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20YY生物安全:基因编辑治理的需求和战略

时间:12-06 00:00 阅读:5144次 转载来源:战略前沿技术

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20YY生物安全:基因编辑治理的需求和战略

作者:远望智库技术预警中心   20YY

本文为远望智库原创文章,转载请标明来源和作者

自20世纪90年代以来,美国在评估生物武器和新兴的两用技术带来的风险方面投入了大量精力,以便更好地制定有效的生物安全和生物防御政策。近年来,以CRISPR为代表的新基因组编辑工具,允许科学家比以往更精确、更快速、更便宜地添加、删除或修改基因。该技术有望带来重大突破,但它有可能从根本上改变安全格局。

过去十年中值得注意的科学发展,包括人工合成脊髓灰质炎病毒,对1918年流感病毒的复活,基于DNA合成的第一个自我复制的“合成”细胞,以及增强了H5N1流感病毒的传播能力的系列功能获得实验,都引起了目前关于基因组编辑引发的类似担忧。基因组编辑的技术进步表明,需要重新审视当前的生物科技治理状况,找出差距和需要改进的领域,并提供新的治理政策选择,确保安全和创新之间的适当平衡。

2018年12月3日,美国乔治梅森大学,斯坦福大学和新美国组织历经两年研究,发布了110页的《编辑生物安全:基因编辑治理的需求和战略》报告,系统地分类、分析了本领域的重大问题,通过提出并比较四类6种不同的安全情景,为决策者提供了具体和可操作的政策选择。这些情景表明了当前安全政策和实践的脆弱性和风险的复杂性,也阐明了参与安全格局管理的行动者生态系统。

未来情景1:鲁莽的行动主体——CRISPR江湖庸医

该情景阐明了在生物产品松散管制背景下,使用基因组编辑所产生的消费者健康和安全问题。该情景围绕着一个鲁莽的、以利润为导向的行动者,其开发和销售通过基因组编辑创建的产品,可能对患者产生严重的不良影响。

Nandina Gupta博士在美国疾病控制中心有“疾病侦探”美名之称的流行性疾病情报处工作二十年来,从未见过这样的事情。16名中年患者在佛罗里达州的一家医院就诊两周表现出炎症性肠病(IBD)的严重症状。IBD是消化系统的慢性炎症,IBD的发作可能是过度活跃的免疫系统的结果。类似病例在全国迅速出现。尽管病情似乎没有传染性,但病例的激增,尤其是年轻患者,以及它们在地理集群中的集中发生,令人震惊。Gupta博士和她的团队花了一个星期的时间来确定爆发的来源:一种名为Immunio的新膳食补充剂。但到这时,已经有超过50名患者表现出过度活跃的免疫系统。

Immunio只是近年来出现的许多新益生菌之一,这是一类用于改善免疫系统和消化系统健康的产品,预计全球市场达到50亿美元。对益生菌或提供健康的活微生物的浓厚兴趣,部分原因是由于人们越来越关注抗生素耐药细菌的传播。Immunio由初创公司HealthBiotics生产。与其他益生菌一样,Immunio由通常在人类肠道中发现的所谓“好”细菌组成,在这种情况下是特定的嗜酸乳杆菌菌株。Immunio之所以与众不同,并导致最终的危险,是该公司聘请了第三方合同研究组织,该组织使用CRISPR将一个复杂的基因盒插入益生菌乳酸杆菌菌株。研究表明该基表达免疫调节蛋白IL23。预期目的是在特定的场景中,如存在某些类型的肠细菌感染、结肠中调节性T淋巴细胞情况下,激发免疫调节蛋白IL23的表达。虽然该蛋白质的表达被认为是严格控制并且依赖于抗生素的摄入,但是蛋白质表达控制机制是错误的,并且组成性地产生高水平的IL23,导致暴发性结肠炎,这可能危及生命,影响结肠。

虽然HealthBiotics使用尖端的基因组编辑技术来设计他们的益生菌,但他们通过营销他们的产品作为膳食补充剂,从而避免了美国食品和药物管理局(FDA)新药许可过程的漫长临床试验和其他繁重的要求。因为HealthBiotics没有声称该产品旨在“诊断,治疗,治愈或预防任何疾病”,HealthBiotics成功避免将Immunio标记为药物,因而也不会受到FDA更严格的监管监督。

当Immunio从市场撤出时,已有179人被诊断出患有过度活跃的免疫系统症状。值得庆幸的是,没有受影响的人死亡。幸存者面临持续的医疗挑战和长期恢复过程。公众和政治上的强烈反对并不仅限于HealthBiotics和Immunio,但整个益生菌和基因治疗领域也受到了影响。

