自 2017 年以来，中国工程院连续组织开展“全球工程前沿”重大咨询研究项目，旨在按年度分析全球工程研究前沿和工程开发前沿，研判全球工程科技演进变化趋势。《2023 年度全球工程前沿》报告依托中国工程院9个学部及中国工程院《工程》系列期刊，联合科睿唯安开展研究工作。报告以数据分析为基础，以专家研判为核心，遵从定量分析与定性研究相结合、数据挖掘与专家论证相佐证、工程研究前沿与工程开发前沿并重的原则，凝练获得 93 个工程研究前沿和 94 个 工程开发前沿，并重点解读 28 个工程研究前沿和 28 个工程开发前沿。

将基础营养科学日益增长的发现转化为有意义的与临床相关的饮食建议，是当今营养与健康研究面临的主要挑战之一。最新的标准化饮食分析结果表明，即便食用同样的食品，不同人的反应依然存在巨大差异。这表明，开展营养干预时需要考虑包括饮食习惯、食物行为、体力活动 / 锻炼等方面的因素。

因此，综合营养基因组学、代谢组学和微生物区系图谱等深层表型，饮食前后的血液指标（血氧、血压、血糖等水平）、粪便菌群区系、饮食行为规律等生理表型以及个人活动 / 锻炼等生活因素，借助大数据分析与机器学习的优势，通过回归、分类、推荐和聚类等计算方式，探寻不同营养因子摄入、不同代谢特征、不同个体环境之间的交互效应，形成以可穿戴设备为生活方式切入的精准营养干预手段，是精准营养智能化实施、塑造营养生活范式的前沿路径。例如，针对肥胖表型的最新研究表明，肥胖表型受到遗传变异、微生物代谢产物和表观遗传因素的调控，其中包括 FTO、MC4R、PPAR、apoA 和 fads 基因的变异，CpG 岛区的 DNA 甲基化，以及特定的微核糖核酸（miRNA）和微生物物种，如 Firmicut、Bacteriodes、Clostridies 等。同时，微生物代谢物、叶酸、B– 维生素和短链脂肪酸与 miRNA 相互作用，也会影响肥胖表型。这表明营养代谢失衡是多维度的生物学因素的综合表型。因此，融合基因组学、蛋白组学、代谢组学、微生物学等技术手段，发掘营养失衡相关疾病的深层分子指征与生物标志，并从多组学角度建立人群代谢指征异常的预测性分析与分群依据，指导精准营养对慢性病、代谢病的预防性干预，至关重要，这也是精准营养临床发展的必然方向。

精确营养旨在通过遗传学、表观遗传学、微生物组、代谢物组、环境暴露组等多组学手段明确个体的代谢异质性因素，基于分子生物学、分子营养学等手段开展营养代谢相关的生物标志物筛查、疾病与健康的生理生化进程研究，明确不同健康问题的精准靶点、不同人群的精准需求等，将人们分成不同的群体，利用这种分层更好地估计不同群体的饮食需求，从而实现更好的饮食建议和干预，达到逆转慢性疾病与维持健康稳态的目标。

“精准营养与健康工程”工程研究前沿中核心论文的主要产出国家见表 1。其中，中国以核心论文比例 11.79%、被引频次 2 556 排名第六，与其他国家相比还有一定的差距，说明中国在这方面的研究优势还需加强。从篇均被引频次来看，加拿大核心论文数虽然较少，但是篇均被引频次排名第一，这也从侧面说明发表同行公认的高水平核心论文的重要性。

表1“精准营养与健康工程”工程研究前沿中核心论文的主要产出国家

该前沿中核心论文的主要产出机构排名前十的机构中没有来自中国的科研机构，哈佛大学以 25 篇核心论文位居第一；较为注重该研究领域国家间合作的有美国、英国、德国和新西兰。如表2所示，施引核心论文产出最多的国家是美国，占比高达 23.61%；中国次之，占比为 20.54%。如表 3 所示，施引核心论文产出最多的机构是哈佛大学，占比为 21.39%；其次是中国科学院，其占比达到了 14.09%。

表2 “精准营养与健康工程”工程研究前沿中施引核心论文的主要产出国家

表3“精准营养与健康工程”工程研究前沿中施引核心论文的主要产出机构

通过以上数据分析结果可知，中国在该前沿中施引核心论文产出方面处于世界前列，仅次于美国；但在核心论文产出方面与美国等国家还有较大差距。图 1为“精准营养与健康工程”工程研究前沿的发展路线

图1  “精准营养与健康工程”工程研究前沿的发展路线

近年来，营养与健康问题日益凸显，不良饮食以及营养失衡带来的健康风险已位于全球疾病风险因素之首，严重影响人类生命健康，制约社会与经济的有序发展。利用生物强化技术提高食品中重要功能组分的含量，是减少和预防在发展中国家普遍存在的营养不良与微量营养素缺乏问题的重要途径。通过育种技术提高现有农作物中能为人体吸收利用的微量营养素含量是生物强化的重要手段。富集如铁、锌和维生素A 等微量营养素的水稻、小麦、玉米和甘薯等主要农作物大部分已经培育成功，将进入从农田到餐桌的阶段，极大地改善贫困人口营养缺乏状况。此外，硒是人体必需的微量元素，而中国有 29% 的地区属于严重缺硒地区。富硒农作物的生物强化一方面依赖于以现代分子生物技术为基础的遗传与基因工程技术，更为有效的途径则是通过以土壤施硒肥和叶面施硒为主的农艺管理技术，进而提高农产品附加值，促进富硒产业的高质量发展。相对于农作物生物强化，食品生物强化则能在短期内解决微量营养素缺乏问题，而且可以精准作用于营养缺乏人群。例如 DHA、EPA 等不饱和脂肪酸对于胎儿大脑发育十分重要，而人体自身合成十分有限。将藻类或岩藻黄素等作为饲料添加剂，经口摄入进而提高反刍动物乳汁中 DHA 的含量及乳制品的营养价值。系统梳理“食品功能组分的生物强化”领域的发明专利将有利于评价这一产业技术发展程度，并指明该领域未来的发展方向，为实施精准营养策略、促进国民健康提供现实参考。

乳酸是具有生物相容性的有机羧酸，在医药、食品、化妆品等领域具有广泛的应用。乳酸的生产方法主要包括化学合成和生物合成两类。生物合成法因其环境友好、生产成本低等优势正逐步取代传统的化学合成法。然而，生物合成法通常采用木薯淀粉和其他粮食作物发酵生产得到乳酸，这引起社会对粮食和燃油问题的争议。因此，大宗乳酸化学品仍面临供不应求的问题。木质纤维素作为第二代生物质底物，是非食用性的可再生资源。因此，若将木质纤维素作为原料用于乳酸的生物合成，可有效解决上述问题。然而，木质纤维素的结构及组分较为复杂，在乳酸生产过程中大多通过批次发酵的方式进行，这存在发酵时间长、产率低、易产生杂质等缺点。细胞工厂技术可通过对复杂生命体的工程化重构，采用生物合成路径来生产目标产物。因此，从工业应用和经济性两方面考虑，细胞工厂技术是实现木质纤维素可持续生产乳酸大宗化学品的有效途径。未来，仍需进一步研发木质纤维素可持续生产乳酸的细胞工厂技术所配套的原料预处理、生物脱毒工艺，并进一步提升生物合成阶段的生产效率，以实现乳酸生产的全过程连续化。