技术的进步可能会让从零开始制造危险的生物材料变得更容易。
上图：天花病毒图解。由宿主细胞衍生的膜（透明）覆盖病毒颗粒。这里面是核心（绿色），它包含了粒子的DNA遗传物质。核心具有双凹面形状。
2016年11月，病毒学家大卫·埃文斯（David Evans）前往日内瓦参加世界卫生组织天花研究委员会的一次会议。36年前，这种致命病毒已被宣布根除；唯一已知的活天花样本由美国和俄罗斯政府保管。
然而，埃文斯却宣布了一个惊人的消息：在会议召开前几个月，他和一位同事在加拿大的实验室里，从零开始，创造出了一种天花病毒的近亲。在随后的一份报告中，世界卫生组织写道，该团队的方法“不需要特殊的生化知识或技能，也不需要大量的资金或时间。”
实际上，大卫·埃文斯并不同意这种说法：他表示，这个过程“需要大量的技术技能”。但某些技术确实让实验变得更加容易。特别是，埃文斯和他的同事能够简单地从 GeneArt（赛默飞世尔科技公司的子公司）的邮件中订购长段病毒DNA。
如果DNA是生命的密码，那么像 GeneArt 这样的机构就是印刷作坊 —— 他们合成定制的DNA链并将其运送给科学家，科学家可以用DNA使酵母细胞在黑暗中发光，或者创造一种吃塑料的细菌，或者从头开始制造一种病毒。如今，有数十家，甚至数百家公司在销售基因，以越来越低的价格提供DNA。（如果DNA类似于一段很长的文本，那么如今每个字母的收费通常低于10美分；按照这个速度，开始构建流感病毒所需的遗传物质将花费不到1500美元。）新的台式技术（本质上是便携式基因打印机），有望使合成DNA更广泛地应用。
但是，至少从21世纪初开始，这一领域一直笼罩着人们的担忧，人们担心有人会利用这些服务造成伤害 —— 特别是制造致命病毒，并利用它实施生物恐怖主义行为。
与此同时，美国对合成DNA供应商的安全规定很少。毫无疑问，从埃博拉病毒或天花病毒中提取一批基因并将其运到美国是完全合法的 —— 尽管根据管理某些病原体的法律，实际上用这些遗传物质制造病毒可能是非法的。
这种担忧是否合理还在讨论之中。一些专家说，对大多数科学家来说，用合成DNA制造病毒仍然非常困难，而且对攻击的担忧往往被夸大了。与此同时，在硅谷慈善家的资金推动下，一些新的非营利组织正在推动更严格的保护措施，防止合成DNA的滥用，这些举措有时会引发最坏的情况。然而，实施有效的安全措施是困难的 —— 就像在一个庞大的跨国行业中实施任何规范一样。
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乔治梅森大学的生物防御研究员格雷戈里·科布伦茨（Gregory Koblentz）说：“我并不担心明天会发生什么事。但现实是，这种能力越来越强大，包括DNA片段的长度、你可以用它们创造什么，以及接受者将DNA片段组装成新病毒的能力。这是我们真的应该更加积极主动的事情，并努力走在前面。”
也许，对不加控制的DNA合成的危险发出警告的最著名的科学家，是麻省理工学院的生物技术学家凯文·埃斯维尔特（Kevin Esvelt）。在谈及此话题时，埃斯维尔特在技术细节和卡桑德拉式的警报之间快速切换。他经常谈到日本病毒学家远藤诚一（Seiichi Endo），远藤诚一在1987年加入了奥姆真理教（Aum Shinrikyo）。远藤参与了对东京地铁的毒气袭击，该组织试图获得埃博拉病毒，但似乎失败了。
从那以后，制造病原体变得更容易了，这在一定程度上要归功于合成DNA的广泛可用性。凯文·埃斯维尔特说：“我真的很难想象，一个京都大学受过研究生培训的病毒学家今天无法组装流感病毒。”
正如埃斯维尔特所描述的那样，合成生物学的问题在于权力：新技术给了一群科学家制造深不可测的危险虫子的钥匙。在这些科学家中，很少有人（也许没有人）有任何意愿去运用这种可怕的超能力。但是，埃斯维尔特认为，下一个远藤诚一的出现，只是时间问题。
根据凯文·埃斯维尔特粗略的估计，如果能找到人为其合成DNA的人，全世界可能有30000名科学家具备制造大流行性流感毒株的技能。而释放这种病原体的后果可能是灾难性的。
“没有个人能制造核武器，”凯文·埃斯维尔特说。“但是一种病毒呢？不幸的是，这是非常可行的。”
并不是所有人都会相信这些数据。病毒学家安吉拉·拉斯穆森（Angela Rasmussen）去年11月在Twitter上写道：“病毒学家数以千计，但拥有这些技能的人要少得多。”这篇文章暗示，埃斯维尔特的工作夸大了生物恐怖袭击的风险。“有传染性的克隆体不是你在车库里就能造出来的，”她继续说 —— 即使手头有一整套DNA。
