合成生物學：一種兩用技術的機遇和挑戰

文 劉發鵬

“商用和軍用”雙用途的合成生物學

合成生物學作為一種具有顛覆性意義的新興技術，其未來應用前景正越來越多地在工業界和學術界討論。與很多新興技術一樣，合成生物學也具有商用和軍用兩種用途。

在商業應用領域，合成生物學市場預計在2018年至2025年期間將以28.2%的復合年增長率增長，并在2025年達到560.449億美元的市場規模。合成生物學市場可以根據產品、技術和應用3個方面進行細分。在產品方面，市場被分割成酶、寡核苷酸、底盤生物和異種核酸等領域。由于酶在醫療保健領域的廣泛應用，酶產品占據了最大的市場份額。在技術基礎上，市場被分割為基因合成、基因組工程、測量和建模、克隆和測序、納米技術等。基因合成在這些技術中占有最大的市場份額，遺傳學領域的研究和開發活動日益增多，并且越來越多的市場參與者提供基因合成產品和解決方案。在應用層面，全球合成生物學市場分為工業應用、食品應用、農業應用、醫療應用以及環境應用等。

在軍事應用領域，合成生物學顯示出顛覆性潛力：一是將極大促進包括軍事醫學在內的生物醫學的發展，包括生產出更有效的疫苗、研制出新型軍隊特需藥品等；二是用于設計和改造軍用材料，如對微生物進行定向改造，使其具有特定功能，以滿足軍事需要。例如美國合成生物學企業Ginkgo Bioworks與美國國防部高級研究計劃局（DARPA）合作生產益生菌，幫助美國士兵在海外抵御胃病。三是用于開發軍用新能源，如部隊可利用攜帶的少量合成生物體，將空氣中的二氧化碳轉化為生物能源，從而極大地提高部隊的機動性和作戰范圍。

美英兩國高度重視的合成生物學

合成生物學在商業和軍事領域的應用前景引起全球各國的高度關注和項目資助，以美英兩國尤為突出。相應的，美英兩國無論在合成生物學研究層面還是應用層面，都處于世界領先地位。

2016年，美國自然科學基因發起“非酶RNA復制”項目，投入100萬美元以研究自然界原始的RNA復制；同年，美國Craig Venter及其團隊成功構建“絲狀支原體JCVI-syn3.0”,完成世界最小細菌基因組的構建；美國Ginkgo Bio Works公司籌集1億美元，使用機器人生產線創造微生物，以生產用于香料、殺蟲劑和飲料等的化學品。

此外，美國國家科學院在這一年啟動“合成生物學帶來的新威脅識別與應對策略研究”項目，重點對致病微生物的生物學功能、致病機理的改造與操控等進行研究，最終目標是為國防部提供關于合成生物學的安全威脅評估與應對措施建議。

2018年6月，受美國國防部委托，美國國家科學院對合成生物學可能引發的生物威脅進行了評估，并發布了《合成生物學時代的生物防御》報告。報告指出，合成生物學的濫用可被用于制造生物武器，且難以預防和監測，將對民眾和軍事作戰產生巨大威脅。該報告評估了合成生物學可能帶來的潛在威脅，按照威脅的緊急程度和危害程度擬定了防御框架，并建議國防部加強公共衛生基礎設施建設以充分預防潛在的生物攻擊。

2016年，英國合成生物學領導理事會（SBLC）發布《英國合成生物學戰略計劃2016》，旨在到2030年，實現英國合成生物學100億歐元的市場，并在未來開拓更廣闊的全球市場，獲取更大的價值。

2018年，英國發布《2017年英國合成生物學初創調查》，該報告顯示英國在2000—2016年期間，對合成生物學的政府公共投資達5600萬英鎊，來自私人的投資達5.64億英鎊，從而促使英國146家合成生物企業相繼成立，且公司數量每五年翻一番。此外，英國勞埃德最近發布合成生物學的新興風險報告，指出合成生物學領域的新興風險包括：實驗室外生物有機體意外釋放，生物恐怖行為故意建造生物武器以及生物研究中可能產生的意外后果等。該報告表示，研究中的許多風險往往是不可預測的，并且對于可能出錯的事物類型以及如何發生這種風險存在高度不確定性，更不用說爆發這些風險應該如何去有效應對。

