新興技術對未來生物安全的影響*

劉 曉 王小理 阮梅花 熊 燕中國科學院上海生命科學信息中心 上海 200031

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新興技術對未來生物安全的影響*

劉 曉 王小理 阮梅花 熊 燕**
中國科學院上海生命科學信息中心 上海 200031

摘要新興技術不斷創造新產品、新需求、新業態，培育新增長點，成為創新驅動發展和國家競爭力的關鍵所在，也是有效防御生物威脅的重要支撐。新興技術的開發和應用，既能造福人類，保障國家安全，也因為其不確定性、監管缺失和資源開放等引發潛在的生物安全風險，對人類健康、農業、環境以及國家安全等造成重大危害。文章在分析新興技術“兩用性”特征的基礎上，提出加強評估和預警，從源頭上規避新興技術安全風險，建立政府、科技界、公眾共同參與的綜合治理體系的建議。

關鍵詞新興技術，生物安全，生物威脅，綜合治理

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.04.008

*資助項目：國家自然科學基金委員會-中科院學科發展戰略研究合作項目（L1222037）

**通訊作者

修改稿收到日期：2016年3 月2日

新一輪科技創新發展迅速，已經深度融合和廣泛滲透到人類社會的各個方面，技術已經成為當代社會推動變革的主要力量。雖然新技術永遠蘊含著風險，但積極的突破能催生創新的解決方案，幫助應對資源短缺、環境污染、氣候變化等當今世界最為迫切的各項挑戰，有望深刻改變人類的生產和生活方式，同時也是有效防控危害人民生活和生態環境、保障國家安全的關鍵，對社會和經濟的可持續發展具有重要意義。

1　新興技術層出不窮，成為社會生產力新飛躍的突破口

1.1新興技術蓬勃發展，將全方位深刻改變人類社會生產和生活

近年來，信息網絡、生物醫藥、清潔能源、新材料與先進制造領域等正孕育一批具有重大產業變革前景的顛覆性技術突破，其中，量子計算與量子通信、量子點技術、干細胞與再生醫學、合成生物技術、納米技術等發展迅速并展現誘人的應用前景。世界經濟論壇新興技術跨界理事會評選出 2015 年十大重要技術成果，包括下一代機器人技術、分布式制造技術、精準基因工程技術、自然人工智能技術、神經形態技術、數字基因組技術等，描繪了未來技術的發展趨勢和巨大應用潛力[1]。分布式制造技術正在改變人類制造和交付產品的方式，顛覆當前標準化制造模式，減輕制造行業對環境的影響，進一步降低交通領域的能源消耗，將推動工業品由大批量集中式生產向定制化分布式生產轉變；精準基因工程技術通過直接修改基因編碼，從基因層面修改農作物，大大增強植物的耐受性，降低對水資源、土地以及化肥等外部資源的依賴，提高農產品產量和品質，保障食品和糧食安全；數字基因組技術能迅速廉價地測定人們的基因組，促進高度靶向治療的發展，實現更加個性化和更有效率的醫療衛生改革，醫學模式將進入個性化精準診治和低成本普惠醫療的新階段；神經形態技術取得突破，將開發模仿人類大腦的計算機芯片，大大提高數據處理速度，提高機器學習能力，將小型化與人工智能帶入新階段。總之，一系列新興技術可能會以難以想象的方式改變社會，推動經濟格局和產業生態重大調整，為經濟社會發展提供前所未有的驅動力。

