美军增强生物威胁的六种途径和科学改善生物防御的六种方法

本文节选于美国科学协会网站（https://fas.org/）上发布的2002年美国空军防扩散中心《反扩散文件》“未来战争系列”第14期，原文名称《下一代生物武器---基因工程技术在生物战和生物恐怖主义中的应用》。作者：美国空军上校Michael J Ainscough

今天发现昨天推送的文章已经被系统删除了，说是谣言。但这确实是美国科学协会网站发布的文章。也不知道是哪些人害怕我们大家看见美国军方公开发表的文章，才恶意举报要求删除昨天本公众号推送的文章。不过事实终究是难以掩盖的。原来今天小编推送该报告第五节和第六节的内容，现在在文章末尾加上的第四节内容一并推送：

第五节：科学可以改善生物防御的六种方式

生物战和生物恐怖主义是多因素问题，需要多因素解决方案。我们需要最好的批判性思想家和生物学研究人员来解决这个不断发展的问题。幸运的是，可用于制造生物武器的基因组生物技术的相同进步也可用于建立针对它们的对策。

生物技术将在六个领域做出重大贡献：

1、了解人类基因组

2、增强免疫力

3、了解病毒和细菌基因组

4、生物制剂检测鉴定设备

5、新疫苗

6、新抗生素和抗病毒药

1、了解人类基因组

人类基因组计划将对分子生物学研究的发展产生深远影响，并帮助解决生命过程中最神秘，最复杂的过程。新的生物技术应允许分析感染病原体或摄取毒素分子后在人类细胞中发生的事件的全部级联。导致个体容易感染传染病的情况将变得显而易见。目前，几乎所有人类基因的功能都不为人所知。功能基因组学研究应阐明这些未知因素，并以疫苗和抗感染的形式设计出可能的预防和治疗微生物药物新策略。

已经有针对特定种族的生物制剂的报道。尽管“生物种族清洗”是一种理论上的可能性，但大多数专家对此潜力表示怀疑。迄今为止，对人类基因组序列的分析未能揭示出可用于绝对定义种族群体的任何多态性。多项研究表明，人类种群的遗传变异相对于其他物种而言较低，大多数多样性存在于种族群体内部而不是种族之间

2、增强免疫系统。

人类基因组的完整测序也为更好地了解人类免疫系统和潜在操纵人类免疫系统提供了新的起点。这具有对抗生物战的巨大潜力。

在FSU经过多年努力，对病原体进行基因工程改造以进行生物战后，Ken Alibek博士现在致力于防止使用生物制剂。他正在研究增强免疫系统的机制，以保护人体免受传染病的侵害。他最初的项目之一是进行细胞研究，以预防炭疽病。其他实验室的类似免疫学研究也有望增强人类对微生物攻击的免疫反应，从而超越“一病一药”的历史方法。

3、了解病毒和细菌基因组。

各种微生物的基因组计划将解释为什么病原体具有毒力或耐药性的特征。先前在本文中讨论了“最小基因组”。建立一个最小的基因组将是基因工程中的一个重要里程碑，因为它将证明仅从其基因组蓝图即可创建生物的能力。这项研究可提供有关生命的起源，细菌进化以及了解人类细胞更复杂的生命形式过程的见解。

细菌也可以被修改以产生针对病原体的生物调节剂。例如，已对大肠杆菌进行了基因改造，以生产商业量的干扰素，这是一种天然蛋白，对多种病毒均具有抗病毒活性。Xoma Corporation已获得一种由重组dna（插入DNA序列的基因）技术制成的杀菌/增透（BPD）蛋白的专利技术，该技术可逆转某些细菌感染对某些人类对广泛使用的抗生素的抗药性的反应。

