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为什么我们需要认真对待生物工程超级细菌的威胁?

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  2018年12月的第一周,世界各国外交官在瑞士日内瓦集会,这是《禁止生物武器公约》(BWC)缔约国年度会议的一部分。《禁止生物武器公约》有一条重要的训令:禁止签字认可该公约的182个缔约国发展、生产和贮存生物武器。
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  《禁止生物武器公约》以及广大生物安全共同体,更关注有明确可能性被用作生物武器的现有病原体,比如炭疽杆菌、肉毒杆菌和Q热(编者注:由伯纳特立克次体引起的急性自然疫源性疾病)致病菌。此外,健康安全专家还担心下一个全球流行性传染病的暴发。
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  流行性传染病通常是人畜共患的,例如,埃博拉(Ebola)、寨卡(Zika)、传染性非典型肺炎(全称严重急性呼吸综合症,SARS)和艾滋病(HIV)等。
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  这样的传染病的出现,很大程度上取决于自发性基因突变和环境因素。所以,产生了这样一个令人胆战的想法:也许未来的流行性传染病不取决于不同动物物种的偶遇和偶发的基因突变,而可能是人为设计出来的。合成生物学领域的新工具赋予了科学家超越自然选择,径直设计和制造出最危险病原体的可怕能力。
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  这一威胁一直萦绕于管理安全的官员的脑海。2018年5月,美国约翰·霍普金斯大学健康安全中心(CHS)组织美国前参议员和行政管理人员参与了一场演练,模拟国家应对生物工程病原体的国际性大暴发。在虚拟情境中,一个恐怖分子团伙创造了一种既致命又具有高度传染性的病毒。这一人为制造的流行性传染病暴发一年多后,全世界的死亡人数激增到1.5亿人,道琼斯指数下跌了90%,城市骚乱,大规模的难民处于饥荒中。
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  过去几十年里,生物技术飞跃发展。仅仅在75年前,我们甚至还不确信DNA是决定基因遗传的主要物质。时至今日,我们已能够越来越容易地读写和编辑基因组。
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  但是,生物技术是一把双刃剑,既能为善,也能作恶。生物技术的进步使得越来越多翻天覆地的巨变成为可能,我们担心只需现有的技术工具,就能人为制造出流行性传染病,进而造成新的巨变。足够有能力的肇事者可以复活过去最致命的病原体,比如天花病毒和西班牙流感病毒,或者修改禽流感病毒等现有的病原体,使其更具传染性和致命性。随着基因工程技术变得更强大,进行此类修改将变得更容易。
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  这样的“恐怖幽灵”有意(或无意)地对病原体进行基因工程改造,就可能造就比历史上最致命的流行性传染病更恶劣的伤害。没有明显的物理或生物约束来预防这样强危险性的生物武器。据生物安全专家皮尔斯·米利特(Piers Millett)称:“如果你试图创造致命的、容易传播的病原体,而又没有恰当的公共卫生措施来缓解疫情,那么,你所创造的是这个星球上最危险的东西之一。”
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  缓解这种生物安全风险,正成为21世纪面临的重大挑战之一——不仅因为风险很高,而是因为我们和解决方案之间存在无数障碍。
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帮助我们的技术也可能伤害我们

  曾经发生的流行性传染病相当恐怖,让我们猝不及防。比如,美国官方记录的首例艾滋病于1981年出现3年后研究人员才确定病因是艾滋病病毒。又过了3年,首个治疗艾滋病的药物才被研制出来并获准使用。现在,尽管抗逆转录病毒治疗使得那些艾滋病病毒感染者能够有效应对这一疾病(前提是,如果他们能够负担得起昂贵的治疗费),我们仍然缺乏一种艾滋病疫苗。
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  实际上,我们抗击新出现的自然疫源性病原体的装置很差,比这更糟糕的是,我们更没有准备好应对生物工程病原体。未来几十年,人类有可能创造出这样的病原体,它们恰好在现代医学能够发现、治疗和遏制的传染病原体范围之外。
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  更糟糕的是,图谋不轨者可能会有计划地打造能击败现有健康防御措施的致病菌。所以,当合成生物学领域的进步,使我们更容易发明抵御流行性传染病的新疗法和其他技术的同时,也可能使得国家和非国家的图谋不轨者能够设计危害性更大的病原体。
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  比如,新的基因合成技术赫然耸现,使得通过拼接并自动生成更长的DNA序列成为可能。这将给基础和应用生物医学研究带来裨益——但是同时,它也将简化病原体设计。
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  与其他大规模毁灭性武器相比,生物工程病原体的资源密集型程度更低。尽管图谋不轨者目前可能需要大学才拥有的实验室和资源,方能制造生物工程病原体,一个更大的障碍往往是信息的获取。一些信息,像如何熟练地使用某个特定的仪器或是细胞类型,只能通过数月乃至数年在导师指导下的科研训练才能获得。但其他信息,像病原体基因组序列的注释,可能通过公共数据库就能轻易获得,比如通过国家生物技术信息中心运营的那些数据库。
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2017年8月15日,美国犹他州达格威,一名专家在美军达格威试验场的智能实验室。工作人员在此地处理一些地球上最致命的病原体

