美國等發達國家生物監測預警能力的發展現狀及啟示

鄭濤，葉玲玲，李曉倩，田德橋，程瑾，祖正虎，謝英華，徐建國，夏咸柱，沈倍奮

（1. 中國人民解放軍軍事醫學科學院生物工程研究所，北京 100071；2. 中國人民解放軍軍事醫學科學院疾病預防控制所，北京 100071；3. 中國人民解放軍醫學圖書館，北京 100039；4. 中國疾病預防控制中心傳染病預防控制所，北京 102206；5. 中國人民解放軍軍事醫學科學院軍事獸醫研究所，長春 130062；6. 中國人民解放軍軍事醫學科學院基礎醫學研究所，北京 100850）

美國等發達國家生物監測預警能力的發展現狀及啟示

鄭濤1，葉玲玲1，李曉倩2，田德橋1，程瑾3，祖正虎1，謝英華1，徐建國4，夏咸柱5，沈倍奮6

（1. 中國人民解放軍軍事醫學科學院生物工程研究所，北京 100071；2. 中國人民解放軍軍事醫學科學院疾病預防控制所，北京 100071；3. 中國人民解放軍醫學圖書館，北京 100039；4. 中國疾病預防控制中心傳染病預防控制所，北京 102206；5. 中國人民解放軍軍事醫學科學院軍事獸醫研究所，長春 130062；6. 中國人民解放軍軍事醫學科學院基礎醫學研究所，北京 100850）

監測預警是生物安全能力的重要組成。本文通過對美國等發達國家生物監測能力總體情況的研究，從戰略規劃制定、體制機制改革、人才與平臺建設以及發揮科技支撐作用等方面對加強我國生物監測能力建設提出了建議。

生物監測；預警；生物檢測；生物安全；能力建設

進入21世紀，隨著國際發展與安全形勢的激烈變化，生物威脅已經成為國際重大的安全威脅之一。中國共產黨第十八次全國代表大會以來，黨中央提出安全與發展并重，高度重視國家安全工作，并全面布局國家安全體系建設。鑒于我國面臨的生物威脅形勢，加強我國生物監測預警能力不僅意義重大，而且勢在必行。生物監測能力建設是復雜工程，借鑒其他國家的經驗和教訓可以少走彎路。本文對美國等發達國家生物監測能力發展的總體情況進行了研究，希望對加強我國生物監測能力建設有所啟示。

一、監測預警是生物安全能力的重要組成部分

生物安全是指全球化時代國家有效應對生物及生物技術的影響和威脅，維護和保障自身安全與利益的狀態和能力。生物監測預警能力是生物安全的重要組成部分，不僅是發現險情危情的“哨兵”，更是應對威脅的第一道“盾牌”，是實施積極防御的首要依托，也是國家生物安全能力先進性的重要體現[1]。

生物監測預警既是技術、裝備與信息系統高度融合的設施體系，也是檢測、監測與預警等高度關聯的功能體系。生物檢測是生物監測的重要基礎，主要包括形態學檢測、理化檢測、免疫學檢測和核酸檢測等基本方法。近年來，這些方法與物理、化學、信息以及先進制造領域等結合而發展起來的生物質譜、生物傳感器、生物芯片等生物檢測技術及裝備，豐富了生物檢測手段，推動了生物檢測裝備的發展，提高了生物檢測水平。生物監測主要包括病例監測、實驗室網絡監測、環境監測、癥狀監測以及事件監測等。生物檢測和生物監測各有不同的特點和適用環境，但生物檢測是關鍵共性技術的基礎。另外，隨著計算機與信息技術等的快速發展，當前生物監測的信息化特征日益突出。目前，已經從數據信息的收集、傳輸與匯總功能開始轉變為集全譜監測、信息集成、數學建模、數據挖掘、風險評估與態勢預警等多功能為一體的綜合監測預警功能，并且日益成為生物事件應急管理與輔助決策綜合信息平臺的重要組成部分。

生物監測系統必須兼備準確性、敏感性和及時性等基本特征，而且實踐中往往需要多種方法的綜合使用。上述的生物檢測、監測與預警能力之間具有很強的內在聯系，在很多情況下很難截然分開，且往往并行發揮作用，所以，我們認為在國家生物監測能力建設上可以把它們統一起來，統稱為監測預警。

