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《专题-美JHU发布应对全球灾难性生物风险的技术分析报告》

  • 来源专题：COVID-19科研动态监测
  • 编译者： xuwenwhlib
  • 发布时间：2020-02-19

  • 专题-美JHU发布应对全球灾难性生物风险的技术分析报告
    （中国科学院武汉文献情报中心  编译）
     

          美国约翰霍普金斯大学健康安全中心研究人员调研了五大类应对全球灾难性生物安全风险的技术，每一类都包括一系列潜在的重要技术或预防和应对严重传染病紧急情况的技术。2018年10月9日，该中心发布的《应对全球灾难性生物风险技术》（Technologies to Address Global Catastrophic Biological Risks）报告公布了相关调研结果。本期专题专门介绍了该报告的相关内容，希望能够对我国的相关工作有所裨益。

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相关报告

  • 《美JHU发布应对全球灾难性生物风险的技术分析报告》
    • 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：2018-11-16
    • 10月9日，美国约翰霍普金斯大学（JHU）健康安全中心发布《应对全球灾难性生物风险的技术》（Technologies to Address Global Catastrophic Biological Risks）报告。该报告的目标包括：（1）明确应对严重传染病和全球灾难性生物事件所需的技术解决方案的领域；（2）确定可能降低全球灾难性生物风险的技术；（3）介绍这些技术的背景，并展示其前景、局限性以及成功开发和使用的条件。 报告指出，传染病突发事件的出现可能悄无声息，但会对健康和社会造成十分不利且持久的影响。在过去的一个世纪里，全球经历了一系列紧急事件，如1918年的大流感造成5000万至1亿人死亡；致命的严重急性呼吸综合症（SARS）和中东呼吸综合征（MERS）冠状病毒的出现；2013年-2016年，西非爆发的埃博拉疫情导致逾2.8万例病例和1.1万人死亡，并对该地区造成了毁灭性的影响。全球灾难性生物风险（global catastrophic biological risk，GCBR）作为一类传染病突发事件，是一类涉及生物制剂的特殊风险，包括自然出现、重新出现、故意创造并释放，或实验室设计和泄露，这些威胁可能导致超出国家和国际组织以及私营部门集体控制能力的突然、非同寻常、广泛的灾难。 由于气候变化、人口增长、城市化以及广泛的全球旅行等因素，严重传染病和全球灾难性生物风险正在增加。此外，生物技术的进展促使可以开展更容易且更有针对性的生物学操作，这就增加了微生物被滥用或引起传染病大流行的可能。尽管生物技术确实会带来一些社会风险，但针对该报告所描述的技术及其他一些技术的投资将有助于保护世界免遭破坏性生物事件威胁。如果应用得当，这些技术可以提高人们识别和解决新出现的生物问题的能力。 框架技术要求 如果出现严重的传染病大流行，响应将需要全球化。但很多国家没有能力有效应对，这将使整个世界变得脆弱。预防和响应这类事件所需技术的属性可能在质量和数量上与常规公共卫生和医疗实践中使用的技术不同。这项研究指出了减少GCBR涉及的变革技术可能具备的特点，包括： •更好的敏感性，以促进预防 •提高更早做出响应决策的能力 •分散的方法，以增大规模并便于获取 •坚固耐用或易于在各种环境中使用 •缩短开发、应用和部署的时间 方法 为确定严重传染病和全球灾难性生物事件相关的潜在技术解决方案，研究团队开展地平线扫描（Horizon Scanning），以了解技术空间、技术发展的突出领域和即将发生的有利于GCBR减少的变化。同时，研究团队还进行了文献综述，并就当前和未来科学研究状况的判断采访了相关领域的专家。 一旦确定了技术，就会将一系列基于Heilmeier问题的评估问题应用于每项技术，如该技术已取得的研究进展、潜在影响和成功实施所需的投资额等。评估问题包括： •这项技术是什么？ •这项技术可以解决什么问题？ •现在已有的相关研究是怎样的？ •这项技术的应用前景如何？ 技术 该报告调研了五大类技术，每一类都包括一系列潜在的重要技术或预防和应对严重传染病紧急情况的技术。 疾病检测、监控和态势感知 广泛应用的全基因组测序：作为一种监测工具，可以接近实时地测定病原体生物学表征，包括毒力、传播性、对药物或疫苗的敏感性或抗性。 