2021年4月8日，英國蘇塞克斯大學科技政策研究中心（SPRU）網站發(fā)布《生命科學領域的科技進步：對生物安全和軍備控制的影響》（Advances in Science and Technology in the LifeSciences: Implications for Biosecurity and Arms Control）報告。該報告由聯合國裁軍研究所（UNIDIR）于2020年8月19日完成。生命科學領域的多種技術正在快速進步和融合，為全球經濟、社會和人類后代帶來巨大的潛在利益。然而，同樣的技術也帶來了相當大的安全問題。報告展望了未來十年的生命科學發(fā)展圖景，概述了促進生命科學各領域進步的三大技術趨勢：不斷增長的DNA讀取、寫入和編輯能力；在納米尺度上操縱生命機理的工具的研發(fā)；以及日漸重要的大數據、機器學習和人工智能，并研究了上述三大技術趨勢對免疫學、神經科學、人類遺傳學與生殖科學、農業(yè)（動植物）、傳染病等生命科學的5個不同領域帶來的有益影響與潛在風險。
聯合國裁軍研究所（UNIDIR）設在日內瓦，是聯合國內一個自愿供資的自治機構。UNIDIR是世界上為數不多的以裁軍為重點的政策機構之一，旨在協助國際社會提出解決重大安全問題所需的實際和創(chuàng)新的想法，提供有關裁軍與安全的知識，促進裁軍對話和行動。
促進生命科學進步的三大技術領域趨勢
過去十多年來，基因編輯技術、納米技術和大數據/人工智能技術等三大領域取得了顯著進展，并在第四次產業(yè)技術革命中發(fā)揮著日益巨大的作用。報告探討了這三大技術趨勢對軍備控制、裁軍和國際安全的當前影響和未來潛在影響。
1. 基因技術
基因測序技術的巨大進步伴隨著修改基因的更精確的工具和方法。雖然基因組改造已經進行了幾十年，但2013誕生了引人矚目的新方法“成簇規(guī)律間隔短回文重復序列”（CRISPR）。這種方法允許通過使用核糖核酸（RNA）和蛋白質的組合來簡單而精確地改變特定的基因序列。CRISPR和其他基因編輯方法有可能使科學家通過高度特定方法靶向修飾特定基因，從而徹底改變醫(yī)學。所有基因技術均依賴于三種核心能力：基因組測序、核苷酸合成和基因組編輯，利用這些技術可實現脫氧核糖核酸（DNA）的讀取、寫入和編輯，且愈發(fā)造價低廉、準確、可廣泛獲取（表1）。
2. 納米技術
納米技術包括在納米尺度范圍（1～100nm）工作所需的大量工具。過去十多年來，由于多學科的融合特別是物理、化學、生物學和工程學之間的多學科融合，在納米尺度上操縱材料的能力加速發(fā)展，并影響了醫(yī)學治療、診斷和預防性醫(yī)療應用等。新的納米技術是橫向交叉的，在生命科學內外的基礎研究和技術開發(fā)中顯示出越來越大的潛力。納米粒子的力學性能似乎有著無限的應用，納米技術的應用有著驚人的范圍：消費品、多表面處理、信息、通信、重工業(yè)和輕工業(yè)、食品和食品加工、藥物和醫(yī)學研究、藥物遞送和環(huán)境改造等。在治療能力和預防能力方面的一些進展源于納米結構作為給藥裝置的應用。納米技術在藥物遞送方面的革命已影響到農業(yè)、醫(yī)療保健和制藥部門，預計將為未來藥物遞送市場中90%的產品提供服務。納米材料在多種軍事用途中的應用為防護材料和設備以及進攻能力鋪平了道路。近年來，“負責任的納米科學”的理念在國際上日益得到接受，學術團體、企業(yè)和國際機構已制定了相關行為準則。
