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《专家担忧3D打印技术或将增加生物武器扩散风险》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： huangcui
  • 发布时间：2019-11-22

  • 7月29日，sipri网站发表了一篇评论认为3D打印技术在生物武器的开发、生产和交付方面所拥有的潜力或许会增加生物武器扩散的风险。

    3D打印技术可用于构建几乎任何形状或形式的物体，目前受到特别关注的一种是生物打印。生物打印主要使用生物墨水来沉积生物链以实现细胞及支撑结构的精确分层排列，然后这些材料将基于细胞的生物过程生长成为功能组织。

    这些技术应用前景喜人的同时也存在潜在的风险。文章指出，3D打印技术可用于印刷生产实验室设备组件以及生产生物武器所需的其他物品，降低了具有较少知识经验的生产者生产复杂产品的难度。另外，它还可实现分散生产，从而减少对货物实际跨境运输的需求，进而更有可能规避出口管制所施加的障碍，这些都增加了出口管制的难度和生物武器扩散的风险。

    文章认为，虽然出口管制目前是3D打印技术内部监管讨论的重点，但应对其在生物武器方面所带来的挑战需要采取更全面的方法，包括制定更强的行业合规和尽职调查标准等。文章呼吁各国与所有利益攸关方合作，认真监测目前面临的微妙风险情况，以防止3D打印技术成为生物武器扩散的推动者。

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  • 《基因技术应用乱象及潜在风险》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：huangcui
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    • 基因技术是生物工程中一种基于基因的技术，在人口健康、农业育种和工业生产等方面发挥了重大作用。基因技术的发展历史可以追溯到1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，开启了分子生物学的大门，奠定了基因技术的基础。此后，由基因工程衍生出的基因技术包括基因检测、基因修复、基因编辑、转基因技术等，其中基因编辑技术是当前发展最为迅速的一项新兴基因技术。目前主要的基因编辑技术有锌指核酸酶技术（ZFN）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）、归巢核酸内切酶（Meganucleases）和成簇间隔短回文重复（CRISPR）等，其中CRISPR技术是目前最新也最为通用的基因编辑技术，其成本低廉，简单易用，只需花费60美元就可以购买到CRISPR技术所需的基本材料，网络上甚至有免费获得这些材料的途径。 基因技术广泛应用于微生物基因编辑、植物基因编辑、动物基因编辑和人体基因编辑等领域。目前研究最多的是基因技术在人类疾病治疗中的应用，其最终的目的就是通过改变基因结构来达到疾病的预防和治疗。美国再生医学联盟的统计显示，仅2017年第一季度，全球基因疗法领域投资超过10亿美元。CRISPR已经在人类和其它哺乳动物细胞中成功进行了位点特异性的DNA切割，未来有望解决一些人类相关疾病；在商业上，已经用于多种转基因农作物中，利用该技术可以将转基因作物的相关外源基因，在发挥作用后敲除，有望使转基因食品更加安全。 基因技术存在的风险 由于基因技术能改造出新的生物体，因此存在一定的误用和滥用风险，主要集中在伦理和安全上。2017年8月，英国广播公司在其网站发表文章，列出了2050年前人类将面临的十大挑战，其中基因编辑技术位列首位，认为该技术会给人类带来伦理等诸多方面的挑战。 