翻译:【日本东京方舟农场】山豆根后

<作为大流行证明的一部分,未来完美系列向我们介绍了可以为下一次大流行做准备的加强措施。>

(图片来源:vox.com)

当几十年前世界首次就《生物武器公约》(BWC)中的规范和准则达成一致时,设计和生产生物武器是既昂贵又困难的。苏联有一个大型项目,被怀疑导致了至少一种流感病毒的意外释放,造成数万人死亡。但苏联人似乎从来没有做成过任何比自然产生的更具致命性的东西。

采取生物恐怖主义的恐怖组织——比如1993年在日本发动了一次拙劣的生化袭击的奥姆真理教邪教组织——到目前为止基本上没有能力改进炭疽菌,这是一种自然存在的病原体,对吸入炭疽活菌的人来说是致命的,但不会传染,不会像大流行疾病那样在全球传播。

但近年来,我们设计病毒的能力突飞猛进,这在一定程度上要归功于DNA测序和DNA合成技术价格的迅速下降。这些进步为医学创新打开了大门,但它们也带来了挑战:像Covid-19这样具有致命性和破坏性的病毒,甚至可能更糟的病毒,即使不是现在,也将很快有可能在全球的实验室中生产出来。

为了防止出现可能比Covid-19更严重得多的流行病,世界必须彻底改变我们管理全球应对生物风险的方法。大西洋委员会国家安全政策主任巴里·帕维尔(Barry Pavel)和大西洋委员会合著者维克拉姆·文卡特拉姆(Vikram Venkatram)认为,“业余生物学家现在可以完成,直到最近顶尖实验室里最顶尖的专家才可能完成的壮举。”。

要想在未来几十年里避免一场灾难,就需要我们更加严肃地对待人为造成大流行的风险,做出各种努力,从改变我们的研究方式到让人们更难自已“打印”致命病毒的副本。

Covid-19是一记警示,表明大流行疾病在世界各地的传播速度有多快,以及我们在保护自己免受真正致命的病毒的侵害方面多么无助。如果世界认真对待这一警示,我们就可以使自己免受下一次大流行的影响,无论是自然产生的还是人为的。麻省理工学院生物学家凯文·埃斯维尔特(Kevin Esvelt)特告诉我,只要采取正确的措施,我们甚至可以让自己“即使不能对以人类为目标的生物威胁具有免疫,也能保持高度抵抗力”。

但如果我们忽视这一征兆,后果将会是毁灭性的。

源自实验室的病原体,可行的解释

目前尚不确定导致Covid-19的病毒是从正在研究类似冠状病毒的武汉病毒研究所(WIV)意外释放的,还是来自野生动物的更为常见的“人畜共患外溢”情形。 美国情报界的一项分析发现,这两种可能性都是合理的。2022年发表的两份预印本研究报告指出,武汉的一个活体动物市场是第一次爆发的源头。《名利场》(Vanity Fair)最近的报道聚焦于该实验室中进行的冒险又鲁莽的改造冠状病毒的研究,研究内容是它们是否会更容易感染人类,并详细介绍了科学家们如何用封闭的队伍来做这样的实验,以确保他们的工作不会因大流行而承担指责。 现实情况是,我们可能永远无法确定。可能需要数年时间才能最终将人畜共患病追溯到其动物源头,而中国已明确表示不会配合进一步调查,以澄清武汉病毒研究所的研究在Covid起源中可能扮演的任何角色,无论是多么无意的。

(2021年2月3日,安保人员在中国中部湖北省武汉病毒研究所前的道路上排成一行,世界卫生组织小组成员前来调查Covid-19冠状病毒的起源。|赫克托·雷塔马尔/法新社 经由盖蒂图片 图片来源:vox.com)

