2021年4月8日，英國蘇塞克斯大學(xué)科技政策研究中心（SPRU）網(wǎng)站發(fā)布《生命科學(xué)領(lǐng)域的科技進(jìn)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(bào)告。該報(bào)告由聯(lián)合國裁軍研究所（UNIDIR）于2020年8月19日完成。生命科學(xué)領(lǐng)域的多種技術(shù)正在快速進(jìn)步和融合，為全球經(jīng)濟(jì)、社會和人類后代帶來巨大的潛在利益。然而，同樣的技術(shù)也帶來了相當(dāng)大的安全問題。報(bào)告展望了未來十年的生命科學(xué)發(fā)展圖景，概述了促進(jìn)生命科學(xué)各領(lǐng)域進(jìn)步的三大技術(shù)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(jī)理的工具的研發(fā)；以及日漸重要的大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，并研究了上述三大技術(shù)趨勢對免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人類遺傳學(xué)與生殖科學(xué)、農(nóng)業(yè)（動植物）、傳染病等生命科學(xué)的5個(gè)不同領(lǐng)域帶來的有益影響與潛在風(fēng)險(xiǎn)。

聯(lián)合國裁軍研究所（UNIDIR）設(shè)在日內(nèi)瓦，是聯(lián)合國內(nèi)一個(gè)自愿供資的自治機(jī)構(gòu)。UNIDIR是世界上為數(shù)不多的以裁軍為重點(diǎn)的政策機(jī)構(gòu)之一，旨在協(xié)助國際社會提出解決重大安全問題所需的實(shí)際和創(chuàng)新的想法，提供有關(guān)裁軍與安全的知識，促進(jìn)裁軍對話和行動。

促進(jìn)生命科學(xué)進(jìn)步的三大技術(shù)領(lǐng)域趨勢

過去十多年來，基因編輯技術(shù)、納米技術(shù)和大數(shù)據(jù)/人工智能技術(shù)等三大領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，并在第四次產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命中發(fā)揮著日益巨大的作用。報(bào)告探討了這三大技術(shù)趨勢對軍備控制、裁軍和國際安全的當(dāng)前影響和未來潛在影響。

1. 基因技術(shù)

基因測序技術(shù)的巨大進(jìn)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(jīng)進(jìn)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(fù)序列”（CRISPR）。這種方法允許通過使用核糖核酸（RNA）和蛋白質(zhì)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(xué)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(xué)。所有基因技術(shù)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(shù)可實(shí)現(xiàn)脫氧核糖核酸（DNA）的讀取、寫入和編輯，且愈發(fā)造價(jià)低廉、準(zhǔn)確、可廣泛獲?。ū?）。

2. 納米技術(shù)

納米技術(shù)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(xué)科的融合特別是物理、化學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)之間的多學(xué)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(xué)治療、診斷和預(yù)防性醫(yī)療應(yīng)用等。新的納米技術(shù)是橫向交叉的，在生命科學(xué)內(nèi)外的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)中顯示出越來越大的潛力。納米粒子的力學(xué)性能似乎有著無限的應(yīng)用，納米技術(shù)的應(yīng)用有著驚人的范圍：消費(fèi)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(xué)研究、藥物遞送和環(huán)境改造等。在治療能力和預(yù)防能力方面的一些進(jìn)展源于納米結(jié)構(gòu)作為給藥裝置的應(yīng)用。納米技術(shù)在藥物遞送方面的革命已影響到農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健和制藥部門，預(yù)計(jì)將為未來藥物遞送市場中90%的產(chǎn)品提供服務(wù)。納米材料在多種軍事用途中的應(yīng)用為防護(hù)材料和設(shè)備以及進(jìn)攻能力鋪平了道路。近年來，“負(fù)責(zé)任的納米科學(xué)”的理念在國際上日益得到接受，學(xué)術(shù)團(tuán)體、企業(yè)和國際機(jī)構(gòu)已制定了相關(guān)行為準(zhǔn)則。

