译本《下一代生物武器 —基因工程技术在生物战和生物恐怖主义中的应用》

译者:Anna     

封面

下一代生物武器

基因工程技术在生物战和生物恐怖主义中的应用

美国空军迈克尔·J·安尼斯可夫上校编写

反扩散文件

“未来战争系列”第14期

美国空军防扩散中心

空军战争学院(直译)

航空大学 (直译)

麦克斯韦空军基地,阿拉巴马州

下一代基因武器:

基因工程技术在生物战和生物恐怖主义的应用

迈克尔·J·安尼斯可夫,上校,美国空军

2002,4月

       防扩散文件系列是由美国空军防扩散中心设立的,目的是提供信息和分析,帮助美国国家安全决策者和美国空军军官了解情况,帮助他们更好地准备应对大规模毁灭性武器的威胁。第14期和本系列以前的论文可向美国空军防扩散中心索取,地址是:325 Chennault Circle, Maxwell AFB AL 36112-6427。传真号码是(334)953-7530;电话(334)953-7538。

防扩散文件第14号

美国空军防扩散中心

空军战争学院(直译)

航空大学 (直译)

麦克斯韦空军基地,阿拉巴马州 36112-6427

美国空军防扩散中心的互联网地址是:http://www.au.af.mil/au/awc/awegate/awc-cps.htm

目录

免责声明—— i

作者 —— ii

鸣谢 —— iii

I. 介绍 —— 1

II. 前苏联生物战计划 —— 3

III. 基因工程,生物恐怖主义,生物战 —— 11

IV. 增强生物威胁的六种途径 —— 17

V. 科学改进生物防御的六项方法 ——23

VI. 结论 —— 27

注释 —— 29

备注:注释请参见原版

免责声明

本刊物中所表达的观点仅代表本人,不反应美国政府、国防部和美国空军防扩散中心的官方政策。

作者

Michael J. Ainscough上校,医学博士,公共卫生硕士,是空军飞行外科医生,美国预防医学委员会在航天医学方面的外交官。在就读空战学院驻地之前,他是华盛顿费尔柴尔德空军基地的第92飞行外科-牙科中队指挥官。其他任务包括在阿拉斯加艾尔森空军基地343d医疗组担任航天医学主任;在德克萨斯州布鲁克斯空军基地阿姆斯特朗实验室担任高压氧医学部作战处主任;在空中机动司令部外科医生办公室专业服务局担任航空医学后送处主任;随后在伊利诺伊州斯科特空军基地担任USTRANSCOM全球病人移动需求中心临床航空医学后送主任。Ainscough上校在驻地完成了美国空军中队军官学校的学习,是空军指挥与参谋部和空战学院研讨生项目的优秀毕业生。他是一位高级飞行外科医生,在20多架军用飞机上飞行了1100小时。他在圣路易斯药学院获得学士学位,在南伊利诺伊大学医学院获得医学博士学位。他在德克萨斯州布鲁克斯空军基地(Brooks AFB)完成了美国空军航空医学住院医师培训和高压氧医学奖学金,并在德克萨斯大学完成了公共卫生硕士学位。Ainscough上校的军功章包括国防功勋奖章、带有三个橡树叶簇的功勋奖章、空军嘉奖章、空军成就奖章和人道主义服务奖章。1989年,他被评为阿拉斯加空军司令部年度最佳飞行外科医生,2001年,他被空中机动司令部提名为保罗-迈尔斯奖。他是一名高级飞行外科医生,在20多种军用飞机上共飞行了1100个小时。

鸣谢

       我想对我的空战学院教师顾问Barry Schneider和Jim Davis上校(博士)表示衷心的感谢,他们分别担任美国空军反扩散中心的主任和副主任。 他们的鼓励、指导和指引极大地促进了这项工作的价值。我还必须感谢我出色的妻子Cathy和我们的儿子Ty和Drew,感谢他们在我整个职业生涯中的理解和支持。

下一代生物武器:

基因工程技术在生物战和生物恐怖主义的应用

迈克尔·J·安尼斯可夫

I. 介绍

      战争史和疾病史无疑是交织在一起的。纵观战争史,疾病和非战斗伤害造成的死亡和丧失战斗力比战争本身的实际战斗造成的死亡和丧失更多。最突出的例子是第一次世界大战期间的大流感,1918年全世界有2000万以上的人死亡。虽然这是一个自然发生的事件,但如果一个国家能够制造出一种生物制剂,对敌人产生同样的灾难性的生命损失呢?这实质上就是应用基因工程进行生物战(BWw)或生物恐怖主义(BT)的潜在效果。今天,我们不仅面临着自然疾病(包括新出现的传染病),而且还面临着生物战或生物恐怖主义的威胁,这些威胁可能是用基因工程的制剂,这些制剂可能会抵抗已知的疗法。简单地说,基因工程是人类干预的过程,在两个生物体之间转移功能基因(DNA)。在生物武器/BT背景下,它是操纵基因以创造新的致病特性(增加生存力、感染力、毒性、抗药性等)。具有改变特征的生物体是 “下一代 “生物武器。在本世纪,人们普遍预测,生物学和生物技术的发展将彻底改变我们所知道的社会和生活。同时,可以用来制造生物武器的生物技术中的 “黑色生物学”,将是我们将面临的最严重的威胁之一。在这个克隆和 “设计基因 “成为晚间新闻话题的时代,关于基因改变微生物导致的生物战和生物恐怖主义的文章已经很多,人们往往难以辨别事实和虚构。本文有兩個目的。

第一部分综合了与前苏联生物武器计划关系密切的消息来源对基因工程的描述,本文的结尾从美国的角度讨论了基因工程和生物战的近期能力。

II. 前苏联生物战计划

Biopreparat

尽管签署了1972年《生物和毒素武器公约》(《生物武器公约》),但现在可以肯定的是,前苏联至少在1990年代初之前一直在实施秘密和非法的进攻性生物武器计划。组织了 “生物制备”(一个庞大的军事方案,有文职人员的掩护),为生物武器研制生物剂并使之成为武器。它在18个以上的生物武器设施中雇用了大约占苏联6万名工人中的一半,在1980年代的年度预算相当于数千万美元。与美国的进攻性生物武器计划(1942-69年)主要研究在人类中不具传染性的生物(如炭疽病和土拉菌)不同,苏联的生物武器研发计划还寻找人类已知的最具传染性和致命性的细菌(如鼠疫)和病毒(如天花)。

