合成生物學時代的生物防御

目錄
摘要 1
總體建議 2
用于評估關注的框架有助于制定規(guī)劃 2
合成生物學拓展了可能性 3
需要一系列準備和響應策略 5
1. 引言 8
1.1 認識合成生物學 10
1.2 評估潛在的生物防御關注 11
1.3 消減潛在的生物防御關注 12
1.4 研究方法 12
1.4.1 術語 13
1.4.2 報告的組織 14
2. 合成生物學時代的生物技術 15
2.1 什么是合成生物學？ 15
2.2 合成生物學時代的影響 17
2.2.1 合成生物學的使能技術 19
2.2.2 合成生物學的工程范式 20
2.3 合成生物學特有的技術和應用 22
3．合成生物學能力關注度的評估框架 24
3.1 框架制定方法 24
3.2 用于評估關注度的因素 26
3.2.1 技術的可用性 26
3.2.2 作為武器的可用性 28
3.2.3 對行為者的要求 30
3.2.4 消減的可能性 31
3.3 在評估關注中應用框架 33
3.3.1 確定潛在受關注領域的方法 33
3.3.2 應用框架的步驟 34
3.3.3 指導評估的關鍵考慮因素 36
4. 與病原體有關的關注度評估 39
4.1 重構已知病原體 40
4.1.1 重構已知致病病毒 41
4.1.2 重構已知致病細菌 44
4.2 使現有病原體更加危險 47
4.2.1 使現有病毒更加危險 47
4.2.2 使現有細菌更加危險 53
4.3 創(chuàng)造新病原體 59
4.3.1 技術的可用性（低關注度） 60
4.3.2 作為武器的可用性（中高關注度） 61
4.3.3 對行為者的要求（低關注度） 61
4.3.4 消減的可能性（中高關注度） 61
4.4 小結 62
5. 與生產化學物質或生物化學物質有關的關注度評估 64
5.1 利用天然代謝通路制造化學物質或生物化學物質 66
5.1.1 技術的可用性（高關注度） 66
5.1.2 作為武器的可用性（高關注度） 67
5.1.3 對行為者的要求（中等關注度） 69
5.1.4 消減的可能性（中高關注度） 69
5.2 通過創(chuàng)建新代謝通路制造化學物質或生物化學物質 70
5.2.1 技術的可用性（中低關注度） 70
5.2.2 作為武器的可用性（高關注度） 71
5.2.3 對行為者的要求（中低關注度） 71
5.2.4 消減的可能性（中高關注度） 71
5.3 通過原位合成制造生物化學物質 71
5.3.1 技術的可用性（中高關注度） 72
5.3.2 作為武器的可用性（中等關注度） 73
5.3.3 對行為者的要求（中等關注度） 74
5.3.4 消減的可能性（高關注度） 74
5.4 小結 75
6. 與改變人類宿主的生物武器有關的關注度評估 78
6.1 修飾人體微生物菌群 78
6.1.1 技術的可用性（中低關注度） 80
6.1.2 作為武器的可用性（中等關注度） 80
6.1.3 對行為者的要求（中等關注度） 81
6.1.4 消減的可能性（中高關注度） 81
6.2 修飾人體免疫系統(tǒng) 82
6.2.1 技術的可用性（中等關注度） 83
6.2.2 作為武器的可用性（中低關注度） 84
6.2.3 對行為者的要求（低關注度） 84
6.2.4 消減的可能性（高關注度） 85
6.3 修飾人類基因組 85
6.3.1 技術的可用性（中低關注度） 88
6.3.2 作為武器的可用性（低關注度） 89
6.3.3 對行為者的要求（中低關注度） 89
6.3.4 消減的可能性（高關注度） 90
6.4 小結 90
7. 可能影響合成生物學武器攻擊能力的相關進展 93
7.1 使用生物武器的障礙 93
7.1.1 生產 93
7.1.2 保真度與測試 94
7.1.3 遞送 94
7.1.4 靶向 95
7.2 相關的會聚技術 95
7.2.1 基因治療 96
7.2.2 納米技術 98
7.2.3 自動化 99
7.2.4 增材制造 99
7.2.5 健康相關數據和生物信息學 100
7.3 小結 102
8. 用于消減關注的措施 103
8.1 當前的消減方法和基礎設施 103
8.1.1 威懾與預防能力 103
8.1.2 識別與歸因攻擊能力 106
8.1.3 后果管理能力 108
8.2 合成生物學帶來的消減挑戰(zhàn) 109
8.2.1 威懾與預防所面臨的挑戰(zhàn) 110
8.2.2 識別與歸因攻擊所面臨的挑戰(zhàn) 112
8.2.3 后果管理所面臨的挑戰(zhàn) 114
8.3 提高消減能力的潛在機會 114
8.3.1 提高威懾與預防能力的機會 114
8.3.2 提高生物劑識別與歸因能力的機會 117
8.3.3 改善后果管理的機會 119
8.4 小結 122
9. 展望：結論和建議 124
9.1 合成生物學能力帶來的關注 125
9.1.1 對關注的總體評估 126
9.1.2 對特定類型能力的評估 130
9.1.3 需監(jiān)控的潛在進展 132
9.1.4 結論和建議：合成生物學拓展了可能性 133
9.2 框架的未來使用 134
9.2.1 結論和建議：用于評估關注的框架有助于制定規(guī)劃 134
9.3 合成生物學時代的生物防御意義 135
9.3.1 結論和建議：需要一系列準備和響應策略 135
9.3.2 探索領域 136
參考文獻 137
附錄A 合成生物學特有的概念、方法和工具 161
A.1 設計 161
A.1.1 自動化生物設計 161
A.1.2 代謝工程 163
A.1.3 表型工程 163
A.1.4 水平轉移與可傳播性 164
A.1.5 異源生物學 164
A.1.6 人體調節(jié) 164
A.2 構建 165
A.2.1 DNA 構建 165
A.2.2 基因或基因組編輯 167
A.2.3 文庫構建 168
A.2.4 工程化構建體的啟動 168
A.3 測試 169
A.3.1 高通量篩選 169
A.3.2 定向進化 170
參考文獻 171
附錄B 選定的用于為框架提供信息的前期分析 173
B.1 基于能力的武器開發(fā)框架來自國防大學 173
B.2 考慮因素來自《全球化、生物安全和生命科學的未來》 174
B.3 決策框架來自《創(chuàng)新、兩用性和安全》 174
B.4 實驗目標來自《恐怖主義時代的生物技術研究》 175
B.5 美國國立衛(wèi)生研究院的防護準則 175
B.6 DURC 程序所強調的實驗類別 176
B.7 社會風險評估計劃（SRES） 176
B.8 GRYPHON 分析 177
參考文獻 178
附錄C 促進框架因素考量的問題 179
附錄D 委員會成員簡介 184
附錄E 利益沖突披露 189
附錄F 研究方法 190