合成生物學(xué)：一種兩用技術(shù)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

文 劉發(fā)鵬

“商用和軍用”雙用途的合成生物學(xué)

合成生物學(xué)作為一種具有顛覆性意義的新興技術(shù)，其未來(lái)應(yīng)用前景正越來(lái)越多地在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界討論。與很多新興技術(shù)一樣，合成生物學(xué)也具有商用和軍用兩種用途。

在商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，合成生物學(xué)市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2018年至2025年期間將以28.2%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，并在2025年達(dá)到560.449億美元的市場(chǎng)規(guī)模。合成生物學(xué)市場(chǎng)可以根據(jù)產(chǎn)品、技術(shù)和應(yīng)用3個(gè)方面進(jìn)行細(xì)分。在產(chǎn)品方面，市場(chǎng)被分割成酶、寡核苷酸、底盤生物和異種核酸等領(lǐng)域。由于酶在醫(yī)療保健領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，酶產(chǎn)品占據(jù)了最大的市場(chǎng)份額。在技術(shù)基礎(chǔ)上，市場(chǎng)被分割為基因合成、基因組工程、測(cè)量和建模、克隆和測(cè)序、納米技術(shù)等?；蚝铣稍谶@些技術(shù)中占有最大的市場(chǎng)份額，遺傳學(xué)領(lǐng)域的研究和開發(fā)活動(dòng)日益增多，并且越來(lái)越多的市場(chǎng)參與者提供基因合成產(chǎn)品和解決方案。在應(yīng)用層面，全球合成生物學(xué)市場(chǎng)分為工業(yè)應(yīng)用、食品應(yīng)用、農(nóng)業(yè)應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用以及環(huán)境應(yīng)用等。

在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，合成生物學(xué)顯示出顛覆性潛力：一是將極大促進(jìn)包括軍事醫(yī)學(xué)在內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，包括生產(chǎn)出更有效的疫苗、研制出新型軍隊(duì)特需藥品等；二是用于設(shè)計(jì)和改造軍用材料，如對(duì)微生物進(jìn)行定向改造，使其具有特定功能，以滿足軍事需要。例如美國(guó)合成生物學(xué)企業(yè)Ginkgo Bioworks與美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）合作生產(chǎn)益生菌，幫助美國(guó)士兵在海外抵御胃病。三是用于開發(fā)軍用新能源，如部隊(duì)可利用攜帶的少量合成生物體，將空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物能源，從而極大地提高部隊(duì)的機(jī)動(dòng)性和作戰(zhàn)范圍。

美英兩國(guó)高度重視的合成生物學(xué)

合成生物學(xué)在商業(yè)和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景引起全球各國(guó)的高度關(guān)注和項(xiàng)目資助，以美英兩國(guó)尤為突出。相應(yīng)的，美英兩國(guó)無(wú)論在合成生物學(xué)研究層面還是應(yīng)用層面，都處于世界領(lǐng)先地位。

2016年，美國(guó)自然科學(xué)基因發(fā)起“非酶RNA復(fù)制”項(xiàng)目，投入100萬(wàn)美元以研究自然界原始的RNA復(fù)制；同年，美國(guó)Craig Venter及其團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建“絲狀支原體JCVI-syn3.0”,完成世界最小細(xì)菌基因組的構(gòu)建；美國(guó)Ginkgo Bio Works公司籌集1億美元，使用機(jī)器人生產(chǎn)線創(chuàng)造微生物，以生產(chǎn)用于香料、殺蟲劑和飲料等的化學(xué)品。

此外，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院在這一年啟動(dòng)“合成生物學(xué)帶來(lái)的新威脅識(shí)別與應(yīng)對(duì)策略研究”項(xiàng)目，重點(diǎn)對(duì)致病微生物的生物學(xué)功能、致病機(jī)理的改造與操控等進(jìn)行研究，最終目標(biāo)是為國(guó)防部提供關(guān)于合成生物學(xué)的安全威脅評(píng)估與應(yīng)對(duì)措施建議。

