<作爲大流行證明的一部分,未來完美系列向我們介紹了可以爲下一次大流行做準備的加強措施。>

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當幾十年前世界首次就《生物武器公約》(BWC)中的規範和準則達成一致時,設計和生產生物武器是既昂貴又困難的。蘇聯有一個大型項目,被懷疑導致了至少一種流感病毒的意外釋放,造成數萬人死亡。但蘇聯人似乎從來沒有做成過任何比自然產生的更具致命性的東西。

採取生物恐怖主義的恐怖組織——比如1993年在日本發動了一次拙劣的生化襲擊的奧姆真理教邪教組織——到目前爲止基本上沒有能力改進炭疽菌,這是一種自然存在的病原體,對吸入炭疽活菌的人來說是致命的,但不會傳染,不會像大流行疾病那樣在全球傳播。

但近年來,我們設計病毒的能力突飛猛進,這在一定程度上要歸功於DNA測序和DNA合成技術價格的迅速下降。這些進步爲醫學創新打開了大門,但它們也帶來了挑戰:像Covid-19這樣具有致命性和破壞性的病毒,甚至可能更糟的病毒,即使不是現在,也將很快有可能在全球的實驗室中生產出來。

爲了防止出現可能比Covid-19更嚴重得多的流行病,世界必須徹底改變我們管理全球應對生物風險的方法。大西洋委員會國家安全政策主任巴里·帕維爾(Barry Pavel)和大西洋委員會合著者維克拉姆·文卡特拉姆(Vikram Venkatram)認爲,“業餘生物學家現在可以完成,直到最近頂尖實驗室裏最頂尖的專家纔可能完成的壯舉。”。

要想在未來幾十年裏避免一場災難,就需要我們更加嚴肅地對待人爲造成大流行的風險,做出各種努力,從改變我們的研究方式到讓人們更難自已“打印”致命病毒的副本。

Covid-19是一記警示,表明大流行疾病在世界各地的傳播速度有多快,以及我們在保護自己免受真正致命的病毒的侵害方面多麼無助。如果世界認真對待這一警示,我們就可以使自己免受下一次大流行的影響,無論是自然產生的還是人爲的。麻省理工學院生物學家凱文·埃斯維爾特(Kevin Esvelt)特告訴我,只要採取正確的措施,我們甚至可以讓自己“即使不能對以人類爲目標的生物威脅具有免疫,也能保持高度抵抗力”。

但如果我們忽視這一徵兆,後果將會是毀滅性的。

源自實驗室的病原體,可行的解釋

目前尚不確定導致Covid-19的病毒是從正在研究類似冠狀病毒的武漢病毒研究所(WIV)意外釋放的,還是來自野生動物的更爲常見的“人畜共患外溢”情形。 美國情報界的一項分析發現,這兩種可能性都是合理的。2022年發表的兩份預印本研究報告指出,武漢的一個活體動物市場是第一次爆發的源頭。《名利場》(Vanity Fair)最近的報道聚焦於該實驗室中進行的冒險又魯莽的改造冠狀病毒的研究,研究內容是它們是否會更容易感染人類,並詳細介紹了科學家們如何用封閉的隊伍來做這樣的實驗,以確保他們的工作不會因大流行而承擔指責。

現實情況是,我們可能永遠無法確定。可能需要數年時間才能最終將人畜共患病追溯到其動物源頭,而中國已明確表示不會配合進一步調查,以澄清武漢病毒研究所的研究在Covid起源中可能扮演的任何角色,無論是多麼無意的。

(2021年2月3日,安保人員在中國中部湖北省武漢病毒研究所前的道路上排成一行,世界衛生組織小組成員前來調查Covid-19冠狀病毒的起源。|赫克託·雷塔馬爾/法新社 經由蓋蒂圖片 圖片來源:vox.com)