1.2會聚推動科學和技術進步，帶來新一輪科技革命

現代科學技術正呈現多學科相互交叉、滲透、高度融合，以及系統化、綜合化的趨勢。當今世界的重大突破、重大原創性科學成果的產生，大多是學科交叉、技術會聚的結果。會聚技術的影響將是深遠和全方位的，其優先領域發展成功對人類的未來是決定性的。可以預見，在信息科學、生命科學、物質科學、環境科學、材料科學、計算科學、工程科學乃至社會科學間的交叉、融合，很有可能催生新的科學思想和孕育科學理論的重大突破，形成新的跨學科的科學前沿和新興技術。例如高通量低成本的新一代組學技術、單分子技術、納米技術、超高分辨率成像技術、生物計算技術等新技術、新方法的發展，以及與數理科學“定量概念”、工程科學“設計概念”、合成化學“合成認識概念”等思路和策略的進一步交叉融合，生命科學將開啟以系統化、定量化和工程化為特征的“多學科會聚”研究范式，為更深入系統地認識生命、更精準有效地改造生物體提供前所未有的機遇[2]。新一代信息技術和無線傳輸、無線充電等技術融合發展，為實現從人與人、人與物、物與物、人與服務互聯向“互聯網+”方向發展創造條件。智慧地球、智慧城市、智慧物流、智能生活等應用技術的不斷拓展，將形成無時不在、無處不在的信息網絡環境，對人們的交流、教育、交通、通信、醫療、物流、金融等各種工作和生活需求作出全方位及時智能響應，推動人類生產方式、商業模式、生活方式、學習和思維方式等發生深刻變革[3]。

2　新興生物安全技術是有效防御生物威脅的重要保障

2.1生物安全是國家科技創新的重點戰略部署

生物安全包括“四防兩保”，即防御生物武器攻擊、防范生物恐怖襲擊、防控傳染病疫情、防止生物技術誤用和謬用以及保護生物遺傳資源與生物多樣性、保障生物實驗室安全等[4]。由于不斷發生的新發突發傳染病、生物意外事故，以及生物恐怖、生物武器等將對人民健康、生態環境、經濟發展與社會穩定造成重大影響，各國政府充分認識到生物安全形勢的嚴峻性和全面加強生物防御能力建設的迫切性，發達國家已將生物安全問題上升到國家安全戰略層面，從國家安全戰略需求出發，不斷調整和完善生物安全戰略和法律法規。美國、英國、俄羅斯、澳大利亞等國家，通過實施生物防御計劃，持續投入巨額經費，將生物防御研究和傳染病應對相結合，通過開發廣譜多用途的基礎設施和新興技術，增強針對未來可能出現的更高級威脅的應對能力。同時，通過健全組織機構，加強部門間協作機制建設，形成了“威脅和需求評估—基礎應用研究—核心技術研發—產品開發—審批認證—產業應用”的生物防御體系。

（1）各國均制定和完善法律法規，為國家生物防御提供保障。2001 年后，美國政府對生物安全的關注更是提升至前所未有的高度，出臺了一系列法規和戰略以進一步加強應對生物恐怖和傳染病暴發的能力。例如，美國相繼發布了《公共衛生安全與生物恐怖準備和應對法案》《生物盾牌計劃法案》《公眾響應和應急準備法》《大流行與全方位危害準備與應對法》等，并于 2004 年簽署“21 世紀生物防御”總統令。白宮又于 2015 年 10 月發布致 16 個政府機構的《增強美國生物安全與生物安保的下一步舉措》新備忘錄。該備忘錄提出了改進美國聯邦政府生物安全和生物安保操作規范與監管系統的系列措施。

（2）建立預防、監測、防控一體化的防御。面對生物威脅，各國都采取積極防御態度，加大在生物防御領域的預算投入。2013 年，俄羅斯用于抵御化學和生物威脅的支出達 56.5 億盧布（約合 1.8 億美元）。2014 年，美國用于民用生物防御的聯邦預算總額為 66.9 億美元；2015 財年，美國國會撥款 55 億美元用于國際與國內埃博拉疫情的快速響應。奧巴馬總統提出的 2016 財年預算中，也有137 億美元用于民用生物防御相關的項目計劃[5]。同時，美國的生物防御體系立足現狀又瞄準未來，不僅制定了“國家儲備戰略”，還提出并實施了謀劃長遠而統籌兼顧的生物防御計劃，其中就包括在隸屬于美國國家科學技術委員會的國土與國家安全委員會指導下，由白宮科技政策辦公室、國土安全部、國防部、衛生與公眾服務部、環保署和農業部等機構共同參與的“生物監測計劃、生物傳感計劃和生物盾牌計劃”。通過足夠的戰略儲備以及提升技術和產品的快速研發、生產能力，保障大規模殺傷性武器和突發傳染病發生時的高效應對[6,7]。