由于Biopreparat和其他苏联生物武器研究设施是在 “特别重要”(高于最高机密)的最高安全等级下运作的,美国情报界甚至不知道它的存在,直到1989年生物武器计划的一名高级科学家叛逃到英国。从他的大量汇报,以及随后该项目另外两名叛逃者的合作中,我们现在知道了俄罗斯微生物学的基因工程成功和其他进展的详细信息。显然,许多数据仍然是保密的,但这三名叛逃者的描述在一定程度上被记录在各种非机密的书籍和文章中。本文讨论了他们的公开来源的叙述。

Pasechnik

1989年10月,来自苏联方案内部的第一个主要消息来源弗拉基米尔-帕塞奇尼克博士叛逃到英国。他是苏联最高级的微生物学家,也是Biopreparat超纯生物制剂研究所所长,他描述了该计划中生物研究和生产设施的广泛组织。

除了证实苏联有一项违反1972年《生物武器公约》的进攻性生物武器计划外,他还透露,苏联有一项 “广泛的基因工程计划,旨在开发西方无法抵御的新型生物武器”。 他的研究所的首要任务是提高鼠疫和土拉菌的杀伤力,同时使它们对抗生素和极端温度有更强的抵抗力。通过将特别设计的质粒引入连续几代的土拉菌培养物中,该菌株对所有已知的西方抗生素产生了抗性。干燥的粉状超级瘟疫成为苏维埃特人的首选武器(随时有20吨的库存),并被装在各种弹药上。生物武器的使用已被纳入苏联一系列战术行动的特别战争计划,在这些行动中,生物武器将使用喷洒坦克和集束炸弹,而在战略行动中,洲际弹道导弹(ICBMs)和战略轰炸机将携带鼠疫、炭疽或天花。

Pasechik还详细介绍了完善其他新的细菌和病毒菌株的工作,这些菌株可以很好地用于武器。经过30年的实验,苏联科学家通过在生物武器火箭上安装类似宇航员舱的保护系统,解决了导弹飞行过程中脆弱的微生物在大气压力大变化和极端温度下的生存问题。他们根据Biopreparat和其他生物武器研究实验室所做的爆炸试验,选择最坚韧的菌株并计算出所需的冗余量,从而解决了 “爆炸时的破坏 “问题。

总之,Pasechik披露,苏联人(1)已将细菌和病毒基因化,(2)将微生物以粉末形式制成武器,将其装入各种弹药,(4)将生物武器纳入其理论,并有使用生物武器的具体计划。

“Temple Fortune”

1992年春,一位曾在Pasechik实验室从事鼠疫救援工作的低级板凳科学家也叛逃到了英国。他一直处于卧底状态,代号为 “Temple Fortune”。他完全证实了Pasechik以前的说法,然后向英国人提供了从Pasechik离开到 “Temple Fortune “离开的30个月内苏联生物武器工作的最新情况。米哈伊尔-戈尔巴乔夫总统曾于1990年下令终止生物进攻计划,尽管叶利钦总统也宣布(通过向俄罗斯人民发表电视讲话并向布什总统作出个人承诺)终止该计划,但对新形式鼠疫的研究仍在秘密进行。

“Temple Fortune”称,除了对多种抗生素有更强的抗药性外,改进后的超级鼠疫在其储存形式下将是无毒的,但在需要武器化的时候,可以很容易地转化为致命的抗生素抗药性形式。导致鼠疫毒性的基因位于质粒上。他所描述的是一种二元生物武器,良性的细菌鼠疫细胞会在装入武器前立即与增强毒力的质粒混合,而转化则在武器本身的小型生物反应器中进行。

Alibekov

1992年末,在 “Temple Fortune”叛逃后不久,Kanatjan Alibekov博士成为俄罗斯生物武器计划的第三个叛逃者。作为Biopreparat的副主任(二号人物)和传染病医生/流行病学家,他是该计划有史以来级别最高的叛逃者。1999年,Alibek出版了《生化危机》一书,详细记录了他的经历。Alibek披露了一部虚拟的百科全书,从上到下详细介绍了Biopreparat的各种细节:人员和设施、进攻性研究的历史、医学和微生物的发现、特殊的生产方法、武器化技术、阿克苏尔试验、俄罗斯生物武器防御性创新、之前的欺骗和秘密计划,以及该计划的未来方向。

Alibek坦言,苏联生物学家在20世纪60年代和70年代就已经对利用遗传学和基因操作生产生物武器制剂感兴趣。1973年,列昂尼德-勃列日涅夫总统制定了 “酶 “计划,以实现生物武器计划的现代化,并开发基因改变的病原体。在职业生涯的早期,Alibek曾负责开发Biopreparat的第一个抗疫苗土拉菌小球。后来,到1986年,他的团队还将炭疽的 “战斗菌株”(836菌株)的效力提高了三倍。他是第一个将腺体武器化的人,并监督了苏联第一次马尔堡病毒(一种类似埃博拉病毒的病毒)的试验。

Alibek披露,到1992年,俄罗斯人总共拥有五十二种不同的生物制剂或制剂组合,包括致命的马尔堡病毒、埃博拉病毒和天花病毒等,都可以被武器化。感染力最强、最容易制造和运输的微生物被贴上了 “战斗菌株 “的标签。(836株)、帕塞奇尼克的超级鼠疫,以及俄罗斯特殊的土拉菌株(Schu-4)。到1991年,Alibek说,俄罗斯科学家已经 “改进 “了这三种病毒,使它们能够克服所有的免疫系统和现有的医疗方法。”1998年5月,Alibek在美国国会作证:

重要的是要注意到,在苏联人看来,最好的生物制剂是那些无法预防和治愈的制剂.对于那些存在疫苗或治疗方法的制剂—例如可以用抗生素治疗的鼠疫–要开发抗生素抗性或免疫抑制性变种。

虽然Biopreparat自1959年以来一直在研究一种毒性很强、传染性很强的天花 “战斗菌株”(印度1号),但他们从1987年开始研究开发一种毒性更强的天花武器,并在1990年进行了试验。

Alibek在他的《生化危机》一书中写道,利用质粒来增加细菌的毒性或抗生素抗性。这证实了Pasechnik和 “Temple Fortune”先前的说法。他还讨论了将髓鞘毒素的基因转移到耶尔森菌(鼠疫菌)上,然而据报道,这种制剂还没有武器化。他说,莫斯科一家名为Bioeffekt Ltd.的新公司通过邮购提供了三种用 “俄罗斯以外未知技术 “生产的土拉菌菌株(即基因工程菌株)。