綜合以上項目可以看出，美英兩國近些年在合成生物學領域進行了十分活躍的項目資助，開展了從生物能源到醫學和細胞工廠等領域廣泛地研究。同時美英兩國政府逐漸意識到了合成生物學潛在的安全風險，并開始制定相關政策以促進和規范合成生物學健康有序發展。

兩面性機遇與風險并存的合成生物學

盡管科學家、工程師、激情的創業者甚至是大國政府，都在期待著利用合成生物學創造出新的商業流程、高附加值產品或功能強悍的軍需用品等，但不得不面臨一些專家的安全警告：合成生物學也可能導致新的安全威脅——特別是制造致命的生物武器。美國約翰霍普金斯大學健康安全中心最近舉辦了一場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，導致20個月后1.5億人死亡。美國萊克星頓研究所的洛倫·湯普森警告說，合成生物學可以讓“超級病原體的發展威脅到大量人口，甚至威脅到人類文明的存亡”。雖然這些擔憂可能為時過早，但各國政府必須考慮國家和非國家行為者或許會濫用這種新興技術的潛在威脅。

關于核、生物和化學等技術的兩面性辯論并不新鮮。雖然核物理已明顯改善電力供應和醫療檢測，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核技術交織在一起的核擴散風險。幾十年來，人們一直擔心化學和生物科學的進步將導致新型化學武器和生物工程病毒的發展。與此同時，工業界利用這些相同的技術進步為公眾提供新的家居產品和更廣泛的豪華服務選擇。其他受關注且存在兩面性的技術包括定向能源，商用無人機和網絡系統等。面對所有新興技術的兩面性，挑戰在于如何去平衡利用這些技術帶來商業增長與防止它們被用于違反國家安全和利益。

基因編輯工具使得研究者可以隨意改寫生物的遺傳密碼，也正是合成生物學的蓬勃發展，證實了專家學者的擔心并非杞人憂天，事實上，也的確有一些科學狂人開始了瘋狂的“創作”。來自加拿大阿爾伯塔大學病毒學家David Evans就是其中的一位，2017年他帶領團隊僅花費了10萬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。毫無疑問，如果馬痘病毒可以被復制再現，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，人類與之斗爭了幾個世紀，并付出了數以億計的死亡代價，才使其消滅。而如今，剛拼來不久的安寧似乎也變得岌岌可危。

尋求“克制與理性發展”的合成生物學

好消息是，合成生物學的大部分技術仍然遠遠超出了暴力極端主義組織的能力，目前這些技術僅限于擁有先進實驗室和良好資源的大國。壞消息是，技術變革的快速發展為美國軍隊開發和利用潛在武器系統帶來了很大的不確定性。美國最近發布的《合成生物學時代的生物防御》報告呼吁“美國政府應該密切關注合成生物學這個高速發展的領域，就像在冷戰時期對化學和物理學的密切關注一樣”。實際上，美國軍方早已成為合成生物學的最大投資者。雖然對于美國來說，這些投資更多的是出于防御目的，但對于其他國家來說，美國的這種行為會增加它們額外的安全焦慮。

科學技術是一把雙刃劍,既能通過促進經濟和社會發展以造福于人類,同時也可能在一定條件下對人類的生存和發展帶來消極后果。合成生物學的良性健康發展，離不開各國政府的及時有效監管。各國政府應該加強國際合作和交流，并在道德倫理、技術規范和安全風險等方面盡快達成共識，從而有效抑制個別國家在技術應用上的沖動，確保合生生物學能在造福人類的正確軌道上發展。

另一方面，合成生物學的快速發展使“超級病毒”、“生物恐怖主義”、“人造生命”甚至是“人造人”等詞匯頻繁出現在公眾視野，這很容易引起公眾對合成生物學的擔憂和誤解，同時這種誤解可能會隨著炒作而逐漸增加。因此，政府和科研機構等也需要努力改善和大眾的信息鴻溝，做好科普工作，以避免合成生物學在未來遭受到來自社會的阻力。