问题
强大的生物技术新工具的出现有望开启抗击传染病的新时代。这些研究无疑将有助于更好地预测和预防全球传染病暴发，并将支持开发新的疫苗和治疗方法，以减轻由人们无法预防的疾病暴发造成的负担。然而，这些强大的工具所带来的好处伴随着新的风险。
生物实验室事故的威胁通常不被认为是跟新发传染病的威胁和生物攻击的威胁同等严重的卫生安全问题。然而，科学家们正在创造的病毒，其传播能力或致病性均超过了自然产生的病毒。其他领域科学家或业余爱好者进入生命科学领域同样导致了事故风险的上升，他们可能习惯了较弱的问责措施，没有受到足够的培训，且对安全知识和事故后果知之甚少，但却被无所不能的生物学所吸引。
与交通、化工生产甚至核电事故不同，生物安全事故可能导致实验室人员或其当地社区受到无法预见和无法控制的感染，病原体被释放到环境中，甚至可能引发一场波及数百万人的全球大流行。卫生安全专家和美国政策制定者对恶意行为者和恐怖袭击故意将病原体释放到社区的威胁深感担忧。尽管这些担忧是合理的，且事故后果很严峻，但人们并未对生物实验室事故的高昂代价和实际风险给予足够的重视。
美国对生物安全研究的投资不足。由此导致该领域缺乏数据且没有研究积极性，使得生物安全界对事故可能发生的方式缺乏了解，并妨碍了确定预防事故发生的经济有效的措施。只要每年向美国国家职业安全卫生研究所（National Institute of Occupational Safety and Health）拨出1000万美元的预算，用于资助专门的美国生物安全研究计划，就可以填补这一知识缺口。目前，资金的缺乏阻碍了对生物安全研究的关注，第一步是建立一个关注这些问题的研究群体，所以资助要求是适度的。有了足够的资金，这项研究将引导制定经济有效的培训计划以减少实验室中的人为错误，重新设计存在风险的实验以防止疫情暴发，并确定对实验室安全设备最具成本效益的投资，这可以使生命科学研究的开展更高效。
概述
目前，我们缺乏采取新的必要措施来预防生物实验室事故的依据，随着人类操作生命体的能力（包括引起疾病的病毒和细菌）继续增强，将可能因意外导致对当地、一定区域或更大范围造成潜在危险后果的疾病暴发。新的生物技术使科学家能够以前所未有的方式设计或改造生命。这些生物技术使专业和业余研究人员能够使用简单的生命形式（如细菌和酵母）来创建简单的传感器，从普通试剂中廉价地生产工业化学品、材料和药品。对病原体（引起疾病的微生物）的操作有助于更好地理解这些病原体是如何进化并与人体相互作用的，从而开发出下一代的治疗方法。
尽管美国和全球在生物技术方面进行了大量投资，科学家、政策专家和社会人士仍然担心科学家可能没有能力安全地操作新的微生物，从而导致意外感染自己或当地社区，或意外释放到环境中，甚至引发全球大流行。例如，在2016年，一名实验室工作人员在操作低安全水平的HIV病毒株时感染了病毒。该病毒株据称是缺陷型的，然而这名工作人员感染了这种病毒，可能因为该病毒发生了两种变化：一种是由该工作人员本人引起的，另一种是由该病毒在实验室偶然获得的遗传物质引起的。在另一个例子中，2004年北京病毒学研究所发生的实验室事故导致SARS爆发，大约造成一人死亡，十几起严重疾病，数百人被隔离。如果没有及早发现疫情，来自该地区的旅行者可能会将疫情传播到世界各地，类似于2003年SARS的爆发。这些失误表明，我们的知识匮乏阻碍了我们有效遏制自然可能造成的最严重疾病的能力。更糟的是，我们理解和操作生命的能力正在超过我们对生物安全的理解和认识，生物安全即防止人类、动物或环境意外暴露于危险微生物的做法。
