联合国裁军研究所发布《生命科学领域的科技进步对生物安全和军备控制的影响》报告

2021年4月8日，英国苏塞克斯大学科技政策研究中心（SPRU）网站发布《生命科学领域的科技进步：对生物安全和军备控制的影响》（Advances in Science and Technology in the LifeSciences: Implications for Biosecurity and Arms Control）报告。该报告由联合国裁军研究所（UNIDIR）于2020年8月19日完成。生命科学领域的多种技术正在快速进步和融合，为全球经济、社会和人类后代带来巨大的潜在利益。然而，同样的技术也带来了相当大的安全问题。报告展望了未来十年的生命科学发展图景，概述了促进生命科学各领域进步的三大技术趋势：不断增长的DNA读取、写入和编辑能力；在纳米尺度上操纵生命机理的工具的研发；以及日渐重要的大数据、机器学习和人工智能，并研究了上述三大技术趋势对免疫学、神经科学、人类遗传学与生殖科学、农业（动植物）、传染病等生命科学的5个不同领域带来的有益影响与潜在风险。

联合国裁军研究所（UNIDIR）设在日内瓦，是联合国内一个自愿供资的自治机构。UNIDIR是世界上为数不多的以裁军为重点的政策机构之一，旨在协助国际社会提出解决重大安全问题所需的实际和创新的想法，提供有关裁军与安全的知识，促进裁军对话和行动。

促进生命科学进步的三大技术领域趋势

过去十多年来，基因编辑技术、纳米技术和大数据/人工智能技术等三大领域取得了显著进展，并在第四次产业技术革命中发挥着日益巨大的作用。报告探讨了这三大技术趋势对军备控制、裁军和国际安全的当前影响和未来潜在影响。

1. 基因技术

基因测序技术的巨大进步伴随着修改基因的更精确的工具和方法。虽然基因组改造已经进行了几十年，但2013诞生了引人瞩目的新方法“成簇规律间隔短回文重复序列”（CRISPR）。这种方法允许通过使用核糖核酸（RNA）和蛋白质的组合来简单而精确地改变特定的基因序列。CRISPR和其他基因编辑方法有可能使科学家通过高度特定方法靶向修饰特定基因，从而彻底改变医学。所有基因技术均依赖于三种核心能力：基因组测序、核苷酸合成和基因组编辑，利用这些技术可实现脱氧核糖核酸（DNA）的读取、写入和编辑，且愈发造价低廉、准确、可广泛获取（表1）。

2. 纳米技术

纳米技术包括在纳米尺度范围（1～100nm）工作所需的大量工具。过去十多年来，由于多学科的融合特别是物理、化学、生物学和工程学之间的多学科融合，在纳米尺度上操纵材料的能力加速发展，并影响了医学治疗、诊断和预防性医疗应用等。新的纳米技术是横向交叉的，在生命科学内外的基础研究和技术开发中显示出越来越大的潜力。纳米粒子的力学性能似乎有着无限的应用，纳米技术的应用有着惊人的范围：消费品、多表面处理、信息、通信、重工业和轻工业、食品和食品加工、药物和医学研究、药物递送和环境改造等。在治疗能力和预防能力方面的一些进展源于纳米结构作为给药装置的应用。纳米技术在药物递送方面的革命已影响到农业、医疗保健和制药部门，预计将为未来药物递送市场中90%的产品提供服务。纳米材料在多种军事用途中的应用为防护材料和设备以及进攻能力铺平了道路。近年来，“负责任的纳米科学”的理念在国际上日益得到接受，学术团体、企业和国际机构已制定了相关行为准则。

纳米技术的安全影响。①积极影响。纳米技术在化合物输送和分子机器设计中的应用对人类健康和安全具有重大影响：基于纳米技术的药物递送平台可广泛而有效地应用于治疗或预防毒素等生物武器制剂；分子机器设计可被用于治疗疾病，以及化学修复、密码学和量子计算电路。美国能源部先进制造办公室于2018年启动了原子精密制造计划以促进上述安全相关领域的研究和发展。②潜在风险。纳米技术的具体应用对《禁止生物武器公约》（BWC）具有重大意义。如给药系统的信息或被用于敌对目的，可能被用于靶向输送大量毒素或生物调节剂。