2.2科學技術是生物安全防御體系的重要支撐

生物安全能力建設主要包括監測、預警、鑒別、處置和恢復等方面；其技術支撐及保障體系包括對威脅物質的基礎研究、關鍵技術平臺建設、研發基地建設、防控物質研制、安全設施建設等。由于生物威脅防護涉及微生物學、免疫學、分子生物學、生物信息學、流行病學、傳染病學，以及計算機、信息、通信、傳感等多學科和技術，因此，各國均通過建立學科交叉的技術集成平臺和體系提高對生物安全的監測、預警和應對，以及生物威脅防控等能力[8]。

在實驗室應對網絡方面，世界衛生組織（WHO）利用不同國家和組織的科研機構和實驗室網絡建立了全球疫情預警和反應網絡（GOARN），協調國際疾病暴發應對工作；美國建立了分布在其國內國外的生物威脅應對實驗室網絡（LRN），該網絡現已有 140 多個實驗室成員，覆蓋了其 50 個州，還包括了位于澳大利亞、加拿大、英國的實驗室[9]。

在基礎設施及平臺建設方面，美國國立衛生研究院（NIH）通過其過敏與傳染病研究所（NIAID）建立了生物防御和突發傳染病區域研究中心、人類免疫學和生物防御轉化醫學研究合作中心、流感研究和監測中心、生物防御和突發傳染病研究資源存儲庫以及疫苗和治療藥物評價機構、生物防御和突發傳染病體外測試和動物實驗等機構，支持各種水平和多重用途的研究和開發。

合成生物學技術、新型傳染病防控技術、新型神經學技術的發展，將進一步提高傳染病監測、檢測以及威脅評估、預防和恢復能力。美國國防部高級研究計劃局（DARPA）啟動的生命鑄造廠項目（Living Foundries Program）旨在創建革命性的生物制造平臺，采用新型生產模式，制造新型特質材料，開發新型產品（化學品、燃料、藥物等）和系統（多細胞體系、自我修復體系、警戒性生物體系），以維護國家安全[10]。新型遺傳學和免疫學技術的研發，可用于精確和快速檢測、診斷和治療傳染病；建立病毒進化研究平臺，通過預測其突變路徑，在疾病暴發前研發藥品和疫苗等。另外，微電子、信息科學以及神經科學技術的發展有助于創建可臨床應用的連接受損腦部的植入式神經接口，進行精確的刺激治療。基于計算機技術、數據挖掘、人工社會建模、地理信息系統、復雜系統建模仿真等技術，以及管理科學的發展，將在生物威脅事件監測預警、危害評估、應急響應等方面發揮重要作用。

3　新興技術帶來新的生物安全風險

3.1新興技術的不確定性導致生物安全風險

新興技術的開發和應用過程中，不確定性是其重要特征。不確定性主要體現在兩個方面：一是因為無法確切地了解和掌握技術的內在機理，導致掌握的信息不完全性；二是因為掌握信息的不全面，導致結果（應用）的偶然性和不可預知性。一些新興技術在開發應用中的這種不確定性，有可能導致生物安全風險。例如，在納米毒理學領域，一些納米材料的毒理學機制尚不明確，目前能夠歸納出具有系統性、普遍性的規律性知識還很有限。因此，要對納米生物安全性問題做出科學合理、客觀公正的評價，還需要開展更深入、更系統的納米毒理學研究，尤其是體內實驗的驗證以及納米毒理學機制的相關研究[11]。