無論導致Covid-19的一系列事件鏈條是如何的,我們已經知道傳染病爆發可能源於實驗室。1978年,也就是最後一次報告了野外天花病例的一年後,一次實驗室泄漏在英國引起了一場爆發事件。攝影師珍妮特·帕克(Janet Parker)去世,她的母親病情輕微並康復了;超過500名接觸過病毒的人接種了疫苗。(即使在接觸天花後,接種天花疫苗也有防護作用。)只有這種快速、大規模的反應才能阻止這種曾經滅絕的疾病全面復發。

這並不是我們唯一一次與天花捲土重來擦肩而過了,這種疾病僅在20世紀就導致3億人死亡。2014年,在美國國立衛生研究院 (NIH) 的冰箱中發現了6個未加保護的裝有天花的小瓶,混在327瓶各種疾病和其它物質中被遺忘了幾十年。美國食品藥品監督管理局(FDA)發現,其中一個小瓶已經受損——謝天謝地,那不是含有天花或其他致命疾病的小瓶中的一個。

其他疾病也曾在類似的實驗室事故中擔當主角。2014年3月,亞特蘭大的一名疾病控制和預防中心(CDC)研究人員意外地用一種更致命的毒株污染了一瓶相對無害的禽流感病毒。然後將受污染的病毒運送到至少兩個不同的農業實驗室。其中一個實驗室在他們的雞生病死亡時才注意到了這個錯誤,而另一個超過一個月也沒有得到通知。

這個錯誤是在CDC對另一個錯誤——某個實驗室本應滅活炭疽樣本的卻意外地製備成了活的樣本,75名聯邦僱員可能因此接觸到活炭疽——的後果進行了大規模調查後,才被傳達給CDC領導層。

2003年SARS出現後,有六起由實驗室泄漏引起的SARS感染事件。與此同時,去年12月臺灣的一名研究人員,在臺灣成功抑制了疫情爆發並且一個多月沒有國內病例時感染了Covid-19。臺灣當局對她溯源時,懷疑她是在高度安全的生物實驗室中被一隻受感染的老鼠咬傷而感染了病毒。

“事實上,實驗室事故在生命科學領域並不少見,”前參議員喬·利伯曼(Joe Lieberman)今年三月告訴兩黨生物防禦委員會。“隨着世界各國建立更多的實驗室來對高傳染性和致命的病原體進行研究,很顯然發生實驗室事故的速度會自然地增加。”

根據倫敦國王學院生物安全研究人員格雷戈裏·科布倫茨(Gregory Koblentz)和菲利帕·倫佐斯(Filippa Lentzos)去年發表的研究報告,目前有近60個實驗室被歸類爲BSL-4——最高的生物安全等級,被授權在23個不同的國家開展最危險病原體的研究工作——包括在運行、在建和還是計劃中的。這些實驗室中至少有20個是在過去十年建造的,超過75%的實驗室位於市中心,在那裏發生實驗室泄漏的話可能會迅速蔓延。

除了幾乎可以肯定未來會有更多的實驗室泄漏事件外,改造出一旦失控就可能導致大流行的病毒也變得越來越便宜和容易。這意味着現在一個實驗室或一個小組就可想而知地能造成全世界大規模的破壞,無論是有意還是無意的。

“過去,由於恐怖分子缺乏專業知識,以及使用生物技術製造和釋放危險病原體本身固有的難度,企圖進行的生物恐怖主義行爲的潛在大規模影響已經得到扼制。現在,隨着人們越來越容易獲得這項技術,並且使用它變得更加容易,難度正在降低,”帕維爾表明道。這樣的結果是什麼?“生物恐怖主義事件很快就會變得更加普遍。”

危險的研究以及如何與之對抗

於1975年生效的《生物武器公約》,是第一個禁止生產一整類大規模殺傷性武器的國際條約。

對條約締約國的183個國家來說,鑑別或製造新的生物武器是非法的。該條約還要求各國銷燬或和平使用任何現有的生物武器。正如時任總統理查德·尼克松(Richard Nixon)在 1969年宣佈美國將放棄其自己的所有進攻性生物武器研製時所說的那樣,“人類已經掌握了太多自毀的種子。”

