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DIY 基因编辑火了,遗传学家对此发出警告

Emily Baumgaertner2018-05-19 07:58:06

对于生物安全专家来说,这是在给好战分子提供弹药。

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

华盛顿电 — 早在少年时期,基翁尼·甘德尔(Keoni Gandall)就已经在位于加州亨廷顿海滩(Huntington Beach)的卧室里经营着一家致力于尖端研究的实验室。为了追求自己的爱好,当他的朋友还在买电子游戏时,他已经买了十几台设备,其中包括一台透照器、一台离心机和两台热循环仪——他的爱好正是机构实验室里那些身着白大褂的博士所从事的科研范畴。

他表示:“我只是想用我的自动化实验室机器人来克隆 DNA,在家里制作全基因组。”

这么做的绝非只有甘德尔一人。过去几年里,全国各地所谓的生物黑客已经开始自己动手编辑基因。由于设备价格越来越便宜、掌握基因编辑技术专业知识的人越来越多(其中以 Crispr-Cas9 技术的普及程度最高),民间科学家正在试图通过各种意想不到的方式来重新设计 DNA。

到目前为止,这项工作已经造成了比单纯的 DIY 失败更大的争议,其中一起备受关注的事件就发生在一年前。当时,一名生物黑客在一次大会上当场给自己注射了改良过的 DNA,他希望这种 DNA 能让他变得更强壮。(但最终事与愿违。)

今年年初,一位生物技术高管在德克萨斯州奥斯汀举办的“身体黑客大会”(Body Hacking Con)上,给自己注射了在他看来有望治疗疱疹的药物。(最后的结论是无效。)他的公司之前还直播过一名男子给自己注射自制艾滋病治疗药物的视频。(注射结果是他的病毒载量反而增加了。)

在最近的一次采访中,现年 18 岁的斯坦福大学研究员的甘德尔表示,他只想确保公众都能够有机会接触到基因编辑技术,他相信未来的生物技术发现可能会来自一些最令人意想不到的人群。

基翁尼·甘德尔在他位于加州帕洛阿尔托(Palo Alto)家中的实验室里。他表示,他差点都没能获得高中文凭,还因为鲁莽的基因工程被一次当地科学竞赛拒之门外。图片版权:Erin Brethauer for The New York Times

但他很快也承认,总有一天,DIY 遗传学革命可能会导致灾难性的错误。

“就连我自己也认为,有关 DNA 合成的监管力度尚不健全,”甘德尔表示,“这些管理规定并不管用,因为所有的操作都是分散式——眼下,任何人都能够在智能手机上安装 DNA 合成器。

最紧迫的问题在于,在某些地方,有人会利用传播技术来制造生化武器。

实际上,这种问题已经有所显现:阿尔伯塔大学(University of Alberta)的一支科研团队仅用了半年时间和 10 万美元,利用邮购的遗传碎片,从零开始重新合成出了与天花病毒存在亲缘关系的马痘病毒——整个过程甚至都没有惊动执法人员。

研究小组从一家商业公司购买了重叠的基因片段,一旦研究人员将完整的基因组粘在一起,并将其导入到被另一种痘病毒感染的细胞中,这些细胞就会开始产生传染性病毒颗粒。

在一些专家看来,这项实验让一场持续了数十年的辩论——是否需要消灭位于亚特兰大的疾病控制和预防中心(Center For Disease Control And Control)和俄罗斯一家研究中心这两家实验室仅存的天花病毒样本——化为乌有。因为事实证明,如果科学家需要对病毒进行试验,他们现在自己就可以制造这些病毒。

《PLOS One》期刊发表了这项研究并对研究方法进行了深入描述。在乔治梅森大学(George Mason University)生物防御研究生计划负责人格里高利·D·科布伦茨(Gregory D. Koblentz)看来,最令他感到震惊的是,这项研究为躲避监管提供了一系列新的技巧和窍门。

布鲁克林 Genspace 实验室的学生正在参加一个“生物黑客训练营”,参与者可以在这里学习自制基因项目的基本技能。

科布伦茨博士表示:“当然,我们已经知道这一切都有可能。我们也知道,朝鲜总有一天会制造出热核武器,但当他们真的这么做时,我们仍然会感到震惊。”

专家们强烈要求《PLOS One》期刊撤回这篇文章。一名专家称,这项研究是“不明智的、毫无根据且具有危险性”。甚至就在研究发表之前,世界卫生组织会议的一份报告就指出,这项研究“不需要具备卓越的生物化学知识或技能、也无需巨额资金或经年累月的研究过程”。