納米技術的安全影響。①積極影響。納米技術在化合物輸送和分子機器設計中的應用對人類健康和安全具有重大影響：基于納米技術的藥物遞送平臺可廣泛而有效地應用于治療或預防毒素等生物武器制劑；分子機器設計可被用于治療疾病，以及化學修復、密碼學和量子計算電路。美國能源部先進制造辦公室于2018年啟動了原子精密制造計劃以促進上述安全相關領域的研究和發(fā)展。②潛在風險。納米技術的具體應用對《禁止生物武器公約》（BWC）具有重大意義。如給藥系統的信息或被用于敵對目的，可能被用于靶向輸送大量毒素或生物調節(jié)劑。
3. 大數據、機器學習和人工智能
機器學習、大數據和人工智能極大地塑造著生物技術的發(fā)展方向。簡易快捷的DNA測序和分析能力生成大量基因信息、組成龐大的數據集，利用機器學習技術，可以研究疾病和干預措施、分析其模式和關聯；機器學習和人工智能被應用于非序列數據（如圖像或醫(yī)療記錄），以應對其他健康挑戰(zhàn)（如用于新冠肺炎疫情全球大流行的公共衛(wèi)生響應）；機器學習對生物技術相關工程和制造產生重大影響；人工智能和機器學習的應用推進機器人手術和藥物輸送的進步。
大數據、機器學習和人工智能的安全影響。①積極影響?？蓭椭鉀Q某些安全問題。微生物取證的能力不斷提高，機器學習被用于微生物物證檢驗等領域，以識別非天然制劑以及可能構成風險的制劑。②潛在風險。算法存在偏見、可被操縱，可能導致危險產品或網絡安全漏洞。掌握數以百萬計的人類基因組及臨床數據意味著可以繪制特定人群的易感性圖譜、開發(fā)針對特定種族的生物武器。應用于蛋白質工程的機器學習或可識別可用于敵對目的的生物調節(jié)劑和毒素。
生命科學五大領域的進展及安全影響
上述三大領域的技術方法與生命科學的多個領域交叉、進步，并產生了重大影響。報告總結了免疫學、神經科學、人類遺傳學與生殖科學、農業(yè)（動植物）、傳染病等5個領域的最新進展，強調了三大領域的技術進展趨勢對生命科學的這些領域的影響。
1. 免疫學
免疫反應是應對疾病的關鍵，掌握決定個體免疫反應強弱和質量的細胞群和細胞信號通路的復雜調控網絡對人類健康具有重要意義。數學、統計和計算模型已被應用于臨床和實驗免疫學?；趯毎兴谢颉⒌鞍踪|和代謝產物的合成進行編目的龐大數據集，數據驅動的方法實現了基于系統的分析。近年來，已經成立了幾個大型國際研究計劃（聯盟）研究這些數據。如“免疫學基因組計劃”（2007年至今）旨在檢測基因表達及其在整個免疫系統中的調控；“Euroflow計劃”（2007年至今）對免疫性癌癥的流式細胞術檢測進行標準化；“人類免疫計劃聯盟”（2010年至今）尋求建立新的公共資源庫，用于收集不同類型的數據以描述人類免疫系統的不同狀態(tài)。
2. 神經科學
細菌產生的高度特異的神經毒素在進入神經組織及作用機制方面特征鮮明。神經控制機制相關知識的快速增長推動了調節(jié)神經功能的復雜藥物的開發(fā)。這一知識與基因治療技術的結合能夠提供DNA編輯酶工具包，這意味著在不久的將來有望開發(fā)出能夠改變人類神經系統基因表達的方法，以治療亨廷頓氏病或各類精神障礙疾病。
3. 人類遺傳學和生殖科學
盡管CRISPR提供了令人興奮的可能性，但利用CRISPR編輯人類的基因具有潛在危險性?；蛑委熆赡苤旅?，生殖細胞基因編輯可能導致意想不到的后果。脫靶編輯或脫靶效應，以及改變序列以產生畸形蛋白質等技術已遭到廣泛譴責。弗朗西斯·克里克研究所（Francis Crick Institute）研究指出，用CRISPR編輯人類胚胎會導致脫靶和非預期事件的嚴重后果。一些國際實體正在審查相關倫理問題。
4. 農業(yè)（動植物）
合成生物學可能對人類、植物和動物種群以及環(huán)境造成大范圍破壞。另外，“基因驅動”技術尤其值得關注。基因驅動是一類遺傳元素，它會使目標宿主物種的遺傳模式發(fā)生偏差，使其所有或大部分后代都包含該基因驅動的序列。被釋放到環(huán)境中后，基因驅動可在沒有人類干預的情況下進行自我繁殖。
