两用生物技术的安全风险影响因素分析与防控策略

戴聪哲，郝继英，王宇光

近年来，生命科学与计算机科学、材料等学科交叉融合，孕育和催生了一批以脑际技术、生物信息学及纳米生物技术等为代表的军民两用生物技术，这些技术在医药卫生、工业、能源及环保等领域发挥重要作用的同时［1-2］，也被谬用或滥用，造成了一系列生物恐怖主义、生物战威胁及生物制剂、材料等的泄漏和扩散事件，为社会、经济和环境带来了严重的影响［3］。与此同时，2020 年初新型冠状病毒肺炎的暴发和全球蔓延，彻底暴露出了当前各国生物安全体系的脆弱，两用生物技术的安全风险也引起了广泛热议。建立合理的两用生物技术风险评估监管机制成为全球生物安全领域的一个主要课题，而对两用生物技术安全风险影响因素进行全面系统的分析是实现风险评估和监管工作中关键的一环。

两用生物技术具有极大的复杂性和不确定性，并且其影响涉及到伦理、健康、环境生态等多个方面，因此实现全面系统的两用生物技术安全风险影响因素分析仍面临极大的困难。为实现对两用生物技术安全风险的全面系统分析，本文综合应用公共安全三角形理论和风险生成理论相关知识，针对两用生物技术特征，提出了两用生物技术安全风险分析模型，该模型以两用生物技术安全风险事件为中心。本文通过关注这些风险事件的孕育、初现、发展和到造成灾害的演化规律及其发生后产生一系列后果的过程中涉及的所有影响因素，提出从两用生物技术风险形成要素、风险触发条件、风险表现形式和风险管控能力4 个方面对两用生物技术安全风险影响因素进行全面系统的分析，并在此基础上，提出了两用生物技术安全风险管控建议。

1.1 理论基础

1.1.1 公共安全三角形理论模型

2009 年，清华大学公共安全研究中心主任范维澄等学者提出了公共安全三角形理论模型［4-5］，其总体框架见图1。该模型由突发事件、承灾载体、应急管理、灾害要素四大要素共同组成，其中突发事件、承灾载体、应急管理三大要素形成了一个三角形状的闭环的框架结构。

图1 公共安全三角形理论模型

公共安全三角形理论模型主要用于研究灾害要素的演化行为与规律。其中，突发事件是指由灾害要素触发导致的风险事件，当灾害要素突破临界值时会将破坏作用施加于承灾载体，产生负面影响；
灾害要素是指灾害事件发生的源头；
承灾载体是指突发事件发生之时所作用的人、物或系统等对象；
应急管理则是指预防或减少突发事件及其后果的各种人为干预手段，包括检测、监管与法案等。

1.1.2 风险生成理论

风险生成理论是指风险因素通过一定的途径作用于风险承受者，引发风险事件，从而造成风险损失的整个过程中所涉及的相关理论［6］。其中，风险损失是指风险事件引起的非预期的经济、环境等各方面的损失，包括直接损失和间接损失。值得注意的是，风险事件发生并不一定意味着风险损失的产生［6］。风险产生的过程如图2 所示。

图2 风险产生过程

1.2 两用生物技术安全风险分析模型的构建

综合应用公共安全三角形理论模型和风险生成理论相关知识，针对两用生物技术特征，本文提出了两用生物技术安全风险分析模型（图3）。该模型以两用生物技术安全风险事件为中心，将两用生物技术安全风险事件从孕育、发生、发展到结束的全过程分成4 部分，即风险产生、风险触发、风险表现及风险管理。在利用两用生物技术安全风险分析模型对两用生物技术安全风险影响因素进行分析时，将这些影响因素相应地分成风险形成要素、风险触发条件、风险表现形式和风险管控能力4 部分。

