合成生物學(xué)被認為是觸發(fā)醫學(xué)新革命的重大推動(dòng)力，然而，它還未真正讓人類(lèi)成為“造物主”，就已經(jīng)被認為會(huì )給全球帶來(lái)新一輪生物武器威脅。

本周二，美國國家科學(xué)院（National Academy of Sciences）應美國國防部（Department of Defense）的要求，發(fā)布了一份長(cháng)達221頁(yè)的報告，這份名為《合成生物學(xué)時(shí)代的生物防御》（Biodefense in the Age of Synthetic Biology）的報告，由 13 名領(lǐng)域內的權威科學(xué)家共同撰寫(xiě)。

圖丨撰寫(xiě)報告的13名權威專(zhuān)家

報告中強調，近幾年迅速崛起的合成生物學(xué)正在帶來(lái)新一代的生物武器威脅，其中，基因編輯工具的發(fā)展使惡意的生物信息編輯變得更為廣泛易得且快速，很可能會(huì )成為新的國際安全隱患。

圖丨《合成生物學(xué)時(shí)代的生物防御》（Biodefense in the Age of Synthetic Biology）

先進(jìn)的DNA合成和基因編輯技術(shù)讓科學(xué)家們可以輕而易舉的使有害細菌變得更致命；或是“白手起家”，從頭開(kāi)始合成那些已經(jīng)絕跡的病毒；甚至可以以隨處可見(jiàn)的微生物為武器，使經(jīng)過(guò)特定基因修飾的微生物一旦侵入人體就會(huì )快速產(chǎn)生致命毒素……

這意味著(zhù)，盡管這些先進(jìn)技術(shù)本身無(wú)害，可一旦被某些研究人員或特殊團體濫用，后果將不堪設想。早在 2016 年，美國國家情報部門(mén)就已經(jīng)將“基因編輯”技術(shù)列入了“大規模殺傷性與擴散性武器”威脅清單中。

可怕的生物武器

生物武器，由于早期主要以致病性細菌為媒介，也被稱(chēng)為細菌武器，是指用來(lái)殺傷人員、牲畜和毀壞農作物的致病性微生物及其毒素，依賴(lài)生物與生物之間的克制對有生力量發(fā)揮殺傷作用，這類(lèi)用生物殺死有生力量和毀壞植物的武器被統稱(chēng)為生物武器。

人類(lèi)最早使用生物武器的時(shí)間可以追溯到14世紀，戰爭中，人們將因感染鼠疫而死亡的尸體扔進(jìn)守衛森嚴的城池中，使守城的士兵患病，達到攻城略地的作用。二戰中，日軍也曾經(jīng)廣泛的研究和使用生化武器，并組建了臭名昭著(zhù)的細菌作戰部隊，即 731 部隊，在我們的廣大同胞身上開(kāi)展人體實(shí)驗。

相比于化學(xué)武器，生物武器專(zhuān)一性強，且不會(huì )隨著(zhù)時(shí)間或空間上的變化而稀釋緩解，同時(shí)可以快速繁殖增加，具有更大的殺傷力。由于比其他大規模殺傷性武器更容易制造和走私，因此，它對整個(gè)人類(lèi)的威脅不僅沒(méi)有消除，反而在冷戰后更突出了。

隨著(zhù)基因編輯技術(shù)的發(fā)展，目前的生物武器表現得更為專(zhuān)一、強大。相比于之前生物武器依賴(lài)于傳染性進(jìn)行攻擊，經(jīng)常出現“敵我不分”的情況，如今的生物武器可以專(zhuān)一性的靶定特定團體，利用其生物產(chǎn)物（比如所產(chǎn)生的毒素）攻擊目標。

以生物毒素蓖麻素為例，極其微量的蓖麻素就可以置人于死地，并且目前并沒(méi)有解藥。如果將相關(guān)基因編輯到常見(jiàn)微生物基因組中，特異性靶向特定人群，將會(huì )造成比核武器更嚴重的災難。

懸崖上的鋼絲表演

過(guò)去幾十年來(lái)的科學(xué)發(fā)展，使得編輯已有生物的遺傳信息或創(chuàng )造自然界并不存在的生物成為可能，隨之誕生的，就是我們今天需要討論的這個(gè)新興的分支學(xué)科—合成生物學(xué)。

與傳統生物學(xué)抽絲剝繭般的解讀生命相反，合成生物學(xué)要做的是從基本單位開(kāi)始，從基因片段、DNA 分子到人工合成細胞，建立人工生物系統，最終搭建完整的生命體。 