4、快速/准确的生物制剂检测和鉴定技术和设备。

无论细菌是否经过基因工程改造，生物技术人员都需要不断开发更确定，快速和自动化的检测设备。使用DNA分析法比较基因组的能力已经成为可能。破译细菌和病毒基因组的重要人类病原体。即使它含有其他物种的基因或质粒，具有非凡的毒力或抗生素抗性或是由成分基因构建的合成生物，该检测器仍可提供有关任何Bw剂的完整遗传补体的信息。通过一次测试即可快速识别和表征潜在Bw剂的能力将大大减少当前检测方法的延迟

遗传学家在2001年9月11日之后破译了恐怖分子信件中所含炭疽细菌的基因组。DNA测试证实，每封信中的炭疽都是艾姆氏菌株。法医科学家还在信件中寻找人类DNA。该信息既用于刑事调查（可能有助于追溯犯罪者或文化起源的基因线索），又用于诊断和治疗的进一步医学研究。炭疽和其他微生物的基因测序技术（分子指纹图谱）无疑将为未来的法医和诊断做出贡献。

5、新疫苗。

疫苗刺激体液免疫，产生针对特定病原体的特异性抗体。许多病原体基因组序列的可用性已经导致针对某些脑膜炎和肺炎细菌的新型疫苗的开发进步。研究人员已经对基因工程病毒进行了尝试，试图创造出一种可以通过单一治疗刺激多种疾病免疫力的新型疫苗。加利福尼亚的Maxygen实验室正在组合来自相关病原体的蛋白质，希望开发出可以提供广泛保护的疫苗。其他几个实验室也已经启动了基因组驱动的研究工作，以研究增强细胞介导的免疫力的方法，以抵抗可能最有效的病原体。到目前为止，这种方法还没有像疫苗开发那样成功，但是由于基因组测序的结果，了解所有可用抗原具有极大的价值。

6、新型抗生素和抗病毒药。

微生物基因组学的进展在新型抗微生物药物的设计中具有广阔的前景。当前的抗生素靶向细菌细胞中的三个过程：DNA合成，蛋白质合成和细胞壁合成。根据已破译的基因组信息，对于细胞生存力必不可少的任何其他蛋白质都可能成为新型抗生素的靶标。尽管最早的此类抗生素可能是特定传染剂的“银子弹”，但获得的信息可能会导致广谱抗微生物剂。

如果说1950年代是抗生素的黄金时代，那么我们现在处于抗病毒药时代的早期。对病毒基因组进行解码后，科学家将很快破译病毒是如何引起疾病的，以及疾病产生过程的哪个阶段可能容易受到干扰。人类基因组和病毒基因组已经开放开发新型抗病毒药物的途径。

结论

基因工程病原体构成生物战剂的“下一代”。有证据表明，俄罗斯人已经进行了基因改造的生物战剂。肯·阿里贝克（Ken Alibek）最初的汇报真是令人震惊，以致一些军事和情报人员宁愿相信他在夸大其词。然而，随着他关于基因工程和FSU能力的陈述逐渐得到证实，现实开始进入真实。这种基因创新显然增强了对抗性进攻性生物战的有效性，并使我们的防御能力更加复杂。因为我们无法确定地知道这些药物的特异性（致死性，可传播性和抗生素抗性），所以必须为意外做好准备。我想到了两个表述，乔治·奥威尔（George Orwell）说：“生活是教育与灾难之间的竞赛”。此外，吉恩·克兰兹（Gene Kranz）说，失败不是一种选择。

尽管生物工程武器目前可能比其自然产生的武器更受关注，但其构成的威胁只会随着技术的发展而增加。我们只是处于生物技术革命的起步阶段。从历史上看，在进攻性生物武器计划中使用了最先进的生物技术（即FSU应用了1970年代和80年代的技术）。生物技术是终极的双刃剑。一旦获得知识，就没有回头路可走。与最强大的技术一样，它们可以被善用或邪恶使用。在开发新的生命形式时，我们必须谨慎行事。随着新生物被引入我们微妙的生物平衡中，我们无法完全预测对生物圈的所有潜在后果。造福人类的同一技术可能因意外或险恶而对我们的军队和平民构成反常的威胁。如今，有可能对微生物进行遗传工程改造以实现特定的积极医学和工业用途。同样有可能为生物战目的而对病原体进行基因工程改造。这种武器似乎很可能会在我们的这一生中使用。不可避免地，在某个地方的某个时间，似乎有人会尝试使用基因工程病原体。如果被释放，它们将对医疗和政府反应构成不祥的挑战。