二、國外生物監測的發展現狀與趨勢

（一）納入國家安全戰略

美國頒布的與生物安全相關的戰略與法令很多，尤其2001年炭疽事件發生之后，發布了《國家生物防御戰略》《應對生物威脅國家戰略》和《生物監測國家戰略》等多個生物安全國家戰略。2013年6月，美國發布的《國家生物監測科學和技術路線圖》聚焦于全面加強和升級國家生物監測預警體系，標志著美國完成了加強生物安全能力建設的國家綜合戰略部署[2]。英國、法國、德國和俄羅斯等國也陸續制定了防御生物威脅的戰略規劃或計劃。

（二）研制多種生物戰劑監測裝備

生物監測裝備主要是隨著生物武器防御而發展起來的。近年來由于生物恐怖防御的需要，美國加快了生物監測裝備系統的發展，主要包括聯合生物戰劑識別與診斷系統（JBAIDS）、M31生物綜合監測系統（BIDS）、M93核生化偵察系統等[3]。另外，英國開發了集成生物檢測系統（IBDS）和海洋生物檢測系統（MBDS），法國研制了生物警報監測器（MAB），德國研制了分析處理和特異性識別系統（APSIS）等。美國等發達國家生物劑偵檢裝備研發的特點和趨勢主要體現在4個方面：一是注重技術發展，確保裝備高效靈敏；二是重視模塊化設計，集成使用發揮整體優勢；三是減輕后勤支持負擔，提升裝備保障水平；四是強調集成整合，提高信息化網絡保障水平。

（三）建立多種國家性生物監測系統

國家性生物監測主要包括病例監測、實驗室網絡監測、環境監測、癥狀監測以及事件監測等，被動監測和主動監測相結合，面向境內和境外任務區。典型系統如美國建立運行的多層次、多部門、多功能、全國性的高度網絡化的生物威脅實驗室應對網絡（LRN）、美國實施的生物監測（BioWatch）計劃和生物傳感（BioSense）計劃以及美軍癥狀監測系統（ESSENCE），另外還有法國位于法屬圭亞那的流行病監測項目（2SE FAG系統）、英軍疾病和癥狀遠程監視原型系統（PRISM）、澳大利亞哨點實踐研究網絡（ASPREN）、加拿大全球公共衛生情報網絡（GPHIN）等[4～7]。近年來，美國等西方發達國家在繼續完善被動監測系統的基礎上，主要發展主動監測系統。

（四）發展監測預警網絡體系

信息系統是生物威脅監測能力的重要基礎。在信息系統建設方面，美國最為發達，體現出國家統籌與部門主動相結合的特點，但也暴露出重復建設的問題。2005年，美國6個聯邦機構已建立和研發的應對生物威脅的信息系統共有72個，涉及生物威脅的所有政府部門都建立了多種信息系統，多數信息系統已實現了有效溝通和聯系，形成了密集的監測預警信息系統；另外，還有一些正在論證或研究的系統，其目的主要是為了更好地支持聯邦機構對于公共衛生突發事件的準備、反應、加強信息溝通及聯絡的能力。如美國衛生部牽頭的國家環境公共衛生監控網絡（NEPHTN），國防部牽頭的疫情暴發監測系統（EOS）和生物威脅預警系統（Bio-ALIRT），以及能源部牽頭的反生物和化學恐怖技術支持項目（PROTECT）等[8～10]。

（五）整合監測預警信息系統

2013年6月，美國發布了《國家生物監測科學和技術路線圖》（以下簡稱《路線圖》），它是配合2012年7月發布的《生物監測國家戰略》的科技實施計劃，是美國升級打造立足國內、放眼全球的新型生物威脅監測體系的重要戰略舉措[1]。《路線圖》對美國聯邦政府機構和部門已有項目計劃進行了梳理，確定了后續發展的重點，包括美國國家生物監測整合系統（NBIS）、國家生態觀測網絡（NEON）、國家動物健康監控系統（NAHMS）、野生動物和人類病原體擴散全球監測網、國防部下一代診斷系統（NGDS）、國防部社區流行病早期報告電子監測系統（ESSENCE）、國防部生物檢測“生態系統”計劃等?！堵肪€圖》試圖克服重復建設的弊端，重點加強部門間的合作，促進數據交換融合，增強信息數據整合處理能力，創新發展不同系統間的信息數據集成與分析預警能力。

（六）發揮監測預警管理平臺中樞作用

生物監測信息數據只有經過分析才能發揮其應有的作用。檢測鑒別是生物監測的“觸角”，信息數據的傳輸系統是生物監測的“神經網絡”，而數據的加工處理與應用是生物監測的“神經中樞”，監測預警平臺則是神經中樞的最重要實體的體現，是發揮監測預警作用的信息中樞和實施生物事件應急管理的關鍵依托。美國等西方發達國家在該領域遙遙領先，他們研制的多個生物監測預警系統管理平臺已經投入使用，并且仍在不斷發展完善，代表著生物威脅應急管理綜合指揮管理平臺建設的發展趨勢，包括HPAC、EpiSimS、BioWar、GLEaMviz、NARAC、ARGOS等系統平臺[11～13]。這些系統平臺基本都是軍方或安全機構主導研制的，技術敏感性高，是西方國家對我國實施封鎖的重要技術。