无论导致Covid-19的一系列事件链条是如何的,我们已经知道传染病爆发可能源于实验室。1978年,也就是最后一次报告了野外天花病例的一年后,一次实验室泄漏在英国引起了一场爆发事件。摄影师珍妮特·帕克(Janet Parker)去世,她的母亲病情轻微并康复了;超过500名接触过病毒的人接种了疫苗。(即使在接触天花后,接种天花疫苗也有防护作用。)只有这种快速、大规模的反应才能阻止这种曾经灭绝的疾病全面复发。

这并不是我们唯一一次与天花卷土重来擦肩而过了,这种疾病仅在20世纪就导致3亿人死亡。2014年,在美国国立卫生研究院 (NIH) 的冰箱中发现了6个未加保护的装有天花的小瓶,混在327瓶各种疾病和其它物质中被遗忘了几十年。美国食品药品监督管理局(FDA)发现,其中一个小瓶已经受损——谢天谢地,那不是含有天花或其他致命疾病的小瓶中的一个。

其他疾病也曾在类似的实验室事故中担当主角。2014年3月,亚特兰大的一名疾病控制和预防中心(CDC)研究人员意外地用一种更致命的毒株污染了一瓶相对无害的禽流感病毒。然后将受污染的病毒运送到至少两个不同的农业实验室。其中一个实验室在他们的鸡生病死亡时才注意到了这个错误,而另一个超过一个月也没有得到通知。

这个错误是在CDC对另一个错误——某个实验室本应灭活炭疽样本的却意外地制备成了活的样本,75名联邦雇员可能因此接触到活炭疽——的后果进行了大规模调查后,才被传达给CDC领导层。

2003年SARS出现后,有六起由实验室泄漏引起的SARS感染事件。与此同时,去年12月台湾的一名研究人员,在台湾成功抑制了疫情爆发并且一个多月没有国内病例时感染了Covid-19。台湾当局对她溯源时,怀疑她是在高度安全的生物实验室中被一只受感染的老鼠咬伤而感染了病毒。

“事实上,实验室事故在生命科学领域并不少见,”前参议员乔·利伯曼(Joe Lieberman)今年三月告诉两党生物防御委员会。“随着世界各国建立更多的实验室来对高传染性和致命的病原体进行研究,很显然发生实验室事故的速度会自然地增加。”

根据伦敦国王学院生物安全研究人员格雷戈里·科布伦茨(Gregory Koblentz)和菲利帕·伦佐斯(Filippa Lentzos)去年发表的研究报告,目前有近60个实验室被归类为BSL-4——最高的生物安全等级,被授权在23个不同的国家开展最危险病原体的研究工作——包括在运行、在建和还是计划中的。这些实验室中至少有20个是在过去十年建造的,超过75%的实验室位于市中心,在那里发生实验室泄漏的话可能会迅速蔓延。

除了几乎可以肯定未来会有更多的实验室泄漏事件外,改造出一旦失控就可能导致大流行的病毒也变得越来越便宜和容易。这意味着现在一个实验室或一个小组就可想而知地能造成全世界大规模的破坏,无论是有意还是无意的。

“过去,由于恐怖分子缺乏专业知识,以及使用生物技术制造和释放危险病原体本身固有的难度,企图进行的生物恐怖主义行为的潜在大规模影响已经得到扼制。现在,随着人们越来越容易获得这项技术,并且使用它变得更加容易,难度正在降低,”帕维尔表明道。这样的结果是什么?“生物恐怖主义事件很快就会变得更加普遍。”

危险的研究以及如何与之对抗

于1975年生效的《生物武器公约》,是第一个禁止生产一整类大规模杀伤性武器的国际条约。

对条约缔约国的183个国家来说,鉴别或制造新的生物武器是非法的。该条约还要求各国销毁或和平使用任何现有的生物武器。正如时任总统理查德·尼克松(Richard Nixon)在 1969年宣布美国将放弃其自己的所有进攻性生物武器研制时所说的那样,“人类已经掌握了太多自毁的种子。”