2018年6月，受美國(guó)國(guó)防部委托，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院對(duì)合成生物學(xué)可能引發(fā)的生物威脅進(jìn)行了評(píng)估，并發(fā)布了《合成生物學(xué)時(shí)代的生物防御》報(bào)告。報(bào)告指出，合成生物學(xué)的濫用可被用于制造生物武器，且難以預(yù)防和監(jiān)測(cè)，將對(duì)民眾和軍事作戰(zhàn)產(chǎn)生巨大威脅。該報(bào)告評(píng)估了合成生物學(xué)可能帶來(lái)的潛在威脅，按照威脅的緊急程度和危害程度擬定了防御框架，并建議國(guó)防部加強(qiáng)公共衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以充分預(yù)防潛在的生物攻擊。

2016年，英國(guó)合成生物學(xué)領(lǐng)導(dǎo)理事會(huì)（SBLC）發(fā)布《英國(guó)合成生物學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃2016》，旨在到2030年，實(shí)現(xiàn)英國(guó)合成生物學(xué)100億歐元的市場(chǎng)，并在未來(lái)開拓更廣闊的全球市場(chǎng)，獲取更大的價(jià)值。

2018年，英國(guó)發(fā)布《2017年英國(guó)合成生物學(xué)初創(chuàng)調(diào)查》，該報(bào)告顯示英國(guó)在2000—2016年期間，對(duì)合成生物學(xué)的政府公共投資達(dá)5600萬(wàn)英鎊，來(lái)自私人的投資達(dá)5.64億英鎊，從而促使英國(guó)146家合成生物企業(yè)相繼成立，且公司數(shù)量每五年翻一番。此外，英國(guó)勞埃德最近發(fā)布合成生物學(xué)的新興風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告，指出合成生物學(xué)領(lǐng)域的新興風(fēng)險(xiǎn)包括：實(shí)驗(yàn)室外生物有機(jī)體意外釋放，生物恐怖行為故意建造生物武器以及生物研究中可能產(chǎn)生的意外后果等。該報(bào)告表示，研究中的許多風(fēng)險(xiǎn)往往是不可預(yù)測(cè)的，并且對(duì)于可能出錯(cuò)的事物類型以及如何發(fā)生這種風(fēng)險(xiǎn)存在高度不確定性，更不用說(shuō)爆發(fā)這些風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該如何去有效應(yīng)對(duì)。

綜合以上項(xiàng)目可以看出，美英兩國(guó)近些年在合成生物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了十分活躍的項(xiàng)目資助，開展了從生物能源到醫(yī)學(xué)和細(xì)胞工廠等領(lǐng)域廣泛地研究。同時(shí)美英兩國(guó)政府逐漸意識(shí)到了合成生物學(xué)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并開始制定相關(guān)政策以促進(jìn)和規(guī)范合成生物學(xué)健康有序發(fā)展。

兩面性機(jī)遇與風(fēng)險(xiǎn)并存的合成生物學(xué)

盡管科學(xué)家、工程師、激情的創(chuàng)業(yè)者甚至是大國(guó)政府，都在期待著利用合成生物學(xué)創(chuàng)造出新的商業(yè)流程、高附加值產(chǎn)品或功能強(qiáng)悍的軍需用品等，但不得不面臨一些專家的安全警告：合成生物學(xué)也可能導(dǎo)致新的安全威脅——特別是制造致命的生物武器。美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)健康安全中心最近舉辦了一場(chǎng)病毒大流行桌面推演：一種名為“Clade X”的生物工程病毒被恐怖組織故意釋放，導(dǎo)致20個(gè)月后1.5億人死亡。美國(guó)萊克星頓研究所的洛倫·湯普森警告說(shuō)，合成生物學(xué)可以讓“超級(jí)病原體的發(fā)展威脅到大量人口，甚至威脅到人類文明的存亡”。雖然這些擔(dān)憂可能為時(shí)過(guò)早，但各國(guó)政府必須考慮國(guó)家和非國(guó)家行為者或許會(huì)濫用這種新興技術(shù)的潛在威脅。

