最近一阵子，关于高考之后选专业的话题非常火热。作为互联网疯传的理工科“四大天坑”专业——生物、化学、环境、材料，一直被认为是非常不容易实现对口就业的几个专业。这是因为中国在这几个方面的产业力量仍然比较薄弱，没有足够多的科技公司及高技术岗位来承接这么多的本科、硕士及博士毕业生。仅靠大学里的那几个科研岗位，是远远满足不了就业需求的。
但新冠疫情爆发以来，事情逐渐起了变化。生物、生命科学以及生物工程，这些泛生物类的头号的天坑专业，逐渐有了“脱离组织”的倾向。这背后的原因，是近几年来相关企业的快速成长，在疫情期间悄然完成了产业升级。生产防疫用品带来的产能提升及生产质量提升，是其中的重要因素。
举几个大家身边的例子。
核酸检测（RT-PCR测试）是疫情期间重要的防疫工具，由于我国曾将其用于全民病毒筛查，所需的试剂量是非常可观的。由于大规模核酸检测带来的舆论风波，在2022年还曾经出现了一些谣言，说核酸产业每年需要向国外支付数千亿以进口检测试剂，这完全是混淆了早期与目前的产业生态。
PCR所用的DNA聚合酶，确实一度是核酸检测技术链条中的“卡脖子”环节，曾经长期需要从外国进口。但这5-10年以来，我国有数家企业突破了这一方面的技术壁垒，能够筛选、生产出质量完全过关，甚至性能更好的Taq聚合酶。
在PCR引物这样的较短核酸序列的设计与合成上，我国也在很早之前就已经突破了其中的门槛。目前以核酸合成为业务的公司，在每个主要城市都能找到不少。而国产核酸提取仪的生产能力，也在疫情早期就开始了爆发式增值。
核酸PCR检测试剂盒 图片来源：北京日报
疾控人员操作某款国产自动化核酸提取设备 图片来源：新华网
中国不仅是世界上第一个开发出新冠特异性核酸检测试剂盒的国家，也在全球新冠核酸检测产品中占据了很大份额的市场，核酸检测试剂盒甚至一度成为了我国出口产品的一大门类。由于我国“爆产能”带来的规模优势，2022年进行新冠核酸检测的成本相比于疫情早期，有了十倍以上的下降。
在PCR核酸检测技术之外，用于跟踪、判定病毒突变的测序技术，也是新冠检测方面的“隐形英雄”。
在流调溯源过程中，疫情的源头往往扑朔迷离，只有通过高准确度的病毒核酸测序，才能寻找到病毒来源的蛛丝马迹。在一次次疫情溯源过程中，我们也锻炼出了一支支能精准分析病毒序列的生物信息分析队伍。而为这些基于生物信息分析团队提供技术支持的，是众多测序仪器、试剂、器件方面的开发团队。抗疫斗争让这些企业的技术水平、生产能力、产品质量得到了很大提升。
华大智造生产的核酸测序仪 图片来源：华大智造
由于2021年和2022年出现的德尔塔及奥米克戎毒株，在感染者病毒载量方面出现了大幅度提高，相对原始毒株更容易被检出。这导致了灵敏度较差，但更容易操作、可以在家中完成的快速抗原试纸检测（RAT）异军突起，很快就成为了全球最流行的新冠确诊方式。
此间，我国生产的抗原检测试剂盒不仅迅速超越核酸试剂盒，成为了最受欢迎的新冠检测产品，更是占据了全球80%以上的市场。俗话说台上一分钟，台下十年功，中国能在极短的时间内开始爆新冠抗原检测产品的产能，也与整个产业链的进步有着巨大的关系。
生产抗原检测试纸，所需的最重要元件（之二）是可以和新冠病毒N蛋白结合的抗体配对（检测一个抗原蛋白需要两个抗体）。为了保证检测的稳定性及灵敏性，这类抗体均需具有极高的特异性及亲和力。可以说，抗体的性能在很大程度上决定了试纸的性能。