總之，以美國為首的發達國家通過國家統籌規劃，實施軍民分工合作，充分發揮科技支撐作用，已經建立了先進的國家生物監測體系，在應對生物威脅方面發揮了重要作用。

三、發達國家生物監測能力建設對我們的啟示

我國生物安全能力總體落后，與發達國家的先進水平相比差距明顯，在生物威脅的信息獲取、綜合分析與預警應用方面差距更大，這種局面與我們國家的安全需求很不適應。生物監測能力建設涉及多個行業，面臨諸多科學技術挑戰，工作頭緒多，經費需求大，時間周期長，任務極其艱巨。他山之石可以攻玉，美國等國家生物監測能力建設的總體部署與實施的經驗和教訓，應該對我們有所啟示。

（一）做好頂層設計是前提

把監測預警能力建設納入國家生物安全發展總體規劃。建立統籌管理制度，做好頂層設計，自上而下統籌規劃，有計劃地加快發展生物檢測、監測和預警技術及其應用。設立科技專項，選擇優勢科研機構和生產制造企業，強強聯合，形成有利于技術產品研究、制造、試驗、部署以及升級發展和能力建設的鏈條。建立技術標準規范，克服各自為政和多頭重復研究現象，有計劃、有側重地加快我國生物監測預警能力建設。

（二）實施統籌管理是關鍵

建立完善的信息共享制度，在確保安全和保密的前提下，加強數據開放性，建立數據采集、數據傳送、數據處理和數據應用的通暢鏈條。建立技術標準規范，克服數據不規范、不完整、不兼容等現象，建設數據共享的高速路。建立各部門聯合機制，克服各自為政的數據孤島、互不匹配的數據碎片化、數據多但利用少等現象，建設數據池，節約成本。分別依托軍事醫學科學院和中國疾病預防控制中心，建立軍隊和地方兩個國家級生物安全監測預警綜合平臺，協調發展，發揮統籌引領作用。

（三）完善網絡體系是基礎

實施三維監測戰略，發展建設海外監測、國境監測和國內監測等三層監測預警網。重視海外生物威脅動態追蹤分析，發展海外監測哨點以及加強國際合作；通過加強邊境地區的疫情監測以及海關檢疫系統的“門衛”作用，有效增強國境監測能力；發展新型監測系統，進一步細化國內生物監測網格，建立不同系統間的數據共享機制。

（四）加強科技創新是核心

重視新型和人工病原體發現檢測技術研究。加強新發和外來烈性病原體、耐藥病原體、基因修飾病原體及人工合成病原體等綜合風險評估研究，提高新發和未知來源的生物威脅識別和溯源能力。

重視重大生物安全事件發生、發展動力學研究。有針對性地開展重要病原微生物氣溶膠在軍事要地、重點城市、經濟發達地區等不同環境下的擴散動力學以及規律研究，發展生物威脅態勢預測能力。

重視現場快速檢測技術研究。加快開展有害生物現場快速檢測技術與裝備研究，滿足不同環境用戶的需要。該領域的技術裝備應用面廣，市場容量大，因此也是生物防御產業的重點領域。

重視有害生物識別及溯源技術研究。加強基于生物學、物理學和化學方法的重要危害生物的分子標識識別及來源追蹤技術研究，為生物威脅的來源追蹤和生物事件的應急防控提供支持。

重視生物安全實時監測技術研究。加強我國重要戰略地區與目標的動植物和微生物的種群特征、環境適應性、遺傳信息等本底特征數據庫建設，加強生物威脅預警的信息獲取數字化、信息傳輸網絡化、信息處理高效化和信息分發自動化等技術研究，發展實時在線監測預警系統，提高維護日常安全能力。

重視生物安全大數據挖掘和信息整合技術研究。發揮多學科交叉優勢，組織優勢單位開展創新研究，提高生物安全監測數據的整合與轉換技術，監測數據的篩選與甄別技術，監測數據信息實時獲取、整合與分析技術，生物安全相關大數據采集、挖掘和分析技術等。

致謝

參加本咨詢項目的專家還有很多，因篇幅所限未能一一列出，在此對他們的熱心指導和專業建議表示感謝。

[1]鄭濤. 生物安全學 [M]. 北京: 科學出版社, 2014. Zheng T. Biosecurity [M]. Beijing: China Science Publishing and Media Ltd., 2014.