图3 两用生物技术安全风险分析模型

在两用生物技术安全风险评估方法模型的构建中，风险生成理论主要用于对两用生物技术安全风险的评估分析；
公共安全三角形理论模型主要用于对影响两用生物技术安全风险事件从孕育、发生、发展到结束全过程的因素进行全面系统的分析。公共安全三角形理论模型中的灾害事件、灾害要素、承载载体及应急管理4 个要素，分别与两用生物技术安全风险理论模型中的两用生物技术安全风险事件、风险形成要素、风险表现形式、风险管控能力一一对应。在此基础上，充分考虑到两用生物技术的特殊性，在分析技术风险时增加了风险触发条件这一要素。

在两用生物技术安全风险分析模型的基础上，结合已有的两用生物技术领域研究报告、期刊文献和评估框架等资料，从风险形成要素、风险触发条件、风险表现形式和风险管控能力4 个方面，对影响两用生物技术安全风险事件发生的因素进行系统分析。

2.1 两用生物技术风险形成要素的相关因素

根据2003 年10 月美国国家科学院国家研究理事会发布的报告《恐怖主义时代的生物技术研究》［7］提出的高度敏感、两用特征显著、容易引发安全风险的7 种值得关注的生物技术研究类型，本文确定了两用生物技术安全风险形成的相关影响因素主要包括增强耐药性、增强毒性和致病性、增大传播性、改变宿主范围和趋向性、逃避规避检测和诊断、规避免疫和治疗、提高武器化能力等7个方面。

2.1.1 增强耐药性

增强耐药性主要是指某项两用生物技术可能会增加抗生素、抗病毒药物等生物制剂对农业预防、临床治疗等干预措施的耐药性。当前抗生素和其他抗微生物药物的耐药性问题已经成为全球公共健康领域的重大挑战之一［8］。耐药性的产生深受人类非自然方式介入的影响，以基因工程技术为代表的两用生物技术对生物体进行改造时，选取的载体常常带有抗生素抗性标记，相关作物长期繁殖、产品被长期食用或使用等刺激了自然界中病菌的自我升级换代，加速了致病细菌的进化，使它们对抗生素产生抗性［9］。

2.1.2 增强毒性和致病性

增强毒性和致病性主要是指某项两用生物技术可能会增强病原体的致病能力，包括增强病原体的毒性、致病性或易感性等。某些两用生物技术可通过改造现有病原体［10］、重构已知致病病原体［11］和创造新病原体［12］等方式改变病原体的毒性和致病性。而且某些两用生物技术在运用于人体的过程中，还可能产生过敏性、毒性、致癌等副作用［13］，引发严重生物安全风险事件。

2.1.3 增强传播性

增强传播性主要是指某项两用生物技术可能会增加生物制剂的可转移性或传播可能性，包括加强物种内部或物种之间的传播，改变病媒能力和提高疾病传播能力等。2011 年，荷兰伊拉兹马斯大学和美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员通过对H5N1 型禽流感病毒的改造，使其可以通过空气在两只雪貂（雪貂呼吸系统对流感病毒的反应与人类相似）之间传播［14］。

2.1.4 改变宿主范围和趋向性

改变宿主范围和趋向性主要是指某项两用生物技术可能会扩大病原体的宿主范围或改变病毒趋向性。已有研究结果证明，通过基因重组和突变促进病原体跨物种传播可以扩大病原体宿主范围，改变病毒趋向性。2012 年，美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员发现，只需要对H5N1 型禽流感病毒基因进行少量修改，就可以改变本身对人类不具感染性的高致病性H5N1 型禽流感病毒的宿主范围，使其在哺乳动物中传播［15］。

2.1.5 逃避规避检测和诊断

逃避规避检测和诊断主要是指某项两用生物技术可能会增加生物制剂的检测或诊断难度，包括使技术产品具有可规避现有检测和诊断方法的功能，以及通过对产品微封装以逃避现有检测和诊断等。由于生物技术的不确定性和生物武器发展的多样性，人们很难事先进行完善的防御，因此快速检测并确定生物制剂的种类是控制风险的关键。