最令人震惊的是,阿里贝克透露,目前正在进行基因工程研究,以创造全新的生命形式。混合 “嵌合体 “病毒的目标是将一种病毒的基因插入到另一种病毒中,以创造一种更致命的病毒。Alibek说,俄罗斯人将委内瑞拉马脑炎病毒(VEE)的DNA插入到疫苗病毒(与天花病毒的基因结构几乎相同)中,创造了第一个嵌合体病毒。1991年他离开时,将VEE、埃博拉和马尔堡基因插入实际的天花病毒的嵌合体正处于研究阶段。

在书的最后,Alibke谈到了如何与其他国家分享生物技术知识。多年来,俄罗斯人为 “东欧、古巴、利比亚、印度、伊朗、伊拉克和其他国家的科学家讲授基因工程和分子生物学课程”。事实上,古巴在哈瓦那附近设立了一家制药公司,正在用一种含有插入质粒的转基因细菌生产干扰素。

叶利钦和斯维尔德洛夫斯克

1979年,斯维尔德洛夫斯克(现俄罗斯叶卡捷琳堡)的生物武器设施意外释放炭疽孢子,至少造成66人死亡。1998年,对11名受害者的保存样本进行的DNA测序研究显示,炭疽杆菌同时存在多达4种不同的基因变异。这些研究结果表明,至少发生了某种程度的军用炭疽病工程,因为在自然爆发后可能只发现一种菌株。当时苏联否认军事计划的存在,而发生地省份的负责官员正是鲍里斯-叶利钦。

十多年后,叶利钦成为俄罗斯总统后,于1992年访问英国。在一次公开演讲中,他在讨论生物战研究时说,俄罗斯人 “已经开展了各种物质对人类基因影响的研究。” 叶利钦的发言证实了此前苏联基因工程研究计划的存在。作为俄罗斯总统的叶利钦后来发布公开法令,宣布俄罗斯整个生物武器研究和生产计划为非法。

科学报告

1995年,俄罗斯科学家在英国的一次会议上介绍了一项研究,他们后来于1997年12月在英国医学杂志《疫苗》上发表了这项研究。他们报告说,他们成功地将枯草芽孢杆菌的基因转移到炭疽杆菌培养物中,使炭疽菌对俄罗斯炭疽疫苗产生了抗性(至少在仓鼠中)。这就提出了关于美国炭疽疫苗有效性的明显问题。美国机构试图获得更有效的俄罗斯炭疽菌株的样本。无奈之下,2001年初,五角大楼制定了复制俄罗斯工作的计划,并为生物防御目的对自己的改良菌株进行基因工程。

影响

生物类武器在历史上被多次使用。人类的古老敌人毕竟是微生物。今天的新情况是,有针对性地开发出更具传染性和致命性的病原体,以及越来越多的国家和恐怖组织可能获得它们的知识或文化。上述来自了解其生物武器计划的俄罗斯人的描述表明,他们在基因工程、嵌合体制剂和二元生物方面进行了积极的研究并取得了成功。从公开记录的描述中,我们知道前苏联在其大规模进攻性生物武器计划中使用了基因工程技术。

由于前苏联将其进攻性生物武器计划列为 “特别重要”(高于绝密),很明显,他们认为生物武器导弹与核导弹一样有价值。由于保护性的军事机密,即使是许多苏联/俄罗斯的高级官员也不知道进攻性计划的全部范围和细节,也无法控制它,这是可信的。这种黑手党式的保密,或许可以解释戈尔巴乔夫和叶利钦在与西方谈论违反条约问题时的困惑、犹豫和矛盾。令人难以置信的是,Pasechnik声称,他从未被告知《生物和毒素武器公约》的存在,而是先从他的英国汇报者那里得知。事实上,尽管叶利钦下达了拆除前苏联进攻性生物武器计划的命令,但许多情报分析家怀疑,该计划仍然可行,深藏在不愿交出生物武器秘密的军事结构中。

美国陆军医学研究和物资司令部司令约翰-帕克少将承认,”生物恐怖分子可能只是重新设计炭疽等病菌,以否定现有疫苗的效果”。一些西方情报专家认为,像阿利贝克所说的俄罗斯基因工程计划仍处于起步阶段。最近在分子生物学方面的发现的速度使得我们必须考虑新的生物武器威胁。生物技术 “阴暗面 “的进步预示着抗生素抗性细菌、疫苗抗性病毒以及创造全新病原体(嵌合体)的未来。世界上大多数主要大学都拥有创造致命的新病毒和细菌菌株的专业知识和技术。一些美国科学家预测,我们还有大约20年的时间,基因工程将有效地使目前的生物防御系统对生物武器攻击完全无效和过时。科幻小说可能在20年内成为科学事实。

近年来,与俄罗斯交换洲际弹道导弹的战争威胁已大大降低。然而,随着核导弹和生物武器导弹的退役,生物制剂和生物武器科学基础设施的其余部分被拆除,许多俄罗斯科学家突然失业。有人认为,基因工程的知识,甚至是高传染性制剂的培养物(出售、偷窃或走私),可能已经传给了 “有关国家 “或恐怖组织。如果情况属实,这种泄漏,再加上技术和信息在世界各地的便捷流动,将导致能力的扩散,使生物武器在重大战区战争、小规模应急事件和恐怖事件中使用的可能性越来越大。

生物武器由生物制剂及其运载工具组成。种植微生物比其武器化或传播更容易。正如国务院反恐办公室前副主任拉里-约翰逊所说:”生产这些武器需要比一件实验室大衣和一个车库更复杂的基础设施和专业知识。”前生物武器研究人员获得武器化技术的信息。资金充裕的恐怖组织或许能买到他们需要的俄罗斯科学家。一小部分恐怖组织可能拥有实施有效生物攻击所需的技术知识。”除非他们能够从大型计划(如前苏联的生物武器计划)中购买知识或微生物培养物,否则小型恐怖单位不太可能(虽然不是不可能)获得或生产基因工程生物。