合成生物學技術也有與納米技術相類似的問題。通過設計、合成創造的微生物可能對其他物質和環境產生副作用和不利影響；具有特定功能的合成生物產品釋放到環境中，有可能產生意想不到的后果；合成的生物體可能與自然生物體進行遺傳交換，導致自然基因污染等[12,13]。如果更高級的元件組合出現，或者元件/線路之間、元件/線路與細胞成分及細胞環境產生相互作用，其潛在風險會更加不確定。

另外，隨著生物安全水平（BSL）3 級和 4 級設施的構建和危險病原菌的大規模研究，越來越多地圍繞 3 級和 4 級設施進行，生物防御研發中的技術研發和應用。如果缺乏詳細的安全評估，研究人員（包括周邊的社區和其他環境）也會面臨潛在的生物安全風險[14]。

再者，隨著新一代機器人、自然人工智能等技術的發展，機器可能真的擁有智能，產生意識、思維，甚至情感，使得超智能機器人有一天也許會超越并且奴役人類，出現更加可怕的安全和倫理問題。

3.2新興技術監管缺失帶來生物安全挑戰

新興技術的特點還在于新穎性。新穎性不僅僅是技術本身的創新，也意味著在倫理和法律上的新挑戰以及監管模式上的革新。例如，合成生物學在本質上將基因技術上升到了工程化的新高度，無論對自然界生物的改造深度和“從無到有”合成的創新度，還是“改造”及“創新”的規模與速度，都與原來以基因工程為主體的生物工程技術不能同日而語。目前，人工生命密碼子、非天然氨基酸實現人工設計與合成，已開始突破生命的自然范疇，而現行的有些法律法規無法適應新技術的發展速度，存在評估監管的漏洞和缺陷。例如，原細胞系統和不具有生命性質的“自下而上”合成的衍生物，以及 XNA/正交系統等不同于轉基因法令中所指的傳統核酸，游離在現有的法律法規范圍之外，帶來潛在的安全風險。

3.3新興技術資源開放引發生物安全隱患

網絡信息技術、分布式制造技術、合成生物技術，以及科研數據、材料設施的開放共享，提供了功能強大的研發工具和前所未有的創新平臺使工具和技術的獲取更加容易；大數據與互聯網帶來的信息及信息挖掘“風暴”，為社會各階層的信息交流及利用帶來了極大的方便，并使創新門檻迅速降低，創新生活實驗室、制造實驗室以及眾籌、眾包、眾智等多樣化新型創新平臺和模式不斷涌現，科研和創新活動向個性化、開放化、網絡化方向發展，催生越來越多的新型科研機構和組織。以“創客運動”（Maker Movement）為代表的小微型創新正在全球范圍掀起新一輪創新創業熱潮，也將培養“公民科學家”和非傳統的創新者；將來，普通人也許足不出戶就能創造自己想要的生物體，他們沒有接受過分子生物學、遺傳學等學科教育以及安全培訓，也不需要遵守行業行為準則或申報程序；另外，分布式制造技術為醫療設備的遠程制造提供了方便，但也為民間自行制造生物武器創造了條件，導致大眾創新等活動存在安全隱患，對生物安全管理提出挑戰。

4　加強監管，建立新興技術綜合治理體系

新興技術監管的矛盾在于：如果管控的太嚴，將會阻礙新技術的發展和推廣；如果管控不夠嚴謹，某些技術及其產品有可能會對人類產生難以估量的損害。如何大力推進技術的研發，充分釋放技術的潛力，開展有效的監管，并獲得公眾的支持，使其最大程度地造福人類，并降低新技術可能帶來的負面影響，已經成為政府、學術界、產業界必須面對的巨大挑戰。

新興技術的治理應該是一種預判性的規范和引導。在面對以納米技術、人工智能技術、機器人技術、合成生物學技術等為代表的新興技術時，需要在研究和開發的早期階段，預先考慮安全和政策的挑戰，將安全性問題放在產業發展之前進行先導性的研究，建立新興技術監管防范體系，明確政府、機構、科學家、企業、公眾的責任和角色，避免安全風險評估、監管政策等滯后于科技發展的被動局面。