德克萨斯农工大学研究病媒的生物学家扎克·阿德尔曼（Zach Adelman）对这些观点表示赞同，并质疑埃斯维尔特更广泛的方法。扎克·阿德尔曼表示：“这听起来像是他典型的恐吓策略。一个单一的、专注的、恶意的人还能在逃避检测的情况下制造自己的流感病毒株吗？也许吧，但即使在理想的情况下，这些实验也需要大量的资源。”
马里兰大学国际与安全研究中心的生物安全专家米尔顿·莱滕伯格（Milton Leitenberg）说，即使有人设法非法制造病毒，实施生物恐怖袭击仍然很困难。“所有这些都被令人难以置信地夸大了，”他在回顾了埃斯维尔特在2021年向美国众议院一个小组委员会提交的关于故意引起大流行风险的证词后说。
不过，尽管专家们对风险的程度可能存在分歧，但许多人都同意，合成DNA的某种安全性是有保证的，而且目前的系统可能需要升级。病毒学家安吉拉·拉斯穆森说：“我确实认为有一种筛选合成DNA的方法是值得的，人们可以订购这种方法，以确保人们无法真正重建那些选择性的病原体或其他危险的病原体。”
多年来，一些政策制定者和行业领袖一直在推动加强DNA合成的安全性。
21世纪初，基因合成产业刚刚起步，政策制定者越来越担心这些公司的服务可能被滥用。2010年，美国政府发布了一套指导方针，要求合成DNA供应商审查他们的订单，以防出现危险信号。
但是，这些指导方针不具有法律效力。公司可以随意无视它们，而且他们可以将几乎任何基因运送给任何人，至少在美国境内（根据联邦贸易法规，出口某些基因需要许可证）。尽管如此，在政府发布指导方针之前，主要的合成DNA供应商已经在加强安全。2009年，五家公司成立了国际基因合成联盟（IGSC）。GeneArt 时任首席执行官在联盟成立的声明中写道：“基因合成产业的发展依赖于无懈可击的安全记录。”
联盟成员同意对他们的客户进行筛查。（例如，它们不会发送到邮政信箱。）他们也同意按照生物防御研究员格雷戈里·科布伦茨所说的实际上比联邦指导方针更严格的标准来筛选订单。
但一些公司从未加入。根据一项常被引用的估计，非 IGSC 成员约占全球DNA合成市场的20%。这不过是一个有根据的猜测。华盛顿特区智库核威胁倡议（Nuclear Threat Initiative）生物政策团队的负责人杰米·亚西夫（Jaime Yassif）表示：“说实话，我们真的不知道。”她和其他分析师说，一些公司似乎根本没有进行筛选。
事实上，花几分钟时间在谷歌上搜索合成DNA，很容易就能找到非IGSC公司为他们的服务做广告。很难说这些公司采取了什么样的安全措施（如果有的话）。
据纳斯达克上市公司Azenta Life Sciences网站介绍，该公司在2018年收购了合成DNA提供商Genewiz后，提供“完整的基因合成解决方案”。其网站上没有任何地方提到生物安全。在一封电子邮件中，Azenta投资者关系总监萨拉·西尔弗曼（Sara Silverman）写道，该公司“进行生物安全筛查”，但拒绝提供细节。她也没有回答Azenta为什么没有加入IGSC的问题。
整个行业的安全性参差不齐。Twist Bioscience公司生物安全负责人、IGSC董事会现任主席詹姆斯·迪根斯（James Diggans）说：“没有标准化过程，没有认证，没有外部机构来检查你的系统做得有多好。”因此，他说，“公司会根据他们想要在这个过程中投入多少精力来进行广泛的投资。”
另外，偷工减料也有经济诱因。现有的DNA筛选系统从一个序列中提取一条DNA链，并将其与所谓的“关注序列”数据库进行比较。如果匹配，生物信息学专家就会对序列进行审查 —— 这一过程既昂贵又耗时。IGSC董事会现任主席詹姆斯·迪根斯说：“如果你决定不投资于安全，或者你决定在安全方面投资最少，这肯定是一种不公平的竞争优势。”
一些专家说，一个解决办法是使用免费、简单、高质量的筛查软件。在接下来的几个月里，两项这样的计划将启动。
其中一个名为 SecureDNA 的系统本月推出了限量试点，计划在2023年底前广泛推广。它的核心是一个由数十亿条非常短的遗传信息组成的数据库，这些信息的确切内容是一个严格保密的秘密。一个科学家小组 —— 生物技术学家凯文·埃斯维尔特是SecureDNA团队的一员，他称他们为“策展人” —— 将最终维护和更新这个位于瑞士的工具。订单被加密并路由到SecureDNA服务器。在那里，一个自动化系统查找订单和数据库之间的匹配。SecureDNA团队在最近的一篇论文中报告说，从最初的测试来看，这个模型很难被愚弄，研究人员预测它很少会产生假警报。（该团队计划在对SecureDNA进行更多实际订单测试后，将论文提交同行评审。）