關(guān)于核、生物和化學(xué)等技術(shù)的兩面性辯論并不新鮮。雖然核物理已明顯改善電力供應(yīng)和醫(yī)療檢測(cè)，但核武器卻提升了全球的安全隱患，并在許多情況下造成了與商業(yè)核技術(shù)交織在一起的核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。幾十年來(lái)，人們一直擔(dān)心化學(xué)和生物科學(xué)的進(jìn)步將導(dǎo)致新型化學(xué)武器和生物工程病毒的發(fā)展。與此同時(shí)，工業(yè)界利用這些相同的技術(shù)進(jìn)步為公眾提供新的家居產(chǎn)品和更廣泛的豪華服務(wù)選擇。其他受關(guān)注且存在兩面性的技術(shù)包括定向能源，商用無(wú)人機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。面對(duì)所有新興技術(shù)的兩面性，挑戰(zhàn)在于如何去平衡利用這些技術(shù)帶來(lái)商業(yè)增長(zhǎng)與防止它們被用于違反國(guó)家安全和利益。

基因編輯工具使得研究者可以隨意改寫生物的遺傳密碼，也正是合成生物學(xué)的蓬勃發(fā)展，證實(shí)了專家學(xué)者的擔(dān)心并非杞人憂天，事實(shí)上，也的確有一些科學(xué)狂人開始了瘋狂的“創(chuàng)作”。來(lái)自加拿大阿爾伯塔大學(xué)病毒學(xué)家David Evans就是其中的一位，2017年他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)僅花費(fèi)了10萬(wàn)美元就重新合成出了馬痘病毒——這是一種天花病毒的近親，而這種病毒早在1980年就宣布已被徹底消滅。毫無(wú)疑問(wèn)，如果馬痘病毒可以被復(fù)制再現(xiàn)，天花也并非不可。在歷史上，天花病毒幾乎可以被視作是“死亡”的代名詞，人類與之斗爭(zhēng)了幾個(gè)世紀(jì)，并付出了數(shù)以億計(jì)的死亡代價(jià)，才使其消滅。而如今，剛拼來(lái)不久的安寧似乎也變得岌岌可危。

尋求“克制與理性發(fā)展”的合成生物學(xué)

好消息是，合成生物學(xué)的大部分技術(shù)仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了暴力極端主義組織的能力，目前這些技術(shù)僅限于擁有先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和良好資源的大國(guó)。壞消息是，技術(shù)變革的快速發(fā)展為美國(guó)軍隊(duì)開發(fā)和利用潛在武器系統(tǒng)帶來(lái)了很大的不確定性。美國(guó)最近發(fā)布的《合成生物學(xué)時(shí)代的生物防御》報(bào)告呼吁“美國(guó)政府應(yīng)該密切關(guān)注合成生物學(xué)這個(gè)高速發(fā)展的領(lǐng)域，就像在冷戰(zhàn)時(shí)期對(duì)化學(xué)和物理學(xué)的密切關(guān)注一樣”。實(shí)際上，美國(guó)軍方早已成為合成生物學(xué)的最大投資者。雖然對(duì)于美國(guó)來(lái)說(shuō)，這些投資更多的是出于防御目的，但對(duì)于其他國(guó)家來(lái)說(shuō)，美國(guó)的這種行為會(huì)增加它們額外的安全焦慮。

科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍,既能通過(guò)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展以造福于人類,同時(shí)也可能在一定條件下對(duì)人類的生存和發(fā)展帶來(lái)消極后果。合成生物學(xué)的良性健康發(fā)展，離不開各國(guó)政府的及時(shí)有效監(jiān)管。各國(guó)政府應(yīng)該加強(qiáng)國(guó)際合作和交流，并在道德倫理、技術(shù)規(guī)范和安全風(fēng)險(xiǎn)等方面盡快達(dá)成共識(shí)，從而有效抑制個(gè)別國(guó)家在技術(shù)應(yīng)用上的沖動(dòng)，確保合生生物學(xué)能在造福人類的正確軌道上發(fā)展。

另一方面，合成生物學(xué)的快速發(fā)展使“超級(jí)病毒”、“生物恐怖主義”、“人造生命”甚至是“人造人”等詞匯頻繁出現(xiàn)在公眾視野，這很容易引起公眾對(duì)合成生物學(xué)的擔(dān)憂和誤解，同時(shí)這種誤解可能會(huì)隨著炒作而逐漸增加。因此，政府和科研機(jī)構(gòu)等也需要努力改善和大眾的信息鴻溝，做好科普工作，以避免合成生物學(xué)在未來(lái)遭受到來(lái)自社會(huì)的阻力。