情景剧情分析

新产品和交付:可以使用基因组编辑开发一系列产品,有些产品可能以不太受监管的新方式交付。例如,相比于药物,膳食补充剂受制于联邦监督的程度要低很多。

监管状况不明确:基因组编辑的产品可能具有不明确的监管状态,一些企业具有钻孔子的空间。例如,基因工程益生菌的监管状况尚不清楚。

对消费者的风险:松散监管市场下的鲁莽行为者,在医疗法规之外销售膳食补充剂和开设健康诊所,可能对健康和安全构成风险。

对行业的风险:对公众健康构成风险的产品,也可能对更广泛的科学领域和基因组编辑应用产生负面影响。例如,对新药的不良反应导致基础研究和开发的资金急剧减少。

复杂的网络和漏洞:没有生物技术技能的行为主体,可以与专家签约,开展相关工作。由于在这些行业的交易中缺乏监督,也会引入那些具有恶意意图的人可能获得材料和信息的漏洞,导致整个体系的脆弱性。

保护消费者健康和安全的政策选项

监管监督和途径:美国FDA对食品,膳食补充剂和药物的管理方式不同,对膳食补充剂的规定相对宽松。FDA应为益生菌设立新的监管途径,以促进和确保产品安全。

行业参与和激励措施:膳食补充剂生产商可以自愿与FDA合作,建立准确标记其产品安全性的框架和标签实践。可以相应地标记具有长期和可靠的健康益处记录的益生菌。行业领导者的合规认证,通过增加消费者信任和市场份额,来获得相应市场回报。

监管标准:FDA审查其指导产业测量和标记膳食补充剂中活微生物数量的指南,要求制造商提供每瓶补充剂的详细标签信息,标明生物菌株及其每份食品的数量。这有助于防止制造商在制造过程中掺杂产品和污染。

监管能力:联邦贸易委员会(FTC)提高监测那些未经批准的基因编辑产品直接面向消费者营销活动,以便检测和叫停类似于我们在干细胞情况下看到的大规模的不良行为。

相关背景

近年来,干细胞诊所的扩散已经超过现有法规的执行和新法规的发展。干细胞“治疗”导致了从失明到死亡的一系列不良影响。2017年8月,监管部门从加利福尼亚州的干细胞诊所缉获了一小瓶天花疫苗。该诊所将疫苗与患者的干细胞混合,然后将混合物注入患者的肿瘤。这个过程可能会导致致命的炎症和心脏肿胀。

干细胞诊所运营商声称他们的产品属于从同一患者身上取出并放回自体疗法,符合美国食品和药物管理局(FDA)对“最低限度操作”的生物制品的规定,以此避免了监管。但与此同时,还有许多诊所也提供基于来自患者以外来源的干细胞的治疗。这些诊所甚至在Clinicaltrials.gov上招募所谓的“患者资助研究”的患者,以此作为一种合法性的幌子。美国联邦贸易委员会消费者保护局最近对从事欺骗性广告活动的两个干细胞诊所提出了暂停业务和331万美元罚款处理。有数百家干细胞诊所在美国从事直接面向消费者的营销,FTC这样做还是第一次。

还有少数所谓的生物黑客公开注射基因工程化合物,他们声称这些化合物可以治疗艾滋病毒,治愈疱疹或促进更大肌肉的生长。此外,一家名为The Odin的公司销售的试剂盒含有CRISPR结构,旨在敲除调节肌肉生长的人类基因。就其本身而言,该试剂盒不足以进行基因组编辑,需要更大量的纯化DNA以及将DNA插入基因组并将其广泛传递到组织中的方法。另一家公司,运气不好的Ascendance Biomedical (已经更名为超越研究联合体)试图开发一种“分散的”药物测试安排。 通过向个人销售他们正在开发的基因疗法,这种疗法将绕过FDA法规,消费者使用该疗法将“用于研究目的而不是用于治疗应用”。

FDA认为在人类中使用CRISPR-Cas9基因组编辑的任何用途都是基因治疗,因此应当受到监管监督。FDA已经警告,出售和设计用于自我管理的基因治疗产品和“DIY”试剂盒,都是违法的。Ascendance Biomedical最初拒绝了FDA的警告,但它已经停止营业。Odin的套件仍在出售,虽然它现在附带免责声明,告诉购买者不要注射它或用于人类。虽然这种类型的自我实验可能对从业者的健康有害,但它并不会对公共健康构成严重威胁。最大的问题的是开发大规模计划,向公众提供未经批准的基因组编辑产品。另一个潜在的影响是由于这些市场缺乏监督,为获取信息和材料提供了更多黑市,例如基因治疗传递载体,这可能是恶意应用开发中的速率限制步骤。

未来情景2:双重用途研究

这种情景将阐明,基因组编辑所带来的研究已经暴露出对双重用途研究(DURC)的监管缺口,包括对病原体的监管范围相对狭窄和私人资助研究的豁免。 该情景围绕一家农业生物技术公司,该公司利用基因组编辑研究开发对人类健康具有潜在重大影响的应用。