納米技術(shù)的安全影響。①積極影響。納米技術(shù)在化合物輸送和分子機(jī)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用對人類健康和安全具有重大影響：基于納米技術(shù)的藥物遞送平臺可廣泛而有效地應(yīng)用于治療或預(yù)防毒素等生物武器制劑；分子機(jī)器設(shè)計(jì)可被用于治療疾病，以及化學(xué)修復(fù)、密碼學(xué)和量子計(jì)算電路。美國能源部先進(jìn)制造辦公室于2018年啟動了原子精密制造計(jì)劃以促進(jìn)上述安全相關(guān)領(lǐng)域的研究和發(fā)展。②潛在風(fēng)險(xiǎn)。納米技術(shù)的具體應(yīng)用對《禁止生物武器公約》（BWC）具有重大意義。如給藥系統(tǒng)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(diào)節(jié)劑。

3. 大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能

機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和人工智能極大地塑造著生物技術(shù)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(shù)據(jù)集，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可以研究疾病和干預(yù)措施、分析其模式和關(guān)聯(lián)；機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能被應(yīng)用于非序列數(shù)據(jù)（如圖像或醫(yī)療記錄），以應(yīng)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(yīng)）；機(jī)器學(xué)習(xí)對生物技術(shù)相關(guān)工程和制造產(chǎn)生重大影響；人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用推進(jìn)機(jī)器人手術(shù)和藥物輸送的進(jìn)步。

大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)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(jī)器學(xué)習(xí)被用于微生物物證檢驗(yàn)等領(lǐng)域，以識別非天然制劑以及可能構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)的制劑。②潛在風(fēng)險(xiǎn)。算法存在偏見、可被操縱，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)產(chǎn)品或網(wǎng)絡(luò)安全漏洞。掌握數(shù)以百萬計(jì)的人類基因組及臨床數(shù)據(jù)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(yīng)用于蛋白質(zhì)工程的機(jī)器學(xué)習(xí)或可識別可用于敵對目的的生物調(diào)節(jié)劑和毒素。

生命科學(xué)五大領(lǐng)域的進(jìn)展及安全影響

上述三大領(lǐng)域的技術(shù)方法與生命科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域交叉、進(jìn)步，并產(chǎn)生了重大影響。報(bào)告總結(jié)了免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人類遺傳學(xué)與生殖科學(xué)、農(nóng)業(yè)（動植物）、傳染病等5個(gè)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)了三大領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展趨勢對生命科學(xué)的這些領(lǐng)域的影響。

1. 免疫學(xué)

免疫反應(yīng)是應(yīng)對疾病的關(guān)鍵，掌握決定個(gè)體免疫反應(yīng)強(qiáng)弱和質(zhì)量的細(xì)胞群和細(xì)胞信號通路的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對人類健康具有重要意義。數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算模型已被應(yīng)用于臨床和實(shí)驗(yàn)免疫學(xué)?；趯?xì)胞中所有基因、蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物的合成進(jìn)行編目的龐大數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法實(shí)現(xiàn)了基于系統(tǒng)的分析。近年來，已經(jīng)成立了幾個(gè)大型國際研究計(jì)劃（聯(lián)盟）研究這些數(shù)據(jù)。如“免疫學(xué)基因組計(jì)劃”（2007年至今）旨在檢測基因表達(dá)及其在整個(gè)免疫系統(tǒng)中的調(diào)控；“Euroflow計(jì)劃”（2007年至今）對免疫性癌癥的流式細(xì)胞術(shù)檢測進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；“人類免疫計(jì)劃聯(lián)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(shù)據(jù)以描述人類免疫系統(tǒng)的不同狀態(tài)。

2. 神經(jīng)科學(xué)

細(xì)菌產(chǎn)生的高度特異的神經(jīng)毒素在進(jìn)入神經(jīng)組織及作用機(jī)制方面特征鮮明。神經(jīng)控制機(jī)制相關(guān)知識的快速增長推動了調(diào)節(jié)神經(jīng)功能的復(fù)雜藥物的開發(fā)。這一知識與基因治療技術(shù)的結(jié)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?nèi)祟惿窠?jīng)系統(tǒng)基因表達(dá)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(xué)和生殖科學(xué)