  如果像病原体基因组序列或合成生物学协议类似的信息可以从网上获取,那会使得图谋不轨者轻易构造出病原体。但是,即使这些信息不上网,黑客照样可以从生物技术公司、大学和政府实验室的数据库中窃取敏感信息。
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  稍有闪失,只需一个有足够专业背景的恐怖分子团伙或是一个无赖的国家就能制造大规模的骚乱,这一事实使得预防生物工程病原体的破坏这件事变得更复杂。即使大多数的科学家和国家遵守协议,但只需出现一位图谋不轨者,就可能危害人类文明。
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  而且,一些伤害可能是自己造成的。从2004—2010年,美国实验室发生了700多起“选择性病原体和毒素”遗失或泄露事故。在11起案例中,实验室员工遭受了细菌或真菌感染。在一个案例中,一货船的有害真菌遗失,而且据美国联邦调查局(FBI)称,在运输过程中已被毁坏了。无意但有时粗心的生物学家正在实验室创造危险的微生物,在这样一个世界中,这样意外的泄露事故甚至可能造成骇人的后果。
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一个全球性问题

  像自然发生的流行性传染病一样,生物工程病原体无国界。在某个国家释放的传染性病原体将会传播到其他国家。防御生物工程病原体的行动是全球公共产品的一个例子——既然一种致命的生物工程病原体将会危及世界各国,那么,采取防范行动是一项造福全世界的事业。
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  全球公共产品面临的一个基本挑战是它们往往很有限。如果可以,各个国家更喜欢免费享用单边提供的全球公共产品,而不是自己开发。当然这并不意味着各国不会提供全球公共产品,只是各国往往只做不得不做的事。比如,像美国这样的国家只会考虑一种生物工程病原体可能对其3.25亿国民造成的危害,从而采取相应行动防止危害发生,但是,如果美国考虑的是生物工程病原体可能对全世界76亿人口造成的伤亡,那么它应该会采取更广泛的行动。
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  为了解决这一困境,20世纪70年代,世界各国领导人缔造了《禁止生物武器公约》。公约的重要目标是限制生物武器的发展,但是在实践中,公约在核查和强制性服从方面是缺乏效力的。
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  不像《禁止生物武器公约》,主要的核武器和化学武器条约具有广泛而正式的核查机制。《核不扩散条约》(NPT)自1970年生效,通过国际原子能机构(IAEA,约有2 560名员工)核查缔约国的履约情况。《禁止化学武器公约》(CWC)自1997年生效,通过禁止化学武器组织(以下简称“禁化武组织”)核查履约情况。禁化武组织荣获了2013年诺贝尔和平奖,有500名员工。相比之下,《禁止生物武器公约》的“履约核查机构”是该公约的唯一办事机构,目前只有4名雇员。而且生物武器具有特定特征,相比于化学武器和核武器更难进行核查和强制实施。
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  让我们想想核技术,核电站只需低水平的铀浓缩(一般是5%左右),而核武器要求高浓缩铀(一般是90%以上)。提炼高浓缩铀需要精密离心机这种大型工业设施。当获准访问时,视察员相对比较容易确定何时某个核设施用于生产高浓缩铀。
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  一部分是由于上述这些原因,没有一个国家在成为《核不扩散条约》缔约国期间,敢明目张胆研制核武器。在拥有核武器的国家中,美国、苏联(其核武器现在为俄罗斯独占)、英国、法国、中国,以及以色列(有可能),在条约实施前就拥有核武器。印度(于1974年进行首次核试验)和巴基斯坦(于1998年进行首次核试验)从未签署《核不扩散条约》。朝鲜于2003年退出条约,在2006年,进行了首次核试验。
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2012年9月22日清晨,纽约市宾州车站,由美国生化事故反应部队(CBIRF,隶属于美国海军陆战队)的成员领导的一次生物防备演习中,应急人员从一列美铁列车的过道走下来