爱荷华州农业生物技术创业公司Agrobite正在利用基因组编辑技术开发出一种对猪细小病毒具有抗性的猪。该病毒导致怀孕母猪的猪胎死亡和高死产率。虽然有疫苗存在,但有迹象表明它正在失去其有效性。以前的研究表明,猪细小病毒依赖于猪巨噬细胞的特定受体来感染细胞。Agrobite的实验已经证明,使用CRISPR敲除该受体完全使细胞对细小病毒感染具有抗性,但也损害了巨噬细胞的正常功能。为了维持巨噬细胞功能,Agrobite研究人员试图用直系同源物(来自其他物种的对应基因)替代猪受体。他们发现人类受体是唯一一种产生结构相似的蛋白质而不与病毒相互作用的蛋白质受体。他们发现这种人-猪杂种巨噬细胞保持对细小病毒感染的抵抗力,保持其正常功能,并且这种性状可以插入猪受精卵进行种系编辑。一旦FDA和美国农业部(USDA)最终确定如何监管用基因组编辑修饰动物的监管规则,Agrobite计划将其细小病毒抗性猪商业化。

同时,研究人员已将他们的研究报告提交给同行评审的科学期刊。其中一位同行评审员对细小病毒适应使用人类基因序列的新受体的前景表示担忧,因为这可能将这种动物病原体转变为潜在的人类病原体。审稿人意识到了这个问题,因为另一个研究这个问题的研究小组确定了风险,并在最近提交的期刊手稿中注明了这一点。但由于科学研究的竞争性,Agrobite没有意识到这个群体的研究成果和他们发现的风险,他们自己也没有发现这种风险。该期刊最后向国家生物安全科学顾问委员会(NSABB)寻求建议,但他们被告知该委员会的任务不包括审查涉及双重用途问题的个别文章。而美国国立卫生研究院(NIH),FDA和USDA也拒绝提供建议,因为该研究是在私人资助的情况下开展的,也并不涉及列入双重用途研究监管清单的病原体。该公司的董事会对如何推进该工作存在分歧,但考虑到产生新的人畜共患疾病的潜在风险及其责任的不确定性,Agrobite暂时搁置研究。

情景剧情分析

双重使用困境的扩散:通过基因组编辑实现的生物技术的进步,正在增加研究的复杂性,从而带来潜在的双重用途风险。这些风险取决于具体情况,往往难以评估,包括对农业部门和物种保护等间接影响。

临时管理流程:双重监督流程因机构(例如研究机构,期刊,资助者等)而异,主要依赖于专家咨询的临时流程。专家对风险识别并不意见一致,并且经常在风险规模上存在分歧。

有限的监督范围:虽然目前“双重用途研究政策”正在重新考虑其监管范围,但在实践中对病原体的监管范围相对狭窄。私人资助的研究免于遵守NIH指南和双重用途研究监督。

监管不确定性的风险:在当前政策范围之外缺乏明确的双重用途研究指导途径,利益相关者(如研究人员,资助者,出版商和其他人)必须独立评估其责任,这可能导致不一致的研发策略,并可能阻碍那些如果管理得当可能有益的研究。

改进两用研究监督的政策选项

重新审视监督范围:可以重新审视美国两用研究监督的范围,并可能需要扩大到包括所有生命科学研究,这些研究涉及超出当前有限的病原体范围。可以建立机制,确保定期考虑双重用途研究监督范围。

加强对私人资助研究的监督:可以在美国国会通过立法,建立一个全面的,全国性的两用研究监督体系,其中包括公共和私人资助的生命科学研究。

从业人员参与:为美国生命科学研究提供资金的联邦机构,与科学协会和专业协会合作,可以领导一场教育运动,教育他们与之互动的科研团体关于双重用途研究情况以及如何以最负责任的方式进行研究。

应用生物安全和生物安保研究:通过与政策制定相结合的政策实施应用研究,设计适应性监督系统,以跟上技术变化的步伐。根据美国《国家生物防御战略》对应用生物安全和生物安保研究的重视,可以为政府和非政府组织(包括大学和研究联盟)开展此类工作提供更多资金。

相关背景

自第二次世界大战结束以来,基础研究的私人资金首次超过了政府资助。私人资助的生命科学研究从双重用途监督中豁免,是一个巨大而且不断增长的漏洞。

2017年,领先的合成生物学公司,包括几个专门从事基因组编辑的公司,共计筹集了超过17亿美元的投资。2018年,CRISPR创业公司Editas从包括比尔盖茨和谷歌风险投资公司在内的私人投资者筹集了1.2亿美元。众筹平台,如Experiment和Consano,是生命科学研究人员的另一个潜在资金来源。例如,创建生物发光植物的发光植物项目在不到两个月的时间内在Kickstarter上获得了484,000美元。2018年,一家私营公司资助了有史以来第一次合成正痘病毒,这一病毒属包括导致天花的天花病毒。

此外,这些私人研究机构和资助者代表了另一个受益于提高认识和双重用途问题教育的群体。迄今为止,关于基因组编辑风险的争论主要集中在人类种系编辑所产生的伦理问题上。然而,研究基因驱动的研究人员已经尝试主动解决生物安全和生物安保问题,并取得了不同程度的成功。目前尚不清楚基因组编辑界的其他群体,包括那些开发这些工具的人,使用这些工具的人以及销售这些工具的人,在多大程度上考虑了他们产品的潜在滥用。因此,非常需要开展提高认识活动,以教育科技群体关于潜在的风险和减轻风险的方法,同时不会过度侵犯研究和有益的应用。

