约翰霍普金斯大学健康安全中心发布应对全球灾难性生物风险的技术报告

随着生物技术和信息技术的不断发展，两类技术在对方领域的交叉应用得到拓展，而生物技术和信息技术的融合则可能成为未来科技爆发的突破口。

      10月23日，约翰霍普金斯大学健康安全中心发布《应对全球灾难性生物风险的技术》报告，阐述应对全球灾难性生物风险的5大类15种技术。并提出预防和应对大流行和全球灾难性生物事件的举措：建立由技术人员、公共卫生工作者和决策者组成的联合体，了解大流行病和全球灾难性生物风险的紧迫问题，共同制定技术解决方案。

一、背景

传染病突发事件会对健康和社会造成严重持久危害。过去一个世纪的全球突发疫情有：1918年大流感疫情，2003年致命非典和MERS冠状病毒，2013～2016年西非埃博拉疫情，对该地区造成毁灭性影响。

全球灾难性生物风险涉及自发、新发和蓄意制造或释放的生物制剂，会导致突发大范围的灾难。气候变化、人口增长和城市化以及跨地区移动时间缩短等因素，使得严重流行病和全球灾难性生物事件的风险增加。生物技术的进步也增加了微生物被滥用或成为大流行的风险。

为应对严重流行病和全球灾难性生物事件，约翰霍普金斯大学健康安全中心进行了相关技术筛查，确定潜在技术领域；识别降低灾难性生物风险的潜在技术；提供技术的背景、承诺、限制以及技术开发和应用条件。

二、研究方法

预防或应对全球灾难性生物事件的技术不同于常规公共卫生和医疗实践中使用的技术。为确定应对严重流行病和全球灾难性生物事件风险的潜在技术，研究小组进行了横向扫描，包括文献回顾和领域专家采访，对每种技术进行技术判断：技术的早期开发到可部署的就绪度，技术对全球灾难性生物风险的潜在影响，有效部署该技术的资源需求。

三、应对全球灾难性生物风险的技术

1.疾病监测、检测和态势感知

普适基因组测序与传感技术：是一种病原体实时监测工具，可对病原体进行实时表征，包括毒力、传播力以及对药物或疫苗的敏感性或耐药性的测定。未来可提供病原体的基因增强或修改的测定，收集非传统样本数据，从飞机洗手间、医院洗衣房、市政污水系统和空气处理系统中提取样本进行测序，实现致命病原体或生物事件的实时监测预警。

无人机环境监测网络：现有的远程生态探测系统无法进行大片陆海空全域实时监测，未来无人机环境监测网络将使用光学摄像机和精确传感器，配备实时PCR和测序平台等自动采样和分析技术，多台无人机联网，实现核生化事件评估、生态系统监测、人口活动跟踪、动植物健康监测等。大规模无人机监测还需要调整无人机的相关法规。

农业病原体遥感技术：高分辨率卫星成像技术已被用于大规模远程评估植物健康，形成持续农作物健康遥感系统。农业病原体卫星监测可提早发现和监测病害作物，降低风险，防止病害蔓延。目前的作物健康监测系统基于已知病原体，无法监测新发植物病害。未来基于成像技术的监测可提高新发病害威胁的识别率，使用先进卫星成像和图像处理技术可进行持续、广泛、系统的农业监测，可在潜在威胁蔓延前发现威胁。

2.传染病诊断

微流控装置：微流控装置是“芯片实验室”诊断设备，可提高传染病诊断效率，降低治疗延误，未来将扩充或取代传统的实验室测试设备，便捷地在资源受限环境中进行诊断，纸质微流控装置可重复测试实现病疾病的早期诊断和隔离，但在灵敏性和特异性上还需进一步提高。

手持式质谱仪：未来手持便携式质谱能在实地和护理点进行病原体的快速、便携、现场检测和诊断。一些质谱技术可提供未知病原体或病原体泛域诊断能力，甚至诊断测试前无需区分细菌、病毒、真菌或原生动物。