目前，还不清楚企业是否真的会参与进来。为了最大限度地提高安全性，这个系统有点像一个黑盒子。凯文·埃斯维尔特说，到目前为止，还没有公司承诺将其筛选过程移交给SecureDNA，尽管一些公司已经同意进行测试。
2020年，“核威胁倡议”的负责人杰米·亚西夫开始与世界经济论坛和一个专家顾问小组合作开发一种不同的筛查工具。该工具被称为“DNA合成筛选共同机制”，计划于2023年在一个新的国际组织的赞助下推出，将分发给企业，然后企业可以使用该软件搜索订单，以寻找潜在的危险信号。
杰米·亚西夫说：“基本的想法是，如果我们给公司提供一种工具，让他们更便宜、更容易地做正确的事情，那么他们就会非常有吸引力地接受它。”
政府官员也在采取行动，鼓励更严格的筛查。两年前，美国卫生与公众服务部（Department of Health and Human Services）开始更新2010年的指南，专家表示，这些指南已经过时。新的指导方针将于2023年出台。在其他变化中，他们可能会要求公司开始筛选较短DNA片段的订单，而不是只关注较长遗传物质片段的订单。（目的是防止人们购买许多短DNA片段，然后将它们串在一起，变成高风险的东西。）
2022年8月，加州州长加文·纽森签署了一项法案，要求加州州立大学系统只从筛选订单的公司购买合成DNA，并要求加州大学系统也这样做。
乔治梅森大学（George Mason University）的专家、该法案的顾问科布伦茨说：“这是美国首次法律要求合成DNA使用者注意他们订购的产品的安全保障措施。”
最终，科布伦茨说，联邦政府应该采取更多措施来鼓励良好的筛查。他说，例如，主要的联邦科学资助者可以提供资助，条件是研究机构利用他们的市场力量，从更安全的提供者那里购买他们的DNA，“要求研究人员使用生物安全措施”。
到目前为止，似乎还没有实施这类激励措施的计划。“遵守修订后的指南，就像遵守2010年的指南一样，是自愿的，”研究新指南的联邦科学家马修·夏基（Matthew Sharkey）在一封电子邮件中写道。他还说，“目前没有一个联邦机构将遵守这些规定作为获得研究经费的条件。”
在其他紧迫的全球问题中，生物安全专家有时很难引起人们对这个问题的关注。科布伦茨在2020年为《原子科学家公报》撰写的一篇文章题为《一家生物技术公司故意制造了一种类似天花的病毒》。似乎没人在乎。”
最近，关于合成DNA安全的紧迫感主要来自有效的利他主义社区：这是一个以硅谷为中心的松散运动，旨在采取理性的方法来做尽可能好的事情。支持者经常把精力投入到紧迫的公共卫生问题上，如疟疾治疗，以及更罕见的问题，如流氓人工智能或外太空治理。
该运动在过去十年中日益突出，成为预防人为流行病倡议的主要资助者。两个有效的利他主义组织“有效给予”和“开放慈善”正在为杰米·亚西夫的项目提供资金支持。杰米·亚西夫曾在同样支持 SecureDNA 的Open Philanthropy工作。
尽管对生物恐怖主义存在这些担忧，但其风险在很大程度上仍停留在理论层面。马里兰州生物安全学者莱滕伯格从20世纪60年代开始研究生物武器问题。在2005年的一篇论文中，他认为该领域的人经常夸大生物恐怖分子带来的风险。
正如莱滕伯格所说，美国在过去20年里已经花费了数十亿美元来准备应付生物恐怖袭击，但至少到目前为止，这种威胁还没有成为现实。“真正的生物恐怖分子，”他说，“还没有制造出任何东西。”他认为，实验室事故造成的风险远远大于一个流氓演员。
很明显，监管合成DNA行业的挑战只会变得更加复杂 —— 特别是因为制造DNA变得越来越容易。如果说DNA合成公司是打印店，那么新一代初创公司现在正在制造家用打印机：所谓的台式打印机，其中一些零售价不到10万美元，使在实验室定制打印DNA成为可能。
SecureDNA和通用机制都希望有一天能够允许公司直接将安全工具整合到台式设备中，这样他们就可以远程阻止某些序列的生产。
杰米·亚西夫说，这种新的台式技术有潜力极大地扩大获得定制DNA的人群。她警告说，这项技术仍处于起步阶段。“我不认为今天天要塌下来，”亚西夫说。“但是，我认为这是一个警钟，我们现在需要考虑这个问题，现在就要加强安全。”
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