自21世纪初以来，科学家们发表了几项发现，这些发现在开拓知识的边界的同时，也在全球生物安全领域引起了震动。在21世纪初期，澳大利亚的研究人员将一种免疫系统成分添加到与天花病毒相关的病毒中，发现它更加致命并且能够克服保护性疫苗接种。在过去的十年中，中国、美国和荷兰的研究人员改造了流感病毒株，产生的毒株更致命或更容易传播，或者在一个案例中，两者兼而有之。这些实验尤其令人担忧，因为流感大流行大约每20年发生一次，当病毒发生类似的变异时就会出现，而这些爆发可能导致全球数千万人死亡。
2014年10月，美国政府认识到操作最危险病原体的实验室发生事故的潜在影响，并基于安全考虑首次暂停了美国的生命科学研究经费。不久之后，咨询机构Gryphon Scientific被要求确定研究的风险和收益，以便政府确定这项工作是否风险太大而无法资助。虽然我们对实验室事故进行了迄今为止最广泛的研究并得出了政府采取行动所需的结论，但我们发现，在一个可能导致全球范围内前所未有的严重事故的领域，数据的匮乏令人震惊。
我们发现，我们缺乏阐明生物实验室如何以及为什么会发生事故的基础研究，也缺乏必要依据来创建基于证据的预防事故发生的缓解措施。在生命科学中，缺少与各种事故发生的频率以及预防或减轻事故的系统的有效性相关的数据。只有生命科学领域缺乏安全数据，在交通、核能和化学工业等其他可能导致更少（尽管更频繁）生命损失的领域，安全已经成为数十年调查的主题。
我们现在正在目睹生命科学的革命，这些革命源于：（1）创造工具，提供前所未有的操作生命的力量，（2）收集信息以分析这些改变如何导致被操作生物体中所需的特征，（3）其他学科的研究人员进入生物学，（4）由于其在各种行业和医学领域的应用，生物学商业活动增加，以及（5）业余爱好者进入生命科学领域。最近合成生物学的出现（将工程原理应用于生命科学）极大地扩展了可以对微生物进行改造的类型和程度，并减少了执行这些改变的技术障碍。传统科学家手中的这种附加力量已被用于制造大量改造病原体，以了解其性质（感染性、致病性和传播性）如何变化。其中一些经过改造的病原体具有超过其天然对应物的性质，并且如上所述，导致了自然界本身尚未出现的致病菌株的产生。政府最近开始对这些实验进行评估，以确定这些实验的生物安全风险是否大于它们对科学和医学的潜在益处，而科学界的许多人对这种评估框架的不公开感到不安。更糟糕的是，缺乏支持生物安全研究的证据意味着这些决策没有确凿的证据基础，即为何这些实验会产生不可接受的风险，或者可以建议那些改变可以使这些实验风险降低。
技术壁垒的降低使得没有接受过生命科学（或生物安全规范）正规培训的研究人员能够操作微生物。由于微生物经改造后可以大规模生产材料、化学品和结构，其产量或成本通过化学、材料科学或工程领域的传统方法很难企及，因此吸引了大量研究人员，其中一些人不是经过培训的科学家，有些人是来自其他学科的科学家或工程师。这种力量吸引了许多资金雄厚的研究人员进入生命科学领域，他们缺乏正规的生物安全培训，甚至缺乏标准生物技术的培训，希望通过改造微生物来改变许多行业。
虽然缺乏为生物安全提供信息所需的数据，但很少有相关研究进行，因为几乎没有联邦资金用于实验性生物安全研究，也没有任何政府机构提供资金用于生成当前或拟议的生物安全实践的有效性数据，或用于支持了解事故在生物实验室中发生的方式和原因的研究，或汇编和传播生物安全的最佳做法。正在进行的少量研究通常由私营部门资助，以提高其产品的效率。在我们与生物安全人员的谈话中，几乎所有人都认为，迫切需要为研究提供更多的资金。如果没有为这项研究提供资金（以及带头机构），阻碍生物安全改善的恶性循环将持续：很少进行研究，并且几乎没有数据产生，因此没有研究人员去研究这些关键问题。