技术自身存在风险 作为一项技术，基因编辑等新兴技术还存在不完善和不成熟之处。2017年8月，CRISPR发明人之一、华人科学家张锋团队指出，不同个体间存在巨大的遗传变异，这些变异可能会影响CRISPR的精确编辑。此外，基因编辑技术目前走向临床应用面临最大的问题是其脱靶风险，如果基因编辑过程中出现脱靶可能引发其他疾病或健康风险。 可能存在伦理问题 基因技术在临床上的应用引发了人们对伦理问题的担忧，目前伦理上争议较大的是人类胚胎基因编辑，不同国家对人类生殖细胞基因编辑态度不同。根据2014年一项研究显示，在全球39个国家的调查中，有25个国家反对人类生殖细胞基因的修饰，并通过法律来执行这项禁令，其中包括了加拿大、澳大利亚、英国以及法国等。另有4个国家已通过文件禁止这类研究进行，但未立法，这其中包括中国。包括俄罗斯在内的9个国家对人类生殖细胞基因修饰的态度不明确，而美国限制人类生殖细胞基因修饰。 对国家安全造成严重影响 基因技术可以用来发明新的病原体，如果这些病原体发生泄露，或是被用作生物武器，将会造成严重损失。站在国家的立场来看，一种新的技术出现时，它总会想到这种技术不好的一面，可能有什么负面的影响或者潜在的威胁，可能会就此做出一些防御性战略。为此2016年2月，美国情报界年度全球威胁评估报告中，将基因编辑技术列入“大规模杀伤性与扩散性武器”威胁清单。 对基因改造产品监管的争议 基因技术在农业上通常用于植物或动物育种过程的改进。基因改造农产品的潜在风险包括：对病害、虫害、环境胁迫的抗性或敏感性增加，毒性或致敏性的潜在变化，以及非靶标影响等。目前在基因产品的监管等方面还存在不同的争议，下面列举几个具体的例子： 无角的奶牛。与大多数肉牛不同，奶牛通常有角。由于人类每天都与有角的奶牛接触，牛角会带来不小的风险，所以大多数奶牛幼年时要去除牛角。美国加利福尼亚大学戴维斯分校的研究人员利用基因编辑技术关闭了奶牛体内编码角的基因。这种表现型只是将一些自然界本可以发生的事情重复了出来，因为自然界中有一些牛天生就是不长角的，而有人却觉得这是一件了不得的大事。依据美国《联邦食品、药品和化妆品法案》，美国食品药品管理局（FDA）指出，这种基因编辑的动物要像新的兽药一样，必须经受多年的审查，并遵守药物批准的要求。针对这种情况，畜牧业已经开始反抗，要求国会禁止FDA的做法，并将其权力移交给美国农业部（USDA）。 抗褐变的蘑菇。美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员利用基因编辑技术关闭了蘑菇中引起褐变的酶的基因。这种所谓的“失效”突变模仿了自然界中经常发生的过程，这种情况产生的结果是完全无害的。它与自然界存在的金黄色葡萄或是小型葡萄完全一样，都发生了“功能失活”突变，而这两种葡萄已经被人类安全食用了许多年，并未发现致病效应，也不需要事先获得政府的批准。这种蘑菇实际上已经过USDA仔细审查，认为不值得进一步审查——事实上并不像许多媒体报道的那样“逃脱”了监管。 目前，迅猛发展的基因技术正在给我们的生活带来巨大的变化，在享受先进科学技术带来的种种福利的同时，我国在核心技术的创新以及相关的伦理学和法律法规监管等方面还应进一步加强，以确保这一先进技术得到正确而有效的应用。
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  • 《应对全球灾难性生物风险的技术》
    • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
    • 编译者：陈方