(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)

在野生動物-人類邊際上進行病毒鑑定,和防止病毒外溢擴散之間肯定是有一些可供研究的空間的,但由於病毒研究發現的記錄非常有限,讓許多專家質疑目前的病毒發現方法是否是一個好主意。他們認爲,好處被誇大了,而潛在的危害卻被低估了。

這類研究過程中的每個階段都有可能導致從動物到人類擴散,而這些是科學家本該研究和預防的。其最終結果——一份研究人員已經識別出的一旦被釋放出去就會非常危險的所有病原體的詳細清單——成爲了送給生物武器計劃或恐怖分子的禮物。

由於DNA合成技術的改進,一旦你有了病毒的數碼RNA序列,“打印”序列並創建自己的病毒副本就相對簡單了(更多相關內容見下文)。如今,“在將一種東西確定爲具有大流行能力和它可作爲武器之間沒有界限,”埃斯維爾特告訴我。

有沒有好消息呢?政策制定者在危險性的研究上改變政策方向不應該太難。

NIH資助了全球大部分的生物學研究,而NIH對資助危險研究的新禁令將大大減少危險性研究的產生。如果美國採取堅定並且透明的政策,反對資助使病原體更有致命性或鑑別具有大流行能力的病原體的研究,那麼就更容易發揮必要的全球領導作用,以阻止其他國家開展這項工作。

“中國也資助了這項研究,”埃斯維爾特告訴我。也許,他們被Covid-19嚇壞了,願意重新考慮,但“如果我們不停止,就很難與中國對話並讓他們停止。”

所有這些都相當於給政策制定者開了一個簡單的處方:停止資助危險的研究,然後建立必要的科學和政策共識,讓其他國家也停止資助此類研究。

在這個簡單的處方背後隱藏着巨大的複雜性。許多關於美國是否應該資助危險研究的討論,都在關於什麼算作“功能增加”工作的技術性爭論中擱淺了——似乎重要的是科學術語,而不是此類研究是否會引發一場可能導致數百萬人死亡的大流行。

“94%的國家沒有國家層面的對軍民兩用研究監督的措施,其中包括關於監督的國家法律或法規,負責監督的機構或國家對軍民兩用研究進行評估的證據,”約翰霍普金斯大學衛生安全和核威脅倡議中心在2021年的一份報告中指出。

如果真的發生了這種情況,其結果可能不比大自然編造的任何東西好,甚至更糟。這正是約翰霍普金斯健康安全中心在2018年進行的大流行模擬中發生的情況。在虛構的場景中,一個模擬奧姆真理教的恐怖組織設計了一種病毒,該病毒結合了副流感病毒——一類通常在幼兒中引起輕微症狀的病毒家族——的高傳播性與尼帕病毒的極端毒性。結果是一種在推演中最終於全球範圍內殺死了1.5億人的超級病毒。

DNA合成及其如何改變着生物武器的經濟賬

“合成生物學和生物技術的進步,使病原體比以往任何時候都更容易具有更高致命性和傳播性,而生命科學的進步正在以政府無法跟上的速度發生着,這增加了故意或意外釋放危險病原體的風險,”利伯曼在3月份對兩黨生物防禦委員會說。

生物學最近最令人興奮的進展領域之一是DNA合成變得越來越容易 ——從已知序列中“打印”DNA(或 RNA,它是構成流感、冠狀病毒、麻疹或脊髓灰質炎等病毒的遺傳物質)的能力。過去,創造一個特別想要的DNA序列是極其昂貴或不可能的;現在,它更簡單也相對便宜,有多家公司提供郵件訂購基因的業務。儘管製造病毒仍然需要大量的科學技能,但成本遠沒有過去那麼高,而且可以由更小的團隊完成。