用于环境监测的无人机网络：可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填补在监测重要生态系统的生物破坏和生物恐怖事件方面的空白。无人机可以穿越不同的生态系统，利用从光学像机到复杂生物技术的各种传感器和工具收集数据。 农业病原体的遥感：先进的卫星成像和图像处理技术可用于持续的、大范围分布的、系统的农业监测，以判断重要作物和其他植被的健康状况，以便在潜在威胁蔓延之前发现它们。 传染病诊断 微流体装置：微流体装置是“芯片上实验室”的诊断设备，在某些情况下有可能增强或取代传统的实验室检测设备，从而便于在床边和资源受限的环境中进行诊断。 手持式质谱仪：未来的质谱仪将是一种手持式、真正便携的装置，可在现场和护理点提供先进的诊断功能。一些质谱技术甚至可以诊断未知病原体，从而不需要在进行诊断测试之前区分细菌、病毒、真菌或原生动物。 无细胞诊断：无细胞诊断去除细胞膜，使细菌细胞内的构件与人工基因回路结合，以制造用于诊断的蛋白质。这些无细胞诊断方法可以产生肉眼可见的快速比色输出，便于说明。在严峻的环境中，可将细胞提取物冷冻干燥在纸上。 分散的医疗应对措施（Medical Countermeasure，MCM） 化学和生物制品的3D打印：3D制药打印可用于分布制造MCM以及个性化的药物剂量和配方。3D打印机现在几乎可以在任何打印机可使用的地方合成关键的化学制剂和药物，并且有相关工作正在探索利用这种技术打印疫苗。 用于制造MCM的合成生物学：合成生物学不仅可以用来发现和生产治疗药物，还能以分散和定制的方式进行生产。这可能意味着药物和疫苗的发现更快，生产速度和数量也将远超传统制造技术。 MCM的分配、配送和管理 用于疫苗接种的微阵列贴片：微阵列贴片（microarray patch，MAP）是一种新兴的疫苗接种技术，可用于将大规模疫苗接种活动现代化。MAP技术将使人们在紧急情况下可以自己接种疫苗，从而显著缩短群体完成接种的时间。 自传播疫苗：自传播疫苗经过基因工程改造，可以像传染病一样在人群中传播，但不会引发疾病，反而能提供保护。目标人群中的少数个体接种疫苗后，疫苗株就会像病毒一样在人群中传播，从而获得快速、广泛的免疫效应。 用于疫苗接种的可摄入细菌：通过基因工程改造的细菌可以在人体中产生抗原，进而作为疫苗引发对相关病原体的免疫应答。将这些细菌置于温度稳定的胶囊内，可用于流行性疾病大爆发情况下人们自我给药。 自扩增型mRNA（SAM）疫苗：SAM疫苗利用的是可被人体细胞编译系统识别的正链RNA，通常为修饰的病毒基因。一旦在人体细胞内递送，SAM就被编译并产生两种蛋白质：刺激免疫应答的目的抗原和用于细胞内疫苗扩增的病毒复制酶。SAM自复制的能力使其产生较其他疫苗更强、更广泛、更有效的体液和细胞免疫应答。 无人机运送到偏远地区：无人机运输网络可以将临床物资和药品快速运送到难以进入的区域，这些地区可能是由于物理或地形障碍，也可能是存在应急人员感染的风险。 医疗护理和应对病人激增的能力 机器人技术和远程医疗：机器人和远程医疗是与全球灾难性生物事件医学处置相关的两大类医疗保健技术。在此类事件中这些技术的成功使用将有助于在非传统环境（如家庭）中进行医疗护理。 易于使用的便携式呼吸机：呼吸道疾病大爆发时，患者在病情严重时期和身体恢复阶段都需要呼吸机来辅助呼吸。便宜的便携式呼吸机如果兼具直观且基本上自动化的用户界面将使更多患者得到护理，从而获得生存的机会。 该报告重点介绍了15项预防传染病大流行的技术或技术类别，上述技术仍需进一步的科学研究和投资以及解决相关法律、法规、道德、政策和运营等方面的问题才能更好地发挥作用，这些都需要大量精力和资金的投入。尽管疫苗开发和某些监测方面已得到很多关注，但必须同时解决预防和响应传染病的其它需求才能成功应对全球灾难性生物事件威胁。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可以更准确地了解应对流行性疾病和GCBR的迫切问题，共同开发技术解决方案，进而填补这些不足。
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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
    • 发布时间：2020-09-11
    • 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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