3. 大数据、机器学习和人工智能

机器学习、大数据和人工智能极大地塑造着生物技术的发展方向。简易快捷的DNA测序和分析能力生成大量基因信息、组成庞大的数据集，利用机器学习技术，可以研究疾病和干预措施、分析其模式和关联；机器学习和人工智能被应用于非序列数据（如图像或医疗记录），以应对其他健康挑战（如用于新冠肺炎疫情全球大流行的公共卫生响应）；机器学习对生物技术相关工程和制造产生重大影响；人工智能和机器学习的应用推进机器人手术和药物输送的进步。

大数据、机器学习和人工智能的安全影响。①积极影响。可帮助解决某些安全问题。微生物取证的能力不断提高，机器学习被用于微生物物证检验等领域，以识别非天然制剂以及可能构成风险的制剂。②潜在风险。算法存在偏见、可被操纵，可能导致危险产品或网络安全漏洞。掌握数以百万计的人类基因组及临床数据意味着可以绘制特定人群的易感性图谱、开发针对特定种族的生物武器。应用于蛋白质工程的机器学习或可识别可用于敌对目的的生物调节剂和毒素。

生命科学五大领域的进展及安全影响

上述三大领域的技术方法与生命科学的多个领域交叉、进步，并产生了重大影响。报告总结了免疫学、神经科学、人类遗传学与生殖科学、农业（动植物）、传染病等5个领域的最新进展，强调了三大领域的技术进展趋势对生命科学的这些领域的影响。

1. 免疫学

免疫反应是应对疾病的关键，掌握决定个体免疫反应强弱和质量的细胞群和细胞信号通路的复杂调控网络对人类健康具有重要意义。数学、统计和计算模型已被应用于临床和实验免疫学。基于对细胞中所有基因、蛋白质和代谢产物的合成进行编目的庞大数据集，数据驱动的方法实现了基于系统的分析。近年来，已经成立了几个大型国际研究计划（联盟）研究这些数据。如“免疫学基因组计划”（2007年至今）旨在检测基因表达及其在整个免疫系统中的调控；“Euroflow计划”（2007年至今）对免疫性癌症的流式细胞术检测进行标准化；“人类免疫计划联盟”（2010年至今）寻求建立新的公共资源库，用于收集不同类型的数据以描述人类免疫系统的不同状态。

2. 神经科学

细菌产生的高度特异的神经毒素在进入神经组织及作用机制方面特征鲜明。神经控制机制相关知识的快速增长推动了调节神经功能的复杂药物的开发。这一知识与基因治疗技术的结合能够提供DNA编辑酶工具包，这意味着在不久的将来有望开发出能够改变人类神经系统基因表达的方法，以治疗亨廷顿氏病或各类精神障碍疾病。

3. 人类遗传学和生殖科学

尽管CRISPR提供了令人兴奋的可能性，但利用CRISPR编辑人类的基因具有潜在危险性。基因治疗可能致命，生殖细胞基因编辑可能导致意想不到的后果。脱靶编辑或脱靶效应，以及改变序列以产生畸形蛋白质等技术已遭到广泛谴责。弗朗西斯·克里克研究所（Francis Crick Institute）研究指出，用CRISPR编辑人类胚胎会导致脱靶和非预期事件的严重后果。一些国际实体正在审查相关伦理问题。

4. 农业（动植物）

合成生物学可能对人类、植物和动物种群以及环境造成大范围破坏。另外，“基因驱动”技术尤其值得关注。基因驱动是一类遗传元素，它会使目标宿主物种的遗传模式发生偏差，使其所有或大部分后代都包含该基因驱动的序列。被释放到环境中后，基因驱动可在没有人类干预的情况下进行自我繁殖。