(2020年8月,生物技術公司DNA Script的聯合創始人兼首席執行官托馬斯·伊伯特(Thomas Ybert)在巴黎附近操作着世界上第一臺測試版的臺式DNA打印機。2021年6月,DNA Script宣佈商業化推出“打印機”,它可以生成可供實驗室使用的合成DNA片段。 | 埃裏克皮爾蒙特/法新社 經由蓋蒂圖片 圖片來源:vox.com)

這是個好消息;DNA合成使大量重要且有價值的生物學研究成爲可能。但DNA合成的進展如此之快,以至於針對可能濫用DNA的危險分子的協調行動已經滯後了。

此外,對照已知危險序列清單檢查序列,需要研究人員維護一個已知危險序列清單——這本身就是危險分子可能用來製造傷害的東西。結果是“信息危害”,生存風險學者尼克·博斯特羅姆(Nick Bostrom)將其定義爲“傳播或潛在傳播,可能造成傷害或被某些代理人用來製造傷害的真實信息,所產生的風險”。

“DNA本質上是一種雙刃劍式的技術,”在行業領先的合成DNA供應商Twist Bioscience從事生物安全工作的詹姆斯·迪甘斯(James Diggans)在2020年告訴我。這意味着DNA合成使基礎生物學研究和拯救生命的藥物開發速度更快,但它也可以被用於對人類有致命性的研究。

這就是今天生物安全研究人員——在工業界、學術界和政府中——面臨的難題: 試圖找出如何使DNA合成更快、更便宜以實現其許多有益的用途,同時確保每一個打印序列都是經過篩選的,危險已得到適當處理的。

如果現在這聽起來像是一個有難度的問題,那麼未來只會變得更糟。隨着DNA合成變得越來越便宜且容易,許多研究人員預計,桌面合成器的發明將使實驗室能夠根據研究需要打印自己的DNA,而無需中間人。像桌面合成器這樣的東西可以讓生物學取得驚人的進步——也會使得防止危險分子打印出危險病毒的難度加劇。

隨着DNA合成變得越來越便宜,對危險序列的篩選成本也會越來越高,因此在篩選方面偷工減料的行爲在財務上可能佔更大的優勢,因爲不進行篩選的公司將能夠提供相當低的價格。

埃斯維爾特和他合作的團隊——包括美國、歐盟和中國的研究人員——已經開發了一個框架做爲潛在的解決方案。他們希望維護一個數據庫,其中包含致命和危險序列的哈希值——數學方法生成的字符串,唯一地對應於每個序列,但如果你不知道原本的危險序列,是無法通過逆向工程來獲得它的。這將允許在不危及任何人隱私和知識產權的情況下,對照致命序列清單檢查序列,也不需要維護一份公開的致命序列清單,以至於恐怖組織或生物武器項目可以將其用作購物清單。

“今年晚些時候,我們預計DNA合成篩查系統將免費向全球各國開放,”埃斯維爾特告訴我。

爲了讓事情變得真正安全,DNA合成公司將序列發送到經過認證的危險序列數據庫(如埃斯維爾特的數據庫)進行篩查的提議應當由政府來要求執行。但希望是,這種篩查是安全、透明且對消費者免費的,這樣的規定纔會受到歡迎——這樣一來,研究可以變得更安全,也不會減緩正當的生物學研究的進展。

國際治理始終是一項難以平衡的行爲,對於其中許多問題,我們需要在發明和改進新技術時不斷重新審視我們的答案。但我們不能停滯不前。Covid-19的 omicron變種在短短几個月內在美國感染了數千萬人。當一種疾病來襲時,它可能來得很快,但當我們知道自己有問題時,可能爲時已晚。

值得慶幸的是,我們提前做出選擇的話可以大大降低發生嚴重災難的風險,從篩查計劃到使致命病毒更難設計,再到全球努力結束對開發危險新疾病的研究。但我們必須立即在全球範圍內真正採取這些措施,否則世界上所有的計劃都無法拯救我們。

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

校對:妙喜小油鍋
發佈:文曦