但这项研究的首席研究员、阿尔伯塔大学的病毒学家大卫·埃文斯(David Evans)表示,他已经向加拿大政府的几个部门通报过他的痘病毒项目,但并未受到任何异议。

许多专家认为,任何类型的业余生物学家都很难自行设计出致命病毒。但随着越来越多的黑客用计算机代码交换遗传密码,而且他们的技能正日益精密复杂化,健康安全专家担心,滥用的可能性可能会越来越大。

“如今真的随时都有可能爆发一场致命性的危害,”哈佛大学研究员、著名合成生物学家乔治·丘奇(George Church)博士表示,“注重实效的人可能只会制造耐药炭疽或高传染性流感病毒,而有些人则会将制作方法公布在在网上。”

他补充道:“如果他们愿意给自己注射增加肌肉的激素,你可以想象,他们也会想要测试更强大的东西。所有从事合成生物技术的人员都应该接受监管、任何从事这项技术的无证人员都应该受到怀疑。”

美国当局迟迟不愿意采取可能会压制创新或侵犯知识产权的行动。几十年来,涉及生物技术的法律一直都没有得到重大更新,这也使得监管机构不得不依靠过时的法律框架来管理新技术。

布鲁克林 Genspace 实验室。世界各地都能看到类似的机构。

七拼八凑的监管体系,再加上多个政府部门对不同类型的研究进行监管,这种不健全的制度只会随着科技的进步而愈发难以为继。

学术研究人员就“两用性研究”(dual-use research of concern)寻求联邦资助时会受到严格的审查:从理论上讲,这些实验既可以用来为善,也可以用以作恶。然而美国超过半数的科学研究和开发的资金支持却来自于民间组织。

2013 年,采用基因工程创造一种发光植物的探索研究通过众筹网站 KickStarter 获得了近 50 万美元的资金。

联邦调查局(FBI)生物反制措施专家威廉·索(William So)博士表示:“事实上,并没有对应的国家管理形式就那些非联邦或政府资助的项目和个人进行约束。”

相反,他表示,FBI 依靠生物黑客自己来发出关于可疑行为的警报。

巴尔的摩(Baltimore)约翰·霍普金斯健康安全中心(Johns Hopkins Center For Health Security)主任托马斯·V·英格尔斯比(Thomas V.Inglesby)博士表示:“我确实相信 FBI 正在尽其所能。”

“但如果你真的想要这么做,没有什么能够阻止你。”

地下实验人员

FBI 与许多白帽生物黑客实验室建立了良好关系,其中就包括位于布鲁克林日落公园(Sunset Park)的 Genspace 实验室。实验室位于一条满是沙砾、涂鸦林立的街道上,入口处是一扇不起眼的钢质门。接受培训的生物黑客包括音乐人、工程师以及退休人员,他们会定期齐聚这里参加基因工程速成班。

“生物黑客训练营”参与者在这里学习自制基因项目(比如,合成发光藻类)所需的基本技能。

训练营负责人迈克尔·弗拉纳甘(Michael Flanagan))在最近的一堂课上讲道:“双螺旋结构是 20 世纪最具标志性的图像,或许只有(核爆形成的)蘑菇云才能与之相提并论。”

Genspace 实验室的入口通道和大学宿舍有些类似,里面有矮矮的沙发、微波炉和小冰箱。但实验室本身却显得富丽堂皇:上下两层白色砖墙、标着白板笔记的工业厨房台面,架子上堆满了玻璃器皿和试剂。

这是对 Genspace 实验室的一次重大升级。联合创始人丹尼尔·格鲁什金(Daniel Grushkin)曾经在他吃披萨、喝啤酒的客厅里进行过细菌实验。

研究小组后来搬到了一处聚集了机器人专家、有机时装设计师、迷你杯子蛋糕蛋糕师等创意人士的出租办公区,他们在这里用旧的庭院纱门搭建了临时实验室。正是格鲁什金率先联络了 FBI。

据他回忆,他曾告知 FBI 说:“因为我们不是科学家,从事科学研究的场地还是一处破败的老建筑,可能会有人给你们打电话。但我们不是制毒工场,也不是生物恐怖分子。”

格鲁什金现在已经成为了生物黑客风险管理的先锋,其中有一部分原因在于他认识到,让新手操作活生物体“与‘黑客空间’不太搭调,反而更像是一家宠物店。”

前 NASA 科学家约西亚·扎伊纳(Josiah Zayner)。他后来成为了加州奥克兰的一名生物黑客。图片版权:Erin Brethauer for The New York Times

他发布了社区准则,禁止在实验室使用传染因子,并接受了近 50 万美元的拨款,为全国各地 40 多个类似实验室设计安全操作规程。

其中的大多数实验室报告称,他们甚至从来没接到过 FBI 的问询。很多情况下,违反安全准则的后果只是失去会员资格、犯罪者需独自进行实验,但仍有成千上万的狂热分子聚集在 Facebook 群组、电子邮件讨论组和 Reddit 页面上。