在最近的历史上，在对抗美国的战场上使用生物战剂一直受到限制。已经有许多宣言和公约试图定义国际规范和规范生物武器的使用。最后，战争法有点矛盾。包括伊拉克和前苏联在内的1972年《生物武器公约》的几个签署国参加了该公约所禁止的活动。这些事件表明，该公约作为消灭生物武器和防止进一步扩散的唯一手段是无效的。最终，最有效的威慑手段是害怕报复。在海湾战争期间，人们相信伊拉克是因为萨达姆·侯赛因（Saddam Hussein）担心进行核报复或以其他方式压倒性的报复而阻止使用生物和化学药品。我们不能确定未来的敌人会受到如此威胁。当然，非国家恐怖分子行为者不会那么容易被吓倒。生物技术使得仅使用小规模的特殊行动就可以造成大规模的人员伤亡，这些特殊行动可以逃避检测，从而避免报复。在非对称战争中，生物武器被视为一个很好的均衡器。

恐怖分子在给定城市使用基因工程生物制剂的可能性非常低，但此类事件的后果显然很严重。在人员伤亡最大的情况下，可能的目标大都市区处于最高风险。这种困境是当地社区的挑战，这些社区对备灾需求很敏感，但资源有限。当地社区必须制定计划，并有足够的医疗和公共卫生资源来维持长达24小时的响应。可以迅速获得强有力的联邦援助，但不是立即的。目前，数十个激烈的联邦实体争夺与非常规恐怖主义反应有关的任务和经费。国土安全委员会负责协调更有效的灾害响应能力网络。目前，全世界所有军队和平民人口都难以承受生物攻击。我们仍未做好充分准备以应对由新型基因工程生物制剂引起的流行病。

20世纪以物理学为主导，但最近的突破表明，未来的100年可能是“生物世纪”。有人说：第二次世界大战是核武器，而第三次世界大战的上帝禁止的将是生物武器。

另一项有关生物战的权威马尔科姆·丹多（MalcolmDando）断言，良性微生物可能是经过基因改造的，可以产生BW毒素，生物调节化合物或毒液。还可以对病原体进行基因操作，以增强其气溶胶或环境稳定性，或破坏当前的鉴定，检测和诊断能力。

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第四节增强生物威胁的六种途径

1、双体生物武器：

类似于二元化学武器，这是一个由两组无毒部分组成的系统，在使用前立即混合以形成病原体。该过程自然界中经常发生。许多致病细菌包含多个编码质粒（小的环状染色体外DNA片段）这些代码可致中毒或其他特殊功能。这些质粒增强了炭疽，鼠疫，痢疾和其他疾病的毒力。自然界中自然发生的事情可以通过实验室中的生物技术人为地进行。毒性质粒可以在不同种类的细菌之间转移，通常可以跨物种屏障转移。

为了生产二元生物武器，可以独立分离宿主细菌和有毒质粒，并按所需数量生产。并可在部署生物武器之前，才将这两种成分混合在一起。可以想象，在触发武器之后以及在运输/飞行过程中，宿主生物会转化回病原体。Temple Fortune指出，FSU（佛罗里达州立大学）的科学家已经掌握了这项技术。

2、设计基因武器：

人类基因组计划已经解码了生命的密码，并提供了人类分子的蓝图。同样，现在已知599种病毒，205种天然质粒，31种细菌，一种真菌，两种动物和一种植物的完整基因组序列。这些基因组中的许多已在未分类的期刊和互联网上发表。对于生物武器专家来说，这些是必不可少的资料，利用这些资料他能够使微生物更具危害性。现在，知道了密码，微生物学家开发合成基因，合成病毒甚至是新的生物似乎只是时间问题。其中一些可以专门为生物战或恐怖主义目的生产。