2.1.6 规避免疫和治疗

规避免疫和治疗主要是指某项两用生物技术可能会使疫苗或自身抗体对用该项技术改造的病原体无效，如开发具有新属性的已知试剂或开发未知属性的新型试剂等。通常，由于对新病原体在人体内的作用机制缺乏了解，研究人员研发针对性的药物、疫苗或治疗措施时常面临诸多困难，需要花费大量人力、物力和财力，但现有生物技术通过重组改造形成一种新的、具有强致病性的且能逃避现有疫苗及治疗措施的病原体却相对简单［16］。

2.1.7 提高武器化能力

武器化能力主要是指两用生物技术被用于制造生物武器的潜力，通常指恶意使用气溶胶、食物、水或昆虫等载体传播致病生物或毒素的能力。在风险评估过程中主要关注该项技术是否可用于或可辅助用于造成大规模生物恐怖袭击事件的生物武器的研制。当前，合成生物学、基因编辑技术和纳米生物技术等新兴两用生物技术的发展，间接推动了生物武器的制造、运载和攻击精准度等方面的发展。如合成生物技术可选择性地改变生物体基因，制造出全新的生物制剂和毒素；
纳米生物技术可将工程化的基因进行封装和运送，使其不易被检测；
基因驱动技术可攻击特定种群或个体的后代，形成种族生物武器。

2.2 两用生物技术风险触发条件的相关因素

根据2012 年乔纳森·B.塔克提出的评估新兴两用技术的滥用风险和可治理性的指标体系和决策框架［17］，以及后续其他不同领域专家学者对该框架的调整补充，如2017 年格雷戈里等通过调整和扩展该框架，用于评估基因编辑技术安全风险［18］，本文对两用生物技术风险触发条件的相关因素进行了分析，认为在对两用生物技术安全风险评估时，两用生物技术涉及的专业知识、硬件设备的获取难易程度，以及该项技术的学科汇聚情况、团队依赖性、发展速度、成熟度、国际化程度和产品形式等都应该作为考虑因素。尽管这些技术特性不是造成风险的直接原因，但它们也是促成风险事件的重要因素，对两用生物技术安全风险监管有直接影响。

2.2.1 专业技术知识获取难度

专业技术知识获取难度主要是指不同类型两用生物技术应用于不同领域所需要的专业知识及其获取难易程度。技术的专业需求越高，可获得专业技术知识的途径越少，该项技术被滥用的风险就越小，反之，则风险越大。在此基础上，评估时还应该考虑该项技术使用时需要的显性知识和隐形知识的占比。通常情况下，隐性知识占比越高，该项技术被滥用的风险越小。

2.2.2 技术硬件设备获取难度

技术硬件设备获取难度主要是指某项两用生物技术所需的实验室设备等基础设施和试剂等原料及获取它们的难易程度。通常，实验室设备等基础设施要求越简单，所需的试剂等材料越少，获取越容易，该项技术被滥用的风险就越大。

2.3.3 技术团队依赖性

技术团队依赖性主要是指某项两用生物技术的恶意使用是否可以通过个人或实验室团体直接实现，还是需要依赖更大的团队组织、更多的人员或更广泛的基础架构。可以通过个人或实验室团体直接使用的两用生物技术，被滥用的风险比较大，且由于恶意行为者的目标较小，行为更为隐蔽，通常比较难识别。

2.3.4 技术产品形式

技术产品形式主要是指某项两用生物技术及其产品的实物化程度。两用生物技术及其产品通常表现为硬件、无形信息和二者相结合的混合技术产品3 种形式。主要表现形式为硬件的技术产品通过登记、出口管制等措施可进行有效防控，相对容易治理；
主要表现形式为无形信息的技术产品治理难度相对较大。通常，硬件技术产品的可控性最高，信息技术产品的可控性最低，混合技术产品的可控性为中等。

2.2.5 技术汇聚性

技术汇聚性主要是指技术研发应用过程中涉及不同学科的数量。如脑机接口技术融合了神经科学、生物信息学、微电子学等多个学科技术。技术的协同作用可以显著增强单一型技术的功能，且多学科技术的应用通常涉及大规模的复杂工作并具有高度的不确定性，造成风险事件的可能性会变大。通常，多学科高度融合的技术比仅从一个或两个学科衍生的技术更难控制。