近年來(lái)，合成生物學(xué)的概念、方法，以及其強大的基因編輯工具為一些基礎研究提供了思路，同時(shí)也在方方面面為人類(lèi)生活帶來(lái)福利。以 CRISPR 為例，作為近年來(lái)熱門(mén)的基因編輯工具，本來(lái)是一種存在于大多數細菌或古細菌中的一類(lèi)后天獲得性免疫，由于其可以特異性的靶向某些 DNA 序列，且高效簡(jiǎn)便，近年來(lái)被廣泛應用于動(dòng)物、植物以及微生物的基因編輯中。

2017年，一家叫做 eGenesis 的初創(chuàng )公司通過(guò) CRISPR 系統成功使豬胚胎中PERV 病毒的 25 個(gè)拷貝全部失活，最終獲得健康且體內無(wú)病毒活性的小豬。由于器官都與人類(lèi)極為接近，因而豬一直被認為是最合適的異種器官供體，無(wú)病毒豬的實(shí)現是人類(lèi)完成異種器官移植道路上前進(jìn)的一大步。

同年 8 月，來(lái)自于俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的 Shoukhrat Mitalipov 領(lǐng)導團隊成功完成了美國首例基因編輯人類(lèi)胚胎的研究，他們通過(guò) CRISPR/Cas9 技術(shù)鎖定并移除了 42 個(gè)胚胎內肥厚型心肌病有關(guān)的變異基因。

基因編輯工具使得研究者可以隨意改寫(xiě)生物的遺傳密碼，但這并不能讓狂熱的科學(xué)家得到滿(mǎn)足，他們希望改變能夠來(lái)得更徹底——書(shū)寫(xiě)遺傳密碼、搭建生命。

2010年，基因測序界的絕對先驅 J. Craig Venter 帶領(lǐng)研究團隊，成功的培養出首個(gè)具有一套完整人造基因組的絲狀支原體的細菌—絲狀支原體 JCVI - syn1.0。6 年后，該團隊對構成最初版本“合成細胞”的 901 個(gè)基因進(jìn)行了精簡(jiǎn)，再次發(fā)布研究結果—僅有 473 個(gè)基因的 Syn3.0 。“合成細胞”的成功意味著(zhù)自然生命和合成生命之間的邊界正在被打開(kāi)，也標志著(zhù)分子遺傳學(xué)新時(shí)代的到來(lái)。

也正是合成生物學(xué)的蓬勃發(fā)展，證實(shí)了專(zhuān)家學(xué)者的擔心并非杞人憂(yōu)天，事實(shí)上，也的確有一些科學(xué)狂人開(kāi)始了瘋狂的“創(chuàng )作”。

圖丨加拿大阿爾伯塔大學(xué)病毒學(xué)家 David Evans

來(lái)自加拿大阿爾伯塔大學(xué)病毒學(xué)家 David Evans 就是其中的一位， 2017 年他帶領(lǐng)團隊僅花費了 10 萬(wàn)美元就重新合成出了馬痘病毒——這是一種天花病毒的近親，而這種病毒早在 1980 年就宣布已被徹底消滅。

毫無(wú)疑問(wèn)，如果馬痘病毒可以被復制再現，天花也并非不可。在歷史上，天花病毒幾乎可以被視作是“死亡”的代名詞，人類(lèi)花費了幾十年的時(shí)間，投入了數十億美元，才使其消滅，而如今，剛拼來(lái)不久的安寧似乎也變得岌岌可危。

而近來(lái)年大火的基因編輯工具 CRISPR 則是另一項重點(diǎn)關(guān)注的內容，在該系統被發(fā)現開(kāi)發(fā)的 6 年來(lái)，無(wú)數的動(dòng)物、植物采用了該系統進(jìn)行基因編輯。2018 年 3 月，中國成功誕生了世界首例神經(jīng)疾病基因敲入豬。研究人員通過(guò)CRISPR/Cas9 技術(shù)，獲得亨廷頓舞蹈癥基因敲入豬模型。既然 CRISPR 系統可以成功編輯動(dòng)物，那么編輯人類(lèi)也指日可待。