提高任何生物战病原体效力的最显著方法也许是使其对抗生素或抗病毒剂具有抗药性。有些细菌自然会很快对抗生素产生抗药性。已经鉴定出许多抗生素抗性基因。其中最著名的是编码β-内酰胺酶的基因，β-内酰胺酶是一种能抵抗青霉素作用的酶。这些基因可以被激活或引入其他病原体。

类似于流感病毒的自然突变，可能会创建整个病毒。只需将变异或合成基因换出，即可通过诱导病毒株杂交产生新的流感毒株。与操纵更罕见或生物学上复杂的病原体相比，稍微改变流感等常见病毒使其更致命可能更容易。

对于生物武器，越来越多的微生物基因组的数据库提供了虚拟的“零件清单”，其中包括对遗传资源有用的基因被用了“装配”设计和生产新的生物。并可以选择最致命的特征。有些人甚至认为有可能从头开始创建一个全新的生物。一些动物病毒是如此之小，以至于至少从原理上讲，可以使用当前技术将它们的整个基因组缝合在一起。支原体是一种引起人类肺炎的生物，其已知的细菌基因组最少。支原体菌株的遗传分析表明，在实验室生长条件下，只有265至350个基因是必需的。因此，有可能在不久的将来创建完全合成的“最小基因组”生物。如果有这种类型的精简细胞，那将是一个有吸引力的构建生物武器的样板。

如前所述，尽管有可能从一组组成部分中人工创造生命，但对于大多数生物恐怖分子而言，这可能是不成熟的。将所有期望的“属性”改造成单一病原体并且仍然具有有效且可预测地传播的生物是极其困难的。在当今生物技术的能力范围内，对现有病原体进行微妙的基因改造，使其更难以检测，更具毒性或对药物更具抵抗力的可能性更大。

3、基因治疗武器：

基因疗法将彻底改变人类遗传疾病的治疗方法。目的是通过修复或替换有缺陷的基因来永久改变人的遗传组成。基因已被剪接入细菌中，以大量产生人胰岛素。最终目标是将编码产生胰岛素的基因剪接至人胰腺组织中，以治疗糖尿病。在预防囊性纤维化症状方面正在进行类似添加缺失基因的研究。

基因治疗一般分为两类：生殖细胞系（生殖）和体细胞系（治疗）。变化的生殖细胞将被后代继承。体细胞DNA的变化只会影响个体，不能传递给后代。与对生殖细胞的操纵相比，对体细胞的操纵受到的道德审查要少。

这个概念已经被用来改变动物的免疫力。痘苗病毒（一种痘病毒，用于针对

天花）已被用作将基因插入哺乳动物细胞的载体。这种转基因病毒已成功用于生产口服疫苗以预防动物狂犬病。

继续在人类中进行类似基因剪接的研究，寻找可能的载体将替代基因携带到其靶标上。就像对动物所做的那样，有可能针对某些疾病进行人类“疫苗接种”，或作为治疗药物或细胞作用的靶向传递能力。

一类实验载体是逆转录病毒，其将自身永久整合到人类染色体中。导致艾滋病的艾滋病病毒就是一种逆转录病毒。因此，不难理解基因疗法可能具有使细胞产生异常能力的功能。

病毒载体已经产生了致命的鼠痘病毒株。经过基因改造，可以充分抑制实验室小鼠的细胞介导的反应（抵抗病毒感染的免疫系统的反应）。甚至以前接种过天然天花病毒的小鼠在暴露于超级病毒的几天之内也死亡了。天花病毒（不感染人类）和天花都是相关病毒。如果要对天花进行类似的基因操作，那么我们目前的疫苗可能无法预防。这些载体在将基因引入组织细胞中还不是非常有效。但是，如果医学技术得到完善，最终可能会使用类似的载体将有害基因插入毫无戒心的人群中。