III. 基因工程,生物恐怖主义,生物战

医药界和军事界的革命

遗传工程的技术在20世纪70年代开始发展。在20世纪80年代,基因工程已经是一个全球性的价值20亿美元的产业。在20世纪的最后十年,分子生物学的知识成倍增长。最近的分子生物学革命可能顺带着给人类释放了一个新的威胁,那就是基因工程病原体,这种病原体可以用来开发许多新的进攻性生物武器。同样是生物技术,它曾承诺通过治疗许多人类疾病来拯救生命,但也有黑暗的一面,可能被滥用于开发致命的生物武器。这种 “黑色生物学 “的未来是本文剩余部分的主题。

分子生物学和生物技术的革命可以被认为是一场潜在的军事革命。安德鲁·F·克雷平尼维奇指出了战争史上的10次军事革命。军事革命需要四个要素:技术进步、将这种新技术纳入军事系统、军事行动创新、组织调整,以从根本上改变冲突的特征和行为。海湾战争被认为是引入了空间/信息战革命。从生物技术的技术进步来看,使用基因工程病原体的生物战可能构成未来的这种军事革命。俄国人已将生物战纳入其理论,但幸运的是,目前没有证据表明他们在过去几十年中曾有过实践的机会。

美国海军陆战队作战发展司令部前司令保罗·范里珀中将(退役)声称,我们正处于战略变革的前端,目前军事中正在发生多场革命。 在这些革命还在进行中的时候,很难评估它们的影响和意义。事实上,只有时间才能证明,一项技术革新会促进军事革命。在我们完全理解它们的意义之前,可能需要20年或30年。目前一些人认为,下一个真正对我们国家安全的重大威胁是在信息战和生物战。我们在军事中的信息战革命比军事中的生物战革命可以说走得更远。

具有讽刺意味的是,基因工程正变得司空见惯和习以为常,而生物武器化目前还是一种不太成熟的技艺。然而,最近通过邮件发送的大量带有炭疽病毒的信件传达了一个信息,即恐怖分子在发送方法上可以很有创意。

无论生物技术是否有助于未来的军事革命,它肯定正在改变医学。基因疗法将允许替换或修复有缺陷的基因,有望成为现代医学的圣杯。分子遗传学、基因组测序和基因拼接疗法等技术具有双重用途的潜力。矛盾的是,用于开发新药或新疫苗的生物技术同样可以用来开发毒性更强的生物武器。可用于拯救生命的科学也可能被用来夺取生命。目前,生物技术知识的兴起与恐怖分子造成大规模伤亡和更多破坏的意愿同时出现。按照历史上战争与疾病相互作用的模式,这两个相对较新的现象,即前所未有的生物技术和愿意造成大规模伤亡的恐怖分子,很可能会在历史上交汇。2001年9月11日,世贸中心和五角大楼双塔遭到恐怖袭击后,美国发生的炭疽病袭击事件很可能是未来事件的预演。

新发传染病

理查德-普雷斯顿1997年的小说《眼镜蛇事件》是一个虚构的生物恐怖主义场景,其中有一种基因工程的超级病毒。克林顿总统阅读了这本小说,使他对生物恐怖主义的威胁有了敏感的认识。他更深入地研究了生物武器/生物恐怖主义的威胁,随后发布了两个总统决定指令,以解决与生物和化学恐怖主义和战争有关的国家安全缺陷。”9-11 “世界贸易中心和五角大楼遭受恐怖袭击后,以及随后向国家议员、纽约州长和新闻媒体办公室发出的多封被炭疽污染的信件,布什总统成立了国土安全委员会,以协调已经参与国土安全的约40个不同机构和组织的国家努力。

因为我们不知道会出现什么新的疾病,所以我们必须时刻做好准备,以应对突发事件。位于亚特兰大的美国疾病控制和预防中心(CDC)是美国负责疾病流行病的领导机构,并跟踪全球自然发生的新发传染病。CDC曾到世界各地调查埃博拉出血热、马尔堡病毒、汉坦病毒等新兴疾病的爆发。这些都是具有挑战性的自然爆发的病原体,以前人类还不知道。生物工程病原体的爆发可能会造成类似的情况,并且可能比最近发现的自然出现的疾病具有更大的疾病潜力(传染性和死亡率)。对这些新出现的传染病和其他疾病爆发的流行病学调查可作为应对未来生物战和生物恐怖主义事件的模板。

天然病原体与生物工程病原体的比较

2001年底,通过美国邮政服务邮寄的信件中的炭疽孢子造成的恐怖比实际发病率更多。在炭疽信件袭击事件发生后的三个月内,有5人死于吸入性炭疽,共有18人感染了某种形式的疾病。有5万多人服用了广谱抗生素,还有很多人购买了抗生素以备将来预防。夜间新闻报道了 “炭疽焦虑症”。数十万 “疑病症”涌入医疗系统。

然而,尽管通过邮件传播的炭疽病很严重,但生物工程病原体的爆发可能更具破坏性。2001年9月的炭疽病虽然具有很强的杀伤力,但已被确定为众所周知的菌株,而且它不具有传染性(人与人之间的传播)。虽然炭疽菌的孢子非常稳定,可以保持多年的活力,但与其他病原体相比,需要相对较多的生物体才能引起疾病。这些事实可以解释为什么调查人员在许多办公楼和邮局发现了炭疽孢子的痕迹,但只有少数人真正感染了这种疾病。

此外,如果确定有炭疽病发作的证据(就像9月11日之后的情况一样),可以对人们进行接触筛查和/或用抗生素治疗,如果在症状开始之前服用,这些抗生素非常有效。美国食品和药物管理局还批准了一种炭疽病疫苗。

基因工程病原体很可能是比2001年炭疽袭击更困难的挑战。很有可能它们具有新的特征,要么具有较高的传播性、传染性,要么具有抗生素抗性。这种对传统病原体的 “定制 “可能会使它们更难检测、诊断和治疗。实际上,它们在军事上会更有用。显然,新型病原体是不会有疫苗的。生物战专家史蒂文-布洛克(Steven Block)概述了基因工程病原体可能具有的其他定性差异和属性。这些病原体可能会变得更安全,更容易分发,具有种族特异性,或导致更高的发病率或死亡率。

