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合成生物學(xué)被認(rèn)為是觸發(fā)醫(yī)學(xué)新革命的重大推動力,，然而，它還未真正讓人類成為“造物主”,，就已經(jīng)被認(rèn)為會給全球帶來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(yīng)美國國防部（Department of Defense）的要求,，發(fā)布了一份長達(dá)221頁的報告，這份名為《合成生物學(xué)時代的生物防御》（Biodefense in the Age of Synthetic Biology）的報告,，由 13 名領(lǐng)域內(nèi)的權(quán)威科學(xué)家共同撰寫,。 圖丨撰寫報告的13名權(quán)威專家 報告中強(qiáng)調(diào)，近幾年迅速崛起的合成生物學(xué)正在帶來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，很可能會成為新的國際安全隱患,。 圖丨《合成生物學(xué)時代的生物防御》（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(xì)菌變得更致命,；或是“白手起家”，從頭開始合成那些已經(jīng)絕跡的病毒,；甚至可以以隨處可見的微生物為武器,，使經(jīng)過特定基因修飾的微生物一旦侵入人體就會快速產(chǎn)生致命毒素…… 這意味著，盡管這些先進(jìn)技術(shù)本身無害,，可一旦被某些研究人員或特殊團(tuán)體濫用,，后果將不堪設(shè)想。早在 2016 年,，美國國家情報部門就已經(jīng)將“基因編輯”技術(shù)列入了“大規(guī)模殺傷性與擴(kuò)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(xì)菌為媒介,，也被稱為細(xì)菌武器,，是指用來殺傷人員、牲畜和毀壞農(nóng)作物的致病性微生物及其毒素,，依賴生物與生物之間的克制對有生力量發(fā)揮殺傷作用,，這類用生物殺死有生力量和毀壞植物的武器被統(tǒng)稱為生物武器,。 人類最早使用生物武器的時間可以追溯到14世紀(jì)，戰(zhàn)爭中,，人們將因感染鼠疫而死亡的尸體扔進(jìn)守衛(wèi)森嚴(yán)的城池中,，使守城的士兵患病，達(dá)到攻城略地的作用,。二戰(zhàn)中,，日軍也曾經(jīng)廣泛的研究和使用生化武器，并組建了臭名昭著的細(xì)菌作戰(zhàn)部隊,，即 731 部隊,，在我們的廣大同胞身上開展人體實驗。 相比于化學(xué)武器,，生物武器專一性強(qiáng),，且不會隨著時間或空間上的變化而稀釋緩解，同時可以快速繁殖增加,，具有更大的殺傷力,。由于比其他大規(guī)模殺傷性武器更容易制造和走私，因此,，它對整個人類的威脅不僅沒有消除,，反而在冷戰(zhàn)后更突出了。 隨著基因編輯技術(shù)的發(fā)展,，目前的生物武器表現(xiàn)得更為專一,、強(qiáng)大。相比于之前生物武器依賴于傳染性進(jìn)行攻擊,，經(jīng)常出現(xiàn)“敵我不分”的情況,，如今的生物武器可以專一性的靶定特定團(tuán)體，利用其生物產(chǎn)物（比如所產(chǎn)生的毒素）攻擊目標(biāo),。 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，并且目前并沒有解藥,。如果將相關(guān)基因編輯到常見微生物基因組中,，特異性靶向特定人群，將會造成比核武器更嚴(yán)重的災(zāi)難,。 懸崖上的鋼絲表演 過去幾十年來的科學(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新興的分支學(xué)科—合成生物學(xué),。 與傳統(tǒng)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始，從基因片段,、DNA 分子到人工合成細(xì)胞,，建立人工生物系統(tǒng)，最終搭建完整的生命體,。 近年來,，合成生物學(xué)的概念、方法,，以及其強(qiáng)大的基因編輯工具為一些基礎(chǔ)研究提供了思路,，同時也在方方面面為人類生活帶來福利。以 CRISPR 為例,，作為近年來熱門的基因編輯工具,，本來是一種存在于大多數(shù)細(xì)菌或古細(xì)菌中的一類后天獲得性免疫，由于其可以特異性的靶向某些 DNA 序列,，且高效簡便,，近年來被廣泛應(yīng)用于動物、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 CRISPR 系統(tǒng)成功使豬胚胎中PERV 病毒的 25 個拷貝全部失活，最終獲得健康且體內(nèi)無病毒活性的小豬,。由于器官都與人類極為接近,，因而豬一直被認(rèn)為是最合適的異種器官供體,，無病毒豬的實現(xiàn)是人類完成異種器官移植道路上前進(jìn)的一大步,。 同年 8 月，來自于俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的 Shoukhrat Mitalipov 領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊成功完成了美國首例基因編輯人類胚胎的研究,，他們通過 CRISPR/Cas9 技術(shù)鎖定并移除了 42 個胚胎內(nèi)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生物的遺傳密碼，但這并不能讓狂熱的科學(xué)家得到滿足,，他們希望改變能夠來得更徹底——書寫遺傳密碼,、搭建生命。 2010年,，基因測序界的絕對先驅(qū) J. Craig Venter 帶領(lǐng)研究團(tuán)隊,，成功的培養(yǎng)出首個具有一套完整人造基因組的絲狀支原體的細(xì)菌—絲狀支原體 JCVI - syn1.0。6 年后,，該團(tuán)隊對構(gòu)成最初版本“合成細(xì)胞”的 901 個基因進(jìn)行了精簡,，再次發(fā)布研究結(jié)果—僅有 473 個基因的 Syn3.0 。