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《美陆军拟开发新型生物技术防护手段》

  • 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

  • 据Homeland Preparedness News网站7月3日报道，美国陆军正在研究如何利用微生物基因工程检测和抵御一系列对士兵的无形威胁，包括辐射、毒气、环境毒素和蚊子等。经过基因工程编辑的微生物很微小且不需要用电，军队可通过它们将新的传感器和防御系统植入士兵的制服来达成抵御目的；科学家Justin Sanchez则表示还可以使用基因编辑酶CRISPR-Cas9来改变微生物的DNA，使其散发出一种能驱逐昆虫的挥发性气味。海军研究实验室生物学家Sarah Glaven透露，目前海军也正在研究类似的生物技术防护手段。

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相关报告

  • 《中国石化成功开发微藻生物质利用成套技术》
    • 来源专题：微藻光驱固碳合成生物燃料产品的关键技术研究
    • 编译者：王阳
    • 发布时间：2021-01-10
    • 谈起微藻，很多人常常联想到湖面上绿油油的浮萍。在诗人的世界里，它无根无依靠，随风东西流。然而，作为世界上最简单也最原始的生物之一，微藻就像一个有待开发的巨大宝藏，经过加工，它能制成保健品、化妆品及高品质饲料等，用途广泛，甚至还能与能源变革产生联系。 　　多年以来，中国石化石油化工科学研究院微藻生物技术研发团队瞄准微藻高值化利用的方向，锁定微藻用于减排氮氧化物（NOX）和二氧化碳的关键科学问题，开展深入研究，开发了从烟气NOX高效固定、优良藻种选育、微藻规模养殖、采收加工到微藻生物质利用的全产业链成套技术，创新提出微藻脱硝组合工艺，实现改善环境污染与生产生物能源的集成，验证了微藻高值化利用技术路线的可行性。“微藻用于NOX和二氧化碳减排的集成与创新”项目获得中国石化2019年度前瞻性基础性研究一等奖。 　　基础研究探索本质 　　能源、环境和食物是人类可持续发展面临的重大问题。化石能源过度使用造成的环境污染日益严重，而现有脱硝技术运行成本高，且存在二次污染等问题。此外，我国还是全球蛋白质原料最大进口国，每年进口大豆近1亿吨，蛋白质原料对外依存度甚至超过石油，开发新的蛋白质来源意义重大。 　　微藻被称为由阳光驱动的“活化工厂”，可在常温常压条件下，将无机碳、氮高效转化为有机碳（主要为糖类与油脂）和有机氮（主要为蛋白质）。中国石化新能源研究所所长、石科院微藻生物技术研发团队带头人荣峻峰介绍到，微藻易养殖、生长速度快，石油化工企业在生产过程中排放的大量烟气、废水和低温余热，如果能利用起来为微藻生长提供充足营养和适宜温度，再通过微藻减排NOX和二氧化碳，处理废气废水，同时生产微藻生物质，进一步转化为微藻蛋白或微藻生物柴油等高价值生物产品，可谓一举两得。 　　然而，现有微藻脱硝技术由于尚不成熟，一直无法满足工业应用对效率和稳定性的要求。荣峻峰认为，技术的不成熟，归根到底在于对其基本原理理解得不透彻。从2010年起，荣峻峰和团队开始介入微藻生物技术领域，剖析微藻脱硝技术背后所隐藏的科学本质。 　　NOX在水中溶解度低，就对氧化体系中NOX的化学吸收过程进行分析，找出提高吸收率的关键点；NOX高效脱除的条件与微藻生长的适宜条件不一致，就将化工过程和生物过程分离，分别进行优化后再结合；微藻对脱硝产物亚硝酸盐耐受性差，就对微藻细胞氮代谢机制进行研究，提高氮转化效率。开展烟气耐受的藻种采集、分离纯化、驯化筛选及性能评价，获得了能高效固定NOX和二氧化碳的优势藻种35株，建立起藻种库。 　　通过层层分解，团队从反应原理、传递过程及细胞生理状态等不同角度，对NOx固定与微藻生长所涉及的各个环节开展基础研究，充分掌握了实验现象背后蕴含的科学规律。 　　技术开发锐意创新 　　有了理论基础的指导，团队开始着手进行技术开发。在建立技术体系之前，首先要确定微藻的养殖模式。 　　通常微藻养殖分为自养和兼养两种模式：自养即微藻以阳光为能源进行生长，具有成本低、技术简单、易于大规模养殖等优势，但自然光的能量密度低，存在着生长速度慢的缺陷；兼养即微藻同时利用光能和外源有机物作为能源生长，这种模式生长速度快、脱氮效率高，但养殖成本高。两种技术路线各有优劣，到底选择哪种方式更合适？团队中存在不同意见。 　　关键时刻，荣峻峰带领团队放下了对养殖方式优劣的争论，将目光投向脱硝技术的需求方——污染源。 　　石油化工技术复杂多样，排放含氮污染物的质与量也有很大差异，单一的技术路线很可能无法满足未来工业化应用对脱硝技术的需求。在对需求进行精准分析后，荣峻峰提出两条路线并行开发的思路：自养适合用于处理低浓度大流量的含氮污染物，兼养则更适合用于处理棘手的高浓度含氮污染物。