天花基因组的整个DNA序列是已知的,一些科学家担心它已经被基因操纵了。 虽然世界上唯一授权的天花实验室是亚特兰大疾控中心和位于科尔佐沃的俄罗斯国家病毒学和生物技术研究中心,但人们认为,在前苏联的其他地方可能存在培养物,并可能已经转移到其他有关国家或非国家组织。Ken Alibek在他的《生化危机》一书中描述说,前苏联在1992年正在研究天花的基因改造。由于天花在1980年就已经从世界人口中消灭了,因此,即使是最初形式的天花,其任何复发都会影响到数百万人,并构成全世界关注的流行病。当然,从生物上 “改良 “的天花菌株将是不祥之兆。

进攻性生物武器能力

国防部长办公室已经确定了保持不同程度的进攻性生物战能力或研究设施的国家。该名单包括俄罗斯、中国、伊拉克、伊朗、北朝鲜、叙利亚、利比亚、印度和巴基斯坦。亨利-L-史汀生中心还将埃及、以色列和台湾列为 “扩散关注 “的国家。另外,据报道,”基地 “组织网络还试图购买生物制剂。

大多数发达国家对生物战和生物恐怖主义保持一定程度的防御能力,这通常包括部署面向任务的军事保护态势装备和民用危险材料应急 “太空服”。同样重要的是针对生物战/生物恐怖主义威胁而储备的疫苗和抗生素。美国国防部保持着防御能力。1969年,尼克松总统发布了一项单方面和无条件放弃生物武器的命令。我们的计划被终止,库存被销毁。我们进攻性计划的结束对我们发展医疗防御措施的能力产生了严重的限制性影响,例如我们开发适当的疫苗、抗生素和其他疗法的能力。

生物战和生物恐怖主义

在我们的对手寻求 “不对称 “优势时,生物武器始终是一个考虑因素。好战的国家领导人和恐怖分子受到生物武器潜在的致命力量的诱惑,坚持不懈地寻求获得生物武器。然而,奇怪的是,当生物武器被用于战斗时,它们被证明是相对无效的。它们既不可靠,又无法控制。由于难以可靠地部署,它们的军事价值微乎其微。稳定生物剂和部署生物剂,无论是用尖端武器公开部署,还是在不危及友军犯罪者的情况下秘密部署,都需要不被广泛掌握的专门知识。随着生物战剂的能力和新一代武器的出现,这种情况可能会有所改变。

国家和非国家行为者对生物武器的能力、要求和期望显然不同。军队经常接受在化学和生物环境中行动的训练,而脆弱的平民人口则没有生物攻击的保护设备或防御训练,因此最有可能成为生物恐怖主义攻击的目标。非国家恐怖分子越来越有可能使用生物袭击,9月11日五角大楼和世界贸易中心塔楼遭到袭击后发生的炭疽邮件袭击就是这种情况。如果受到基因工程病原体的攻击,很可能需要一些时间来理清我们面对的只是一个自然发生的事件,还是一个由那些有邪恶动机的人引发的事件。如果疾病的最初形式是熟悉的复杂症状,那么它可能无法被识别。大多数医生从未见过患有炭疽或天花的病人,很少有人接受过诊断最有可能的生物恐怖主义病原体的培训。例如,2001年底死于炭疽病的一名美国邮政工作人员被诊断为无害的病毒综合症,并从医生的护理中释放出来。在调查的初始阶段,可能很难确定疫情是自然发生的事件、是恐怖主义行为、还是战争行为。例如,2001年末佛罗里达州的第一个吸入性炭疽病受害者最初被认为是由于自然接触而感染的,因为他是一个户外活动者。调查人员可能很难确定病原体的来源或接触机制。经过一段时间后,才将信件中的炭疽孢子与首批炭疽病例联系起来。在编写本报告时,美国事件的肇事者和炭疽菌的来源仍然不明。

使用生物工程制剂的恐怖袭击可能与以往任何事件不同。病原体可能是秘密释放的,因此从接触到出现症状之间会有一个延迟。几天到几周后,当人们真的出现症状时,他们可能会立即开始传播传染性疾病。到那时,许多人可能会在离他们最初暴露的地方几百英里之外,可能在多个国际地点。急性病患者可能会大量出现在急诊室和其他医疗机构。在这种情况下,医疗专业人员将站在攻击的 “前线”。如果病原体具有很强的传染性,医护人员就会被二次感染。毫无戒备的医院会被污染,很快就会不堪重负。这将需要隔离大量的人群,由于医疗护理人员数量的减少,情况会更加恶化。媒体会加剧公众的焦虑。内乱和无次序可能会随之而来。我们在应对这种流行病方面的经验非常少。对即将发生的特定生物恐怖事件的预先警告,尤其是基因工程生物武器制剂,将是极其罕见的—类似于新出现的疾病爆发。除非我们碰巧有极好的情报,否则我们只能做好事后应对的准备。

IV. 增强生物威胁的六种途径

大约在1997年《眼镜蛇事件》流行的同时,美国国防部发布了《扩散:威胁和对策》,其中指出了生物战能力的趋势。这些趋势包括越来越多地使用基因工程的载体,以及对感染性疾病机制和免疫防御系统的理解不断加深。《扩散:威胁与对策》的附件指出,“目前生物武器的复杂程度相对较低,但由于现代分子生物学、发酵和药物输送技术的进步,在制造尖端武器方面有巨大潜力。最近的《四年期国防审查报告》(2001年9月)也承认,生物技术革命有可能增加生物战的威胁。”

也是在1997年,一个学术科学家小组举行会议,讨论 “生物制剂的研制和使用所造成的威胁”。JASON顾问集团向美国政府提供技术咨询,”促进科学家对国家安全和公共利益问题的贡献”。他们的会议集中讨论了生物战的近期威胁,特别是基因工程病原体和武器。

在1997年的会上,JASON顾问集团将潜在的基因工程病原体分为六大类未来潜在的威胁。

– 二元生物武器

– 设计特定基因

– 基因治疗作为武器

– 隐形病毒

– 跨宿主疾病

– 精心设计的疾病

今天,生物技术已经存在,可以实现其中的一些可能性。事实上,一些基因工程制剂可能已经生产和储存。

1)二元生物武器:类似于二元化学武器,这是一个由无害部分组成的双组分系统,在使用前立即混合,形成病原体。这个过程在自然界中经常发生。许多病原菌含有多个质粒(小的环形外染色体DNA片段),这些质粒为毒力或其他特殊功能编码。炭疽病、鼠疫、痢疾和其他疾病的毒力就是通过这些质粒增强的。自然界中自然发生的事情,可以在实验室中用基本的生物技术进行人工。有毒性的质粒可以在不同种类的细菌之间转移,而且往往可以跨越物种的障碍。