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    • 2018年10月9日，美国约翰霍普金斯大学健康安全中心发布《应对全球灾难性生物风险的技术选择》。为促进技术进步和加强技术的积极利用以应对全球灾难性生物风险，该报告从5个方面，评估并遴选出未来5-15年值得进行战略投资的15项生物安全技术，并就每项技术的含义、发展路径、部署进程、亟待解决的技术瓶颈，以及所需的政策支持等进行了分析。 前言 传染病突发事件可能在人类毫无防备的情况下出现，并对人类健康和社会稳定造成严重危害和持久影响。在过去的一个世纪里，全球经历了数次这样的传染病突发紧急事件，比如1918年的流感大流行造成了5000万至1亿人死亡；致命的SARS和MERS冠状病毒的出现；2013年至2016年西非爆发的埃博拉疫情导致至少2.8万例病例和1.1万人死亡，并对该地区造成了灾难性的影响。作为传染病突发事件中的一种，全球灾难性生物风险（global catastrophic biological risk，GCBR）是一种涉及生物制剂的特殊类别的风险，包含自然出现的、反复出现的、故意创建和释放的、实验室改造和逃逸的，这些都可能导致突然的、异常的、超出国家和国际组织以及私人企业集体控制能力的大规模灾难。尽管传染病突发事件发生几率并不高，但由于气候变化、人口增长和城市化以及全球旅行的增加等因素，流行病和灾难性生物事件的风险正在增加。此外，生物技术的进步使得生物学操作更加容易和更有针对性，增加了微生物被滥用或成为流行病发生的偶然原因的可能性。然而，尽管生物技术确实带来了一些社会风险，但在这里所描述的技术和其他技术的投资，却是帮助保护世界免受灾难性生物事件影响的一个重要措施。如果使用得当，技术可以提高我们识别和解决新出现的生物问题的能力。 研究目的及方法   研究重点介绍了一些有前途的技术，包括评估它们与减少大流行和全球灾难性生物风险的潜在相关性。报告的目标是：1、明确需要技术解决方案的领域，以应对严重的流行病爆发和灾难性生物事件；2、确定具有减少GCBRs的重要潜力的技术；3、为这些技术提供环境，展示它们的前景、局限性以及成功开发和正确使用它们的条件。 一旦出现严重的流行病，就需要全球范围内采取应对措施。但许多国家并没有能力作出有效应对，这将使整个世界陷入危机。预防或应对这些事件所需的技术在性质和数量上与常规公共卫生和医疗措施有所不同。通过这项研究，我们聚焦于减少GCBR的变革性技术可能具有的特性，包括:（1）更好的敏感性，从而促进预防；（2）更早做出响应决策的能力；（3）扩大规模和访问范围的分散化式方法；（4）适合或方便在各种环境下使用；（5）减少开发、供应和部署方面的时间延迟。 为了确定可能与严重流行病和灾难性生物事件相关的技术解决方案，研究小组进行了一次水平检索，以了解技术领域，并突出有利于减少GCBR的技术发展领域和未来变化。水平搜索的过程中，研究小组进行了文献调研，并采访了该领域的一些专家，以提供有关当前和未来科学状态的判断。评估问题包括：什么是技术?它能解决什么问题?我们现在怎么做?如何才能取得成功? 主要技术 本报告对五大类技术进行了调查，每一类技术都包括一组可能非常重要的技术或者用于预防和应对严重传染病紧急事件的技术。 1疾病检测、监测和态势感知 1.1 基因组测序和传感 作为一种监测工具，基因测序将允许对病原体生物学进行近乎实时的鉴定，包括毒性、传播性、对药物或疫苗的敏感性或耐药性的测定。 1.2用于环境检测的无人机网络 自主进行环境监测的陆地、海洋和空中无人机网络，将有助于监测重要生态系统的生物破坏和生物恐怖事件。无人机可以穿越不同的生态系统，利用从光学相机到复杂的生物技术等各种传感器和工具收集数据。 1.3农业病原体遥感技术 先进的卫星成像和图像处理技术可用于正在进行的、广泛的、系统的农业监测，以监测重要作物和其他植被的健康状况，从而在潜在威胁广泛蔓延之前及时发现。 2传染病的诊断 2.1微流体设备 微流体设备被称为“芯片上的实验室”诊断设备，可以在某些情况下增强或取代传统的实验室测试设备，从而使诊断在临床和资源受限的环境变得更容易、更可用和更实用。 