[2]The White House. National biosurveillance science and technology roadmap [EB/OL]. (2013-06) [2016-11-15]. https:// www.obamawhitehouse.archives.gov/sites/default/files/microsites/ ostp/biosurveillance_roadmap_2013.pdf.

[3]Homeland Security Research Corp. Bio-terror & infectious disease outbreak: Detection technologies and global markets [EB/OL]. (2012-03-26) [2016-11-15]. https://www.giiresearch.com/report/ hom234938-bio-terror-infectious-disease-outbreak-detection.html.

[4]Morris S A, Kellogg R, Perry S, et al. Detecting bio-threat agents: The laboratory response network [J]. Asm News, 2003, 69(9): 433–437.

[5]Loonsk J W. BioSense: A national initiative for early detection and quantification of public health emergencies [J]. Morbidity and Mortality Weekly Report, 2004, 53(suppl.): 53–55.

[6]Jefferson H, Dupuy B, Chaudet H, et al. Evaluation of a syndromic surveillance for the early detection of outbreaks among military personnel in a tropic country [J]. Journal of Public Health, 2008, 30(4); 375–383.

[7]Mykhalovskiy E，Weir L. The global public health intelligence network and early warning outbreak detection: A Canadian contribution to global public health [J]. Canadian Journal of Public Health, 2006, 97(1): 42–44.

[8]Siegrist D，Pavlin J. Bio-ALIRT biosurveillance detection algorithm evaluation [J]. Morbidity and Mortality Weekly Report，2004, 53(suppl.): 152–158.

[9]Franco C. Billions for biodefense: Federal agency biodefense funding, FY2008—FY2009 [J]. Biosecurity and Bioterrorism Biodefense Strategy Practice and Science, 2008, 6(2): 131–146.

[10] Franco C. Billions for biodefense: Federal agency biodefense funding, FY2009—FY2010 [J]. Biosecurity and Bioterrorism Biodefense Strategy Practice and Science, 2009, 7(3): 291–309.

[11] Carley K M, Fridsma D B, Casman E, et al. BioWar: Scalable agent-based model of bioattacks [J]. IEEE Transactions on Systems Man and Cybermetics, 2006, 36(2): 252–265.

[12] Jefferson H, Dupuy B, Chaudet H, et al. Evaluation of a syndromic surveillance for the early detection of outbreaks among military personnel in a tropic country [J]. Journal of Public Health, 2008, 30(4); 375–383.

[13] Jones J H，Salathe M. Early Assessment of anxiety and behavioral response to novel swine-origin influenza A(H1N1) [J]. PLoS One, 2009(4): e8032.

Review on Biosurveillance and Early Warning Capabilities in the United States and Other Developed Countries

Zheng Tao1, Ye Lingling1, Li Xiaoqian2, Tian Deqiao1, Cheng Jin3, Zu Zhenghu1, Xie Yinghua1, Xu Jianguo4, Xia Xianzhu5, Shen Beifen6
(1. Institute of Biotechnology, Academy of Military Medical Sciences, Chinese PLA, Beijing 100071, China; 2. Institute of Disease Control and Prevention, Academy of Military Medical Sciences, Chinese PLA, Beijing, 100071, China; 3. Medical Library of Chinese PLA, Beijing 100039, China; 4. National Institute for Communicable Disease Control and Prevention, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 102206, China; 5. Institute of Military Verterinary, Academy of Military Medical Sciences, Chinese PLA, Changchun 130062, China; 6. Institute of Basic Medical Sciences, Academy of Military Medical Sciences, Chinese PLA, Beijing 100850, China)

Surveillance and early warning are key parts of a country’s biosecurity capability. In this paper, we investigate the overall status of US and other countries’ research and development regarding their own capability for biosurveillance. We make several recommendations to strengthen biosurveillance capability in China, including strategic-planning formulation, mechanism reform, personnel training, and infrastructure platform construction. In addition, we comment on strengthening the supporting role of science and technology.

biosurveillance; early warning; biodetection; biosecurity; capability building

X835

A

2016-12-15；

2017-02-23

沈倍奮，中國人民解放軍軍事醫學科學院基礎醫學研究所，研究員，中國工程院，院士，主要研究方向為分子免疫學；E-mail: shenbf0714@163.com

中國工程院咨詢項目“國內外生物監測預警能力建設現狀及建議”(2014-XY-35)

本刊網址：www.enginsci.cn

DOI 10.15302/J-SSCAE-2017.02.021