为了生产二元生物武器,可以独立地分离出一种宿主细菌和一种有毒性的质粒,并按要求的数量生产。就在生物武器部署之前,这两种成分将被混合在一起。宿主生物体重新转化为病原体的过程可以想象是在武器被触发后和运输/飞行过程中进行的。“Temple Fortune” 表示,前苏联的科学家已经掌握了这种技术。

2)设计特定基因:人类基因组项目已经解读了生命的字母表,并提供了人类的分子蓝图。同样,目前已知道599种病毒、205种天然质粒、31种细菌、1种真菌、2种动物和1种植物的完整基因组序列。其中许多基因组已经在非保密的期刊和互联网上发表。对生物制造者来说,这些基本上是蓝图,可以让他使微生物变得更加有害。现在,这些代码已经被知道了,微生物学家开发合成基因、合成病毒,甚至是完整的新生物体,似乎只是时间问题。其中一些可能是专门为生物战争或恐怖主义目的而生产的。

也许提高任何生物战病原体有效性的最明显的方法是使其对抗生素或抗病毒剂产生抗药性。一些细菌自然而然地对抗生素产生了相当快的抗药性。许多抗生素抗性基因已经被发现。其中最著名的是编码β-内酰胺酶的基因,这种酶能打败青霉素的作用。这种基因可能被激活或引入其他病原体。

类似于流感病毒的自然变异,整个病毒也可以被创造出来。通过诱导病毒株的杂交,简单地交换变异或合成基因,就可以创造出一种新的流感病毒株。稍微改变像流感这样的普通病毒,使其更加致命,可能比操纵更罕见或生物复杂的病原体更容易。

对于一个生物工程师来说,越来越多的微生物基因组数据库提供了一个潜在有用基因的虚拟 “零件清单”,供基因 “建造模型”设计和生产一种新的生物体,可以挑选出最致命的特征。有人认为可能从头开始创造一个全新的生物体。一些动物病毒非常小,它们的整个基因组至少在原则上可以用目前的技术从机器合成的片段拼接起来。引起人类肺炎的支原体,具有已知最小的细菌基因组.对支原体的染色体进行的遗传分析表明,在实验室生长条件下,只有265~350个基因是必不可少的。因此,在不久的将来,或许可以制造出一种完全合成的 “最小基因组 “生物体。如果能得到这种类型的流线型细胞,它将是制造生物武器的一个有吸引力的模板。

如前文关于病毒的论述,虽然有可能用一组部件人工制造生命,但这可能超出了大多数生物恐怖分子的能力范围。要将所有所需的 “属性 “设计成单一的病原体,并且仍然有一个能够有效和可预测地传播的生物体,是极其困难的。更有可能的是,对现有的病原体进行巧妙的基因改造,使其更难检测,毒性更强,或对药物更有抵抗力,而这一切都在当今生物技术的能力范围之内。

3) 基因治疗作为武器:基因治疗将彻底改变人类遗传疾病的治疗方法。其目标是通过修复或替换有问题的基因,使人的基因组成发生永久性改变。基因已经被拼接到细菌中,以产生大量的 “人类 “胰岛素。最终的目标是将生产胰岛素的编码基因拼接到人的胰腺组织中,以治愈糖尿病。类似的研究正在取得进展,加入缺失的基因以防止囊性纤维化的症状。然而,同样的技术也可以被颠覆,插入致病基因。

基因治疗一般有两类:生殖细胞系(生殖)和体细胞系(治疗)。生殖细胞DNA的变化会被后代继承。体细胞DNA的改变只会影响个体,不能遗传给后代。与生殖细胞的操作相比,体细胞的操作受到的伦理审查较少。

这一概念已经被用来改变动物的免疫力。疫苗病毒(一种用于对天花进行免疫的天花病毒)已被用作载体,在哺乳动物细胞中插入基因。这种基因工程病毒已成功地用于生产预防野生动物狂犬病的口服疫苗。

对人类类似基因拼接的研究仍在继续,以寻找可能的载体,将替代基因携带至目标。如同对动物所做的那样,人类有可能对某些疾病进行 “疫苗接种”,或作为治疗药物或细胞毒效应的定向输送能力。

有一类实验载体是将自身永久整合到人类染色体中的逆转录病毒。导致艾滋病的HIV就是一种逆转录病毒。因此,不难理解,基因疗法可能具有邪恶的能力。

一种病毒载体已经产生了一种致命的鼠痘病毒株,这种经过基因操纵的病毒完全抑制了实验室小鼠的细胞介导反应(免疫系统对抗病毒感染的手臂)。基因操纵的病毒完全抑制了实验室小鼠的细胞介导反应(免疫系统对抗病毒感染的手臂).即使是之前接种过天然鼠痘病毒疫苗的小鼠,也在接触超级病毒的几天内死亡。鼠痘(不会感染人类)和天花是相关的病毒。如果对天花进行类似的基因操作,我们目前的疫苗可能无法抵御它。这些载体将基因导入组织细胞的效率还不高。但如果医学技术完善,类似的载体最终可能会被用来将有害基因插入毫无戒备的人群中。

克隆组织和胚胎的技术不断进步。生殖(生殖细胞)克隆的目的是将克隆胚胎植入妇女的子宫,导致克隆婴儿的诞生。治疗性(体细胞)克隆的目的是利用人自身细胞的基因生成健康的组织来治疗疾病。例如,这种克隆可用于培育胰腺细胞,以产生胰岛素治疗糖尿病,或培育神经细胞以修复受损的脊髓。

已经有绵羊、小鼠、猪和牛被克隆出来。然而,成功率(定义为活体动物的出生)很低。据报道,最初的克隆工作是用人类胚胎生产全能干细胞。理论上,干细胞又可以生长为几乎任何细胞类型,并作为糖尿病等疾病的替代组织。研究人员还利用病毒将水母基因插入恒河猴卵中,并产生了第一个基因改变的灵长类动物。胚胎和生殖细胞的使用引起了许多伦理问题。 

4)隐形病毒:隐形病毒的概念是一种隐蔽的病毒感染,它隐蔽地进入人体细胞(基因组),然后长期处于休眠状态。然而,外部刺激发出的信号可能会在以后触发病毒激活并导致疾病。这种机制,其实在自然界中发生得相当普遍。例如,许多人类携带的疱疹病毒,可以激活引起口腔或生殖器病变。同样,水痘病毒有时也会以带状疱疹(带状疱疹)的形式重新激活,有些人在生活中出过水痘卡里尔。但是,绝大多数病毒不会引起疾病。