克隆组织和胚胎的技术不断发展。生殖（生殖细胞）克隆旨在将克隆的胚胎植入女性子宫，从而使克隆婴儿出生。治疗性（体细胞）克隆旨在利用人自身细胞中的基因产生健康的组织来治疗疾病。例如，这种克隆可用于生长胰腺细胞以产生胰岛素来治疗糖尿病，或生长神经细胞以修复受损的脊髓。

目前人类已经克隆了绵羊，小鼠，猪和牛。但是，成功率（定义为活体动物的出生）的发生率较低。已经报道了与人类胚胎的初始克隆工作以产生全能的干细胞。从理论上讲，干细胞实际上可以变成细胞类型，并可以作为糖尿病等疾病的替代组织。研究人员还使用病毒将水母基因插入恒河猴卵中，并产生了第一个经过遗传改造的灵长类动物。胚胎和生殖细胞的使用提出了许多道德问题。

4、隐形病毒武器：

隐形病毒的概念是一种隐性病毒感染，它会秘密进入人体细胞（基因组），然后长时间保持休眠状态。但是，外部刺激发出的信号可在后续触发病毒激活并引起疾病。实际上，这种机制实际上相当普遍。例如，许多人携带疱疹病毒，这种病毒可以激活引起口腔或生殖器病变。同样，在有些早年患有水痘的人中，水痘病毒有时会以带状疱疹的形式重新激活。但是，绝大多数病毒不会引起疾病。

作为一种生物武器，隐形病毒可以秘密感染人群的基因组。之后，可以在目标人群中激活该病毒，或者可以将激活威胁用作勒索。（新型勒索病毒）

癌基因是DNA的一部分，一旦开启，便会引起细胞生长和不良行为-癌症病毒的标志是具有可模仿癌基因的DNA片段，直接或可能通过生物调节剂或宿主基因会导致癌变。这些改变可能需要数年的时间才能产生临床效果，但生物恐怖分子仍可能考虑使用这一概念。

5、宿主转换疾病武器：

如前所述，绝大多数病毒不会引起疾病。在自然界中，动物病毒往往具有狭窄的，明确定义的宿主范围。与细菌不同，病毒通常仅感染一种或几种物种。当病毒在动物物种中具有主要的宿主，但可被人类传播时，就称为人畜共患病。动物病毒往往会驻留在其天然动物宿主中，几乎不会造成任何破坏。宿主的例子包括西尼罗河病毒的禽类，东马脑炎的禽类和汉坦病毒的啮齿类动物。蝙蝠被认为是埃博拉病毒的储存库，黑猩猩被认为是导致艾滋病的HIV病毒的原始储存库。当病毒“跨越物种”时，它们有时会引起重大疾病。这些例子说明，可控制的传染源可以转化为毒力明显提高的生物武器。

当这种情况自然发生时，该过程会导致疾病的出现。如果要由人为诱使，那就是生物恐怖主义。在受过启发，决心和资金充裕的生物恐怖分子的实验室中，可以对动物病毒进行基因改造和专门开发以感染人类。新兴疾病可能会对生物战或恐怖主义的应用产生严重影响。

6、人造疾病武器：

我们对细胞和分子生物学的理解已经发展到几乎可以提出假想疾病的症状，然后设计或创造病原体以产生所需疾病复合体的程度。人造疾病可以通过关闭免疫系统来发挥作用，通过诱导特定细胞迅速增殖和分裂（如癌症），或可能通过引起相反作用，例如引发程序性细胞死亡（凋亡）来实现。这种未来派生物技术将清楚地表明进攻性生物战或恐怖主义能力的有可能呈现数量级发展。

JASON集团概述并讨论的上面可以被武器化的六类生物创新的概念和机制有一些重叠。这些类别旨在根据当前或不久的将来的生物技术能力确定一系列可能的生物恐怖威胁。它们并不意味着包罗万象或相互排斥。