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(xiǎn)性?；蛑委熆赡苤旅?，生殖細(xì)胞基因編輯可能導(dǎo)致意想不到的后果。脫靶編輯或脫靶效應(yīng)，以及改變序列以產(chǎn)生畸形蛋白質(zhì)等技術(shù)已遭到廣泛譴責(zé)。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(dǎo)致脫靶和非預(yù)期事件的嚴(yán)重后果。一些國際實(shí)體正在審查相關(guān)倫理問題。

4. 農(nóng)業(yè)（動植物）

合成生物學(xué)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(qū)動”技術(shù)尤其值得關(guān)注。基因驅(qū)動是一類遺傳元素，它會使目標(biāo)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(qū)動的序列。被釋放到環(huán)境中后，基因驅(qū)動可在沒有人類干預(yù)的情況下進(jìn)行自我繁殖。

當(dāng)然，基因驅(qū)動技術(shù)仍有許多有益的應(yīng)用，例如這一技術(shù)可被用于降低撒哈拉以南非洲地區(qū)攜帶瘧疾的蚊子數(shù)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(yīng)能力，從而應(yīng)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(guān)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(shí)驗(yàn)室條件下可以實(shí)現(xiàn)大流行性病毒的合成，凸顯了各類技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)以及治理的緊迫性。疫苗接種是預(yù)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(xué)技術(shù)有可能改變傳統(tǒng)的、一人一針的疫苗接種方式，通過自我復(fù)制型疫苗極大地減輕醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

報(bào)告指出，上述領(lǐng)域的研究和發(fā)展絕大部分是為了和平目的，但同時(shí)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(tǒng)且可能更為嚴(yán)重的破壞（表2）。

技術(shù)趨勢對生命科學(xué)領(lǐng)域的潛在影響

過去十多年來，基因技術(shù)、納米技術(shù)以及大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展推動生命科學(xué)取得突破性進(jìn)展，其在5大生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，可能對促進(jìn)生物技術(shù)衍生產(chǎn)品的創(chuàng)造、生產(chǎn)和交付產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。表3列舉了尤其值得注意的領(lǐng)域。

同時(shí)，國家間合作模式發(fā)生轉(zhuǎn)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(yùn)用生命科學(xué)新技術(shù)，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(qiáng)對生命科學(xué)兩用研究的關(guān)注與監(jiān)督。

（1）國際層面，聯(lián)合國和利益相關(guān)方推出了生物安全和生物保障的相關(guān)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(jī)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(lián)合國安全理事會第1540號決議（注：安理會決定各國應(yīng)不向企圖開發(fā)、獲取、制造、擁有、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移或使用核生化武器及其運(yùn)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(jìn)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(jìn)一步關(guān)注（表4）。

（2）國家層面，各國和利益相關(guān)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(tǒng)學(xué)術(shù)或產(chǎn)業(yè)實(shí)驗(yàn)室之外的科學(xué)活動有助于提高公眾和學(xué)界對生物安全和保障問題的認(rèn)識，如國際頂級大學(xué)生科技賽事“國際基因工程機(jī)器大賽”（iGEM）、全球各地的社區(qū)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)動（生物DIY或“車庫”生物學(xué)）等。

（4）學(xué)界層面，學(xué)者參與大量生物安全和保障相關(guān)的國際、國家和地方倡議，推行行為準(zhǔn)則、提高公眾意識、提供知識教育，以培育利益相關(guān)方的生物安全和保障意識文化。此外，學(xué)者間的全球合作極大地促進(jìn)生物風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)的制定。

報(bào)告總結(jié)，生命科學(xué)領(lǐng)域多種技術(shù)的不斷進(jìn)步與融合為社會、全球經(jīng)濟(jì)和人類后代帶來可觀的潛在利益，也帶來了相當(dāng)大的安全與保障問題。未來，生命科學(xué)的決策將更加復(fù)雜化。在不斷演變的全球安全形勢下，各國和利益相關(guān)方需要進(jìn)一步參與對話、以更好地了解生命科學(xué)進(jìn)步的積極和消極影響，采取行動、動員科學(xué)家將技術(shù)進(jìn)步用于和平目的，同時(shí)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。