合成生物学被认为是触发医学新革命的重大推动力，然而，它还未真正让人类成为“造物主”，就已经被认为会给全球带来新一轮生物武器威胁。

本周二，美国国家科学院（National Academy of Sciences）应美国国防部（Department of Defense）的要求，发布了一份长达221页的报告，这份名为《合成生物学时代的生物防御》（Biodefense in the Age of Synthetic Biology）的报告，由 13 名领域内的权威科学家共同撰写。

图丨撰写报告的13名权威专家

报告中强调，近几年迅速崛起的合成生物学正在带来新一代的生物武器威胁，其中，基因编辑工具的发展使恶意的生物信息编辑变得更为广泛易得且快速，很可能会成为新的国际安全隐患。

图丨《合成生物学时代的生物防御》（Biodefense in the Age of Synthetic Biology）

先进的DNA合成和基因编辑技术让科学家们可以轻而易举的使有害细菌变得更致命；或是“白手起家”，从头开始合成那些已经绝迹的病毒；甚至可以以随处可见的微生物为武器，使经过特定基因修饰的微生物一旦侵入人体就会快速产生致命毒素……

这意味着，尽管这些先进技术本身无害，可一旦被某些研究人员或特殊团体滥用，后果将不堪设想。早在 2016 年，美国国家情报部门就已经将“基因编辑”技术列入了“大规模杀伤性与扩散性武器”威胁清单中。

可怕的生物武器

生物武器，由于早期主要以致病性细菌为媒介，也被称为细菌武器，是指用来杀伤人员、牲畜和毁坏农作物的致病性微生物及其毒素，依赖生物与生物之间的克制对有生力量发挥杀伤作用，这类用生物杀死有生力量和毁坏植物的武器被统称为生物武器。

人类最早使用生物武器的时间可以追溯到14世纪，战争中，人们将因感染鼠疫而死亡的尸体扔进守卫森严的城池中，使守城的士兵患病，达到攻城略地的作用。二战中，日军也曾经广泛的研究和使用生化武器，并组建了臭名昭著的细菌作战部队，即 731 部队，在我们的广大同胞身上开展人体实验。

相比于化学武器，生物武器专一性强，且不会随着时间或空间上的变化而稀释缓解，同时可以快速繁殖增加，具有更大的杀伤力。由于比其他大规模杀伤性武器更容易制造和走私，因此，它对整个人类的威胁不仅没有消除，反而在冷战后更突出了。

随着基因编辑技术的发展，目前的生物武器表现得更为专一、强大。相比于之前生物武器依赖于传染性进行攻击，经常出现“敌我不分”的情况，如今的生物武器可以专一性的靶定特定团体，利用其生物产物（比如所产生的毒素）攻击目标。

以生物毒素蓖麻素为例，极其微量的蓖麻素就可以置人于死地，并且目前并没有解药。如果将相关基因编辑到常见微生物基因组中，特异性靶向特定人群，将会造成比核武器更严重的灾难。

悬崖上的钢丝表演

过去几十年来的科学发展，使得编辑已有生物的遗传信息或创造自然界并不存在的生物成为可能，随之诞生的，就是我们今天需要讨论的这个新兴的分支学科—合成生物学。

与传统生物学抽丝剥茧般的解读生命相反，合成生物学要做的是从基本单位开始，从基因片段、DNA 分子到人工合成细胞，建立人工生物系统，最终搭建完整的生命体。 

近年来，合成生物学的概念、方法，以及其强大的基因编辑工具为一些基础研究提供了思路，同时也在方方面面为人类生活带来福利。以 CRISPR 为例，作为近年来热门的基因编辑工具，本来是一种存在于大多数细菌或古细菌中的一类后天获得性免疫，由于其可以特异性的靶向某些 DNA 序列，且高效简便，近年来被广泛应用于动物、植物以及微生物的基因编辑中。

2017年，一家叫做 eGenesis 的初创公司通过 CRISPR 系统成功使猪胚胎中PERV 病毒的 25 个拷贝全部失活，最终获得健康且体内无病毒活性的小猪。由于器官都与人类极为接近，因而猪一直被认为是最合适的异种器官供体，无病毒猪的实现是人类完成异种器官移植道路上前进的一大步。

同年 8 月，来自于俄勒冈健康与科学大学的 Shoukhrat Mitalipov 领导团队成功完成了美国首例基因编辑人类胚胎的研究，他们通过 CRISPR/Cas9 技术锁定并移除了 42 个胚胎内肥厚型心肌病有关的变异基因。

基因编辑工具使得研究者可以随意改写生物的遗传密码，但这并不能让狂热的科学家得到满足，他们希望改变能够来得更彻底——书写遗传密码、搭建生命。

2010年，基因测序界的绝对先驱 J. Craig Venter 带领研究团队，成功的培养出首个具有一套完整人造基因组的丝状支原体的细菌—丝状支原体 JCVI - syn1.0。6 年后，该团队对构成最初版本“合成细胞”的 901 个基因进行了精简，再次发布研究结果—仅有 473 个基因的 Syn3.0 。“合成细胞”的成功意味着自然生命和合成生命之间的边界正在被打开，也标志着分子遗传学新时代的到来。

