洞察未来的技术走向

—— 改变我们生活的技术竞争情报

   施雯 蒋 慧 张左之 (上海科学技术情报研究所)

  

政府需要“最好的信息”

  而今最火热的技术当属3D打印了。殊不知,早在2009年,美国国家科学基金会和海军研究办公室已经组织来自学术界、企业界和政府的65位专家组成工作组,研究未来1012年的积层制造技术路线图,积层制造技术就是3D打印的学名。这份路线图就积层制造在设计、过程建模和控制、材料和机器、生物医学应用、能源和可持续发展、社区发展、教育等方面的发展提出了一些建议。

  积层制造技术路线图还只是针对这个特定技术领域的,美国政府对3D打印技术具有前瞻性的“厚爱”还不止于此。2012年,美国国家情报委员会发布了一份《可能的世界——全球趋势2030》报告。那是一份大报告,预言了未来1520年可能的地缘政治变化,新技术的预见在其中只占较小的篇幅。但以3D打印为代表的“增量技术”(还包括机器人和智能制造等)却被重点提及。

  尽管尚不能定论3D打印未来发展是好是坏,至少美国政府是准确预见了这项技术的流行。由此一例,显见美国政府在技术预见上的功力。在美国政府内部,提供技术竞争情报服务的部门很多,而美国国家情报委员会可谓是全美情报界最高层级战略情报分析产品的生产者,声称要为决策者提供“最好的信息”,即“原汁原味的、不偏不倚的、无论其判断是否与美国当前政策相符的信息”。

  该委员会的成员均为来自政府、学术界和私营部门的高级专家,《可能的世界——全球趋势2030》报告的出炉也经历了全美以及近20个国家的专家的评点,还有来自互联网的意见。除自行生产情报产品之外,美国国家情报委员会同时也资助民间机构开展技术竞争情报活动。自1996年起,委员会资助美国最重要的非官方战略研究机构兰德公司预测未来15年信息技术、生物技术、纳米技术和材料技术的发展趋势以及它们对世界的意义和影响,从而为决策者和专家提供参考。

  该系列研究每5年发布一次报告,《2020全球技术革命深度分析》至今已出至第三期,该报告对至2020年内世界科学与技术的发展进行了预测,提出16个未来应用最广泛的科技领域,包括低成本太阳能电池、无线通信技术、转基因植物、水净化技术、低成本住宅、工业环保生产、混合型汽车、精确治疗药物、人造器官等。所谓兼听则明,2009年,美国国家情报委员会还委托斯坦福研究院下设的一个咨询公司进行逆向思维的研究,从而发布了《颠覆性民用技术:至2025年潜在影响美国利益的六大技术》。

  制定技术路线图,是政府较多采用的一种技术竞争情报方法,即应用简洁的图形、表格、文字等形式描述技术变化的步骤或技术相关环节之间的逻辑关系。它能够帮助使用者明确该领域的发展方向和实现目标所需的关键技术。美、日等国是技术路线图的发源地,也始终运用这一方法来引导企业界发展。

  较之美国,日本是将技术路线图运用得更具有系统性和延续性的国家。1971年,日本科技厅运用德尔菲法进行了第一次大规模的技术预见活动,此后每5年组织一次,至今已进行了9次全国性的技术预见活动,并且技术预见的结果在日本国内具有相当高的可信度,受到企业界、科技界和政府部门的广泛认同。日本科技厅并不是日本国内唯一开展技术预见的机构。

  自20053月起,日本经济产业省与新能源产业技术综合开发机构联合制定发布日本战略技术路线图(StrategicTechnologyRoadmap,简称“STR”),用来确定能够孕育新兴产业、增强主导产业国际竞争力的战略技术,并使这些技术能够按照设定的技术目标推进,为工业、学术界和政府对研发投资的战略执行情况提供导航。由于“STR”已成为日本政府引导重大产业技术布局和投资的重要技术战略文件,具有很强的前瞻性,故它在日本又被形象地称为“鹰眼路线图”(Bird’s-eyeRoadmap)。根据《战略技术路线图2010》显示,路线图的制定主要是运用了情景分析法,同时邀请来自大学、企业、经济产业省等的官产学研各界专家,聚合了各方见解后得到的。这份路线图聚焦的技术主要包括:信息通信、纳米技术、系统和新型制造业、生物技术、环境、能源、软实力、战略融合等8大类共计30个技术领域。

  从美日两国的实践可知,世界经济快速发展,技术竞争情报已被发达国家和一些新兴国家高度重视并实施,各国政府普遍把强化对研究开发投资、夺取产业的技术制高点作为国家战略的重点。

