《生命科学进展的风险/效益评估方法概述》

  • 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
  • 2018年,《禁止生物武器公约》(BWC)缔约国评估了一系列生物技术进展被滥用于生物武器开发的可能性(即“双重用途”潜力)。这些技术包括基因编辑、基因合成、基因驱动和代谢途径工程等。这些技术可能在生命科学研究中推广,从而在公共卫生和医药、农业和环境以及其他民用方面得到合法而有益的应用。然而,鉴于它们的可获得性、快速发展以及与其他领域的进步趋同,这些技术也有可能改变生物武器威胁的前景。

    这些新兴技术可能给《禁止生物武器公约》缔约国带来挑战。然而,基于科学的评估工具可以帮助分析这些技术能力的潜在风险和效益,使缔约国能够将注意力和资源集中在最可能或最相关的威胁上。将风险评估工具与生物风险管理和社会意识等其他工具相结合,风险评估工具可为降低滥用生命科学进展的风险管理方案提供基础。《禁止生物武器公约》2019年科技专家会议提供了一个及时的机会来审查这些风险/效益评估框架,并确定哪些方法可能对缔约国最有用。2019年专家讨论将为今后讨论管理方案提供基础。

    风险评估工具

    1. 风险评估的界定

    分析人员经常使用基于场景的模式来评估新兴技术的风险,并探索潜在的结果或缓解措施。尽管这些分析提供了丰富的信息,但由于缺乏基于证据的案例研究和过度的想象力(人们可以设想出一个包括了几乎无限数量的可能发生的坏事列表,无论它们多么不可能发生),这些分析往往会受到限制。鉴于生命科学领域的创新步伐迅速,看似无限的可能性使人们高度关注哪些双重用途风险最有可能并值得予以关注、获得资源并进行管理。在这个快速发展的领域,不可能获得全面的知识,应该通过基于科学和数据的“证据权重”方法来评估风险。此外,生物科学具有开放和信息共享的特点,以推动科学发现和这些发现的实际应用。这种双重用途困境的解决方案传统上依赖于科学界的自我管理和生物科学内部施加的学会控制,以及《禁止生物武器公约》等国家和国际协议,以负责任地在全球使用生物技术。通过集中的科学风险/效益评估,系统地评估新兴技术的风险的不确定性,从而进一步加强这种自我管理和现有的监督。

    风险评估用于确定与未来潜在事件相关的“可接受风险水平”。风险评估包括两部分:分析被评估风险的属性和特点,并将该风险置于其他影响因素的背景下进行评估。英国皇家学会在2009年指出,风险评估可用于应对不确定性和不断变化的新兴生物技术。他们强调了从自然发生的事件或意外发布到故意滥用等一系列事件的技术专家评估。他们进一步敦促采取可降低风险的“对策的净评估”并对社会经济因素予以考虑。

    2. 生物双重用途技术的风险评估框架

    2007年,美国生物安全科学顾问委员会(NSABB)对生物双重用途技术的具体挑战进行了研究,并制定了名为《监督双重用途生命科学研究的拟议框架:最大限度地减少研究信息潜在滥用的策略》的报告。该文件阐明了其界定所谓的“双重用途研究”的标准,将“双重用途研究”的广泛领域缩小到可能被直接误用而构成威胁的特定领域。NSABB框架审查了威胁的性质、目前是否有应对措施、使用该技术的技术水平和成熟度、威胁的范围以及特定技术/信息的潜在效益。NSABB框架还规定了从事双重用途研究的研究人员个人、研究机构和资助者的责任,以及出版商在传播可能被滥用的信息方面的责任。在附录中,该报告建议了一些在进行双重用途研究的生物风险评估和管理时应考虑的要点。

    在此基础上,Jonathan B. Tucker于2012年创建了一个适应性框架,旨在开发一种工具,用于评估个别新兴技术可能被滥用于敌对目的的风险,并制定量身定制的治理策略。创建Tucker框架有三个相互关联的流程:

    (1) 技术监测,以发现可能被滥用的双重用途创新;