作为一种生物武器,一种隐形病毒可以秘密地感染一个人口的基因组。之后,病毒可以在目标人群中被激活,或者以激活威胁作为要挟。

癌基因是DNA的一段,当开启时,可以启动疯狂的细胞生长和错误行为—这是癌症的标志。一些病毒的DNA段可以模仿癌基因,直接或也许通过生物调节剂或宿主基因,导致癌症。这些变化可能需要数年时间才能产生临床效果,但生物恐怖分子仍可能考虑这一概念。

5)跨宿主疾病:如前所述,绝大多数病毒不会引起疾病。在自然界中,动物病毒往往有狭窄的、明确的宿主范围。与细菌不同的是,病毒往往只感染一个或几个物种。当一种病毒的主要宿主是一个动物物种,但可以传染给人类时,就称为人畜共患疾病。动物病毒潜伏在一个自然贮存宿主,几乎不会对宿主造成损害。自然贮存宿主的例子包括鸟类的西尼罗河病毒、水禽的东方马脑炎和啮齿动物的汉坦病毒。蝙蝠被认为是埃博拉病毒的贮存宿主,黑猩猩被认为是导致艾滋病的HIV病毒的原始贮存宿主。当病毒 “跳种 “时,偶尔也会引起重大疾病。这些例子说明,可控制的传染源可以自然转化为毒性明显增强的生物体。

当这种情况自然发生时,这个过程会导致一种新的疾病。如果是由人引起的,那就是生物恐怖主义。在受到启发、意志坚定、资金充足的生物恐怖分子的实验室里,可能会对动物病毒进行基因改造,并专门开发出感染人类的病毒。新出现的疾病可能对生物战或恐怖主义的应用产生严重影响。

6) 精心设计的疾病:我们对细胞和分子生物学的理解几乎已经发展到可以提出一种假设疾病的症状,然后设计或创造病原体以产生所需的疾病复合体的地步。设计师病症可能通过关闭免疫系统,诱导特定细胞快速繁殖和分裂(如癌症),或者可能通过引起相反的效果,如启动程序性细胞死亡(细胞凋亡)。这种未来的生物技术将清楚地表明进攻性生物战或恐怖主义能力的数量级进步。

正如JASON顾问集团所概述和上文所讨论的那样,可能被武器化的六类生物创新的概念和机制有一些重叠。这些类别是为了根据目前或不久的将来的生物技术能力,确定一系列可容忍的生物恐怖主义威胁。它们并不是要把所有的可能性都包括在内或相互排斥。

另一位生物战权威Malcolm Dando声称,良性微生物可能被基因工程化,以产生生物武器毒素、生物调节剂化合物或毒液。病原体也可能被基因操纵,以增强其气溶胶或环境稳定性,或削弱目前的识别、检测和诊断能力。

V. 科学改进生物防御的六项方法

生物战和生物恐怖主义是多因素的问题,需要多因素的解决办法。我们需要我们最优秀的批判性思维者和生物研究人员来解决这个不断变化的问题。幸运的是,基因组生物技术的进步,同样可以用来制造生物武器,也可以用来建立对付生物武器的对策。在六个领域,生物技术可能会做出重大贡献:

– 了解人类基因组

– 提高免疫系统

– 了解病毒和细菌基因组

– 生物制剂检测和识别设备

– 新疫苗

– 新型抗生素和抗病毒药物 

1)了解人类基因组。人类基因组计划将对分子生物学研究的步伐产生深远影响,有助于解决生命中最神秘、最复杂的新生物技术应能分析出人体细胞感染病原体或吸收毒素分子后发生的全部过程。导致个体对传染病易感性的情况将变得清晰。目前,近一半的人类基因的功能尚不清楚。功能基因组学研究应能阐明这些未知因素,并能以疫苗和抗微生物药物的形式设计可能的预防和治疗新策略。

有报道称,有生物制剂针对特定族群。虽然 “生物种族清洗 “是一种理论上的可能性,但大多数专家对这种可能性持怀疑态度。迄今为止,对人类基因组序列的分析还没有发现任何可以用多态性来绝对定义种族群体的现象。几项研究表明,与其他物种相比,人类人口的遗传变异很低,大多数多样性存在于种族群体内部,而不是种族群体之间。

2)提升免疫系统。人类基因组的完整测序也为更好地理解和潜在地操纵人类免疫系统提供了一个新的起点。这在对抗生物战方面有着巨大的潜力。

Ken Alibek博士在前苏联经过多年的努力,对生物战的病原体进行基因工程,现在正致力于防止生物制剂的使用。他正在研究增强免疫系统的机制,以保护身体免受传染病的侵害。他最初的一个项目是进行细胞研究,这可能导致对炭疽病的保护。其他实验室的类似免疫学研究在提高人类对微生物攻击的普遍免疫反应方面大有可为,以努力超越 “一种细菌,一种药物”的历史做法。

3)了解病毒和细菌基因组。各种微生物的基因组项目将解释为什么病原体具有毒力或耐药性的特点。本文前面讨论过 “最小基因组”。创建最小基因组将是基因工程的一个重要里程碑,因为它将证明有能力简单地从基因组的蓝图中创造生物体。这项研究可能会让我们深入了解生命的起源、细菌进化以及理解更复杂的生命形式的细胞过程。

细菌也可能被改造,产生对抗病原体的生物调节剂。例如,大肠杆菌已经被基因工程改造成可以产生商业数量的干扰素,这是一种天然的蛋白质,对各种病毒具有抗病毒活性。Xoma公司已经申请了一种由重组DNA(基因插入DNA序列)技术制成的杀菌/渗透性增加(BPI)蛋白的专利,这种蛋白可以逆转一些细菌对一些广泛使用的抗生素的抗药性。目前正在寻找其他能影响人类对感染反应的生物活性蛋白。

4)快速/准确的生物试剂检测和鉴定技术及设备。 无论细菌是否经过基因工程处理,生物技术专家都需要不断开发更明确、更快速、更自动化的检测设备。利用DNA检测比较基因组的能力已经成为可能。我们有理由思考一种DNA芯片,它可以通过破译细菌和病毒基因组来识别最重要的人类病原体。这种检测器可以提供任何生物武器病原体的全部基因补充信息,即使它含有来自其他物种的基因或质粒,具有不寻常的毒力或抗生素抗性,或者是由组件基因构建的合成生物体。通过一次检测就能快速识别潜在的生物武器制剂并确定其特征,这将大大减少目前检测方法的延误。