2.2.6 技术发展速度

技术发展速度主要是指技术发展随着时间的推移是线性增长、指数增长还是趋于稳定或下降。评估技术发展速度对两用生物技术安全风险的影响时需要对技术发展和应用速度进行综合考虑。总体来说，技术的发展和应用速度越快，管制措施就越难以跟上步伐。

2.2.7 技术成熟度

技术成熟度主要是指某项技术处于何种发展阶段，即从基础研究到应用研究，再到高级开发和商业化，技术在发展过程上处于什么位置。就技术成熟度而言，可控性最高的是高级研发阶段和商业化初期之间的短暂时期。在此期间，人们对某项技术的两用性风险已经有了一定的了解，且制造商和消费者数量有限。通常，技术在早期研发阶段的风险较高，在高级研制阶段和商业化初期风险较低，在广泛商业化时期风险中等。

2.2.8 技术国际化程度

技术国际化程度主要是指某项技术有多少国际来源，在全球范围内的可用程度，以及跨国界转让技术是否容易。新兴技术在国际市场上的可用程度差别很大，某些技术的使仅限于一个或几个国家，而某些技术则可在国际上广泛使用。一般而言，技术国际化程度越低，就越容易进行治理，高度国际化技术的治理需要国际协同，加大了治理的难度。

2.2.9 技术使用成本

技术使用成本主要是指某项两用生物技术购买或使用的成本。技术的使用成本主要考虑两个方面：首先是直接成本，如设备成本、材料或试剂成本、人工成本和培训费用等；
其次是间接成本，如向主管当局隐瞒使用该技术的成本等。

2.3 两用生物技术风险表现形式的相关因素

2017 年卡明斯和库兹马提出了一种可应用于合成生物学等两用生物技术的安全风险评估的社会风险评估方法，并提出应重点关注风险事件可能产生的后果，以及社会、医院和政府等针对这些后果的消减能力［19］。基于该方法，本文对两用生物技术安全风险事件的主要作用载体和表现形式进行了分析，认为两用生物技术安全风险事件通常作用于人类个体、社会、国家、信息系统和生态系统等载体，往往通过人类健康风险、环境生态风险、伦理风险和数据风险等方式表现出来。

2.3.1 人类健康风险

人类健康风险主要是指某项两用生物技术在研究、开发及应用过程中因其产品存在致敏性、毒性等特征［20］，给人类带来的健康风险。风险评估时需要考虑该技术可能带来的健康风险的严重程度及可能造成这种风险的范围（即该项技术影响的是个体的还是群体的）。

2.3.2 环境生态风险

环境生态风险主要是指某项两用生物技术在研究、开发及应用过程中，对生物多样性和生态环境产生负面影响的可能性和严重性。如转抗除草剂基因作物、转抗虫基因作物及转抗虫和抗除草剂双价基因作物等在自然界生存过程中，相较野生植物，具有更大的生存优势；
同时，转基因植物可能经过自我繁殖或与野生物种杂交，挤占原有野生物种的生存空间，最终破坏所在区域本身完善的生态系统［21］。

2.3.3 伦理风险

伦理风险主要是指某项两用生物技术在研究、开发及应用过程中，所带来的个人、社会及生命等方面的伦理风险。如2010 年第一个完全由人造基因控制的单细胞细菌的诞生及2018 年底的“基因编辑婴儿”事件，引发了社会各界关于合成生物学及基因编辑技术伦理方面的讨论［22］。

2.3.4 数据风险

数据风险主要是指某项两用生物技术可能面临生物数据泄露、数字化的医疗植入物被恶意攻击等风险。随着生物技术和3D 打印技术、人工智能及大数据等技术的融合发展，网络、生物和人类安全之间的依存关系越来越紧密。当前生物技术的数据风险主要体现在生物信息风险［23-24］和数字化的医疗植入物被恶意攻击的风险［25］两个方面。