两种技术路线并行使用，可极大程度提升工艺的适应性，进而提高技术应对复杂市场需求的整体竞争力。 　　明确了方向后，团队成员迅速开展技术开发与实验室小试、中试研究，在新型光生物反应器、光能兼养技术、微氮刺激技术、养殖液循环利用技术、微藻高效采收与亚临界油脂提取等方面实现创新与突破。再将各单项技术进行有机整合，率先建立了完整的微藻脱硝组合工艺，实现了烟气脱硝与微藻养殖既紧密耦合又独立运转。 　　截至目前，团队已申请中国专利60件，获授权34件，申请国外专利10件，在美国、日本和欧洲已获授权，构建起完整的专利网。相关研究成果得到可再生能源全球创新组织的肯定，认为“该成果首次提供了一种利用微藻进行实际大规模烟气减排的可能性与工业化策略”。 　　未来发展生机无限 　　微藻应用于环境保护是一个典型的跨学科研究课题，涉及化学化工、环境科学与生物技术多个领域。石科院微藻生物技术研发团队的成员也有着丰富的学科背景，有研究微藻出身的科班力量，有工程开发经验丰富的技术专家，还有干了大半辈子石油化工，依然保持着对新领域新知识的渴求，选择踏入微藻行业的“新人”。知识、阅历及经验不同的成员们在一起交融碰撞，形成了一支思路开阔、执行力强、分工明确而又团结互助的优秀队伍。 　　在传统石化行业眼中，微藻生物技术还是一个新鲜事物。技术好不好用、能不能满足需求、成本效益情况如何，是用户最为关心的问题。而这些问题，都有待于工业示范试验来验证。 　　目前，微藻脱硝技术正在中国石化催化剂公司长岭分公司、石家庄炼化分公司与湖北化肥分公司开展工业示范试验。为保证试验的顺利进行与数据的完整可靠，团队成员积极投身到一线工作中，长期驻守在试验装置现场，对装置的运行情况进行密切监控，及时解决实验过程中出现的问题。 　　随着我国生态文明建设不断推进，发展绿色经济、低碳经济、循环经济是大势所趋、潮流所向。展望未来，微藻脱硝技术能够利用污染物生产高价值生物产品，化腐朽为神奇，实现环境保护与社会经济发展的和谐统一，具备无限的潜力。这一方案也将为中国石化践行绿色发展、履行低碳责任，成为循环经济的引领者提供一条颠覆性技术路线，成为“绿水青山就是金山银山”这一科学论断的有力注解。
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  • 《生物技术的发展对军事机构的影响及启示》
    • 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：2019-02-26
    • 2019年2月5日，The Strategy Bridge网站发布报告《生物技术与人体增强：国家安全从业者的问题》（Biotechnology and Human Augmentation: Issues for National Security Practitioners）。 报告指出，过去十年，未来战争和战略领域的军事理论家和科学家详细研究了正在进行的信息技术革命的潜在影响，尤其关注自动化和人工智能对军事和国家安全事务的影响，而对生物技术领域的发展没有给予足够的重视。 过去十年，生物领域取得了突破性的进展。人类基因组测序已经从一项需要花费数十年和数十亿美元的工程发展成为一个更便宜和快速的过程。领导者必须识别可能影响国家未来安全的关键生物问题。生物技术中最重要的问题之一：随着人体增强，各国是否应该增加军事人员以保持领先的能力？ 生物技术与人体增强 军事机构将继续寻求与潜在对手相比的竞争优势。军事机构在采购先进平台方面的优势最为明显，同时人类生物技术的进步逐渐受到更多关注。2017年美国战略与国际研究中心发布的关于“第三次抵消战略”的报告指出，大多数新的技术进步只能提供临时优势，时间一般不超过五年。在这种环境下，一些军事机构可能将人体增强的新领域视为未来更重要的竞争优势。 人体增强技术已存在数千年。我们的祖先发现了天然存在可增强认知和身体能力的化合物。例如，国内和国际体育竞赛继续推动创造新成绩和监管机构开发检测方法之间的竞争。其中一个例子是使用基因兴奋剂来提升运动员的竞争优势，该兴奋剂最初是开发用于治疗遗传和获得性疾病的基因疗法。尽管这类兴奋剂可能有致癌和其它副作用，但一些运动员认为这些风险是可接受的。如果忽视道德和安全问题，这就转变成了一种优势。 目前不能假设所有的国家都将与西方民主社会遵循相同的道德、法律或政策原则。基于迄今为止的发展轨迹，当代军事机构应该预期所有形式的人类改进都将继续发展，无论是相对良性的还是极具争议性的改进。对于当代战略领导者而言，关键是要预测这些发展将如何对军事机构产生潜在影响。 对军事机构的影响 从理论上讲，未来生物技术的进步可能会增强认知能力。然而，考虑到硅的生物相容性的挑战，不久的将来人类能力的显著增强可能出现在假肢、可穿戴计算或人工智能组合等方面。