  在此过程中,技术竞争情报为政府部门提供了三种能力:一是决策能力,通过技术竞争情报可以为政府、产业界和研究机构提供准确可信的技术发展趋势研判,为科学决策提供支撑;二是竞争能力,技术竞争情报为国家或区域的科技发展指明了方向,有利于抢占先机,实现跨越式发展;三是优化能力,技术竞争情报能够帮助政府确定优先领域和项目投资,对科技经济资源的配置产生重要导向作用。

  政府在主导技术预见或技术路线图这类技术竞争情报活动时,是具有较大优势的。正如经济合作与发展组织曾指出的:政府能够承担企业无法单独承担的创新成本和技术风险,在无法满足所有学科发展需要的情况下,有限的资金要通过选择优先支持项目进行合理分配,并且政府具有构筑和加强国家或区域创新体系内各成员之间联系的责任,引导社会关心长远发展战略问题的使命,另外要促使中小企业充分利用未来技术发展的机会的职能,防止科技发展可能出现的负效应问题等,这些都赋予了技术预见的政府主导特征。

  当前,我国已进入创新驱动、转型发展的新时代,能否把握全球技术发展的脉搏,准确“预言”技术,将是中国实现技术创新、产业转型的良好机遇和重大挑战。而技术竞争情报,无疑是一把重要的钥匙。

  

愈发“时髦”的企业技术竞争情报

  “2060年,许多工厂将转入地下,如同隐形了,且高度自动化……”全世界都在热议第三次工业革命的当下,西门子在其电子杂志《未来之窗》2013年春季刊中,描摹起“工业4.0”时代来——当软件、传感器和通信系统集成于所谓的物理网络系统时,人、产品与机器之间形成强大互动,将带来一场真正的工业革命。《未来之窗》是西门子在线发布的创新刊物,立意为读者打造“一把在不确定的环境下预测未来进而发明未来的钥匙”。文章内容多为运用情景分析法预判技术动向,尤其是那些工业、能源、医疗、城市基建等领域内与西门子核心业务相关的前沿技术。由于将普罗大众作为目标读者,故笔调轻松,很容易让人忽略其技术预见的实质。

  时髦企业的这类“时髦做派”与远见卓识背后,“潜伏”着的技术竞争情报居功至伟。

  20世纪80年代初期,摩托罗拉成为全球首个拥有正式技术情报部门的企业,此后,大中型企业纷纷设立自己的技术情报部门。而今,随着技术手段的演进,创新意识的升级,企业内部实践技术竞争情报的方式越来越多元化,越发与时俱进,且与企业的组织架构和战略布局越发统一。

  单一的技术竞争情报部门不再能完全满足情报需求,部分企业选择在全球设立情报网络,铺开其技术情报搜集与分析业务。德国电讯公司是一个典型的例子。自2004年起,该公司为跟踪世界技术而建立了名为“技术雷达”的技术侦察网络,根据上海科技情报研究所研究员缪其浩的分析,当时该网络的结点主要分布在德国、美国硅谷、以色列和中国。德国总部有3位全职人员,以及可根据需要随时“激活”的约30名各领域的技术搜索人员。在国外,硅谷雇有1位全职、3位兼职的技术搜索人员;以色列某大学雇有1位;另有2名分别派驻北京和上海,关注着中国科技领域的发展动向。这些技术搜索人员通过跟踪产业界和学术界的技术信息,进行筛选、辨别,再传送给企业的相关职能部门——主要是创新战略部,二是首席技术官和首席营销官,以及研发和产品经理们。

  有些企业则更为低调,选择将技术情报部门“隐藏”在某个常规职能部门之内,反倒能令技术情报更好地为企业战略服务。

  台湾鸿海集团(即人们熟知的富士康)的技术竞争情报工作就由法务部门承担。据台湾出版的《五千亿传奇——郭台铭的鸿海帝国》一书透露,鸿海的法务部极其强大,全球设6个据点,400多名员工,人人拥有法律与理工科的双料背景。他们不仅需要应对日常的商业诉讼,更在扮演情报分析员的角色——跟踪鸿海的竞争对手,就他们在重要国家内申报的专利进行资料搜集、比对、拆解,将所有信息建档,构建鸿海自有的专利数据库。当该专利数据库拥有几万条资料之后,第二步,将数据库提升为“知识产权管理分析系统”,系统包括两个部分,基础部分是以分析报告为载体,每份报告厚厚几十页,清楚记载一家公司的资金结构、技术领域、市场占有率、竞争者和产品结构;专利部分则包括专利数量、区域部署、专利被引用次数、商业价值、内容差异性等。如果是鸿海的潜在竞争者,还会附上竞争力比较图。通过这种知识产权的系统性分析,鸿海可以一目了然地看清对手的技术弱点,设法找到自己的定位,在市场竞争中一击致胜。这一类以知识产权为利器,获取技术竞争情报,也是当前大型跨国企业比较盛行的做法。