2.2手持式质谱分析 未来的质谱分析仪将变成一种真正的便携的手持的装置，可以在现场和护理点提供先进的诊断功能。一些质谱分析技术甚至可能提供适用于任何病原体或泛域诊断能力，从而减少了在进行诊断测试之前区分细菌、病毒、真菌或原生动物的步骤。 2.3无细胞诊断 无细胞诊断无需细胞膜，使细菌细胞内的细胞器与基因工程电路结合，产生用于诊断的蛋白质。这些无细胞诊断可以产生肉眼可见的、易于理解的快速比色输出。细胞提取物也可以被冻干在纸上，以应对恶劣的环境。 3 分散化医疗对策制造 3.1化学药品和生物制品3D打印 3D药物打印可用于医疗对策产品（Medical countermeasures，MCMs）的分散化制造以及个性化定制药物剂量和配方。3D打印机现在几乎可以在任何地方合成关键的化学物质和药物，目前的研究正在探索使用这种技术打印疫苗。 3.2制造MCMs的合成生物学: 合成生物学为发现和生产治疗药物新方法提供了机会，并且提供了以分布式和定制的方式生产这些治疗药物的能力。这可能意味着与传统制造技术相比，现在的药物和疫苗的研究周期更短，生产速度更快，数量也更大。 4 医疗对策分布、分配和管理 4.1 用于疫苗管理的微阵列贴片 微阵列贴片（Microarray patch，MAP）是一种新兴的疫苗接种技术，具有使大规模疫苗接种活动现代化的潜力。MAP技术的广泛使用将大大减少人群完成疫苗接种所需要的时间，使他们能够在紧急情况下进行自我管理。 4.2自我传播型疫苗 经过基因工程的自我传播型疫苗可以在传染病人群中传播，但它们并不引发疾病，而是提供保护。目标人群中的小部分人接种这种疫苗后，疫苗株就会像致病性病毒一样在人群中传播，从而产生快速、广泛的免疫效力。 4.3用于疫苗接种的可摄入细菌 细菌可以通过基因工程改造作为疫苗在人体宿主中产生抗原，从而对相关病原体产生免疫力。这些细菌可以被放置在温度稳定的胶囊中，它们可以在大流行的情况下实现自我管理。 4.4自扩增mRNA（Self-Amplifying mRNA，SAM）疫苗 SAM疫苗使用人类的翻译机器可以识别的带有正指向RNA的改良病毒基因组。一旦被送入人体细胞内，SAM就会被翻译并产生两种蛋白质：一种是刺激免疫反应的目的抗原，另一种是在细胞内扩增疫苗的病毒复制酶。SAM自我复制的能力使其比其他疫苗产生更强、更广泛、更有效的体液和细胞免疫反应。 4.5无人机远程交付 无人机运输网络可以使临床物资和药品快速运送到因物理或地形障碍或人类应对人员存在感染风险而难以进入的地区。 5 医疗护理和紧急应变能力 5.1 机器人和远程医疗 机器人和远程医疗是两大类可能与灾难性生物事件的医疗响应过程中相关医疗护理技术。在此类活动中成功使用这些技术将有助于在非传统环境(如家庭)中进行医疗护理。 5.2易于使用的便携式呼吸机 在严重的呼吸疾病爆发时，最危重的病人需要呼吸机来支持他们在病情最严重时和恢复期间的呼吸。在大流行时，便宜的和具有直观、自动化用户界面的便携式机械呼吸机，可以让更多的患者得到有效护理最终存活下来。 结论 报告重点介绍了15种技术或技术类别，通过对科学的进一步关注和投资，以及相应的法律、监管、道德、政策和运营问题的关注，这些技术可以帮助世界做出更好地准备以及配备更好的装备，以防止未来的传染病暴发成为灾难性事件。要实现这些技术的承诺，需要投入大量的精力和投资。如果我们要认真应对这些威胁，就必须满足流行病和灾难性事件预防和应对的其他需要。因此，我们需要成立一个由技术开发人员、公共卫生从业人员和政策制定者组成的联盟，旨在了解关于流行病和灾难性生物风险的紧迫问题，并共同开发技术解决方案。 编译整理 | 吴晓燕 生物科技战略研究中心 参考文献 | Technologies to AddressGlobal Catastrophic Biological Risks
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