未来情景3:用于隐蔽行动的生物武器

该情景表明了涉及基因组编辑的研究,如何能够实现具有不同战略用途的新的、改进的生物武器。它围绕一个使用现有已公开发表的研究来克服技术瓶颈的国家。

West Mosap(情景假设中的一个国家)的独裁领导人正面临危机。经济衰退和猖獗的腐败导致社会动荡急剧增加。由于实施大规模逮捕,酷刑和法外杀戮,导致了国际社会的谴责。该政府的一名高级官员最近叛逃到邻国,且该官员掌握有关该政权腐败和侵犯人权的内幕消息。该国领导者不能承受叛逃者团结国际社会来反对现任政府。该国领导人也不能承受采用拙劣的暗杀手段从而制造国际危机的方案。该国领导者要求该国安全部门负责人以一种似乎是自然造成的方式杀死叛逃者,并且无法与West Mosap联系起来。

安全部门的负责人考虑使用神经毒剂。然而,在这两种情况下,这种神经毒剂容易相对较快地检测出来并立即与相关国家联系起来。因此,该国安全机构负责人利用生物技术的最新进展选择使用新的暗杀手段。该国科学家开发出一种基因武器,可以触发模仿自然状态的严重神经反应。这种武器代表了一种隐蔽暗杀的新型生物方法。为了克服先前妨碍武器交付的技术障碍,该团队依靠已发表的研究,使用可以穿过血脑屏障的病毒载体来靶向大脑中的特定组织。该武器以秘密方式成功部署,导致叛逃者的记忆和认知功能急剧下降,并最终导致其死亡。随后的调查因公共卫生,医疗和执法当局试图确定死亡原因而受到阻碍。首次使用成功后,该国领导者正考虑使用这些新工具达到其他类型的效果。

情景剧情分析

具有不同战略用途的武器:基因组编辑可以创造新的和改进的生物武器。 这些新武器可能不是用于常规军事冲突,而是用于不同的战略用途,包括作为秘密暗杀或用于反恐或反叛乱行动的工具。此类武器可能会加剧现有或造成新的生物防御漏洞。

利用公共研究:合法的生物技术研究越来越多,有关国家可能会受到启发并直接用于克服技术瓶颈和障碍。

对国际规范的挑战:使用基因组编辑开发和使用新型生物武器可能会侵蚀现有的国际规范。

探测和归因问题:具有潜在影响的新武器可能越来越难以发现,包括其在人群中更系统地应用。 这些武器可能会加剧现有的挑战,即如果发现它们的使用,确定谁应该负责。

加强遵守生物武器国际规则的政策选项

科学和技术审查:“生物武器公约”(BWC)的缔约国可以建立一种机制,对与条约有关的科学和技术进行定期、系统的审查。缔约国还可以提高履约支撑办公室(ISU)的能力。这些活动还可用于比较、开发用于审查和通告潜在双重用途研究的系统。

明确BWC的覆盖范围:在2021年的下一次审议大会上,缔约国可以澄清条约第1条中提到的“其他生物制剂”的定义要包括用基因驱动修饰的生物和基因构建体。

国际参与:可以向ISU提供额外资源,与合作组织合作,与国际生命科学研究界开展外宣、教育活动。这种伙伴关系可以确保生命科学研究界尽可能广泛地了解反对生物武器的开发和使用的国际规则。

相关背景

1972年“生物武器公约”是第一个禁止整类武器的国际条约。该条约第1条禁止发展、生产、存储和取得或保有非和平目的的“微生物或其他生物制剂或毒素武器,不论其来源或生产方法,种类和数量”。但该条约签署恰逢生物技术革命蓬勃发展,各缔约国一直努力确保条约在面对科学技术的发展时仍然具有相关性。自2006年以来,各缔约国在五年一次的审议大会上重申,第一条款适用于生命科学和与公约有关的其他科学领域的所有科学和技术发展。2018年,生物武器公约召集了一次专家会议,花了两天时间审查与条约相关的科学和技术发展,重点是基因组编辑。几个国家提交了关于基因组编辑与BWC相关性的工作文件,并就这项技术的重要性交换了意见。这一有限的讨论强调,生命科学的进步速度和程度,特别是在基因组编辑领域,超越了有关国家评估其对条约目标影响的能力。一个共同的挑战是,管理条约的机构,即履约支撑办公室(ISU),在预算和工作人员非常有限的情况下运作,并且由于缔约国所欠资金而经常处于财政紧张状态。

未来情景4:生物恐怖主义2.0

该情景阐明了新的生物防御漏洞,这些漏洞可能来自日益复杂的全球生物技术材料和服务提供商的生态系统。它涉及恐怖组织利用商业资源及其缺乏客户筛选举措,使用基因组编辑将非致病细菌转化为生物武器。

“新黎明”是一个白人至上主义和千禧年组织,致力于净化社会中的“不良”元素。“新黎明”不是采取随意的暴力行为或象征性的恐怖主义行为,而是采取另一种方法来实现白人民族国家的目标。“新黎明”的领导人招募有才华、孤独的人,特别是博士生和博士后研究人员,他们的社会地位和专业成就没有达到他们的期望,并且对少数群体或整个社会抱有强烈的不满。