  企业内部采用的技术竞争情报的分析方法也在不断创新。从2001年起,IBM公司就开始进行名为Jam(有“拥挤”之意,引申为“很多人参与的会议”)的创新活动,国内将之翻译为“创新头脑风暴”。至今已举行了8次,2004IBM通过这个平台确定了35项技术机会。2006年则以此来进行新兴技术商业化的规划,那次,共有15万人参与,当下火热的“智慧地球”中的关键内容都源自于这场头脑风暴。为了将参与者上传的零星分散、数以万计的意见归纳成为有效观点,IBM特别研制了文本挖掘工具为之服务,使得散乱的意见被集中成为有价值、可操作的创新思想。这一过程,不仅说明了技术竞争情报的作用,更表明在大数据时代,技术竞争情报意识的不可或缺。

  

北斗、灯塔、领航型“外脑”服务

  大部分时候,企业,尤其是中小型企业,需要借助“外脑”来开展技术竞争情报活动。

  2013615日和16日两天,世界新兴技术峰会暨竞争情报上海论坛在上海图书馆举行。这场论坛,可谓集聚了一众技术竞争情报服务的“外脑”们。

  第一类“外脑”是北斗星型的,他们不直接面向企业,而是面向社会大众,提供的技术竞争情报服务是宏观的,就像北斗星一样指明技术和产业发展的大势所趋。

  麻省理工学院是这类“外脑”的代表。在615日的论坛上,由麻省理工学院主办的《技术评论》杂志主编杰森·庞汀发布了最新的全球十大突破性技术(如下面图表所示),这些技术被认为具有最大的潜力可以改变全球图景,颠覆国际产业现有格局,创造全新市场和改变整个社会的新技术。《技术评论》创刊于1899年,每年都会评选出全球十大突破性技术。可以说,这份杂志是麻省理工学院向社会推介最新技术及其商业潜能的平台,也是麻省理工学院以技术预见的方式向公众传递技术情报的一个方面(麻省理工还有大量更贴近企业、更具针对性的技术情报服务方式),也是当下许多公共研究机构或咨询公司提供技术情报服务的一种方式,通过发布对宏观技术的预测,引领技术走向和产业动向。

  类似的技术预见成果有麦肯锡前不久发布的12项颠覆性技术、埃森哲每年通过情景分析法获得的《埃森哲技术展望报告》、世界经济论坛每年评出的“十大新兴科技”等。另外在呈现方法上稍有不同的是美国技术咨询公司Gartner每年发布的《技术曲线成熟度报告》。简单说,技术曲线成熟度就是把技术成熟的过程分成萌芽期、过热期、低谷期、复苏期、成熟期5个阶段,继而对当下重要的几千种技术进行评估,分析它们的成熟度、接受度和未来趋势分别位于技术发展的哪个阶段,以此为企业或其他组织等何时在哪里进行技术部署提供指南。

  第二类“外脑”是灯塔型的,他们与情报需求方——可以是企业,也可能是政府,保持着相对“若即若离”的距离,即尽管直接接触需求方,了解行业发展的实际情况,但本身是不参与技术研发的,犹如航海时矗立远方的灯塔,对情报需求方的战略选择乃至战术决策给予客观中立的、方向性的指导。

  本次论坛主办方之一的上海科技情报研究所(下简称“上情所”)便是这类“外脑”的代表。上情所的情报服务对象包括政府和企业。仅以技术预见为例,前沿技术跟踪比较是上情所较为擅长的技术竞争情报实践内容。通过建立对国内外科技创新趋势和前沿技术的监测体系和研判机制,上情所能迅速捕捉科学和技术发展最新热点,深入分析国内外前沿技术发展的差距、为政府决策和上海科技产业发展提供专业的情报支撑。

  基于这些,上情所成功预判了某些技术发展的趋势。如上情所曾经承担市决策咨询委员会的《发达国家高端制造业发展动向及对上海的影响与对策研究》课题,在研究过程中,及时发现了海外关于“第三次工业革命”即将到来的前沿洞察,该研究结果在媒体公开发表后,引发了全市及国内对“第三次工业革命”的极大关注。又如,随后完成的“国际物联网技术发展趋势研究”,在物联网技术的概念在全世界火热升温之前,就准确评估了国际物联网技术的发展趋势,且该研究成果经有关领导批示,对上海市布局相关产业发展和完善行动计划起到了针对性的作用。

