陳觀秋
生物計(jì)算作為生物學(xué)與信息技術(shù)深度融合的前沿領(lǐng)域，正推動(dòng)生命科學(xué)研究的范式變革。這一交叉學(xué)科通過整合基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等生物大數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能、云計(jì)算和高性能計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建了從分子機(jī)制解析到臨床轉(zhuǎn)化的新型研究體系。全球范圍內(nèi)，生物計(jì)算在藥物研發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療、農(nóng)業(yè)育種及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值日益凸顯。
生物計(jì)算是指利用生物系統(tǒng)固有的信息處理機(jī)理而研究開發(fā)的一種新的計(jì)算模式。生物計(jì)算研究包括器件和系統(tǒng)兩個(gè)方面。利用有機(jī)(或生物)材料在分子尺度內(nèi)構(gòu)成的有序體系、提供通過分子層次上的物理化學(xué)過程信息檢測(cè)、處理、傳輸和存儲(chǔ)的基本單元。稱為分子器件。生物計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和計(jì)算原理不同于傳統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)一般是并行分布式的。信息存儲(chǔ)往往是短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶的結(jié)合，是通過學(xué)習(xí)完成的。它的計(jì)算則表現(xiàn)為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，不僅存在精確的時(shí)間同步，甚至要求在分維時(shí)間尺度上才能描述。
當(dāng)前，中國(guó)生物計(jì)算行業(yè)已從技術(shù)探索邁入規(guī)?；瘧?yīng)用階段，但機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。一方面，生物數(shù)據(jù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)催生了高效計(jì)算需求，AI驅(qū)動(dòng)的藥物分子設(shè)計(jì)、基因編輯工具的優(yōu)化等成果顯著;另一方面，行業(yè)仍面臨數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化不足、跨學(xué)科人才短缺、算力成本高等瓶頸。與此同時(shí)，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇，核心技術(shù)自主化成為關(guān)鍵議題。在此背景下，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同創(chuàng)新、政策引導(dǎo)下的資源整合，以及商業(yè)模式的多元化探索，正在重塑行業(yè)格局。未來五年，生物計(jì)算將加速向臨床醫(yī)學(xué)、合成生物學(xué)等場(chǎng)景滲透，而其發(fā)展路徑需兼顧技術(shù)創(chuàng)新與倫理監(jiān)管的平衡。
1、市場(chǎng)規(guī)模與技術(shù)突破
中國(guó)生物計(jì)算市場(chǎng)近年來保持高速增長(zhǎng)。核心驅(qū)動(dòng)力包括基因測(cè)序成本下降(單基因組測(cè)序成本降至500美元以下)、AI算法在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)(如AlphaFold的應(yīng)用)和藥物虛擬篩選中的成熟，以及云計(jì)算平臺(tái)對(duì)生物數(shù)據(jù)的處理能力提升。華大基因、藥明康德等企業(yè)通過自研算法與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)壁壘，而騰訊、阿里云等科技巨頭則以算力基礎(chǔ)設(shè)施切入賽道。
2、應(yīng)用場(chǎng)景多元化拓展
醫(yī)藥研發(fā)：AI輔助藥物設(shè)計(jì)縮短研發(fā)周期30%-50%，如晶泰科技的自動(dòng)化藥物發(fā)現(xiàn)平臺(tái)已服務(wù)全球Top20藥企。
精準(zhǔn)醫(yī)療：基于多組學(xué)數(shù)據(jù)的腫瘤早篩、個(gè)體化用藥方案制定進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段，貝瑞基因的肝癌早篩模型靈敏度達(dá)90%以上。
農(nóng)業(yè)與環(huán)境：合成生物學(xué)與計(jì)算模擬結(jié)合，推動(dòng)抗逆作物設(shè)計(jì)及微生物固碳技術(shù)開發(fā)。
據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院《2025-2030年中國(guó)生物計(jì)算行業(yè)市場(chǎng)前瞻分析與未來投資戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告》分析：
3、產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)構(gòu)建
上游以測(cè)序設(shè)備(華大智造國(guó)產(chǎn)測(cè)序儀占全球15%份額)、生物數(shù)據(jù)庫(國(guó)家基因組科學(xué)數(shù)據(jù)中心)為核心;中游為生物信息分析工具(如華為云EIHealth平臺(tái));下游延伸至醫(yī)院、藥企及科研機(jī)構(gòu)。政府主導(dǎo)的“生物信息國(guó)家工程研究中心”推動(dòng)數(shù)據(jù)共享，但數(shù)據(jù)孤島問題仍制約跨機(jī)構(gòu)協(xié)作。