该组织决定将其成员有限的专业知识与CRISPR和易于获得的非致病细菌相结合,以创造一种新的生物武器。该集团从各种国内和海外供应商处订购他们所需的基础但具有功能的实验室。他们的生物武器的主干是无害的大肠杆菌,可以在环境和人类和动物的肠道中找到。大肠杆菌的耐用性,多功能性和易处理性使其成为生物学家最喜爱的微生物模型生物,也是生物技术和制药行业的主力。这些相同的特性也使这些细菌非常适合“新黎明”的目的。起初,该小组试图使用CRISPR来修饰大肠杆菌的实验室菌株,以产生肉毒杆菌毒素,这是人类已知的最致命的毒素。该小组的成员之一能够从亚洲的DNA合成公司获得编码毒素基因的合成拷贝,该亚洲公司不进行序列或客户筛选。尽管如此,由于难以设计细菌产生毒素的新代谢途径,这种努力以失败告终。

该组织下一次开发生物武器的尝试是设计一种不同的大肠杆菌菌株,称为O157:H7。虽然大多数大肠杆菌菌株是无害的,但少数可以产生毒素。由于它们的传染性低剂量以及它们通过污染的食物和水传播的能力,这些菌株可能引起食物中毒的爆发。大肠杆菌O157:H7是一种更危险的细菌菌株,因为它产生的志贺毒素可导致严重的食物中毒,致死率为5-10%。该小组希望设计0157:H7的现有代谢途径,以增加细菌产生的志贺毒素的数量,目的是诱导食用受细菌污染的食物的人的高死亡率。该组织计划通过污染主要是少数民族社区的餐馆中的食品和饮料,来传播其产生超级毒素的细菌。

情景剧情分析

日益复杂的全球产业:支持生物技术研究的材料和服务提供商越来越多样化。

不一致的监督标准:在某些情况下,例如DNA合成行业,存在客户和订单监督和筛选标准,但这些标准并不涵盖整个全球市场。行业中的其他供应商,例如基因组编辑软件或试剂供应商,或提供按需生物工程服务的公司,通常缺乏任何筛选标准。

实验避免监督:使用基因组编辑修改非致病性细菌更危险,可以规避联邦生物剂计划(FSAP)的监督,因为这类细菌不在FSAP清单中。

内部威胁:成功开展生物技术研究需要相对较高的技能水平,意味着内部人员可能面临风险。

改进对生物技术产品和服务的监督的政策选项

行业监督标准:美国政府可以与生物技术产品和服务提供商(包括与基因组编辑相关的提供商,如gRNA,CRISPR Cas蛋白,生物信息学工具和载体)建立自愿性质的工作指南,包括“了解您的客户”,这类似于国际基因合成联盟(IGSC)采用的标准,特别是对于滥用风险较高的物项(如人类致癌基因和可吸入或可穿过血脑屏障的载体)。美国政府还可以鼓励基因组编辑行业采用标准,采购使用客户筛选标准的公司提供的商品和服务。

为行业监督提供资金激励措施:美国可要求政府资助生命科学研究的项目受益人,必须从具有一定级别的客户和订单筛选能力的公司购买(例如,仅来自符合IGSC标准的供应商的DNA和基因组编辑载体,或试剂来自有客户筛选标准的公司)。作为资助条件,私人资助机构也可能要求研究人员采用类似的标准来购买筛选的DNA。

行业和国际参与:美国政府可以与其他拥有大型生物技术产业的国家(如中国)合作,共同制定标准,可能通过支持国际标准联盟。

研究机构的激励措施:期刊和专业协会只发布或接受符合筛选标准的研究稿件。

应用安全研究:美国政府可以继续并扩大有关提高效率和降低筛查成本的方法的研究。DNA合成筛选的一个选择是开发一个“需要关注的序列”的注释数据库。另一个选择是通过基于云的服务器国际网络,探索利用单向加密筛选序列片段。该数据库的内容可以众包,“由熟悉信息危害的国际专家团队提供,每个人都不会知道其他人添加的序列”,但仍然保密,以保护专有信息。

相关背景

合成生物学领域充斥各种治理措施。2009年,一组领先的DNA合成公司成立了国际基因合成联盟(IGSC),并宣布他们自愿采用客户和序列筛选标准。IGSC由12个DNA供应商组成,共占全球DNA合市场的80%。作为筛选过程的一部分,将接受的订单与国家和国际管制的病原体和毒素数据库进行比较,以确定任何有序序列是否存在安全风险。如果自动筛选系统检测到有序序列和受管制生物剂之间的紧密匹配,则人工仔细检查订单和客户。根据此人工分析,公司可以联系客户以获取更多信息,订单可以取消,或公司可以联系政府机关。2015年,人工筛选分析和客户跟进成本平均为每笔订单14.35美元,约占总订单成本的1.5-3%。由于DNA合成成本持续下降,目前筛选成本保持相对稳定,人工筛查将占总体成本的较大比例。