（1）政府監管方面。首先，密切跟蹤新興技術發展所帶來的新的生物安全問題，研究新特征、新變化，適時按需求推出新的規范或法規，努力實現積極穩妥，趨利避害。其次，新興技術安全問題涉及很多行政管理機構，它們之間的合作與交流是建立防范體系的關鍵，因此，應建立行政管理機構之間合作規則的框架，避免由于過量管理而造成的冗繁。

（2）資助機構方面。要開展新興技術風險研究和風險管理。應在新興技術的發展規劃中設立更多的生物安全研究項目，并將其研究成果作為制定新興技術戰略規劃的重要參考[15]；將安全問題引入技術的研發、預測、推廣、評估的各個環節，從源頭上規避技術風險。同時，建立新興技術的安全管理和評估機制，將新興技術的安全問題納入技術的發展目標、實施細則及協調機制中，并通過提高安全評估的水平，提前預測潛在的風險。

（3）防范研究方面。新興技術已經在發展一些創新的使能技術和工具，保證技術與產物的“可控性”、“自限性”。要利用新興技術的研究成果，發展生物安全的防范技術，建立生物安全科技支撐體系。

（4）研究人員的安全意識方面。要加強新興技術領域科研人員有關安全，重視對其進行安全防護和安全管理的教育培訓，規避生物安全事件。另外，要盡早考慮創客運動等帶來的潛在風險，通過進行注冊、登記、備案等措施，對相關的研究和活動進行有序管理。

參考文獻

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劉 曉 中科院上海生命科學信息中心館員，主要從事生命科學相關領域情報研究。參與了國家自然基金委、中科院、上海市科委的等多項戰略研究和軟科學研究項目。E-mail: liuxiao@sibs.ac.cn

Liu Xiao Librarian of Shanghai Information Center for Life Sciences, Chinese Academy of Sciences. Her main research interest is intelligence research in the field of life science and related disciplines. She participated a number of research projects supported either by National Natural Science Foundation of China, Chinese Academy of Sciences, or by Science and Technology Commission of Shanghai Municipality. E-mail: liuxiao@sibs.ac.cn

熊 燕 女，中科院上海生命科學信息中心研究員，主要從事生命科學及生物醫藥領域的戰略決策情報研究。承擔和參與了國家自然基金委、科技部、中科院、上海市科委的多項戰略研究和軟科學研究項目。負責“合成生物學學科發展戰略研究項目”有關政策環境及安全、倫理問題的研究。發表文章 20 余篇，主編、參編著作 10 余部，編譯著作 1 部。E-mail: yxiong@sibs.ac.cn

Xiong Yan Female, professor of Shanghai Information Center for Life Sciences, Chinese Academy of Sciences. Her main research interest is in the strategic decision-making research area in the field of life sciences and biomedical science. She chaired and participated many strategic studies and soft science research projects, supported by National Natural Science Foundation of China, Chinese Academy of Sciences, or by Science and Technology Commission of Shanghai Municipality. She actively participated “SA strategic study for the development of Synthetic Biology”. She has published more than 20 papers, and has copublished a dozen of books. E-mail: yxiong@sibs.ac.cn

Potential Risks and Biosecurity Issues in Development of Emerging Technologies

Liu Xiao Wang Xiaoli Ruan Meihua Xiong Yan
（Shanghai Information Center for Life Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China）

AbstractEmerging technologies can create new products, new demands, new business, and new growth. They also become the key to innovation-driven development, competitiveness of the country, and important support to control of biological threats. Development and application of emerging technologies can be benefit for mankind and for protection of national security. But due to their uncertainty and lack of supervision, they could bring about biosecurity risk to human health, agriculture, and environment, and cause significant threat to national security. Based on analyzing the “dual-use” features of emerging technologies, this paper proposes to strengthen the R&D and risk assessment of emerging technologies, establish comprehensive governance system, which involve participation of the government, scientific community, industry and public to avoid biosecurity risks of emerging technologies.

Keywordsemerging technologies, biosecurity, biological threat, governance