中国生产的抗体，曾一度被诟病为“廉价、低质”的代名词，但在新冠相关抗体的生产中，我国的生物制品企业在追求极限性能方面，可以用前赴后继来形容。不仅使用新技术将抗体亲和力提高到了逼近理论极限的皮摩尔水平，更是把一度“金贵”的单克隆抗体（一些性能突出的单克隆抗体，其价值密度甚至是黄金的上万倍）产量提高到了百克、千克级，几乎实现了“抗体论斤卖”。目前市面上销售的大部分试纸产品，对新冠病毒的检测灵敏度都达到了皮克每毫升的水平，而且售价甚至在10元以下（成本甚至更低），可以说是把高科技产品白菜化了。
新冠抗原快速检测试纸 图片来源：央广网
在快速诊断试剂之外，中国也是新冠科研用试剂开发的领跑者之一。全球首个开发出新冠相关重组蛋白及相关特异性抗体的就是一家中国公司。在此之后，中国的多个企业也一直在不断根据病毒的突变，开发最新毒株的病毒重组蛋白及相关检测抗体。这些科研试剂大量出口海外知名科研机构，而且广受好评。在几年时间中，我国头部企业的蛋白设计、生产水平也得到了质的飞跃。
这里说一个我曾在工作中亲历过的小故事吧。
新冠病毒S蛋白的三聚体蛋白由于与真实病毒上的天然结构高度接近，在免疫反应研究中有非常高的实用价值。但因其结构较为复杂，产品开发需要蛋白工程学、合成生物学等新学科的参与，开发生产门槛比单体蛋白及蛋白亚单位高很多。
2021年上半年，美国某知名科研试剂公司首先开发出了此类产品。当其得知中国尚无法生产同类产品时，其出口溢价甚至达到了上百倍。原价300美元（约2100RMB）的一管蛋白，在中国销售时甚至报价28万元RMB，近乎于对中国实施了封锁。中国企业当然也没让他们得意太久，在2021年底，中国的一两家企业就开发出了同类产品。根据我自己的测试体验，它们的性能与美国产品几乎没有区别。目前，这些产品早已返销美国。
新冠病毒S蛋白的细胞外结构，呈三聚化结构。每个三聚体S蛋白由三个单体蛋白相互缠绕而成。优于结构较为复杂，此类蛋白生产难度较高。图片来源：维基百科
在这几年的新冠疫苗接种中，我们也亲历了一次肉眼可见的技术升级。2021年我国刚刚开始推广新冠疫苗接种时，使用的还主要是灭活疫苗。究其原因，一方面是作为传统技术的灭活疫苗，安全性在多种疫苗里仍然是最好的。另一方面，其实也是疫情前我国的疫苗技术与辉瑞等行业领头企业出现了代差。
在2020年疫情刚爆发时，中国就决定进行饱和式救援，布局了多条技术路线。国家也投入了大量资源，帮助采用新路线的疫苗开展技术攻关及后续临床实验。在2021-2022年，这些方面的布局逐渐取得了成果。其中吸入式腺病毒载体疫苗、多价重组蛋白疫苗在真实世界验证实验中获得了极佳效果。目前我们能够接种的“第四针”，大部分是采用了这些新技术路线的新一代疫苗。它们的成功研发为未来与流行病的长期斗争积累了重要工具。
万众瞩目的mRNA疫苗，在三年的时间里同样也取得了质的突破，不过受限于脂质体载体性能上的限制，目前其综合表现还没能超越国际上的顶尖产品。比较可惜的是，虽然我们在2022年下半年已经研发了很多的新一代疫苗，但相比于来势汹汹的奥米克戎BA5、BF7毒株，这些疫苗推广得还是太晚了一些，没能阻止2022年底那如同海啸一般的疫情浪潮。
吸入式腺病毒载体新冠疫苗 图片来源：businesswire.com
四价重组蛋白新冠疫苗 图片来源：神州细胞