IGSC成员在保护专有商业信息的限制范围内定期共享信息。然而,IGSC标准的实施由每个公司自行决定,并且联合体或其成员没有机制来评估成员遵守联合体标准的程度。IGSC尚未解决的问题是非致病性编码DNA序列,这些DNA序列未被当前的筛选方法所涵盖。例如,可以从DNA提供者那里订购与无害生物的生态系统生态位栖息地偏好相关的基因。然后使用CRISPR,可以将基因插入到隐蔽的害虫物种中以修改或扩展其生态范围。这可能导致潜在的严重经济或生态影响。在基因驱动的靶向择背景下,这个问题尤为重要。

在制定行业行为准则的同时,美国卫生和人类服务部(HHS)制定了《美国DNA合成提供者自愿指南》(2010年版)。这些指南详细说明了客户筛选措施,序列筛选标准,以及向有关政府当局提出疑虑的程序。HHS建议仅涵盖超过200个碱基对的双链DNA;它们不包括短寡核苷酸(单链DNA)。此外,没有机制来评估美国或其他地方的公司是否遵守HHS指南。

未来场景5:基因驱动生物安全

随着使用基因组编辑技术的实验室数量和复杂程度的增加,新型生物有机体意外释放的可能性明显增强。该情景围绕从研究实验室释放自我繁殖的基因驱动生物体。

Monique是国立大学的二年级博士后研究员,她正在研究地中海果蝇的尖端基因驱动研究。该研究的目标是开发一种基因驱动,通过减少可存活后代的数量来抑制地中海果蝇种群。因为该物种对坚果、水果和蔬菜具有极大的破坏性,并对商业农业部门造成重大经济损害,该研究受到支持。此外,地中海果蝇是一种入侵物种,已从地中海传播到中东,非洲,澳大利亚,夏威夷,南美洲和中美洲。苍蝇有可能进一步蔓延到加利福尼亚州,德克萨斯州和佛罗里达州。

该实验室获得美国联邦资助,因此必须遵循美国国立卫生研究院的《重组或合成核酸分子研究指南》(NIH指南)。根据NIH指南的要求,该大学的机构生物安全委员会(IBC)审查了该实验室的生物安全操作标准和做法,以确保研究人员的安全,并防止生物的意外释放。但由于IBC成员缺乏基因驱动技术的专业知识,他们不熟悉基因驱动实验的最佳生物安全实践。此外,虽然NIH指南规定了许多生物和实验的遏制要求,但它们目前还没有为基因驱动实验提供这样的指南。尽管如此,该实验室还拥有符合NIH指南的生物安全实验室-2(BL-2)级别的遏制设施和操作标准,并主动应用美国热带医学和卫生学会(ASTMH)《节肢动物遏制指南》ACL-2级别的遏制。

出于科学比较的目的,实验室具有野生型(即非基因驱动)和含有基因驱动的地中海果蝇。两者都按ACL-2级别进行操作。最近,由于Monique意外地将一些基因驱动地中海果蝇移动到野生型容器中,因此野生型菌株已被基因驱动污染。随后,合作实验室要求运送野生型地中海果蝇。因为该实验室仅容纳非转基因野生型果蝇,所以它们保持在适当的较低水平的生物安全等级(即BL-1 / ACL-1)。 但Monique的实验室经理不知道已经发生了污染,他们还运送了基因驱动的地中海果蝇。鉴于遏制水平较低,一些基因驱动的地中海果蝇逃离了合作方的实验室。值得庆幸的是,该实验室位于新英格兰。鉴于冬季严寒和地中海果蝇无法在如此寒冷的气温下生存,预计逃脱的苍蝇不会出现存活并且可能不会与任何本地果蝇一起繁殖,这意味着基因驱动不太可能传播。

情景剧情分析

基因驱动技术的扩散:自我繁殖基因驱动生物的潜力可用于解决全球健康,害虫和入侵物种控制方面的持续挑战,这导致更多的群体试验其用途。随着研究团体数量的增加,意外释放的可能性也会增加。

生物安全指南方面的差距:尽管科学界制定了指导意见,但这些标准的正式化和传播往往发生得很慢。对于涉及基因驱动生物的实验,NIH生物安全指南仍然存在差距。

运输和出口管制方面的差距:例如,美国国立卫生研究院的航运法规目前对自我繁殖的基因驱动生物体的处理方式与重组生物体没有什么不同。这种差距可能会增加生物安全事件的风险,因为交换材料的网络在国内和国际上都在增长。

缺乏专业知识和支持:许多在机构监督中发挥作用的研究人员和生物安全专业人员,缺乏新技术方面的专业知识,包括基因驱动实验。由于评估依赖于环境的风险所需的专业知识越来越多,最佳实践文献也经常落后于技术开发。