政府最高层终于认识到这一关键需要。最近在美国总统的《国家生物防御战略》（National Biodefense Strategy）中提出了应用生物安全研究的呼吁，其中列出了“加强生物安全和生物安保实践和监督，以减轻生物事故风险”作为关键目标，强调了这一需求尚未得到解决。美国卫生和公众服务部负责应急准备和响应的助理部长在其《国家卫生安全战略》（National Health Security Strategy）中对增加资金的呼吁或许最为明确，其中包括“通过改进项目……开展基础和应用生物安全研究，以及鼓励事前应对计划，从而加强生物安全和生物安保”。这些近期的声明在十多年前已有预言。2009年，优化生物安全和生物防护监督的跨联邦特别工作组建议获取和分析生物安全事件，与科学界共享经验教训，并支持应用生物安全和生物防护的研究。尽管有人呼吁为应用生物安全研究提供资金，但对生物安全措施的有效性以及汇编和共享最佳实践的研究尚未以任何综合方式实现。
生物安全研究的益处
与基础生物学研究不同，基础生物学研究往往要经过几十年才能实现这些发现所带来的健康或医学效益，而生物安全研究的成果可以立即应用。所产生的知识可能会改变预防实验室事故发生的做法（因为研究将产生关于哪些做法是安全的、哪些是危险的以及在什么条件下安全的真实数据）。这些实践可能包括对操作规程的细微更改、实验室内设备的移动、或者对存在风险的实验方法的重新设计。
例如，由于研究人员分享了他们认为已经失活但实际上具有传染性的微生物，因此发生了一些不幸事件。在实验室里，不当的灭活处理会增加工作人员在清场后或处理溢洒事件时感染的风险。如果有研究可以确定灭活传染性微生物的最低条件及用于验证样品失活的最简方案，则可立即降低实验室内感染发生的可能性或感染性材料意外传播的可能性。
在临床环境中，当脱卸防护用品（手套、面罩、外套等）时，经常会发生意外感染。人们怀疑但未经证实的是，类似事件也是实验室事故的主要原因。通过研究确定实验室工作人员在脱下手套时（或在实验过程中弄破手套）污染双手的频率，可以帮助确定戴两副重叠手套是否能有效减少感染。类似的研究可以确定什么时候应该佩戴呼吸防护装置，以及在什么条件下需要哪种类型的防护用品。如果防护用品工作良好，但当粗心或无知的工作人员移除防护用品时，防护用品就会受损，那么就有必要额外投资培训工作人员如何佩戴和脱卸防护用品。
我们缺乏关于生物实验室的工作人员如何通过溢洒、飞溅和污染暴露于传染性物质的基本数据。实验室模拟器可观察工作人员操作少量液体并运行模拟分析，可用于收集数据以了解溢洒和飞溅发生的频率、污染物如何进入工作人员身体以及如何离开实验室。这些数据还有助于预测事故可能发生的频率，从而为其他关键研究提供信息。
还需要数据来改进实验室中的人员实践。与仅有机械故障即可导致灾难的其他行业不同，生物实验室中的大多数事故都是由工作人员引发（例如传染性物质泄漏），或由于工作人员反应不当（违反检疫规定或在清场过程中污染自身）而加剧。此外，与其他行业不同，最危险的事件涉及可以在人与人之间传播的病原体，因此可能最初病原体暴露的响应行为对于预防悲剧（感染少数实验室工作人员）或全球性灾难（感染全世界数百万人）至关重要。研究可以确定工作人员最常犯的错误类型，以帮助确定培训如何能够立即减少事故发生的几率，并在事故发生时将后果降到最低。确定、编制和共享最佳实践将使美国和发达国家的所有实验室能够实施已验证有效的措施。
提高工作人员的可靠性可以立即改善生物安全。也许通过确定帕累托原理是否适用于生物实验室，可以获得实验室安全性的最大单项改进。帕累托原理指出，80%的影响是由20%的原因产生的，或者在这种情况下，实验室中80%的事故后果是由20%的工作人员造成的。这一原理适用于许多人类活动，而且鉴于许多在生物实验室工作的人都知道工作人员做事马虎，这一原理可能也适用于生物实验室。如果能证明20%的科学家对80%的事故负有责任，那么确认这些人员并对他们进行再培训，或者禁止他们从事最危险的病原体研究，就能立即将发生严重事故的风险降低80%。研究不仅将确定这一原理是否适用于生物实验室，而且还将提出一些指标，这些指标可能有助于确定这些个人和开发正在进行的系统，以便持续监测实验室中有问题的工作人员。