    (2) 技术评估,以确定滥用的可能性和监管的可行性;

    (3) 根据技术评估和成本效益分析选择治理措施。

    风险的计算基于技术的可访问性、滥用的容易程度、危害的严重程度以及滥用的迫切性。 然而,关于如何管理该风险的决策是通过对技术“可治理性”的评估来制定的,即各种类型的减少技术滥用风险的治理措施可以在多大程度上影响这些技术。可治理性是根据技术是有形的还是基于信息的、成熟程度和与其他技术的融合程度、发展速度以及国际传播水平来确定的。

    最近,由美国国家科学院(NAS)组建的一个委员会制定了一个评估合成生物学风险的框架。NAS框架评估恶意使用生物技术的因素包括:

    (1) 技术本身的性质和能力,包括:易用性、发展速度、现有的使用障碍以及与其他技术的融合程度;

    (2) 作为武器使用的可能性,即将其武器化的可行性、其破坏或影响的范围以及实现预期结果的确定性;

    (3) 能够掌握该技术的行动者的属性,包括获得专门知识和资源的机会,以及所需的组织规模。

    该框架根据影响因素评估以下特征:

    (1) 对滥用该技术的制止和预防能力;

    (2) 对已经发生的使用该技术用于生物武器攻击的识别能力;

    (3) 将攻击归罪于滥用技术的犯罪者的能力;

    (4) 提供后果管理和恢复的能力,强大的公共卫生基础设施及其能力可以决定结果,因为无论生物事件的性质如何(自然的、意外的或蓄意的),这些能力都将减轻伤害。

    3. 风险评估为制定治理措施提供基础

    这些参考因素为新兴生物技术的风险评估提供了背景识别和合理性。此外,随着生物技术从医药和农业扩展到材料和能源,它们可以很容易地适应这些部门,以确保对新的生物威胁的识别。

    这种科学的基于风险的框架完全符合科学界的机构监督或自治,并可用于审议和制定国家法律法规。每个框架都建议进行技术监测,以发现具有潜在滥用风险的新兴双重用途技术创新(也称为“地平线扫描”);并进行技术评估,以确定滥用的可能性,包括可获得性、成本和易用性。这些特征为确定可治理性或基于技术评估的治理措施的可行性和有效性奠定了基础。Tucker框架包括审查案例研究,确定了可治理性与技术本身的功能无关;相反,风险评估推动现有的政策或法规(如果有的话)可以减少技术滥用的风险。它还建议纳入潜在监督的成本效益分析,以确保采取任何治理措施都预期到潜在的有害成本,或对获得研究成果的意外负面影响。

    额外的工具可以最大限度地提高效率:构建一个“工具包”

    风险评估可以通过合理的生物风险管理工具加以补充,这些工具可以根据具体情况增加一层防范和降低操作风险。例如,在《禁止生物武器公约》闭会期间就病原体安全和生物安全做法进行了非常有益的讨论,这些做法将有助于促进国家和国际安全。

    在协调实验室安全和生物风险管理的最佳做法方面已经取得了进展,这些做法可以在建立信任方面发挥作用。用于实验室的生物安全“检查表”是为了尽量减少有害物质的意外或故意释放。一个国际工作组将此类工作的资源和最佳做法汇编成一个培训和信息指南。同样,世界卫生组织正在更新其《实验室生物安全手册》,其中风险评估章节囊括了哪些风险管理工具可以应用于有害实验室制剂的安全使用、运输和处置的内容。所有这些工作都有助于收集可防止技术滥用的生物风险管理工具。重要的是,这些做法经常被整个行业采用,这是全球生物技术不断增长的组成部分。

    在推动新兴生物技术方面,社会态度也变得越来越重要。社会风险评估计划(Societal Risk Evaluation Scheme)是评估新兴生物应用风险的首批尝试之一,其直接考虑了社会对因滥用生物技术而导致的潜在不良事件的态度和预期的关注程度。自那时起,欧盟在“负责任的研究与创新”理念下开发了工具,试图更好地使研究过程与社会的价值观、需求和期望保持一致。世界卫生组织新的《实验室生物安全手册》还将包括评估生物技术风险时对“法律、文化、社会经济、公众认知”方面的考虑。