2001年9月11日之后,遗传学家破译了恐怖分子信件中包含的炭疽菌的基因组。DNA检测证实,每封信中的炭疽菌都是艾姆斯菌株。法医科学家还在信件中寻找可能存在的人类DNA。这些信息既用于刑事调查(基因线索可能有助于追踪到犯罪者或文化的起源),也用于进一步的医学研究,以进行诊断和治疗。炭疽病和其他微生物的基因测序技术(分子指纹)无疑将有助于未来的取证和诊断。

5)新型疫苗。疫苗能刺激体液免疫,即产生针对特定病原体的特异性抗体。许多病原体基因组序列的获得已经使一些脑膜炎和肺炎细菌的新疫苗取得了开发进展。研究人员对病毒进行了基因工程改造,试图制造出新型疫苗,通过一次治疗就能激发对多种疾病的免疫力。加利福尼亚州的一个实验室Maxygen正在结合相关病原体的蛋白质,希望开发能够提供广泛保护的疫苗。其他几个实验室也已经开始了基因组驱动的工作,研究如何提高细胞介导的免疫力,以对抗那些可能最有效的病原体。到目前为止,这种方法还没有像开发疫苗那样成功,但是,由于基因组测序的结果,掌握所有可用抗原的知识已经非常有价值。

6)新型抗生素和抗病毒药物。微生物基因组学的进展在设计新的抗微生物药物方面有很大的前景。目前的抗生素主要针对细菌细胞的三个过程:DNA的合成、蛋白质的合成和细胞壁的合成。从破译的基因组信息来看,任何其他对细胞活力至关重要的蛋白质都可能成为一类新的抗生素的目标。尽管第一种此类抗生素可能是针对特定传染源的 “银弹”,但所获得的信息可能会导致广谱抗微生物剂的出现。

如果说20世纪50年代是抗生素的黄金时代,那么我们现在正处于抗病毒时代的早期。随着病毒基因组的解密,科学家们将很快破译病毒是如何引起疾病的,以及疾病产生过程的哪个阶段可能容易被打断。从人类基因组和病毒基因组中收集到的见解,为开发全新的抗病毒药物开辟了道路。

VI. 结论

基因工程病原体构成了 “下一代 “生物战剂.有证据表明,俄罗斯人拥有基因工程生物战剂。Ken Abliek最初的汇报是如此令人震惊,以至于一些军事和情报人员宁愿相信他在夸大其词。然而,随着他关于基因工程和前苏联能力的陈述开始得到证实,真相却被埋没了。这种基因创新显然增强了对手进攻性生物战的有效性,并使我们的防御能力变得复杂。由于我们无法确切地知道这些制剂的具体情况(杀伤力、传染性和抗生素抗性),我们必须为意外情况做好准备。我想到了两句名言。乔治-奥威尔说:”生活是一场教育与灾难之间的竞赛。” 此外,吉恩-克兰兹说:”失败不是一种选择。”

虽然生物工程武器目前可能不如其天然存在的同类武器那样令人担忧,但随着技术的发展,它们构成的威胁只会增加。我们只是处于生物技术革命的初始阶段。从历史上看,现有的最先进的生物技术已被用于进攻性生物武器计划(例如,前苏联应用了20世纪70年代和80年代的技术)。生物技术是一把终极的双刃剑。一旦获得知识,就无法回头。正如大多数强大的技术一样,它们可以被用于好的或坏的。在开发新的生命形式时,我们必须谨慎行事。当新的生物体被引入到我们微妙的生物平衡中时,我们无法完全预测对生物圈的所有潜在后果。用于造福人类的同一种技术可能会自相矛盾地对我们的军队和平民构成威胁,无论是意外还是邪恶的力量。今天,对微生物进行基因工程以达到特定的积极医疗和工业目的是可能的。同样,也可以对病原体进行基因工程,以达到生物战的目的。似乎在我们的有生之年很可能会使用这种武器。不可避免的是,在某个时候,某个地方,有人似乎一定会用基因工程病原体尝试一些东西。如果它们被释放出来,它们将对医疗和政府的反应构成可怕的挑战。

 在近代史上,在战场上对美国使用生物战剂的情况一直受到限制。 已有许多宣言和公约试图界定国际规范和管制生物武器的使用。到头来,战争法在某种程度上是一个矛盾体。1972年《生物武器公约》的几个签署国,包括伊拉克和前苏联,都参与了公约所禁止的活动。这些事件表明,该公约作为消除生物武器和防止进一步扩散的唯一手段是无效的。归根结底,对使用生物武器的最有效威慑是害怕报复。在海湾战争期间,人们认为,伊拉克之所以不敢使用生物和化学武器,是因为萨达姆·侯赛因害怕核报复或其他压倒性的报复。我们不能肯定未来的敌人会受到这样的恐吓。当然,非国家恐怖主义行为者不会那么容易被威慑。生物技术使我们有可能只使用小规模的特别行动来造成大规模的伤亡,这种行动可以躲避侦查,以避免报复。在不对称战争中,生物武器被视为 “大平衡器”。

恐怖分子对某一城市使用基因工程生物制剂的概率很低,但这种事件的后果显然会很高。由于最大程度的伤亡是可能的目标,大都市地区的风险最高。这种两难的局面是地方社区面临的挑战,地方社区对防备的需求很敏感,但资源有限。地方社区必须有一个计划和足够的医疗和公共卫生资源,以维持长达24小时的反应。联邦政府将迅速提供强有力的援助,但不会立即提供。目前,有几十个联邦实体在激烈地竞争与非常规恐怖主义应对措施相关的任务和资金。国土安全委员会负责协调一个更有效的救灾能力网络。目前,全世界所有军事和平民都容易受到生物武器的攻击。在应对新型基因工程生物制剂引起的流行病方面,我们的准备仍然严重不足。

20世纪是由物理学主导的,但最近的突破表明,未来100年很可能是 “生物世纪”。有的人说: “第一次世界大战是化学战争;第二次世界大战是核战争;第三次世界大战将是上帝所禁止的生物战争。”

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Dzhang
15 天 之前

怎么只有介绍而已呀?

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