“合成細(xì)胞”的成功意味著自然生命和合成生命之間的邊界正在被打開,，也標(biāo)志著分子遺傳學(xué)新時代的到來,。 也正是合成生物學(xué)的蓬勃發(fā)展，證實了專家學(xué)者的擔(dān)心并非杞人憂天，事實上,，也的確有一些科學(xué)狂人開始了瘋狂的“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(tuán)隊僅花費了 10 萬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,。 毫無疑問，如果馬痘病毒可以被復(fù)制再現(xiàn),，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,，人類花費了幾十年的時間,，投入了數(shù)十億美元，才使其消滅,，而如今,，剛拼來不久的安寧似乎也變得岌岌可危。 而近來年大火的基因編輯工具 CRISPR 則是另一項重點關(guān)注的內(nèi)容,，在該系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)開發(fā)的 6 年來,，無數(shù)的動物、植物采用了該系統(tǒng)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(tǒng)可以成功編輯動物，那么編輯人類也指日可待,。 正如上文所說,，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無法挽回的災(zāi)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，這并不是一個好的跡象,，”來自約翰霍普金斯大學(xué)公共衛(wèi)生研究員 Gigi Gronvall 說到,，他同時也是這個報告的13名作者之一，“而這項報告提供了一個系統(tǒng)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 D. Christian Hassell 說到,，但重點是需要做好提前應(yīng)對,，因為疫苗的研發(fā)往往需要幾年的時間,。 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衡量其潛在威脅,。盡管對于“合成生物學(xué)的一些惡意應(yīng)用目前并不合理,，但隨著技術(shù)發(fā)展，最終將會實現(xiàn),?！?/span> 而實際上，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,。雖然對于美國來說,，研究更多的是出于防御性質(zhì)，但對于其他國家來說,，這種技術(shù)報告更容易增加額外的焦慮,，來自倫敦國王學(xué)院的高級研究員 Filippa Lentzos 說到。 圖丨Michael Imperiale 同時該報告也呼吁美國政府重新考慮如何進(jìn)行疾病監(jiān)測,，以便能更好地檢測新型生物武器,，并研究如何加強(qiáng)防御?！?/span>美國政府應(yīng)該密切關(guān)注這個高速發(fā)展的領(lǐng)域,，就像在冷戰(zhàn)時期對化學(xué)和物理學(xué)的密切關(guān)注一樣，”來自密歇根大學(xué)微生物學(xué)家,，同時也是該項研究報告主席的 Michael Imperiale 說到,。 合成生物學(xué)的未來 合成生物學(xué)先驅(qū)、MIT生物工程學(xué)教授 James Collins 曾經(jīng)在一次采訪中對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(jì)最關(guān)鍵的技術(shù)平臺之一。但它還是個新型領(lǐng)域,，在 17 年前才開始真正出現(xiàn),，全世界也只有為數(shù)不多的團(tuán)隊在進(jìn)行這方面的探索。
圖丨James Collins James Collins 認(rèn)為,，現(xiàn)在合成生物學(xué)領(lǐng)域的研究主題有兩大方向：一個是為企業(yè)開發(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(yī)療領(lǐng)域,，分為診斷與療法。合成生物學(xué)還有很長的路要走,，但他相信,，未來幾年內(nèi)，合成生物學(xué)會取得很多重大突破,。 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(shè)立了專門的合成生物學(xué)研究機(jī)構(gòu),，而且從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè),，都越來越多的從合成生物相關(guān)研究中受益，中國從投資角度來說可能稍微落后,，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的生物武器威脅上,，而放棄其在醫(yī)療及農(nóng)業(yè)發(fā)展上的巨大潛力,，顯然是不夠理智的。 但不可否認(rèn),，的確有些科學(xué)狂人的過格舉動在挑戰(zhàn)著生物安全的底線,，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(guī)則已經(jīng)無法適應(yīng)科技從不停歇的腳步,，這就要求政府及相關(guān)部門及時修改法規(guī),，加強(qiáng)監(jiān)管。同時,，未雨綢繆的深入研究不失為一種應(yīng)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,。 - End - 校審：黃珊 參考： https://www./s/611508/us-military-wants-to-know-what-synthetic-biology-weapons-could-look-like/ https://www./science/2018/jun/19/urgent-need-to-prepare-for-manmade-virus-attacks-says-us-government-report
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