    通过将非科学家公民、企业和决策者纳入对特定新兴技术的社会成果的讨论,风险评估可以更具影响力,增强对责任的预期,并支持围绕新型生物技术的国际规范。随着生物技术从传统的生物学科发展到工程学和制造业,非生物学家正在使用先进的生物技术工具,这种包容性的对话至关重要。研究表明了对基因组编辑等特定技术的态度趋势,这些趋势进一步支持了符合《禁止生物武器公约》目标的全球伦理规范。

    效益的权衡

    对生物技术风险的评估必须与它们的潜在效益进行权衡。生物技术在医学、公共卫生和农业生产力方面都曾作出突破性贡献。新兴的生物技术不仅可以为不断增长的全球人口提供这些能力上的进步和改进,还可以提供开发新材料和新能源的机会,这体现在全球对可持续生物制造的兴趣日益增长。许多国家制定了利用生物技术建立“循环生物经济”的国家战略,其特点是降低能源需求和碳排放量,减少日常用品和产品生产中的有害废物。此外,新兴的生物技术可以使医疗对策成为可能,以对抗意外释放或故意滥用生物制剂以及自然发生的病原体或病毒的后果。

    尽管对未来持乐观态度,但对这一领域的效益进行合理评估对于权衡相对风险和效益至关重要。生物制造的出现似乎遵循典型的技术“炒作周期”。例如,最初人们对生物学可以“制造任何东西”的热情,导致了2006年至2012年间在化学品和燃料方面的大量投资,而这些投资并未达到预期。与传统方法生产的产品相比,生物技术产品的成本更低,但其经济回报尚未超过以石油为基础的产品的低价。行业正在转向利润更高的化学品和材料,并且正在采用更现实的战略和平台。随着行业的发展,追踪哪些生物技术可能成功并被公开采用将非常重要。随着全球生物经济的发展,既有获得经济效益的机会,也有实现利于整个社会的非有形效益的机会,如改善生活质量。

    在美国和全球范围内,评估生物经济效益的性质的早期工作已在进行中。尽管在技术应用阶段存在稳健、成熟的效益分析流程,特别是在医学和农业中,但在技术开发的早期阶段,效益评估落后于风险评估方法。在这个领域明确评估潜在效益所需的问题包括:人类、动物、植物或环境如何能从生物技术中获益;该技术的适用范围及适用时间;最后,技术的研发是否有利于国家安全和稳定?

    结论

    在未来几年,具有双重用途潜力的生物技术研究的显著进展必将出现。基于科学的评估和评估工具可以帮助评估潜在的风险和收益,并将监督的注意力和资源引向最可能或最相关的威胁。将这些风险评估和评估工具与生物风险管理和社会意识等其他工具相结合,可以帮助降低滥用生物学技术的风险。虽然没有适合所有国家或情况的单一风险管理解决方案,但这些框架提供了适应性很强的选项,可以补充自治和监督措施。