单靠新冠疫情带来的短时刺激，显然不是振兴整个行业的长久之计。随着防疫逐渐走向常态化，疫情期间产生的技术进步也会找到新的用武之地。近几年来，猴痘、埃博拉、流感等传染性病原体轮番登场，我们所面临的生物安全威胁俨然有加剧的趋势。在防疫过程中大放异彩的测序技术、核酸检测、抗原检测技术，还将在防范未来的传染病爆发中继续发挥作用。
在这两三年间，一些新兴学科也正逐渐浮出水面，合成生物学就是其中的一个代表。其实在疫苗的故事里，合成生物学就已经出场过。由于病毒不断的突变，使用单一毒株的蛋白制作疫苗已经不足让人体产生足够的免疫反应。科学家们设计出了一种自然界没有的蛋白，将多种毒株的抗原集成在了同一个蛋白分子上，成功开发了广谱性更好的疫苗，这就是比较直白的合成生物学研究思路。
再举一个例子，在研究分子传感技术过程的工作中，我们也越来越清晰地意识到，开发高性能的生物分子探针是提高检测灵敏度的关键因素。而抗体这样的天然分子，其性能存在一定的上限。我们希望在未来的研究中，能够通过AI等计算机技术辅助的蛋白设计，突破天然分子的性能极限。
在前文提到的人工设计生化分子（包括探针蛋白/核酸以及抗体等药物分子）之外，工程化微生物、用于医学治疗的工程化细胞、乃至于设计自然界不存在的生命体，都属于合成生物学的研究范畴。作为一个新兴领域，目前很多与合成生物学有关的研究仍处在早期探索阶段。我国的科研机构在这一方向也已有相关布局，笔者所供职的中国科学院深圳先进技术研究院就拥有全国最大的合成生物学研究所，每年都能产出不少世界级的科研成果。
双特异性抗体可同时和两个不同的细胞表面蛋白分子发射相互作用，有望增强肿瘤治疗的效果。图片来源：义翘神州
除了我上面介绍的合成生物学外，在最近的三五年间，基于测序的肿瘤分子诊断、个性化免疫治疗等技术，逐渐从PPT变成了大众可以接触到的产品，挽救了不少患者的生命。技术的突破同样也催生了一大批想在行业内产生一些影响的初创企业。虽然烧了不少融资，但也货真价实地带来了一批符合国家目前需要的新兴工业产业。虽然它们不一定像传统重工业企业那样拥有大型厂房、重型机床，但他们生产的产品却是如假包换的工业品。这些产品包含的附加价值相比于传统日用品已经不可同日而语，“十亿双袜子换一架飞机”的时代已经被我们甩在了身后。更为重要的事，此类产品生产过程所导致的污染物排放也比较少，有助于我国同时拥有“绿水青山”和“金山银山”。
因为产业领域的长足进步，我国在生物相关行业的高薪岗位相比于本世纪初增长了数十倍。“二十一世纪是生物的世纪”由一句略带讽刺意味的预言，也逐渐变成了现实。
值得警惕的是，生物相关产业仍有许多环节尚不能完全实现国产化。尤其是在仪器设备方面，大规模细胞培养系统、细胞分析分选设备、高分辨率荧光显微镜、冷冻电子显微镜等高端大型设备仍然较为依赖外国公司。更令人遗憾的是，目前还没有多少广泛投入实用的生物技术是由我国科学家首先发明的，这也说明我们肩上的责任很重，能努力的方向还有很多。
在未来10-20年内，生物技术领域还有可能继续出现突破，有望成为新兴技术的培育土壤。乐观一点说，如果能在其中的几个子领域内，诞生像赛默飞、Ilumina、辉瑞这样的国际知名龙头企业，生物科技没准还能成为我国新兴工业的制高点之一及下一代工业革命的发力点。让我们对这个可能产生众多“颠覆性技术”的庞大产业方向持续保持期待，看看后面会不会发生更令人兴奋的故事吧！