(20世纪60年代末,技术人员在马里兰州弗雷德里克的德特里克堡(Fort Detrick)的一个实验室工作。1943年至1969年,陆军在那里实施了进攻性生物武器计划 | 国防部/美联社 图片来源:vox.com)

尽管生物武器构成了巨大的威胁,但《生物武器公约》资金不足且没有得到多少重视。它的执行支撑部门只有几名员工,相比之下《化学武器公约》的执行支撑部门有数百名员工,且其预算比麦当劳特许经营权的平均价格还低。美国可以通过相对较小的资金投入轻松改善对《生物武器公约》的支持,而且绝对应该这样做。

尽管该条约有宽广的目标,但大部分鉴别可能充当生物武器的危险病原体的工作仍在进行中——不是作为冷战时期有意为军事目的制造病原体的秘密计划的一部分,而是出于善意研究和了解有可能导致下一次大流行的病毒的计划。这意味着《生物武器公约》几乎无法限制目前大量的会造成未来极大风险地被用作生物武器的研究, 即使这些病毒的释放完全是无意的。

其中一种这类型的科学是所谓的“功能增强”研究,研究人员会研制出更容易在人类中传播或更致命的病毒,作为研究这些病毒在野外可能如何进化的一部分。

“我第一次听说功能增强研究是在1990年代,直到那时我们才有了一个不同的术语:生物武器研究和开发,”奥巴马政府前负责核、化学和生物防御项目的助理国防部长安迪·韦伯(Andy Weber)告诉我,他现在是战略风险委员会(Council on Strategic Risks)的高级研究员。“意图是180度相反的——NIH正试图让世界免受流行病的侵袭——但内容几乎完全一致。”

在过去的十年里,功能增强研究的地位一直备受争议。2014年,在我上面概述的一系列可怕的实验室安全和遏制失败发生,以及在令人惊恐的禽流感功能增强研究被揭露之后,一直为全球大部分前沿生物学研究提供资金的NIH,官方暂停了对具有大流行潜力的病原体(如流感或SARS)的功能增强研究。但在2017年,禁令在没有给出太多解释的情况下就被取消了。

目前,美国正在资助少数几个选定的实验室的功能增强研究,尽管遭到许多重量级的生物学家反对,因为他们认为这项研究的有限收获抵不上投入的成本。2021年一项法案出台,禁止将联邦研究补助金用于资助SARS、MERS和流感病毒的功能增强研究。

除了通过功能增强研究而强化了的病毒可能会意外失控并引发更大爆发的风险之外——这是一种关于Covid-19如何起源的理论,尽管未经证实——很难将合法的,即使带有高风险性的研究,与故意制造恶性病原体的尝试区分开来。“由于我们的政府支持这种高风险的功能增强研究,我们为想要进行生物武器研究的国家提供了完美的挡箭牌,”韦伯告诉我。

那么他建议为防止下一次大流行要做的第一件事是什么?“终止政府对可能已经导致这次和未来大流行的高风险性研究的资助。”

病毒学研究的另一个潜在风险领域涉及鉴别作为病毒库的动物物种,这些物种有可能与人类有交集并引起大流行。参与这项工作的科学家们前往偏远地区采集具有潜在危险的病原体样本,将其带回实验室,并确定它们是否可能感染人类细胞。这正是武汉病毒研究所的研究人员在Covid-19之前的几年中寻找原始SARS病毒的动物来源时所做的事情。

韦伯说,此类研究被宣传为一种防止具有造成流行病能力的病原体传播到人类的方法,但它在对抗SARS-CoV-2时基本上是无用的。“在做了15年这项研究后,我认为没有什么可展示的成果,”韦伯告诉我说。这不是病毒学界的唯一观点,但并不罕见。韦伯认为Covid-19应该引发重新思考。“正如情报界得出的结论,它实际上导致了这场大流行。它对预防这种大流行甚至预测这种大流行都毫无帮助。”