从长远来看，某些形式的基因治疗可以避免植入物的需要。下面将探讨一系列可能的挑战。 团体凝聚力 军事机构在将新成员纳入其队伍方面拥有丰富的经验。有效的未来团队的基础是发展这种方法，以建立正常人与增强者之间的信任和群体凝聚力。军事领导人能够而且应该相信增强人员做出有关拯救生命的决定的程度可能是一个渐进的过程。由增强型和非增强型人组成的团队是否能够建立信任还有待观察。需要开展试验以确定增强型人员是否会偏离非增强型人员的决策，反之亦然。虽然机构可以从历史整合的挑战中学习经验教训，但增强型人类存在本质区别。以往，新团体融入军队仅涉及人类。如果使用神经技术显著增强认知功能，代表可能出现一类完全不同的未来智人。 可获得性 军事机构需要决定其部队的增强型人类比例将增加多少。鉴于这种生物技术的早期阶段可能很昂贵，整个军事机构人员增强不太可能。那么，谁会被增强以及为什么增强？军事机构需要制定价值方案，以确保身体和认知增强能够为未增强人员的使用带来更好的结果。还有一个问题是军队人员在离任时是否会被解除增强。将增强型人员转变为非增强型人员可能对军人和更广泛的社会造成创伤。 概念（conceptual） 2006年，一位中国科学家发表文章指出，军事生物技术为转向“防御与攻击之间的新平衡，产生新的战争概念，军事力量的新平衡和新的攻击力”提供了机会。该文章强调重新思考生物技术和人体增强对于军事机构如何发展作战概念的意义。当人类获得认知增强时，一系列战术、操作和战略概念可能变得无关紧要。采用生物技术和基于硅的技术相结合的战略思考可以使组织处于与目前情况截然不同的方向。此外，还要考察那些增强型人是否能够实现更大的多样性（特别是在智力领域），或者是否会导致身体和认知能力的同质化增加。 废弃（obsolescence） 人类发动战争的一个根本挑战：尽管技术进步，但最薄弱的环节之一是人类的身体能力。那么，军事机构拥有大量身体和认知增强型人员，非增强的正常人是否会变得无关紧要？非增强型人类是否能够与身体和认知增强的军事人员竞争还有待观察。人类不同身体和认知功能的增强也可能推动军事机构战略性运作、规划和思考的改变。 军事教育与培训 传统的军事训练强调人类教学，以完成个人及团队的学习任务和使命。在增强和非增强型人员组成的综合机构中，培训方法必须考虑增强型人员不同的改进能力，并融合增强和非增强型人员的能力。目前军事领导人的教育正在寻求实现他们在战争艺术和科学方面的智力发展。如果存在认知增强型人类，那么机构和个人的专业化军事教育也需要发展。考虑到这一类新的军事人员群体的身体和认知能力的提高，其关键学习成果将不得不重新检查，甚至必须重新检查健康评估等基本问题。 选择 当实验性增强逐渐成为批准的干预措施时，是否等同于父母可以考虑为其孩子选择一种批准的认知增强？军事人员在增强过程中会有多少选择？这是基于志愿还是指令，这些立场的法律和道德影响是什么？对某些职业可能成为强制性的推测可能也适用于军方。 道德 研究界正在努力解决整个社会人体增强的道德问题。虽然评估生物技术军事应用的第一个问题是国际人道法，但也必须考虑生物伦理学。道德问题几乎渗透到人体增强的每个方面，前面提到的其他挑战中也存在道德问题。军事机构还应评估多次增强的累积效应以及融合增强的后果。 前进的方式 生物技术界的人必须了解这些问题，但仅凭这些人无法解决这些问题，还需要军事、政府和社区的高层领导人更广泛的参与。一位生物技术专家指出，生物技术释放的新形式的力量必须得到利用，并且要比过去更有智慧地加以利用。如果军事机构要在其投资中表现出智慧，就必须探索军事机构内部的社会影响。 一些增强可能比较昂贵，至少最初比较昂贵。它可能会超出社会中大多数人、很多政府和公司机构的支付能力。如果仅增强军事人员，对军民关系会产生什么影响，谁来做出这个决定？在这种情况中，向更广泛社会否认人体增强的益处可能是不道德的。 在西方民主制度中，监管、政策和法律框架的发展无法跟上当前复杂技术进步的步伐。无法假设其他国家允许这些不足减缓其在生物技术方面的努力，更不用说非国家行为者不受管制的努力。虽然第四次工业革命的焦点主要集中在技术上，也许对于澳大利亚（和其他民主国家）而言，这些领域也需要全国企业的革命，以跟上变革的步伐，促进人体增强影响评估的系统化。 结论 增强人类身体和认知能力的潜力是诱人的。可能会有一些人在利用这些新技术时不负责任。过去人类已经证明了其负责任地管理颠覆性技术的能力，如飞行、原子武器和太空能力等。这意味着有思想的学者、国家安全从业者以及更广泛社会人员必须参与到“未来生物技术为什么使用以及如何使用”的讨论中。对于未来的全球安全和人类而言，考虑和发展针对生物技术使用有效的道德和法律机制至关重要，这必须与开发新生物技术的科学努力同时进行。
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