當然，基因驅動技術仍有許多有益的應用，例如這一技術可被用于降低撒哈拉以南非洲地區(qū)攜帶瘧疾的蚊子數量，以更為環(huán)保的方式管理入侵物種，以及通過基因修飾提高動植物對環(huán)境變化的適應能力，從而應對氣候變化對脆弱動植物物種的影響。
5. 傳染性疾病
最近發(fā)表的有關馬痘病毒從頭合成的描述說明了DNA合成的威力和危害。此類研究明確表明在實驗室條件下可以實現大流行性病毒的合成，凸顯了各類技術的風險以及治理的緊迫性。疫苗接種是預防和控制傳染病的主要途徑，而DNA合成已在新疫苗的開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。新的合成生物學技術有可能改變傳統的、一人一針的疫苗接種方式，通過自我復制型疫苗極大地減輕醫(yī)療衛(wèi)生系統的負擔。
報告指出，上述領域的研究和發(fā)展絕大部分是為了和平目的，但同時也存在倫理、法律、安全和保障等方面的問題，包括可能會推動新型生物武器的研發(fā)，造成非傳統且可能更為嚴重的破壞（表2）。
技術趨勢對生命科學領域的潛在影響
過去十多年來，基因技術、納米技術以及大數據、機器學習和人工智能等領域的技術發(fā)展推動生命科學取得突破性進展，其在5大生命科學領域的應用，可能對促進生物技術衍生產品的創(chuàng)造、生產和交付產生深遠影響。表3列舉了尤其值得注意的領域。
同時，國家間合作模式發(fā)生轉變，大國競爭不斷加劇、地緣政治緊張局勢再度抬頭。目前，生物武器尚未被用于沖突之中。但新冠肺炎疫情全球大流行的后果顯示，在不斷變化的安全環(huán)境下，國家行為體或非國家行為體可能會運用生命科學新技術，開發(fā)下一代生物武器并將其用于敵對目的。
然而，生物武器的發(fā)展并非不可避免。目前，全球各層面已開展行動，加強對生命科學兩用研究的關注與監(jiān)督。
（1）國際層面，聯合國和利益相關方推出了生物安全和生物保障的相關倡議，以及對兩用研究的監(jiān)督工作、防止開發(fā)生物武器的機制等，包括旨在防止非國家行為體等獲取、發(fā)展或使用大規(guī)模殺傷性武器的聯合國安全理事會第1540號決議（注：安理會決定各國應不向企圖開發(fā)、獲取、制造、擁有、運輸、轉移或使用核生化武器及其運載工具的非國家行為者（尤其是為恐怖主義目的）提供任何形式的支持），以及覆蓋范圍廣泛、作用尤為重要的《禁止生物武器公約》（BWC）。然而，科技的進步對BWC若干條款帶來了雙重影響，需要締約國在暫定于2021年底舉行的第九次BWC審議大會之前給予進一步關注（表4）。
（2）國家層面，各國和利益相關方已推出一系列生物安全和保障倡議（圖1）。
（3）社會公眾層面，傳統學術或產業(yè)實驗室之外的科學活動有助于提高公眾和學界對生物安全和保障問題的認識，如國際頂級大學生科技賽事“國際基因工程機器大賽”（iGEM）、全球各地的社區(qū)實驗室運動（生物DIY或“車庫”生物學）等。
（4）學界層面，學者參與大量生物安全和保障相關的國際、國家和地方倡議，推行行為準則、提高公眾意識、提供知識教育，以培育利益相關方的生物安全和保障意識文化。此外，學者間的全球合作極大地促進生物風險管理標準的制定。
報告總結，生命科學領域多種技術的不斷進步與融合為社會、全球經濟和人類后代帶來可觀的潛在利益，也帶來了相當大的安全與保障問題。未來，生命科學的決策將更加復雜化。在不斷演變的全球安全形勢下，各國和利益相關方需要進一步參與對話、以更好地了解生命科學進步的積極和消極影響，采取行動、動員科學家將技術進步用于和平目的，同時最大限度地降低“第四次工業(yè)革命”引起的倫理、安全和保障問題。