无细胞诊断技术：无细胞诊断技术是利用基因工程回路和冻干无细胞提取物（通过裂解细菌细胞和收集转录/翻译机制，创造出能制造蛋白质的无细胞提取物），生产肉眼可见的色度输出酶来快速检测病原体。这些无细胞提取物可被冻干在纸等多孔材料上，可室温保存超过一年。目前从序列获取到制造无细胞纸质冻干诊断器需1周时间，传感器成本为2~4美分，检测时间为25~40分钟。使无细胞诊断技术具备廉价、便捷、长期保存等优点，大大缩短大流行病爆发时的响应时间。

3.分布式医疗对策建设

制造医疗对策的合成生物学技术：合成生物学为疾病治疗手段提供了新方法，可提供分布式和定制式的医疗对策生产能力。与传统技术相比，合成生物学技术能更快实现药物疫苗的发现和生产，产量更大。未来集中式药物生产模式将被打破，在全球灾难性生物事件发生时，病原体的转基因底物可快速传递到世界各地科研机构，进行药物或疫苗的医疗对策生产。

3D打印化学品和生物制品：3D药物打印可用于分散生产药物以及个性化药物剂量和制剂。当前，3D打印机可在任何地点合成关键化学药品，探索3D打印技术的疫苗生产。未来3D打印药物技术可解决医疗对策集中制造导致的分配和获取问题以及相关药物剂量和配方问题，促进药物递送系统和医疗对策的测试流程。未来需要进一步提高3D打印医疗对策的效率，实现全球同时制造医疗对策的药物疫苗和设备等，快速应对全球灾难性生物风险。

4.医疗对策分布、分配与管理

疫苗接种的微阵列贴片技术：微阵列贴片是一种新兴的疫苗接种技术，可实现安全、无痛、皮内注射的疫苗接种方式，几天内实现大规模疫苗接种。广泛采用微阵列贴片技术可实现紧急情况的自我免疫管理，将大大减少大批人口的免疫接种时间。

自我传播型疫苗：自我传播型疫苗是经基因改造，以传染病传播方式在人群中传播疫苗，为人体提供保护性疫苗。未来通过对目标人群的少数人进行疫苗接种，疫苗株在人群中传播，像致病性病毒一样产生迅速广泛的免疫传播，可显著增加人或动物群体的疫苗覆盖率。在应对全球灾难性生物风险时，只需对少数个体接种疫苗就可为大量易感人群提供保护，无需大规模疫苗接种。但需要考虑传播型疫苗接种的知情同意问题以及疫苗传播所带来的致病风险。

细菌类口服疫苗：细菌可通过基因工程改造在人体产生抗原，该抗原通过肠道激发人体对病原体的免疫反应。将这些细菌放置在温度稳定的胶囊中，在病原体疫情大流行时实现自我管理。未来可实现在2月内开发细菌类口服疫苗，数周内扩大产量。

自扩增mRNA疫苗：自扩增mRNA疫苗是使用经修饰的带正义RNA的病毒基因组，在人体细胞内传递时会被翻译并产生2种蛋白质，一是刺激免疫反应的抗原，二是用于疫苗细胞内扩增的病毒复制酶。自扩增mRNA疫苗会产生更强、更广泛、更有效的体液和细胞免疫应答。未来的自扩增mRNA疫苗安全、有效、易改造，无需细胞就能制造并实现快速、小剂量、高效可扩展的疫苗生产。

无人机医疗物资投送：使用无人机运输网可将医疗物资和药品快速运送到偏远或传染病高风险地区。

5.医疗护理与增援能力

机器人和远程医疗：机器人和远程医疗是两类医疗护理技术，机器人可被用于运输实验样本、药品和其他必需品以及临床护理，可替代更多知识或劳动密集型医疗护理服务，如提供静脉注射液或药物等。未来的医疗机器人可在远程医生指导下自动收集生物数据和生物样本、测试样本、诊断或治疗患者以及配发药品，实现非传统环境(如家庭)中的医疗护理，护理和挽救更多生命。

便携易用式呼吸机：未来的价格低廉、携带方便、用户界面直观且基本自动化的机械呼吸机，可在严重呼吸道疾病爆发时使更多病人获得生存机会。

转自丨国防科技要闻