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    • 来源专题:科技大数据监测服务平台
    • 编译者:zhoujie
    • 发布时间:2021-01-20
    • 中国科协生命科学学会联合体以“公平、公正、公开”为原则开展2020年度“中国生命科学十大进展”的评选,延续了将项目成果进行知识创新类和技术创新类分类推荐和评选的方式,组织成员学会推荐,由生命科学、生物技术和临床医学等领域同行资深专家评选,并经中国科协生命科学学会联合体主席团审核,最终确定8个知识创新类和2个技术创新类项目成果为2020年度“中国生命科学十大进展”。 本年度的评选,联合体成员学会推荐的项目较往年数量明显增加,体现了“中国生命科学十大进展”评选日臻完善,社会影响力与关注度不断扩大;获奖项目中非院士主导项目所占比例较往年大,体现了我国生命科学研究领域后备力量强大。更为显著的是,本次入选项目具有原创性突出、社会意义重大的特点,其中知识创新类项目“蝗虫聚群成灾的奥秘:4-乙烯基苯甲醚是蝗虫的群聚信息素”,在全球范围内首次揭示了蝗虫群聚成灾的奥秘,对世界蝗灾的控制和预测,解决世界粮食问题具有重要意义。知识创新类项目“首个新冠病毒蛋白质三维结构的解析及两个临床候选药物的发现”和技术创新类项目“新冠肺炎动物模型的构建”对解决当前全球面临的新冠肺炎疫情有重大意义。技术创新类项目“小麦抗赤霉基因Fhb7的克隆、机理解析及育种利用”和知识创新类项目“进食诱导胆固醇合成的机制及降脂新药靶发现”聚焦国计民生和全民健康等热点问题。 中国科协生命科学学会联合体自2015年起开展年度“中国生命科学十大进展”评选工作,旨在推动生命科学研究和技术创新,充分展示和宣传我国生命科学领域的重大科技成果。目前评选活动已连续开展6个年度。每年公布评选结果后,邀请入选项目专家编写和出版科普书籍,并举办交流会暨面向青少年的科普报告会,向公众揭示生命科学的新奥秘,为生命科学新技术的开发、医学新突破和生物经济的发展提供新的思路,极大提高了生命科学的社会影响力。 中国科协生命科学学会联合体现向社会公布2020年度“中国生命科学十大进展”评选结果(排名不分先后)。 蝗虫聚群成灾的奥秘:4-乙烯基苯甲醚是蝗虫的群聚信息素 蝗灾对农业、经济和环境构成重大威胁。 中国科学院动物研究所康乐院士团队鉴定到一种由群居型蝗虫特异性挥发的气味分子4-乙烯基苯甲醚(4VA),并从化学分析、行为验证、神经电生理记录、嗅觉受体鉴定、基因敲除、野外验证等多个层面证明4VA是飞蝗群聚信息素。实验室合成的低剂量4VA能够吸引到大量野生蝗虫种群。该研究不仅揭示了蝗虫群聚成灾的奥秘,还被认为是昆虫学和化学生态学领域的一个重大突破,对世界蝗灾的控制和预测具有重要意义。研究中提出的基于昆虫化学感受操控的4种防治策略被认为是未来害虫绿色防控的新方向。《自然》杂志(Nature)配发编者按和专门评述文章,F1000 Prime评价推荐系统给予最高推荐,世界主要媒体都争相报道了这一重大发现。 该成果发表于《自然》杂志(Nature,2020,584:584-588)。   首个新冠病毒蛋白质三维结构的解析及两个临床候选药物的发现 新冠疫情对人类社会造成了巨大影响。解析新冠病毒关键药物靶点的三维结构,揭示药靶的重要特征,开发特效药迫在眉睫。 新冠病毒的主蛋白酶在病毒生活周期中起关键调节作用,是一个备受瞩目的药物靶点。上海科技大学等单位组成抗新冠联合攻关团队,在国际上率先解析了新冠病毒关键药靶主蛋白酶与抑制剂复合物的高分辨率三维结构,这也是世界上首个被解析的新冠病毒蛋白质的三维空间结构;阐明了抑制剂精确靶向主蛋白酶的作用机制;发现依布硒和双硫仑等老药或临床药物是靶向主蛋白酶的抗病毒小分子,且二者已被美国FDA批准进入临床II期试验,用于新冠肺炎的治疗。上述成果为抗新冠药物的研发奠定了重要基础。 