改善对基因驱动研究和开发的监督的政策选项

更新研发标准:基因驱动开发者和赞助商可以共同开发,更新和传播基因驱动研究指南。例如,像NIH基因驱动研究论坛基金会这样的努力可以促进日益庞大的全球资助者群体之间的协调。结合起来,可以更新NIH指南以涵盖基因驱动研究,其中包括领先基因驱动研究人员提出的那些措施。ASTMH可以审查和更新现有的节肢动物遏制指南,以包括基因驱动节肢动物。WHO-TDR可以审查并酌情更新“测试转基因蚊子的指导框架”。随着标准和指南的制定,各机构可以从最佳实践的专家建议中汲取并遵循这些建议。机构还可以通过生物安全官员和机构生物安全委员会成员提供基因驱动生物安全培训。

产品的法规要求:美国农业部,美国食品和药物管理局以及美国环保署,可要求在其产品管辖范围内使用基因驱动技术的任何产品均按照前瞻性研究指南进行开发,即使开发人员通常免于遵守这些规则(例如,没有收到公共资金)。

应用生物安全和最佳实践研究:可以扩大对应用生物安全研究和最佳实践识别的资助支持,这将有助于实现最近发布的《国家生物防御战略》目标2.4.1——加强生物安全和生物安保。此类研究的范围可以从旨在指导行为的有效政策设计和实施的社会科学研究,到分子和物理遏制、检测和响应的技术研究。理想情况下,此类工作可以与技术开发相结合并与之集成,从而使策略与新功能保持同步。

对安全和安全的认可:为了支持研究人员识别风险和开发最佳实践,专业协会,如美国科学促进会(AAAS),可以授予优秀的生物安全和生物安保研究奖。 期刊可以刊发个人手稿或特殊问题中生物安全创新的描述。大学培训计划也可以优先考虑安全和监管研究,并强调在发现差距和更新政策方面发挥积极作用的个人。

警报系统:研究机构应开发报告事故和险情的系统,以确保快速响应和信息上传。

相关背景

国际组织(IOs)也在制定最佳做法指南方面发挥重要作用。但与制定指导的其他参与者不同,国际组织可能难以跟上技术发展的步伐。例如,世界卫生组织热带病研究和培训特别规划(WHO-TDR)已经开发了一套相对全面的关于转基因蚊子实地测试的指导文献。《 2014年用于测试转基因蚊子的指导框架》涉及基因驱动技术,但后来新的基于CRISPR的驱动器被开发出来。事实上,世界卫生组织病媒控制咨询小组(VCAG)2016年会议提出的建议来自于WHO-TDR指南,该会议旨在解决媒介传播疾病的新病媒控制问题。后一指南没有涉及更新近的技术,从而可能存在一些问题。

未来情景6:生物武器化叙事

这种情况说明了即使想象的影响没有完全实现,参与者也可以使用基因组编辑技术散布疑虑和恐惧,来造成经济损害。该方案围绕有意释放基因驱动生物体。

宾夕法尼亚州伍德沃德大学助理教授Simone Stephenson,因其对公共健康和环境的杰出成就而成为一名知名科学家。她认为基因驱动研究可以解决我们现在和未来面临的一些最紧迫的健康和环境问题。Stephenson博士的实验室专注于冈比亚按蚊(Anopheles gambiae),它是撒哈拉以南非洲地区的一种主要疟疾媒介,这是一个活跃的基因驱动研究领域,旨在通过抑制载体种群来预防疟疾。

许多环境保护团体和反技术团体反对编辑野生种群基因组的想法。他们特别关注的是基因驱动可能对基础物种产生的潜在影响,基础物种是生态系统在很大程度上依赖的物种,其变化可能会破坏生态系统。虽然许多生态学研究已经确定冈比亚按蚊不是一个关键基础物种,对任何其他物种的生命周期也不是很重要,但一个名为“自然世界”的组织认为,成功使用基因驱动抗疟疾将形成一个滑坡,导致该技术的广泛使用,以瞄准其他物种。 Simone社交圈中的一名“自然世界”成员在一个派对上窃取了她的访问卡,进而闯入Simone的实验室并向野外释放许多基因驱蚊。该活动被全程拍摄并上传网络。

“自然世界”活动家,其中包括一些科学家,他们知道冈比亚蚊子极不可能在宾夕法尼亚州的秋末气候中生存。他们认为,这种相对无害的释放,将提高人们对基因驱动研究可能带来的长期风险的认识。当地一名记者很快就了解了这一消息,并在该市的主要报纸上撰写了一篇文章。该文章总体上是准确的,表明蚊子生存改变的可能性很小。全国媒体报道了这个故事,大多数都表明伤害的风险很低。

然而,境外新闻媒体则利用这个故事,来强调转基因生物(GMOs)对人类健康和环境的“风险”、贪婪的公司和不负责任的慈善机构在资助转基因生物研究方面的作用,以及缺乏有效的政府监督。由于蚊子已经过基因改造,这些相同的新闻媒体将这些“风险”与蚊子的释放联系起来。社交媒体平台上的几个帐户都提到了这些主题。