正如上文所說(shuō)，基因編輯本身只是一種工具，而手握這種工具的研究者才是懸崖上走鋼絲的表演者，稍有不留意便可能帶來(lái)無(wú)法挽回的災難。

圖丨Gigi Gronvall

“但合成生物學(xué)的發(fā)展的確加劇了這種生物武器威脅，這并不是一個(gè)好的跡象，”來(lái)自約翰霍普金斯大學(xué)公共衛生研究員 Gigi Gronvall 說(shuō)到，他同時(shí)也是這個(gè)報告的13名作者之一，“而這項報告提供了一個(gè)系統評估濫用威脅的框架?！?/span>

“目前美國軍方并未將合成生物學(xué)視為重大威脅，”美國國防部副部長(cháng) D. Christian Hassell 說(shuō)到，但重點(diǎn)是需要做好提前應對，因為疫苗的研發(fā)往往需要幾年的時(shí)間。

該報告綜合考慮了（新生物武器）的技術(shù)障礙、傷亡范圍和被檢測到的可能性來(lái)衡量其潛在威脅。盡管對于“合成生物學(xué)的一些惡意應用目前并不合理，但隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展，最終將會(huì )實(shí)現?！?/span>

而實(shí)際上，資助了本項研究報告的美國軍方早已是合成生物學(xué)的最大投資者。雖然對于美國來(lái)說(shuō)，研究更多的是出于防御性質(zhì)，但對于其他國家來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)報告更容易增加額外的焦慮，來(lái)自倫敦國王學(xué)院的高級研究員 Filippa Lentzos 說(shuō)到。

圖丨Michael Imperiale 

同時(shí)該報告也呼吁美國政府重新考慮如何進(jìn)行疾病監測，以便能更好地檢測新型生物武器，并研究如何加強防御?！?/span>美國政府應該密切關(guān)注這個(gè)高速發(fā)展的領(lǐng)域，就像在冷戰時(shí)期對化學(xué)和物理學(xué)的密切關(guān)注一樣，”來(lái)自密歇根大學(xué)微生物學(xué)家，同時(shí)也是該項研究報告主席的 Michael Imperiale 說(shuō)到。

合成生物學(xué)的未來(lái)

合成生物學(xué)先驅、MIT生物工程學(xué)教授 James Collins 曾經(jīng)在一次采訪(fǎng)中對DT君表示，合成生物學(xué)是生物學(xué)中很重要的一部分，而且將是21世紀最關(guān)鍵的技術(shù)平臺之一。但它還是個(gè)新型領(lǐng)域，在 17 年前才開(kāi)始真正出現，全世界也只有為數不多的團隊在進(jìn)行這方面的探索。

圖丨James Collins

James Collins 認為，現在合成生物學(xué)領(lǐng)域的研究主題有兩大方向：一個(gè)是為企業(yè)開(kāi)發(fā)工程技術(shù)平臺，比如制藥行業(yè)和其他生物技術(shù)行業(yè)；二是醫療領(lǐng)域，分為診斷與療法。合成生物學(xué)還有很長(cháng)的路要走，但他相信，未來(lái)幾年內，合成生物學(xué)會(huì )取得很多重大突破。

他對 DT 君透露，就合成生物學(xué)而言，目前英國進(jìn)展很快，很多高校都設立了專(zhuān)門(mén)的合成生物學(xué)研究機構，而且從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)，都越來(lái)越多的從合成生物相關(guān)研究中受益，中國從投資角度來(lái)說(shuō)可能稍微落后，但從合成生物學(xué)研究大方向上看，具有很大潛力。

如果單單將目光集中在合成生物學(xué)及基因編輯工具可能帶來(lái)的生物武器威脅上，而放棄其在醫療及農業(yè)發(fā)展上的巨大潛力，顯然是不夠理智的。

但不可否認，的確有些科學(xué)狂人的過(guò)格舉動(dòng)在挑戰著(zhù)生物安全的底線(xiàn)，甚至有人從網(wǎng)絡(luò )上訂購藥品、合成DNA片段，在家中完成自助式基因編輯。很顯然，目前的規則已經(jīng)無(wú)法適應科技從不停歇的腳步，這就要求政府及相關(guān)部門(mén)及時(shí)修改法規，加強監管。同時(shí)，未雨綢繆的深入研究不失為一種應對的良策，但如何均衡自我防御與軍事競備的尺度，則需要世界各國的共同參與、平等對話(huà)。

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校審：黃珊

參考：

https://www.technologyreview.com/s/611508/us-military-wants-to-know-what-synthetic-biology-weapons-could-look-like/

https://www.theguardian.com/science/2018/jun/19/urgent-need-to-prepare-for-manmade-virus-attacks-says-us-government-report