2.4 两用生物技术风险管控能力的相关因素

根据2018 年美国识别和解决合成生物学构成的生物防御漏洞战略委员会发布的《合成生物学时代的生物防御》所列出的评估对特定合成生物学工具和技术的管控能力的考虑因素［26］，本文认为两用生物技术安全风险的管控能力主要体现在相关机构阻止或防止风险事件的能力、识别攻击风险事件发生的时间、归因相关肇事者和风险源的能力、管理攻击后果的能力等4 个方面。

2.4.1 威慑和防御能力

威慑和防御能力主要是指相关机构对恶意行为者意图利用某项两用生物技术造成风险事件的威慑和防御能力。有两个方面的因素可以起到威慑作用，一是国家拥有的限制攻击可能造成的危害程度的技术和对策；
二是政府机关制定的限制获取特定病原体或技术的监管和法定保障措施，即相关法律法规和管理规定。

2.4.2 识别攻击的能力

识别攻击的能力主要是指相关机构对恶意行为者意图利用某项两用生物技术造成风险事件的识别能力。情报收集能够帮助相关机构识别并预警行为者可能正在为生物攻击做准备的活动。

2.4.3 归因能力

归因能力主要是指相关机构对恶意行为者已经利用某项技术造成风险事件后的归因能力。将攻击归因相关肇事者及风险源的能力至关重要，因为相关机构可以据此起诉和惩罚所涉人员，有助于防止那些行动者再次发动攻击。风险源的归因也有助于风险事件的后果管理。

2.4.4 后果处置能力

后果处置能力主要是指相关机构对恶意行为者已经利用某项技术造成风险事件后的处置能力，如应对公共卫生紧急事件和生物恐怖主义袭击的应急预案及其启动程序。这些措施通常包括疫苗、药物和抗毒素的研发投入，以及特殊时期支持性的医疗保健设施、隔离和检疫的有效程序等。

根据对两用生物技术安全风险影响因素的全面系统分析，本文从控制风险生成的源头、阻断风险条件的创造、提高各类风险的处置能力、推动风险防控体系的建设4 个方面，提出了进一步加强两用生物技术安全风险管控的建议。

3.1 控制两用生物技术风险生成的源头

在技术研发初期，应加强两用生物技术相关的研究资助的审查，从而控制两用生物技术风险生成的源头。针对从事生物技术研究的机构和科研人员，加强资格审核和能力认证，强化科研人员遵守行为规范手册和操作规程的安全意识；
进一步强化强制性注册制度及许可证制度，对涉及调控遗传物质表达、合成新兴生物功能或生物制品的敏感性研究进行严格审核，以预防和规避生物安全风险［27］。

3.2 阻断两用生物技术风险条件的创造

一是在信息管控方面，加强两用生物技术相关的出版物的审查。针对生物技术研究成果的公开出版，加强跨学科领域的专业评审队伍建设，严格审查涉及特定技术操作和敏感数据的项目和文章［27］。二是从协同管理方面，加强两用生物技术安全风险管控的国际合作。近年来，尤其是新型冠状病毒肆虐全球以来，世界各国已经深切认识到，两用生物技术安全风险监管是一个全球性问题。各国政府应加强两用生物技术安全风险管控的国际合作，在生物安全立法、技术的伦理审查标准和制定临床应用监管措施等多个方面加强对话并积极开展国际合作，主动推进全球生物安全治理体系的建设。

3.3 提高两用生物技术各类风险的处置能力

强大的公共卫生治理体系是各国有效预防、减少及应对两用生物技术安全风险事件的重要环节。一是完善公共卫生应急管理体制，提升对突发公共卫生事件的防控能力。规范收集、监测及上报风险信息的流程和制度，健全以预防为主的突发公共卫生事件监测预警机制；
科学规划并加快建设公共卫生基础设施，健全公共卫生防控救治体系，为有序的防控救治工作提供基础保障；
完善公共卫生物资保障体系，实现对公共卫生物资的集中存储、有序采购、精准调配、及时配送和高效管理；
增加公共卫生相关研究的经费投入，以支持疫苗、药物、诊断技术和治疗措施等的研发。二是完善公共卫生服务体系，提升公共卫生服务能力与水平。加大对公共卫生服务体系建设经费的投入，全面提高公共卫生服务的质量；
重视公共卫生人才队伍建设，全面提升综合服务与治理能力；
充分利用现代信息技术，全面提升公共卫生领域的科技支撑能力；
深化公共卫生与医疗服务的融合，全面提升公共卫生服务体系的协同能力。三是完善多层次公共卫生防控网络，促进公共卫生资源的合理分配。细化两用生物技术风险的分级管理框架，制定核心清单，对风险技术及其产品实行分级管理［28］。