  “预言”技术,只是技术竞争情报活动的初级目标,根本目的还在于能从大量有潜力的技术中,准确挖掘出将有长足发展的新兴产业方向。比如2000年,上情所研究员缪其浩在《文汇报》发表了《内容,一个大产业》文章,在国内率先引入了内容产业概念。又如,早在2002年,上情所的情报研究团队在《文汇报》长文介绍了当时国内还鲜为人知的“创意产业”的概念、动向和态势。也是在2002年上半年,上情所的情报研究团队就关注到了网络游戏产业在上海的崛起,于是用1年左右的时间跟踪这个产业的动向,及时用内参简报和研究报告等多种方式向上海各级决策层提供信息与情报服务,得到市领导的批示关注和各方的良好反响,促进了政府、产业、学术和社会各界的早期良性互动,对上海的网游产业健康发展在“第一时间”注入了些许情报的“助推剂”。“跟踪前沿科技,发现新兴产业”正是技术竞争情报的核心功能。

  第三类“外脑”是领航员型的,他们不仅为企业提供具有针对性的技术竞争情报服务,还亲身“涉水”研发,一边从事应用技术的研发一边孵化高新技术企业,这类“外脑”与企业界的关系最为紧密。

  此次参与论坛的台湾工业研究院(下简称“工研院”)便属此例。1973年由“台湾经济部”成立的台湾工研院,自我寄望是成为“世界级的研发机构、产业界的开路先锋”,而在过去的40年里,确实成功扮演了“开路先锋”的角色,工研院至今已培育了70多位产业CEO,育成165家新创的公司——包括台积电、联电、光罩股份有限公司等一批具有国际竞争力的半导体企业,累积超过1万件专利,为台湾地区开创了许多前瞻性、关键性的技术,如1983年开发出与IBM兼容的个人计算机并将技术移转给宏

  计算机,1996年建立了完整的LED产业供应链,2002年发现21型人类胶原蛋白,2009年推出全球第一片USB3.0薄型记忆卡等。

  从工研院的组织架构可知,它的业务被划分成技术情报服务和科技研发两大部分。对于寻求情报帮助的企业,工研院会整合研发研究资源,提供第一手的海内外技术信息,服务项目包括数据库信息服务、技术咨询服务、策略规划等。工研院还提供一套完整的知识产权管理服务,包括评估、授权、侵权分析、协助债权等系列服务,将专利作为帮助企业参与国际竞争的利器。

近几年,北京、上海紫竹、深圳以及昆山工业研究院等先后建成并在运转之中,可以说台湾工研院的成功在国内引发了一场“工研院”热。


背景 何谓技术竞争情报

  “技术竞争情报”一词,源于英文的CompetitiveTechnicalIntelligence,简称CTI。它的一般定义是:指能给组织的竞争地位带来重大影响的外部科学或技术的威胁、机会或发展的信息,以及这些信息的获取、监控、分析、前瞻和预警过程,是竞争情报理论和方法在产业技术领域中的应用。组织通过对技术竞争情报进行系统、及时和准确的搜集、分析,就可以预警和理解竞争环境中的科技变迁和发展趋势,抓住技术变革的机遇,从而在技术竞争中拔得头筹,或是对可能给自身带来威胁的技术变革作出早期预警。

  举个例子,前不久麦肯锡发布研究报告,公布未来12项可能改变生活、企业与全球经济的颠覆性技术,指这些技术有望在2025年带来14万亿至33万亿美元的经济效益。这类听来神秘高深的技术预见,实质就是技术竞争情报在发挥作用。通常,这一类的技术预见项目会采用传统的分析方法——德尔菲调查法,也叫专家规定程序调查法,即由调查者拟定调查表,向专家组成员征询调查意见,专家组成员以匿名的方式就调查表所提一系列问题发表意见,调查者汇总专家的意见并将结果反馈给专家,让专家在了解其他专家的看法后再次发表意见。经过两轮的征询和反馈,专家组成员的意见将会逐步趋于收敛,最后获得具有很高准确率的集体判断结果。在这个过程中,从前期的调查表设计、专家遴选,中期的信息收集,以及后期的环境变化监测等,这些环节都需要技术竞争情报方法的介入。尤其是将收集的海量信息进行辨别、提炼,并升值为决策参考;将分散在貌似不相关的多个领域内的远见卓识,进行战略化的整合;将当下看来是虚无缥缈的技术潜能,转变为能据此采取行动的产业化发展路径……这都是技术竞争情报的“看家本领”。

  技术竞争情报可溯源至二次大战结束,相当数量从事军事政治情报的专业人员改行来到民间,将很多原先用在军事政治情报上的方法转移到了产业技术领域,进而催生了技术竞争情报。有多种分析方法可以应用到技术竞争情报中,除前文所述的德尔菲法,还有些较常用的方法,如针对长期战略性问题的情景分析法、针对短期战术性问题的专利分析和对标等。

  当下,技术竞争情报的应用可分为宏观和微观两个层面,前者主要是政府和一些社会机构(如咨询公司、行业协会等)所做的一些技术预见和技术跟踪;后者是指企业层面的技术情报活动,包括技术发展环境监测和竞争对手技术进展的监测等。  (摘自《文汇报》2013.7.31.)

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