4、政策與資本雙向驅(qū)動(dòng)
國(guó)家層面出臺(tái)《生物經(jīng)濟(jì)頂層設(shè)計(jì)2025》，22個(gè)省份將生物計(jì)算納入數(shù)字經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。風(fēng)險(xiǎn)投資聚焦AI制藥(2024年融資超200億元)、基因治療等細(xì)分領(lǐng)域，但后期項(xiàng)目估值回調(diào)反映出市場(chǎng)對(duì)技術(shù)落地的審慎態(tài)度。
技術(shù)瓶頸：復(fù)雜生物系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬精度不足，如細(xì)胞信號(hào)網(wǎng)絡(luò)建模誤差率高達(dá)40%;算力成本占企業(yè)研發(fā)支出的30%以上。
數(shù)據(jù)治理：臨床數(shù)據(jù)脫敏、多源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化缺乏統(tǒng)一規(guī)范，制約模型泛化能力。
人才缺口：兼具生物學(xué)與計(jì)算科學(xué)背景的復(fù)合型人才稀缺，高校交叉學(xué)科培養(yǎng)體系尚不完善。
倫理與監(jiān)管：基因編輯、合成生物等技術(shù)的倫理爭(zhēng)議引發(fā)公眾關(guān)注，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后于技術(shù)發(fā)展。
生物計(jì)算行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)與前景
1、技術(shù)融合深化
AI+生物計(jì)算：生成式AI將加速抗體設(shè)計(jì)、基因表達(dá)調(diào)控等復(fù)雜任務(wù)，預(yù)計(jì)2030年AI生成藥物分子占比超50%。
量子計(jì)算突破：量子算法有望解決蛋白質(zhì)折疊等NP難題，目前本源量子等企業(yè)已開展早期研究。
2、應(yīng)用場(chǎng)景爆發(fā)式增長(zhǎng)
細(xì)胞治療與基因療法：CAR-T療法的計(jì)算優(yōu)化使生產(chǎn)成本降低40%，CRISPR-Cas9脫靶率預(yù)測(cè)精度提升至99.9%。
腦機(jī)接口與神經(jīng)計(jì)算：類腦芯片與生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)結(jié)合，推動(dòng)神經(jīng)退行性疾病治療。
3、產(chǎn)業(yè)生態(tài)重構(gòu)
云原生生物計(jì)算：Serverless架構(gòu)降低中小機(jī)構(gòu)算力門檻，生物云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)2028年達(dá)380億元。
跨境數(shù)據(jù)協(xié)作：粵港澳大灣區(qū)、上海自貿(mào)區(qū)試點(diǎn)跨境生物數(shù)據(jù)流通，助力全球研發(fā)協(xié)作。
4、可持續(xù)發(fā)展路徑
合成生物學(xué)驅(qū)動(dòng)的生物制造將替代20%石化產(chǎn)品，計(jì)算驅(qū)動(dòng)的低碳生物工藝設(shè)計(jì)成為ESG投資熱點(diǎn)。政策層面或出臺(tái)碳積分獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)綠色生物計(jì)算技術(shù)研發(fā)。
中國(guó)生物計(jì)算行業(yè)正處于從技術(shù)積累向產(chǎn)業(yè)爆發(fā)過渡的關(guān)鍵階段。政策紅利、技術(shù)創(chuàng)新與市場(chǎng)需求的三重驅(qū)動(dòng)下，行業(yè)在藥物研發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用成果顯著，并逐步向農(nóng)業(yè)、環(huán)保等更廣闊場(chǎng)景滲透。然而，數(shù)據(jù)治理、算力成本與倫理監(jiān)管等挑戰(zhàn)仍需系統(tǒng)性突破。
未來五年，行業(yè)將呈現(xiàn)三大趨勢(shì)：一是技術(shù)層面，AI與量子計(jì)算的融合將突破復(fù)雜生物系統(tǒng)的模擬極限;二是產(chǎn)業(yè)層面，垂直領(lǐng)域的專業(yè)化服務(wù)(如臨床前CRO的計(jì)算平臺(tái))與跨行業(yè)生態(tài)協(xié)同(如保險(xiǎn)+基因數(shù)據(jù))成為增長(zhǎng)引擎;三是政策層面，數(shù)據(jù)安全與創(chuàng)新監(jiān)管的平衡機(jī)制亟待建立，以釋放生物數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。
長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，生物計(jì)算不僅是生命科學(xué)研究的工具革命，更將重構(gòu)醫(yī)療健康、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的價(jià)值鏈。中國(guó)企業(yè)需加強(qiáng)核心算法自主創(chuàng)新，參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，同時(shí)構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研用一體化生態(tài)，方能在全球生物經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)制高點(diǎn)。此過程中，社會(huì)對(duì)技術(shù)倫理的共識(shí)構(gòu)建與公眾科學(xué)素養(yǎng)的提升，同樣是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基石。
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