合成生物學(xué)被認為是觸發(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，盡管這些先進技術(shù)本身無害，可一旦被某些研究人員或特殊團體濫用，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，也被稱為細菌武器，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，戰(zhàn)爭中，人們將因感染鼠疫而死亡的尸體扔進守衛(wèi)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(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，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、強大。相比于之前生物武器依賴于傳染性進行攻擊，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)細菌或古細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菌—絲狀支原體 JCVI - syn1.0。6 年后，該團隊對構(gòu)成最初版本“合成細胞”的 901 個基因進行了精簡，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。”

“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)不多的團隊在進行這方面的探索。

圖丨James Collins

James Collins 認為，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，目前英國進展很快，很多高校都設(shè)立了專門的合成生物學(xué)研究機構(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，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。

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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