  相比之下,生物工程微生物所需的资源更少,制备的设施更小,而且更难明确地分辨出正在研发的微生物究竟是用于科学研究,还是心存不良的企图。
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  纵观历史,《禁止生物武器公约》在防止拥有生物武器方面并没有创下良好的记录。苏联于1975年签署公约后,依然坚持开展一个大型的生物武器项目。南非的种族隔离政权,在已经成为缔约国期间,于20世纪80至90年代仍然持有生物武器。
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  美国害怕《禁止生物武器公约》的侵入性核查会危及敏感的知识产权,进而削弱美国在尖端生物技术领域的竞争力,其在2001年公约第五次审议大会上选择退出谈判。美国后来又重新加入了这些谈判,但是改进公约的核查和强制实施机制的严厉举措并没有得到执行,谈判达成的协定仍然在很大程度上是无效的。
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  尽管存在对核查的侵入性的担忧,越来越多的意见一致认为《禁止生物武器公约》必须变得更有效。美国生物防御蓝带研究小组2015年两党报告呼吁副总统和国务卿主持召开一系列会议,邀请相关内阁成员和专家参加,就核查协议达成共识,使得核查协议既能满足美国的利益,同时又能足以强制缔约方遵守条约。美国生物防御蓝带研究小组的组长是2000年美国民主党副总统候选人乔·利伯曼(Joe Lieberman)和美国前总统小布什时期首任美国国土安全部部长汤姆·里奇(Tom Ridge)。该研究促成了《美国国家生物防御战略法案(2016)》(National Biodefense Strategy Act of 2016)的引入,该法案至今仍在等待投票。
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  2018年9月,特朗普政府发布了《美国国家生物防御战略》,尽管这份文件很少提及美国将如何强化《禁止生物武器公约》,也没有提及蓝带研究小组的提议——由副总统主持召开内阁级别的会议。
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  当然,也有人质疑生物武器会造成严重的威胁。比如,哈佛大学教授史蒂芬·平克(Steven Pinker)认为:“生物恐怖主义可能只是臆想的威胁。恐怖分子不会把流行性传染病病原体变成武器,因为恐怖分子一般不是造成损害而是追求戏剧效果。”也有其他人认为,即使恐怖分子想要制造一种病原体作为武器,他们也缺少必要的生物学知识和技术来完成这项任务。
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  虽然事实上(而且相当幸运地)这些因素至少降低了现在发生生物袭击的风险,但这是于事无补的安慰。未来几十年,非国家行为者只会变得越来越容易获得和利用强大的生物技术为非作歹。而且除了恐怖分子之外,国家也有造成严重风险的可能。
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  比如,第二次世界大战期间,日本对中国发起了毁灭性的生物战。日本731部队在中国投下了装满大群感染瘟疫的跳蚤(生物炸弹),很可能杀害了成千上万的中国平民。731部队的指挥官石井四郎发现瘟疫是一种强有力的武器,因为瘟疫本身可以作为一种天然的流行性传染病,通过人际传播,可以杀害大量的人。
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  除此之外,美国开展了一项从1943年持续到1969年的生物武器项目,尤其还制作了宣传视频,吹嘘在人体上试验的生物武器。苏联在签署《禁止生物武器公约》后,仍然继续实施隐秘的生物武器项目,在20世纪80年代项目巅峰时期拥有的雇员比脸书(Facebook)公司目前的雇员还要多。
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  当我们谈及生物工程病原体可能造成的灾难性风险时,很多问题仍然没有得到回答。比如,导致人类疾病的微生物有哪些?哪种微生物最有可能被用作生物武器?诸如约翰·霍普金斯大学健康安全中心、牛津大学人类未来研究所(Future of Humanity Institute)、美国非政府组织“核威胁倡议”(Nuclear Threat Initiative)等正在努力回答这些问题。
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  但是,并不代表我们不知道可能存在的问题,我们就没有问题的答案,也并不意味着我们在预防生物武器风险方面无能为力。
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开展全球化思考和行动