(2017年2月23日,在武汉的P4(BSL-4)实验室内,工人在一个装有老鼠的笼子旁边,图右。P4流行病学实验室是与法国生物工业公司梅里厄(Merieux)研究所和中国科学院合作建立的。|Johannes Eisele/法新社 经由盖蒂图片 图片来源:vox.com)

在野生动物-人类边际上进行病毒鉴定,和防止病毒外溢扩散之间肯定是有一些可供研究的空间的,但由于病毒研究发现的记录非常有限,让许多专家质疑目前的病毒发现方法是否是一个好主意。他们认为,好处被夸大了,而潜在的危害却被低估了。

这类研究过程中的每个阶段都有可能导致从动物到人类扩散,而这些是科学家本该研究和预防的。其最终结果——一份研究人员已经识别出的一旦被释放出去就会非常危险的所有病原体的详细清单——成为了送给生物武器计划或恐怖分子的礼物。

由于DNA合成技术的改进,一旦你有了病毒的数码RNA序列,“打印”序列并创建自己的病毒副本就相对简单了(更多相关内容见下文)。如今,“在将一种东西确定为具有大流行能力和它可作为武器之间没有界限,”埃斯维尔特告诉我。

有没有好消息呢?政策制定者在危险性的研究上改变政策方向不应该太难。

NIH资助了全球大部分的生物学研究,而NIH对资助危险研究的新禁令将大大减少危险性研究的产生。如果美国采取坚定并且透明的政策,反对资助使病原体更有致命性或鉴别具有大流行能力的病原体的研究,那么就更容易发挥必要的全球领导作用,以阻止其他国家开展这项工作。

“中国也资助了这项研究,”埃斯维尔特告诉我。也许,他们被Covid-19吓坏了,愿意重新考虑,但“如果我们不停止,就很难与中国对话并让他们停止。”

所有这些都相当于给政策制定者开了一个简单的处方:停止资助危险的研究,然后建立必要的科学和政策共识,让其他国家也停止资助此类研究。

在这个简单的处方背后隐藏着巨大的复杂性。许多关于美国是否应该资助危险研究的讨论,都在关于什么算作“功能增加”工作的技术性争论中搁浅了——似乎重要的是科学术语,而不是此类研究是否会引发一场可能导致数百万人死亡的大流行。

“94%的国家没有国家层面的对军民两用研究监督的措施,其中包括关于监督的国家法律或法规,负责监督的机构或国家对军民两用研究进行评估的证据,”约翰霍普金斯大学卫生安全和核威胁倡议中心在2021年的一份报告中指出。

如果真的发生了这种情况,其结果可能不比大自然编造的任何东西好,甚至更糟。这正是约翰霍普金斯健康安全中心在2018年进行的大流行模拟中发生的情况。在虚构的场景中,一个模拟奥姆真理教的恐怖组织设计了一种病毒,该病毒结合了副流感病毒——一类通常在幼儿中引起轻微症状的病毒家族——的高传播性与尼帕病毒的极端毒性。结果是一种在推演中最终于全球范围内杀死了1.5亿人的超级病毒。

DNA合成及其如何改变着生物武器的经济账

“合成生物学和生物技术的进步,使病原体比以往任何时候都更容易具有更高致命性和传播性,而生命科学的进步正在以政府无法跟上的速度发生着,这增加了故意或意外释放危险病原体的风险,”利伯曼在3月份对两党生物防御委员会说。

生物学最近最令人兴奋的进展领域之一是DNA合成变得越来越容易 ——从已知序列中“打印”DNA(或 RNA,它是构成流感、冠状病毒、麻疹或脊髓灰质炎等病毒的遗传物质)的能力。过去,创造一个特别想要的DNA序列是极其昂贵或不可能的;现在,它更简单也相对便宜,有多家公司提供邮件订购基因的业务。尽管制造病毒仍然需要大量的科学技能,但成本远没有过去那么高,而且可以由更小的团队完成。