当然，基因驱动技术仍有许多有益的应用，例如这一技术可被用于降低撒哈拉以南非洲地区携带疟疾的蚊子数量，以更为环保的方式管理入侵物种，以及通过基因修饰提高动植物对环境变化的适应能力，从而应对气候变化对脆弱动植物物种的影响。

5. 传染性疾病

最近发表的有关马痘病毒从头合成的描述说明了DNA合成的威力和危害。此类研究明确表明在实验室条件下可以实现大流行性病毒的合成，凸显了各类技术的风险以及治理的紧迫性。疫苗接种是预防和控制传染病的主要途径，而DNA合成已在新疫苗的开发中发挥着重要作用。新的合成生物学技术有可能改变传统的、一人一针的疫苗接种方式，通过自我复制型疫苗极大地减轻医疗卫生系统的负担。

报告指出，上述领域的研究和发展绝大部分是为了和平目的，但同时也存在伦理、法律、安全和保障等方面的问题，包括可能会推动新型生物武器的研发，造成非传统且可能更为严重的破坏（表2）。

技术趋势对生命科学领域的潜在影响

过去十多年来，基因技术、纳米技术以及大数据、机器学习和人工智能等领域的技术发展推动生命科学取得突破性进展，其在5大生命科学领域的应用，可能对促进生物技术衍生产品的创造、生产和交付产生深远影响。表3列举了尤其值得注意的领域。

同时，国家间合作模式发生转变，大国竞争不断加剧、地缘政治紧张局势再度抬头。目前，生物武器尚未被用于冲突之中。但新冠肺炎疫情全球大流行的后果显示，在不断变化的安全环境下，国家行为体或非国家行为体可能会运用生命科学新技术，开发下一代生物武器并将其用于敌对目的。

然而，生物武器的发展并非不可避免。目前，全球各层面已开展行动，加强对生命科学两用研究的关注与监督。

（1）国际层面，联合国和利益相关方推出了生物安全和生物保障的相关倡议，以及对两用研究的监督工作、防止开发生物武器的机制等，包括旨在防止非国家行为体等获取、发展或使用大规模杀伤性武器的联合国安全理事会第1540号决议（注：安理会决定各国应不向企图开发、获取、制造、拥有、运输、转移或使用核生化武器及其运载工具的非国家行为者（尤其是为恐怖主义目的）提供任何形式的支持），以及覆盖范围广泛、作用尤为重要的《禁止生物武器公约》（BWC）。然而，科技的进步对BWC若干条款带来了双重影响，需要缔约国在暂定于2021年底举行的第九次BWC审议大会之前给予进一步关注（表4）。

（2）国家层面，各国和利益相关方已推出一系列生物安全和保障倡议（图1）。

（3）社会公众层面，传统学术或产业实验室之外的科学活动有助于提高公众和学界对生物安全和保障问题的认识，如国际顶级大学生科技赛事“国际基因工程机器大赛”（iGEM）、全球各地的社区实验室运动（生物DIY或“车库”生物学）等。

（4）学界层面，学者参与大量生物安全和保障相关的国际、国家和地方倡议，推行行为准则、提高公众意识、提供知识教育，以培育利益相关方的生物安全和保障意识文化。此外，学者间的全球合作极大地促进生物风险管理标准的制定。

报告总结，生命科学领域多种技术的不断进步与融合为社会、全球经济和人类后代带来可观的潜在利益，也带来了相当大的安全与保障问题。未来，生命科学的决策将更加复杂化。在不断演变的全球安全形势下，各国和利益相关方需要进一步参与对话、以更好地了解生命科学进步的积极和消极影响，采取行动、动员科学家将技术进步用于和平目的，同时最大限度地降低“第四次工业革命”引起的伦理、安全和保障问题。

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作者丨唐璐 张志强

编辑丨刘瑾

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