3.4 加强两用生物技术风险防控体系建设

一是进一步加强两用生物技术安全风险评估方法和工具的研究与开发。两用生物技术风险评估方法和工具是监测两用生物技术安全风险的重要手段，可对两用生物技术涉及的风险形成因素、实验活动、信息、人员、设施、环境、设备、生物安全和生物安全保障等进行全面评估，更为有效地实现全方位的两用生物技术安全风险监控，并为后续的技术风险等级和风险清单的确定、风险管控能力系统的改善、风险应急措施的制定及相关法律法案的推进实施提供依据。

二是进一步加强两用生物技术安全事件经验总结和相关数据系统的建设。收集全球两用生物技术相关的实验室安全事故、生物恐怖袭击等事件数据，建立两用生物技术历史安全事件数据系统，从载体的脆弱性和管治措施的韧性等维度进行安全风险分析，从而为更好地制定两用生物技术安全风险管理措施提供经验借鉴。

三是推进两用生物技术相关法律法规建设。进一步细化完善两用生物技术监管政策法规，不断修订完善有关生命科学与生物技术两用性研究的监管政策法规，形成对高等级生物安全实验室管理、菌种毒种保藏管理、生物操作技术管理、生物两用物项和技术出口管制等全方位监管和惩治的政策法规体系，丰富两用生物技术风险治理的法源依据［29］。

两用生物技术正处于日新月异的飞速发展之中，在环保、能源、医疗及农业等领域展现出巨大的应用潜力，为人类社会发展带来巨大福祉，但由于新兴生物技术发展本身存在着不确定性和复杂性，当其被误用、滥用和谬用时，将可能带来严重的生物安全问题和生物安保风险。当前，加强两用生物技术安全管理已成为国际共识，建立合理的两用生物技术风险评估监管机制成了全球生物安全领域的一个主要课题。我国2020 年10 月17 日通过了《中华人民共和国生物安全法》［30］，强调了建立生物安全风险评估监管机制对防控生物安全风险的重要性。而对两用生物技术安全风险影响因素进行全面系统的分析是风险评估和监管的关键。但由于两用生物技术受诸多因素的影响，同一技术在不同时期、不同情景下也会呈现出不同的风险倾向，具有极大的复杂性和不可预测性，且可能会造成伦理、健康、环境生态等多个方面的影响，因此其风险评估研究面临极大的困难。

本文构建的两用生物技术安全风险分析模型旨在对两用生物技术安全风险影响因素进行全面系统的分析，为构建两用生物技术安全风险评估指标体系做准备，是两用生物技术安全风险评估中必不可缺少的部分。但模型中提出的两用生物安全风险影响因素具有通用性，针对性不够强，因此在对某项具体两用生物技术在特定领域中的应用风险进行分析研究时，还需根据实际情况对相关因素进行增添和删减，使分析结果更加科学合理。此外，在这些分析因素最后转化为评估指标时，由于当前很多新型技术及其相关产品的数据存在大量空缺，相关定量数据很难获取，只能通过相关研究领域专家的主观打分进行评估，因此可能会影响评估的准确性。生物信息学、大数据和机器学习等新兴技术的发展将为两用生物技术的安全风险感知和评估带来新的机会。未来在设计风险模拟平台时，计划将历史生物监控数据、病毒传播动力学数据、环境数据、病毒适应度指标及危险人群流动信息等数据整合入平台建立风险模型，以预测高度特异性的风险类型和发生时间等信息，为决策管理者提供参考。

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