生物安全研究不仅可以指导人员实践，也可以立即用于为投资提供信息。目前，欧洲实验室研究可传播病毒时使用的防护设备与美国不同。没有数据支持这种差异是否导致安全方面的显著改善，或者有限的资源是否浪费在不必要的（和昂贵的）设备上。生物安全数据可以为成本效益研究提供信息，从而准确确定研究世界上最危险病原体的实验室应该如何装备，同时又不会不必要地挪用本可投入研究本身的资金。
由于缺乏生物安全数据，我们不知道事故发生的频率或其后果可能是什么，而且无法作出关键决策。事实上，这项工作将为联邦政府目前正在进行的审议提供信息，即关于用改造病原体进行的实验是否风险太大而不应资助，如果资助的话，应该建议进行哪些改变以降低风险。此外，生物安全研究可以帮助了解应该建立各种类型的新实验室的位置。
除了上述讨论的直接利益之外，通过帮助建立生物安全文化并促进安全实践自然融入实验室，可以长期为生物安全研究提供资金。目前，研究人员通常将生物安全视为进行实验的必要活动，以此来判断他们在该领域的贡献和在其机构中的进展。生物安全领域的主流思想往往是由专门从事生物安全研究的专业人员在实验室外提出的。然而，如果生物安全研究得到资助，科学出版物（学术科学的货币和职业发展的主要手段）将基于这项研究产生，研究人员自己可能认识到在生物安全方面的贡献与其职业发展相一致。
解决差距
为了支持革新生物安全所需的研究，我们建议为美国国家职业安全卫生研究所拨出经费，专门用于生物实验室安全性的实证研究。在生物安全方面做出重大改变所需的资金并不多。所需要的实证研究包括在真正的实验室和模拟实验室对工作人员进行观察，这些实验室的设备已经在培训实验室中就位。如果每年只投入一千万美元，这项研究即可得到很好的资助。这个数字少于美国国家过敏和传染病研究所（NIAID，美国国立卫生研究院资助大部分病原体研究的部门）预算的同比增长，或者略低于美国国家过敏和传染病研究所53亿美元预算的0.2%。这一数额将足以为每年的几项创新研究提供资金。考虑到美国农业部、美国国防部和美国疾病控制中心进行的数以百万计的病原体研究，这个要求似乎更为温和。这个初始的资助水平是适度的，因为目前缺乏资金阻碍了关注这个问题的研究人员群体的发展。随着资金吸引研究人员进入该领域，资助水平可能需要提高，但收益的规模也将随之增加。
首先，这笔资金对于确保我们在疾病研究方面的巨大投资不会因一次悲剧性事故而受到永久性破坏至关重要。此外，这项研究将确定提高安全性真正必要的设备和用品，以及那些昂贵但无益的设备和用品，帮助提高实验室的成本效率。同样，对人员行为的评估将确定在减少事故风险方面最有价值的培训方案，以确保全国研究人员的时间得到充分利用。
这种适度的资助水平只是联邦政府目前对其他与人员伤亡风险相关的行业投资的一小部分（尽管与生物实验室事故相比，这种风险发生的频率更高，但是影响更小）。美国国家公路交通安全管理局（National Highway Traffic safety Administration）每年在交通安全研究上的投入超过1.5亿美元。化学安全委员会（Chemical Safety Board）、国家运输安全委员会（National Transportation Safety Board）和核管理委员会（Nuclear Regulatory Commission，NRC）的预算每年超过10亿美元，尽管其中大部分预算用于监管措施和事故调查。核管理委员会是该领域最大的参与者，由联邦政府和用户提供资金（其预算的90%来自用户费用）。虽然生物技术产业在美国规模很大，经济也很活跃，但是涉及到操作病原体的许多研究都是由联邦政府资助的非营利性研究机构进行的。出于这个原因，向生物学研究人员收取的费用只是从一个政府资助的盘子中拿出少量钱，再分配给另一个盘子，从而形成一个不必要的官方机构来收取这些费用。相反，生物安全研究经费将与美国国家公路交通安全管理局或美国化学安全委员会类似，后者由政府直接资助。