正如“自然世界”预期,大部分报道错误地指出释放对宾夕法尼亚州的小布朗蝙蝠构成了威胁,它以蚊子为食,是该州的一个重要物种。其他错误叙述集中于蚊子污染基因工程粮食作物的风险。这种叙述从边缘社交媒体账户转向更主流的科学怀疑论者。一项独立审查表明,其中许多账户都与海外的巨魔工厂有联系。其他环保活动家团体开始接受叙述,其次是美国贸易伙伴国家的有关团体,并进而制定了严格的转基因生物进口法律。公众对基因驱动的看法和更广泛的生物技术研究的影响尚不清楚,经济影响也不明显。但回头故事的源头,Stephenson博士的研究目标是消灭疟疾,而疟疾每年导致超过40万人死亡,主要是在非洲。

情景剧情分析

新出现的不确定性:伴随基因组编辑和基因驱动工程等快速发展,是对其使用、效果和安全性的高度不确定性。减少这些不确定性需要进一步研究。

风险沟通:当这些新技术的公开对话发生在已经两极分化和政治化的背景下时,缺乏明确的信息、加上任何新的潜在“风险”技术的竞争性,可能导致严重的恐惧和怀疑。

级联影响:即使在物理层面没有实现影响,心理影响也可能对研究和经济产生巨大而长期的影响。例如,在意外释放的情况下,国内和国际法律和机构可用于建立贸易壁垒。

外部干预:虽然重点是确保研究人员的安全实践,但有许多参与者有不同的动机直接干预实验室研究和现场试验,以及利用事件传播错误信息。

减轻武器化生物叙事威胁的政策选项

沟通策略:研究机构,资助者和专业协会可以制定识别研究中不确定性的事件和异常的沟通策略。在任何事件发生之前,积极融入可能受影响的人群和更广泛的公众,可以帮助消除错误信息,并在出现问题时建立可信赖的沟通渠道。有效沟通的规划和培训可以采取多种形式,但可能涉及专业群体开发“生物训练营”,以教育媒体成员和科学家关于生物安全和生物安保问题。

打击错误信息:媒体平台和通信研究中心,可以研究识别和管理生命科学中安全和新兴技术特有的错误信息的策略。

生物安全意识:研究人员和政策制定者应意识到实验室开发和试验存在外部干扰的风险,并且在可行的情况下,如果出现这种干扰,则应制定沟通策略。

防御技术:进一步发展监控和取证能力可以增加发现检测的可能性,确保公共安全,并将释放归因于不良行为者。由于某些释放的生物体有可能造成风险,美国政府可以继续开发针对基因组编辑器的预防性措施和恢复措施,以及旨在将系统恢复到功能和遗传基线状态的补救策略。

避免“相互保证的误解”:寻求国防技术发展的国家应努力向盟国和对手发出信号,表明这些技术具有防御性质,并符合适用的条约义务的文字和精神。

相关背景

归因和减轻技术的滥用将需要新的创新。遗传工程生物或遗传构建体释放造成的生理和心理损害,将部分取决于事件的检测速度、其来源的识别、特征的影响以及任何有害影响的缓解。正如2001年的炭疽袭击所表明的那样,与可能的情况相比,一个相对较小的事件,当与误导性的信息传递和已经紧张的政治气候相结合时,可以引发一连串的关注,从而在确证假定的威胁之前,就已经重塑安全和治理体系。通过更快速地归因和检测风险规模,可以更有效地和战略性地部署资源和战略重点,以减轻威胁。检测和应对那些越来越多样化和复杂的威胁,是一项艰巨的技术挑战。

例如,筛选潜在危险生物剂订单的政策实施能力,依赖于科学来预测和识别这些生物剂。因此,实施安全措施的挑战往往反映了基础科学和工程方面的挑战。认识到这一挑战,一些政府资助者制定了计划,以进一步发展监测和法医学能力,预防和治疗方法,以及将系统恢复到功能和遗传基线状态的补救策略。

DARPA和IARPA有着显着的生物安全举措,研究这些挑战的不同要素。DARPA在其生物技术办公室下启动了多个研究项目,旨在开发多功能平台,可以定制以应对新型威胁并快速扩展和分发。特别值得注意的是DARPA的安全基因计划,该计划旨在开发技术,以保护、检测和应对基因组编辑技术的意外或故意滥用以及技术开发。与此同时,IARPA推进了开发生物安全工具的新计划:威胁的功能基因组计算和计算评估(Fun GCAT)计划旨在开发危险基因的功能注释,而寻找工程相关指标(FELIX)计划寻求开发新的实验和计算工具,用于识别工程生物系统。

关于谁应该从事开发这些技术应用的业务,仍然是一个公开的、有争议的问题。广泛的应用意味着生物技术几乎涵盖了防御任务领域的各个方面——从医疗应用到新传感器,再到新材料。然而,这些计划因其生物学的军事化,及其开发可能具有攻击性应用的技术的潜力而受到批评。由于DARPA在生物技术的特定领域是一个重要的资助者,这些问题最终变得更加明显。清楚地传达计划的防御性质,并表明其遵守条约义务,对于确保这些计划不会导致“相互保证的误解”,将变得越来越重要。除了开发新生物防御技术的计划外,此类计划还可以用于将从业人员引入安全任务领域。事实上,像DARPA青年教师奖计划,专门用于指导新兴技术领导者应对国家安全需求。

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