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  首先,我们应该在《禁止生物武器公约》框架下建立一种机制,来应对生物技术进步。目前,《禁止生物武器公约》缺少一个专门的平台,供人们探讨生物技术的新进展对公约的影响。此外,其他国际协议,比如《禁止化学武器公约》,有专门的科学顾问委员会,来跟踪和应对新的科技变革。而《禁止生物武器公约》没有这样的专门科学顾问委员会。
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  在这个议题上有一些新进展——约翰·霍普金斯大学健康安全中心2018年12月初在瑞士日内瓦举办了一场活动,讨论《禁止生物武器公约》如何设置,以应对生物技术的快速发展。至关重要的是要在《禁止生物武器公约》内部建立一个永久的管理机构,来应对生物技术变革。
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  这全都涉及另一个优先事项:提供《禁止生物武器公约》的履约支持机构更多资源。履约支持机构所承担的责任包括:支持和协助缔约国履约,管理一个协助请求的数据库,促进各方的沟通等。但该履约支持机构仅有4名员工,其所承担的巨大责任远远超出了其现有的能力。
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  《禁止生物武器公约》的履约支持机构拥有的资源仍然很少,尤其是相比其他国际公约。分配给《禁止生物武器公约》的会议及履约支持机构的年度投入,还不到分配给《禁止化学武器公约》年度投入的4.5%。预算不足释放出一个警示信号:世界目前还没有严肃对待不断增长的生物武器风险。
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  另一个全球性的优先事项应该是找到管制善恶两用的基因合成技术的途径。生物学家为了方便开展研究,通常从专门从事相关生产的公司订购定制DNA短片段。2009年,国际基因合成联盟(IGSC)提出了基因合成公司甄别客户购买潜在危险DNA片段订单的准则,比如那些在有害病毒或毒素基因中发现的DNA片段。大多数公司自觉遵守这些准则,这些公司代表了80%的全球市场份额。
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  然而,即使现在遵守IGSC推荐的甄别程序的基因合成公司,也只能检测客户订购的DNA序列是否与那些已知的病原体匹配。一种携带新的基因组的基因工程病原体可能会逃脱这种筛查。
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  现在,基因合成市场正在国际化地扩张,基因合成成本不断下降。迫在眉睫的是各国政府既要采取独立的行动,也要采取多边的行动,要求基因合成公司对DNA序列和客户进行适当的筛选。正如麻省理工学院(MIT)的凯文·埃斯韦尔特(Kevin Esvelt)写道:“对所有合成DNA进行充分的筛查,能够杜绝生物技术被非国家行为者滥用,进而避免造成严重危害。”
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应对实地和实验室的生物风险

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  除了发展新的全球标准并付诸行动,我们还需要采取更灵活的应对措施,来面对生物工程病原体的威胁。正如约翰·霍普金斯大学健康安全中心最近的一份报告所指出:“应对流行性传染病(尤其是对于新出现的传染病)暴发的最大挑战之一,是通过可靠的诊断分析手段,快速准确地确定感染状况。”
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  基于尖端基因组测序方法,能够诊断出血样中存在的所有病毒和细菌甚至包括全新的病原体的详细信息。与此同时,基因组测序技术变得更便宜了,能够更广泛地应用于临床实时研究。
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  我们还需要投入更多资源,来研发更广谱的抗病毒药物。相比专门针对单个已知病原体的疗法,也许这样的广谱抗病毒药物更可能减缓工程菌的扩散。
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  而且,我们也应该开发能够进行疫苗快速研发的“平台”技术。目前,设计、试验和生产一种预防新病原体传播的疫苗,需要耗费数年时间。理想的情况是,我们在识别出病原体的几个月内,就能够让所有存在感染风险的个体通过接种疫苗获得免疫。加速疫苗研发进程,要求我们创造出区别于传统的新技术,比如,载体免疫预防或核酸疫苗。
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  即使我们加速这样的创新性研究,我们也应该谨慎对待自我伤害的可能性。为了防止可怕事故的发生,国际生物医学界应该在病原体研究方面构建更牢固的防御意识。
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  现在,职业晋升、经济回报和原始的好奇心驱使所有层面的生物学家挑战极限,我们所有人都会从他们的努力中获益。但是,同样是这些动机,有时候也会导致研究人员冒很大的甚至可能是不正当的风险,比如发展出危险的更具传染性的流感病毒株,或是公布培育天花病毒近亲的方法。生物学家尽其所能推动一种谨慎、敬畏的文化非常重要,这种文化能够缓和这种知识分子冒险精神。
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  鼓舞人心的是,合成生物学的杰出人物——埃斯韦尔特和哈佛大学的乔治·丘奇(George Church)正在倡导这样一种文化,他们正在开创技术防御工作,以缓解生物工程病原体意外泄露风险,并倡导相关政策和规范,使21世纪的生物学成为危险性更低的科学追求。随着合成生物学工具扩展到其他学科,其他学科也应该以生物学领域的做法为榜样。
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  上文列出的应对方法的前提是,我们需要有一种紧迫感。随着我们的生物技术能力的增长,生物工程病原体带来的威胁也会增长。一种生物工程病原体不会以高耸的蘑菇云来宣告它的出现,但是受其感染的个体感受到的痛苦的真实性不会减少分毫。

  

  资料来源?vox.com

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  本文作者丹尼尔·布雷斯勒(R. Daniel Bressler)是哥伦比亚大学可持续发展项目的博士生。他致力于集体行动能力的交叉研究,涉及双重用途技术、环境变化和国际系统问题。

  克里斯·巴克利(Chris Bakerlee)是哈佛大学分子、细胞和生物专业的博士生,他在哈佛大学通过基因工程来研究进化机制。

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