核能的发展与原子弹的诞生显然助长了人们对核能的不合理恐惧，公众强烈要求确保核电站的安全性。核能安全研究始于原子能委员会（核管理委员会的前身）。该委员会在进行与新发电厂选址有关的风险评估时，认识到与研究性的反应堆事故的主要原因不同，商业发电厂很可能发生冷却剂损失引起的事故。对这种新事故途径的认识促使人们进行了研究，以了解减轻冷却液损失的原因和手段，这也许是美国从未遭受重大核电事故的主要原因。从这个意义上说，核能安全研究的诞生反映了当今生命科学的状况。作为一个群体，我们刚刚意识到科学已经发展到一个阶段，研究人员可以创造出超越自然菌株威胁的病原体，而生物学的力量吸引了来自其他领域的新研究人员，同时导致了将生物系统整合到新领域的研发计划中。最近发生的每一项变化都可能产生尚未适当评估的新风险。然而，生物事故的潜在后果很难把握。公众无法很好地控制传染病大流行的经济、人力和社会成本，因为与大规模化学事故相比，这种规模的生物事故发生的可能性较小，因此发生类似灾难性的化学、核和生物事故的风险可能难以估计。
上述研究需将监管机构、事故调查和其他领域的研究预算相结合，因此需要建立一个新的官方机构进行管理。然而，只专注于生物安全研究任务的管理可以很容易地作为一个专门的生物安全研究项目安置在现有的研究机构中。美国国家职业安全卫生研究所的使命是“开发职业安全与卫生领域的新知识，并将这些知识转化为实践”，因此是管理生物安全研究资金的合理机构。鉴于工作人员几乎遭受了由生物实验室事故造成的所有伤害，国家职业安全卫生研究所的使命显然与通过研究提高生物安全性相一致。此外，《2002年公共卫生安全和生物恐怖主义防范应对法》（Public Health Security and Bioterrorism Preparedness and Response Act of 2002）将实验室安全作为职业健康问题进行了讨论。国家职业安全卫生研究所拥有超过3亿美元的预算，可以轻松地吸收这种规模的生物安全研究计划。
而且，这种努力不会因无法共享数据或不愿意共享数据而受到阻碍。许多必要的数据将在受控环境（例如培训实验室）中重新开发，以生成关于事故发生率和后果的关键信息。因此，即使机构不愿共享过去发生的事故和未遂事故的敏感数据，这项研究仍然可以实现所有这些目标。有几个国家和国际机构来促进这些信息的共享和传播，例如生物安全和生物安保协会（the Association for Biosafety and Biosecurity），一些期刊肩负着发布这些数据的使命（例如Applied Biosafety杂志）。
最近操作生命体的能力不断增强，再加上大量新的研究人员涌入生命科学领域，要求对生物安全进行现代化。这种现代化的基石是数据的生成，否则就无法明智地做出生物安全决策。这项研究将提供数据，以确定哪些工作人员培训最需要重点关注，有助于为实验室配备提供投资信息，并立即且经济有效地提高实验室的安全性。需要联邦资金支持这项研究来生成这些数据，国家职业安全卫生研究所监督的少量投资（每年约一千万美元）很快即可转化为实验室安全方面的真正改善，并可能防止全球传染病大流行。如果不采取任何措施，致命的实验室事故可能会破坏生命科学领域每年数十亿美元的投资，并逆转数十年的生物医学研究。