该成果发表于《自然》杂志(Nature,2020,582:289-293)。 器官衰老的机制及调控 积极应对人口老龄化是我国的重大战略举措,而科学研究衰老是应对老龄化的重要基础。 中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组,中国科学院北京基因组研究所张维绮研究组及北京大学汤富酬研究组合作,系统解析了灵长类动物重要器官衰老的标记物和调控靶标;揭示了老年个体易感新冠病毒的分子机制;在系统生物学水平阐明热量限制通过调节机体免疫炎症通路延缓衰老的新机制;发现基于核心节律蛋白过表达的基因治疗可缓解增龄性小鼠骨关节变性并促进关节软骨再生。这些研究成果加深了人们对器官衰老机制的理解,为建立衰老及相关疾病的早期预警和科学应对策略奠定了重要基础。 相关研究成果发表于《细胞》(Cell,2020,180:585-600;Cell,2020,180:984-1001)和《细胞研究》(Cell Research,2020,10:1-18)等杂志。 新冠肺炎动物模型的构建 在新冠疫情防控中,动物模型是科研攻关五大主攻方向之一,是阐明致病机制和传播途径、筛选药物和评价疫苗的基础研究工作。发现与鉴定对新冠病毒敏感的动物、研制检测动物体内病毒的试剂、使动物准确模拟疾病临床表现,是造模的三个关键难题。 中国医学科学院医学实验动物研究所秦川团队与中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所武桂珍、谭文杰团队,中国医学科学院病原生物学研究所王健伟团队合作,通过比较医学分析,培育了病毒受体高度人源化的动物,建立了模型特异的检测技术,证实了病毒入侵受体,遵循科赫法则证实了致病病原体,揭示了新冠肺炎免疫特征和病理特征,再现了病毒感染、复制、宿主免疫和病理发生过程,系统模拟了新冠肺炎的不同临床特征,在国际上第一个构建了动物模型。 应用动物模型,阐明了系列疾病机理,筛选到了系列有效药物,完成了国家部署的80%以上疫苗评价,模型研制方法和标准提供给世界卫生组织(WHO),供国际研究使用。 该成果发表于《自然》(Nature,2020 Jul;583:830-833)和《动物模型与实验医学》杂志(Animal Model & Experimental Medicine,2020 Mar 30;3:93-97)。 人脑发育关键细胞与调控网络 脑是人类智能活动的物质载体,研究发育过程中脑结构功能的建立,将揭示智能形成的细胞和分子机制,同时为相关医学应用提供理论线索与技术方案。 中国科学院生物物理研究所王晓群课题组、北京师范大学吴倩课题组和北京大学汤富酬课题组展开合作,通过高通量单细胞组学分析对人类胚胎发育关键期的海马体、下丘脑、大脑皮层多亚区以及视网膜进行了细胞构成图谱及基因调控网络研究,对关键细胞类型的功能发育进行了追踪,揭示了多个脑区发育的关键时间节点与基因,详细绘制了人脑的动态发育蓝图,为相关疾病的诊疗提供了坚实基础。 多篇研究成果相继发表在《自然》(Nature, 2020, 577:531-536)、《自然-通讯》(Nature communications,2020,11:4063)等杂志。 发现行为调控抗体免疫的脑-脾神经通路 我们的生活经验暗示,从冥想到体育锻炼等行为可能增强免疫力。然而,大脑活动是否可以直接控制发生在脾脏等淋巴器官内的免疫反应,长久以来并没有严格的实验证据支持。 清华大学免疫学研究所祁海课题组、上海科技大学胡霁课题组以及清华大学麦戈文脑科学研究所钟毅课题组通力合作,在小鼠模型里发现,脾脏如果丧失神经支配,疫苗接种后机体就不能正常产生抗体。进一步实验表明,这是因为大脑内被称为中央杏仁核和室旁核的区域有一类CRH神经元与脾神经相连。激活CRH神经元,会增加脾神经活动,进而可以增进疫苗接种产生的抗体;反之,抑制CRH神经元会降低疫苗的效力。进而他们还设计出了一种小鼠的行为范式,可以通过激活这一新发现的脑-脾神经通路来达到增强抗体产生的效果。