合成生物学时代的生物防御

本报告在介绍合成生物学技术发展与应用概况、风险评估方法与框架的基础上，分别从创构病原体、活性物质生产、人类健康影响、生物武器发展、减低生物防御措施有效性等五个方面对合成生物学滥用风险进行分析评估，并就美国完善加强生物防御能力提出针对性意见建议，是了解美国合成生物学风险评估方法与内容进展的有益参考。

摘要 1
总体建议 2
用于评估关注的框架有助于制定规划 2
合成生物学拓展了可能性 3
需要一系列准备和响应策略 5
1. 引言 8
1.1 认识合成生物学 10
1.2 评估潜在的生物防御关注 11
1.3 消减潜在的生物防御关注 12
1.4 研究方法 12
1.4.1 术语 13
1.4.2 报告的组织 14
2. 合成生物学时代的生物技术 15
2.1 什么是合成生物学？ 15
2.2 合成生物学时代的影响 17
2.2.1 合成生物学的使能技术 19
2.2.2 合成生物学的工程范式 20
2.3 合成生物学特有的技术和应用 22
3．合成生物学能力关注度的评估框架 24
3.1 框架制定方法 24
3.2 用于评估关注度的因素 26
3.2.1 技术的可用性 26
3.2.2 作为武器的可用性 28
3.2.3 对行为者的要求 30
3.2.4 消减的可能性 31
3.3 在评估关注中应用框架 33
3.3.1 确定潜在受关注领域的方法 33
3.3.2 应用框架的步骤 34
3.3.3 指导评估的关键考虑因素 36
4. 与病原体有关的关注度评估 39
4.1 重构已知病原体 40
4.1.1 重构已知致病病毒 41
4.1.2 重构已知致病细菌 44
4.2 使现有病原体更加危险 47
4.2.1 使现有病毒更加危险 47
4.2.2 使现有细菌更加危险 53
4.3 创造新病原体 59
4.3.1 技术的可用性（低关注度） 60
4.3.2 作为武器的可用性（中高关注度） 61
4.3.3 对行为者的要求（低关注度） 61
4.3.4 消减的可能性（中高关注度） 61
4.4 小结 62
5. 与生产化学物质或生物化学物质有关的关注度评估 64
5.1 利用天然代谢通路制造化学物质或生物化学物质 66
5.1.1 技术的可用性（高关注度） 66
5.1.2 作为武器的可用性（高关注度） 67
5.1.3 对行为者的要求（中等关注度） 69
5.1.4 消减的可能性（中高关注度） 69
5.2 通过创建新代谢通路制造化学物质或生物化学物质 70
5.2.1 技术的可用性（中低关注度） 70
5.2.2 作为武器的可用性（高关注度） 71
5.2.3 对行为者的要求（中低关注度） 71
5.2.4 消减的可能性（中高关注度） 71
5.3 通过原位合成制造生物化学物质 71
5.3.1 技术的可用性（中高关注度） 72
5.3.2 作为武器的可用性（中等关注度） 73
5.3.3 对行为者的要求（中等关注度） 74
5.3.4 消减的可能性（高关注度） 74
5.4 小结 75
6. 与改变人类宿主的生物武器有关的关注度评估 78
6.1 修饰人体微生物菌群 78
6.1.1 技术的可用性（中低关注度） 80
6.1.2 作为武器的可用性（中等关注度） 80
6.1.3 对行为者的要求（中等关注度） 81
6.1.4 消减的可能性（中高关注度） 81
6.2 修饰人体免疫系统 82
6.2.1 技术的可用性（中等关注度） 83
6.2.2 作为武器的可用性（中低关注度） 84
6.2.3 对行为者的要求（低关注度） 84
6.2.4 消减的可能性（高关注度） 85
6.3 修饰人类基因组 85
6.3.1 技术的可用性（中低关注度） 88
6.3.2 作为武器的可用性（低关注度） 89
6.3.3 对行为者的要求（中低关注度） 89
6.3.4 消减的可能性（高关注度） 90
6.4 小结 90
7. 可能影响合成生物学武器攻击能力的相关进展 93
7.1 使用生物武器的障碍 93
7.1.1 生产 93
7.1.2 保真度与测试 94
7.1.3 递送 94
7.1.4 靶向 95
7.2 相关的会聚技术 95
7.2.1 基因治疗 96
7.2.2 纳米技术 98
7.2.3 自动化 99
7.2.4 增材制造 99
7.2.5 健康相关数据和生物信息学 100
7.3 小结 102
8. 用于消减关注的措施 103
8.1 当前的消减方法和基础设施 103
8.1.1 威慑与预防能力 103
8.1.2 识别与归因攻击能力 106
8.1.3 后果管理能力 108
8.2 合成生物学带来的消减挑战 109
8.2.1 威慑与预防所面临的挑战 110
8.2.2 识别与归因攻击所面临的挑战 112
8.2.3 后果管理所面临的挑战 114
8.3 提高消减能力的潜在机会 114
8.3.1 提高威慑与预防能力的机会 114
8.3.2 提高生物剂识别与归因能力的机会 117
8.3.3 改善后果管理的机会 119
8.4 小结 122
9. 展望：结论和建议 124
9.1 合成生物学能力带来的关注 125
9.1.1 对关注的总体评估 126
9.1.2 对特定类型能力的评估 130
9.1.3 需监控的潜在进展 132
9.1.4 结论和建议：合成生物学拓展了可能性 133
9.2 框架的未来使用 134
9.2.1 结论和建议：用于评估关注的框架有助于制定规划 134
9.3 合成生物学时代的生物防御意义 135
9.3.1 结论和建议：需要一系列准备和响应策略 135
9.3.2 探索领域 136
参考文献 137
附录A 合成生物学特有的概念、方法和工具 161
A.1 设计 161
A.1.1 自动化生物设计 161
A.1.2 代谢工程 163
A.1.3 表型工程 163
A.1.4 水平转移与可传播性 164
A.1.5 异源生物学 164
A.1.6 人体调节 164
A.2 构建 165
A.2.1 DNA 构建 165
A.2.2 基因或基因组编辑 167
A.2.3 文库构建 168
A.2.4 工程化构建体的启动 168
A.3 测试 169
A.3.1 高通量筛选 169
A.3.2 定向进化 170
参考文献 171
附录B 选定的用于为框架提供信息的前期分析 173
B.1 基于能力的武器开发框架来自国防大学 173
B.2 考虑因素来自《全球化、生物安全和生命科学的未来》 174
B.3 决策框架来自《创新、两用性和安全》 174
B.4 实验目标来自《恐怖主义时代的生物技术研究》 175
B.5 美国国立卫生研究院的防护准则 175
B.6 DURC 程序所强调的实验类别 176
B.7 社会风险评估计划（SRES） 176
B.8 GRYPHON 分析 177
参考文献 178
附录C 促进框架因素考量的问题 179
附录D 委员会成员简介 184
附录E 利益冲突披露 189
附录F 研究方法 190