许多人纷纷效仿约西亚·扎伊纳。约西亚·扎伊纳曾是一名 NASA 科学家,后来成为了一名生物黑客名人,他把 GoPro 相机绑在额头上,在车库里通过注射实施了他的基因实验。他就是那个试图让肌肉变得更强健的试验者。

扎伊纳也是生物黑客初创公司 Odin 的首席执行官。一个夏天的夜晚,他在 YouTube 视频中说道:“这是普通的 Scotch 胶带。”他一边从前臂上剥下最上面一层的皮肤,一边低声咒骂,“我这是第一天从事基因工程实验。”

在一次采访中,扎伊纳承认,他相信他的生物黑客粉丝中存在有人会制造意外的可能性,但那不是有预谋的犯罪。

“我想我能够理解他们为什么不让所有人都有机会接触到埃博拉病毒,”他表示,“风险在于,如果他们正在处理埃博拉病毒,即便房子被烧毁,埃博拉病毒仍有可能泄漏。”

就连扎伊纳自己也对他帮助发起的运动感到担忧;他计划在 Odin 的 D.I.Y.-Crispr 试剂盒组合装中加入活青蛙,鼓励他的追随者在动物身上进行试验,而不是把自己的身体或他人当作实验对象。

甘德尔表示:“有人重新感染天花是迟早的事。”图片版权:Erin Brethauer for The New York Times

“我敢肯定会有人因此受到伤害,”他说道,“人们都在试图胜人一筹,它的发展速度比我们任何人想象的都要快,几乎已经到了无法控制的地步。这太可怕了。”

一场生物武器竞赛

如果邪恶的生物黑客能够从无到有地制造出一种生物武器——它会在宿主之间相互传播、能够感染数百万人且不受时间或距离的限制——的话,他们很可能会从网购开始做起。

例如,一个名为 Science Exchange 的网站就充当着基因版 Craigslist 的作用。这个商业生态系统在几乎所有能够上网且拥有有效信用卡的人和销售克隆基因片段的公司之间搭起了一座桥梁。

斯坦福大学的研究员甘德尔经常购买基因片段(良性的那种)。但他表示,心怀恶意者要找到应对之策或许并不困难。

不久的将来,生物黑客只需要一台多功能桌面基因组打印机就可以完全不用再依赖这些公司。这种打印机与喷墨打印机类似,只不过它使用的是 AGTC(即基因碱基),而不是 CMYK 色彩模式。

市面上已经出现了一款与之类似的设备,名为 BioXp 3200,售价约 65000 美元。那些在家 DIY 的生物黑客还有其他途径,比如从 Amino Labs——这款操作简单的设备比一台 iPad 还便宜——开始“摆弄”基因,或是花上 159 美元购买 Odin 公司的 Crispr 基因编辑套装。

这类工具落入不法分子之手可能会造成威胁,但也正是得益于这些工具,甘德尔才有机会开始了前途光明的职业生涯。

甘德尔正在斯坦福大学的一个生物工程实验室里为细胞的长期储存做准备。他希望确保公众都能够有机会接触到基因编辑技术。图片版权:Erin Brethauer for The New York Times

11 岁时,甘德尔在一次教会书展上接触到了一本病毒学教科书。早在还不能报考驾照的年龄,他就敦促母亲送他去加州大学尔湾分校(Irvine)从事研究工作。

为了避免因挑选衣物而分心,他开始只穿红色运动衫。他纠正生物学老师的错误、稀里糊涂地读完了高中,还因为被视为鲁莽的自制基因工程而被当地的一个科学竞赛拒之门外。

他说,他差点就没能获得高中文凭,几乎遭到了所有申请大学的拒绝,但他后来在斯坦福大学获得了一份生物工程方面的工作。

他说:“具有讽刺意味的是,我申请入学被拒,之后他们反而给了我这份工作。”

他带着 14 件红色运动衫搬到了东帕罗奥多,和三位非生物学家住在同一所房子里。他的三位室友完全没注意到,克隆基因就是从甘德尔卧室的角落里制造出来的。

他在斯坦福大学的任务是建立一套供公众使用的遗传物质。对于他的生物黑客同行来说,这是一项崇高的工作。

在生物安全专家看来,这是在给好战分子提供弹药。

“能让 3000 万人从地球上消失的武器实际上只有两样——核武器或生物武器,”世界卫生组织大流行性流感防范顾问劳伦斯·O·高斯廷(Lawrence O. Gotin)表示。

“不知何故,美国政府只担心前者并准备了大量的应对工作,却对后者却毫无防范。这让我很困惑。”


翻译:熊猫译社 唐尘

题图及文内图片(未标注)版权:Ryan Christopher Jones for The New York Times

© 2018 THE NEW YORK TIMES

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