(2020年8月,生物技术公司DNA Script的联合创始人兼首席执行官托马斯·伊伯特(Thomas Ybert)在巴黎附近操作着世界上第一台测试版的台式DNA打印机。2021年6月,DNA Script宣布商业化推出“打印机”,它可以生成可供实验室使用的合成DNA片段。 | 埃里克皮尔蒙特/法新社 经由盖蒂图片 图片来源:vox.com)

这是个好消息;DNA合成使大量重要且有价值的生物学研究成为可能。但DNA合成的进展如此之快,以至于针对可能滥用DNA的危险分子的协调行动已经滞后了。

此外,对照已知危险序列清单检查序列,需要研究人员维护一个已知危险序列清单——这本身就是危险分子可能用来制造伤害的东西。结果是“信息危害”,生存风险学者尼克·博斯特罗姆(Nick Bostrom)将其定义为“传播或潜在传播,可能造成伤害或被某些代理人用来制造伤害的真实信息,所产生的风险”。

“DNA本质上是一种双刃剑式的技术,”在行业领先的合成DNA供应商Twist Bioscience从事生物安全工作的詹姆斯·迪甘斯(James Diggans)在2020年告诉我。这意味着DNA合成使基础生物学研究和拯救生命的药物开发速度更快,但它也可以被用于对人类有致命性的研究。

这就是今天生物安全研究人员——在工业界、学术界和政府中——面临的难题: 试图找出如何使DNA合成更快、更便宜以实现其许多有益的用途,同时确保每一个打印序列都是经过筛选的,危险已得到适当处理的。

如果现在这听起来像是一个有难度的问题,那么未来只会变得更糟。随着DNA合成变得越来越便宜且容易,许多研究人员预计,桌面合成器的发明将使实验室能够根据研究需要打印自己的DNA,而无需中间人。像桌面合成器这样的东西可以让生物学取得惊人的进步——也会使得防止危险分子打印出危险病毒的难度加剧。

随着DNA合成变得越来越便宜,对危险序列的筛选成本也会越来越高,因此在筛选方面偷工减料的行为在财务上可能占更大的优势,因为不进行筛选的公司将能够提供相当低的价格。

埃斯维尔特和他合作的团队——包括美国、欧盟和中国的研究人员——已经开发了一个框架做为潜在的解决方案。他们希望维护一个数据库,其中包含致命和危险序列的哈希值——数学方法生成的字符串,唯一地对应于每个序列,但如果你不知道原本的危险序列,是无法通过逆向工程来获得它的。这将允许在不危及任何人隐私和知识产权的情况下,对照致命序列清单检查序列,也不需要维护一份公开的致命序列清单,以至于恐怖组织或生物武器项目可以将其用作购物清单。

“今年晚些时候,我们预计DNA合成筛查系统将免费向全球各国开放,”埃斯维尔特告诉我。

为了让事情变得真正安全,DNA合成公司将序列发送到经过认证的危险序列数据库(如埃斯维尔特的数据库)进行筛查的提议应当由政府来要求执行。但希望是,这种筛查是安全、透明且对消费者免费的,这样的规定才会受到欢迎——这样一来,研究可以变得更安全,也不会减缓正当的生物学研究的进展。

国际治理始终是一项难以平衡的行为,对于其中许多问题,我们需要在发明和改进新技术时不断重新审视我们的答案。但我们不能停滞不前。Covid-19的 omicron变种在短短几个月内在美国感染了数千万人。当一种疾病来袭时,它可能来得很快,但当我们知道自己有问题时,可能为时已晚。

值得庆幸的是,我们提前做出选择的话可以大大降低发生严重灾难的风险,从筛查计划到使致命病毒更难设计,再到全球努力结束对开发危险新疾病的研究。但我们必须立即在全球范围内真正采取这些措施,否则世界上所有的计划都无法拯救我们。

注:本文仅代表作者观点。

原文链接:
https://www.vox.com/22937531/virus-lab-safety-pandemic-prevention

校对:妙喜小油鍋
发布:文曦