这些发现,首次建立了大脑活动可以增进抗体产生的一条神经通路,指出了将来利用锻炼、冥想等行为增强疫苗效果、加强人体免疫力的可能。 该成果发表于《自然》杂志(Nature,2020,581:204-208)。 进食诱导胆固醇合成的机制及降脂新药靶发现 胆固醇是生命活动必不可少的脂质,但太多会引起心脑血管疾病。人在进食碳水化合物时,胆固醇主要靠自身合成获得。合成胆固醇需要消耗很多能量,因此哺乳动物只在进食后才上调合成,饥饿时则抑制,这其中的机制长期不清楚。 武汉大学宋保亮实验室在胆固醇领域取得新的突破,该团队发现进食碳水化合物后,血液中升高的葡萄糖和胰岛素促使肝脏中USP20蛋白被磷酸化修饰,USP20稳定胆固醇合成途径限速酶HMGCR,从而上调胆固醇合成。抑制USP20,降低血脂、减肥及增加胰岛素敏感性。该发现不仅揭示了人体的营养感应机制,还证明USP20可以作为新的降脂药物研发靶点。这一研究成果及其应用将惠及全民健康。 该成果发表于《自然》杂志(Nature,2020,588:479-484)。 提高绿色革命作物品种氮肥利用效率的新机制 面向国家粮食安全和农业可持续发展的重大战略需求,中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究团队在水稻高产和氮高效协同调控机制领域获得重要突破。研究发现了赤霉素信号转导途径新组分NGR5通过介导组蛋白甲基化修饰来调控植物响应土壤氮素水平的变化,同时与生长阻遏因子DELLA蛋白竞争性结合赤霉素受体GID1,实现赤霉素调控植物生长发育。在高产水稻品种中增加NGR5的表达可在减少氮肥的条件下,仍可获得高产。该发现找到了一条既能保证高产提高又能降低氮肥投入、减少环境污染的育种新策略,为培育“少投入、多产出、保护环境”的绿色高产高效新品种奠定了理论基础,在农业生产上有广阔的应用前景,能产生巨大的经济效益和社会效益。 该成果以封面论文形式发表于《科学》杂志(Science 367 eaaz2046, 2020)。 小麦抗赤霉基因Fhb7的克隆、机理解析及育种利用 镰孢菌引起的小麦赤霉病被称为小麦“癌症”,抗源稀缺,是威胁粮食安全的重大国际性难题。 山东农业大学孔令让研究团队历时20年,从小麦近缘属植物长穗偃麦草中首次克隆出主效抗赤霉病基因Fhb7并阐明其功能、抗病机理和水平转移进化机制。同时,利用远缘杂交将Fhb7转移到推广小麦品种中,赤霉病抗性表现稳定,且对产量没有显著负面影响。目前团队选育的多个抗赤霉病小麦新品系已进入国家及省级区域试验或生产试验,并被纳入我国小麦良种联合攻关计划,为解决小麦赤霉病世界性难题提供了“金钥匙”。另外,Fhb7对镰孢菌分泌的单端孢霉稀族毒素的广谱解毒功能,有望应用于其他作物抗镰孢菌病害的遗传改良,以及解决粮食和饲料中的霉菌毒素污染问题。 该成果发表于《科学》杂志(Science,2020,368:eaba5435)。 抗原受体信号转导机制及其在CAR-T治疗中的应用 CAR-T细胞治疗已经成功地应用于肿瘤的临床治疗,但面临细胞因子释放综合症和细胞持续性低等挑战。CAR的信号元件来自抗原受体TCR的CD3ζ链以及共刺激分子如CD28。目前对CAR的改造主要集中在共刺激信号元件,而忽视了抗原信号元件。 中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所许琛琦研究组、北京大学医学部黄超兰研究组和美国加州大学圣地亚哥分校惠恩夫研究组合作,通过定量质谱和生化方法发现TCR的CD3z 链具有特殊的信号转导功能,可以同时招募抑制性分子Csk和活化性分子PI3K。将CD3z 胞内区加入临床使用的CAR序列中,可使得CAR-T细胞持续性更好,抗肿瘤功能更强,并且细胞因子释放综合症的风险降低。 该成果发表于《细胞》杂志(Cell,2020,182:855-871) 来源:中国科协生命科学学会联合体