也正是合成生物学的蓬勃发展，证实了专家学者的担心并非杞人忧天，事实上，也的确有一些科学狂人开始了疯狂的“创作”。

图丨加拿大阿尔伯塔大学病毒学家 David Evans

来自加拿大阿尔伯塔大学病毒学家 David Evans 就是其中的一位， 2017 年他带领团队仅花费了 10 万美元就重新合成出了马痘病毒——这是一种天花病毒的近亲，而这种病毒早在 1980 年就宣布已被彻底消灭。

毫无疑问，如果马痘病毒可以被复制再现，天花也并非不可。在历史上，天花病毒几乎可以被视作是“死亡”的代名词，人类花费了几十年的时间，投入了数十亿美元，才使其消灭，而如今，刚拼来不久的安宁似乎也变得岌岌可危。

而近来年大火的基因编辑工具 CRISPR 则是另一项重点关注的内容，在该系统被发现开发的 6 年来，无数的动物、植物采用了该系统进行基因编辑。2018 年 3 月，中国成功诞生了世界首例神经疾病基因敲入猪。研究人员通过CRISPR/Cas9 技术，获得亨廷顿舞蹈症基因敲入猪模型。既然 CRISPR 系统可以成功编辑动物，那么编辑人类也指日可待。

正如上文所说，基因编辑本身只是一种工具，而手握这种工具的研究者才是悬崖上走钢丝的表演者，稍有不留意便可能带来无法挽回的灾难。

图丨Gigi Gronvall

“但合成生物学的发展的确加剧了这种生物武器威胁，这并不是一个好的迹象，”来自约翰霍普金斯大学公共卫生研究员 Gigi Gronvall 说到，他同时也是这个报告的13名作者之一，“而这项报告提供了一个系统评估滥用威胁的框架。”

“目前美国军方并未将合成生物学视为重大威胁，”美国国防部副部长 D. Christian Hassell 说到，但重点是需要做好提前应对，因为疫苗的研发往往需要几年的时间。

该报告综合考虑了（新生物武器）的技术障碍、伤亡范围和被检测到的可能性来衡量其潜在威胁。尽管对于“合成生物学的一些恶意应用目前并不合理，但随着技术发展，最终将会实现。”

而实际上，资助了本项研究报告的美国军方早已是合成生物学的最大投资者。虽然对于美国来说，研究更多的是出于防御性质，但对于其他国家来说，这种技术报告更容易增加额外的焦虑，来自伦敦国王学院的高级研究员 Filippa Lentzos 说到。

图丨Michael Imperiale 

同时该报告也呼吁美国政府重新考虑如何进行疾病监测，以便能更好地检测新型生物武器，并研究如何加强防御。“美国政府应该密切关注这个高速发展的领域，就像在冷战时期对化学和物理学的密切关注一样，”来自密歇根大学微生物学家，同时也是该项研究报告主席的 Michael Imperiale 说到。

合成生物学的未来

合成生物学先驱、MIT生物工程学教授 James Collins 曾经在一次采访中对DT君表示，合成生物学是生物学中很重要的一部分，而且将是21世纪最关键的技术平台之一。但它还是个新型领域，在 17 年前才开始真正出现，全世界也只有为数不多的团队在进行这方面的探索。

图丨James Collins

James Collins 认为，现在合成生物学领域的研究主题有两大方向：一个是为企业开发工程技术平台，比如制药行业和其他生物技术行业；二是医疗领域，分为诊断与疗法。合成生物学还有很长的路要走，但他相信，未来几年内，合成生物学会取得很多重大突破。

他对 DT 君透露，就合成生物学而言，目前英国进展很快，很多高校都设立了专门的合成生物学研究机构，而且从学术到产业，都越来越多的从合成生物相关研究中受益，中国从投资角度来说可能稍微落后，但从合成生物学研究大方向上看，具有很大潜力。

如果单单将目光集中在合成生物学及基因编辑工具可能带来的生物武器威胁上，而放弃其在医疗及农业发展上的巨大潜力，显然是不够理智的。

但不可否认，的确有些科学狂人的过格举动在挑战着生物安全的底线，甚至有人从网络上订购药品、合成DNA片段，在家中完成自助式基因编辑。很显然，目前的规则已经无法适应科技从不停歇的脚步，这就要求政府及相关部门及时修改法规，加强监管。同时，未雨绸缪的深入研究不失为一种应对的良策，但如何均衡自我防御与军事竞备的尺度，则需要世界各国的共同参与、平等对话。

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校审：黄珊

参考：

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

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