入侵总统DNA,未来犯罪新手段

作者| Andrew Hessel,Marc Goodman,Steven Kotler 来源:译言 网站:http://select.yeeyan.org

据传,美国政府一方面正在秘密收集各国领导人的DNA,另一方面也在不遗余力保护巴拉克·奥巴马的DNA。一旦这些基因密码被破解,就可能泄露一些对当事人有害的信息。在不远的将来,它们还可能提供更多信息——以此为基础可研发个性化生物武器,进而干掉任何一个领导人且不留蛛丝马迹。

未来也许是这样发展的。随着基因操作的基本工具价格的急剧下滑,生物制剂的设计就自然而然采用众包方法了。针对晚期癌症的个性化基因治疗成为医学界尖端技术,病毒设计网站随之出现,在这类网站上,人们可以上传自己的疾病信息,病毒学家可以发布为患者量身定制的治疗方案。从医学上来说,这绝对合乎情理:长期以来,大自然设计了杰出的病毒作品。稍事加工,这些病毒就会变成理想的基因传递工具。

很快,这些网站便收到了铺天盖地的治疗请求,而且这些请求不仅仅局限于癌症。诊断剂、疫苗、抗菌药物甚至是由设计师专门设计的精神药物——所有这些都出现在了请求列表中。至于人们怎么处理这些生物设计,只有天晓得。那时尚没有成立任何监管它们的国际机构。

因此,2016年11月,当昵称为嘎吱上尉(Cap'n Capsid)的初次访问者在病毒设计网站 99Virions上发布挑战时,并没有收到任何警告;他的挑战只是那天贴出的一百多份设计请求之一。嘎吱上尉可能曾经是制药行业的顾问,他的挑战只是再一次试图了解迅速转变的研发前景——实际上,他本来可能就这么做平凡人了——然而该问题非常有趣。此外,嘎吱上尉给出了500美元悬赏奖金,几个小时的工作能赚这么多,也不错了。

随后,99Virions网站的日志文件显示嘎吱上尉的IP地址来自巴拿马,尽管这个地址可能是伪造的。设计规范本身没有亮任何红旗。设计规范使用合成生物学人所钟爱的合成生物学开源语言(SBOL,Synthetic Biology Open Language)书写,看起来就像一个标准的疫苗请求。所以人们只需要照着做就是了,就像最新设计的被写入“自动进化”的自动化电脑程序一样。这些算法运行得相当好,目前几乎赢得了三分之一的挑战。

在12个小时内,提交了243份设计作品,其中大部分是由计算机化的专家系统设计的。但是,这一次的赢家GeneGenie27竟然是人——一个精通病毒学知识的20岁哥伦比亚大学本科生。他的设计很快被转到上海一个蒸蒸日上的在线生物市场。之后不到一分钟,冰岛一家新兴合成生物企业赢得了合同,可将5984个碱基对蓝图转变为真正的遗传物质。三天后,一包每片10毫克重的微型速溶药片被装入联邦快递信封并交给了快递员。

两天后,哈佛大学主修管理的大二学生萨曼莎(Samantha)收到了这个包裹。萨曼莎以为里面是她在网上订购的新型合成迷幻剂,当晚便拿出一片塞进左侧鼻孔,然后走进盥洗室。当萨曼莎穿好衣服,药片已经开始溶解,一股股外来遗传物质已经进入了她的鼻粘膜细胞中。

有些舞会药——似乎她所有的舞会药,都是流感病毒。那天夜里晚些时候,萨曼莎有些低烧,散发出了数十亿病毒颗粒。这些病毒颗粒会以指数增长的连锁反应在校园内传播,除了会引起轻度发烧和打喷嚏以外,完全无害。一旦病毒进入含有某一特定基因序列的细胞,情况就有所不同了。特定的基因序列指的是那些能充当化学钥匙开启未必呈良性的次功能序列。这种次级基因序列会引发一种迅速破坏神经的疾病,将导致失忆,最终致死。世界上唯一一个拥有这种基因序列的就是美国总统,他计划那周晚些时候在哈佛大学肯尼迪政府学院演讲。当然,校园里成千上万人会不断地抽鼻涕,但是联邦特勤局(Secret Service)大概不会觉得这其中有什么问题。毕竟那是12月——本来就是感冒和流感的高发时节。

我们刚刚所描述的情节听起来似乎和科幻小说那样——这确实含有一些对未来主义的跳跃想象。科学界的人们认为我们的时间过渡太快。但是,想想从本世纪初的开始,快速发展进步的技术已展现出一种明显的趋势:马上把不可能转变为可能。去年(2010年),在杰帕迪游戏(Jeopardy,译注:美国1964年开播的电视节目,拿下过28项艾美奖大奖,也是世界金氏记实中得奖最多的电视益智问答类节目)里,由IBM公司打造擅长人类语言的人工智能计算机华生(Watson),击败了人类冠军肯·詹宁斯(Ken Jennings)。当我们写这篇文章的时候,士兵们装上仿生假肢继续服役,无人驾驶的汽车行驶在马路上。然而,与最近生物科学领域的巨大飞跃相比,这些进步显得微不足道——生物科学上实现的巨大飞跃让我们难以想象。

对比偶然流行的瘟疫和大规模杀伤性武器,个性化生物武器更加微妙,且具有较小危害性。但是,它们可能更容易爆发。

更重要的是,收集各国领导人的DNA已经是个阴谋。根据2009年出版《总统特勤局》的作者罗纳德•凯斯勒(Ronald Kessler)说,海军管家收集了总统的床单,水杯以及其它总统碰触过的物品——对其进行消毒或销毁处理——为了防范欲得到总统基因的不法分子。(特勤局从不承认也不否认这样的行为,也不会对此文章的其他方面发表评论。)根据2010年维基解密(WikiLeaks)发布的秘密电报,美国国务卿希拉里·克林顿曾经指示我们的驻外大使馆,暗中收集国外首脑以及联合国高级官员的DNA样本;显然,美国把获取世界领袖的具体生物学视为战略优势;如果其他国家不这样想的话,那可就奇怪了。

尽管目前尚没有使用先进且具有基因针对性生物武器的报道,本文作者——包括遗传学和微生物学专家安德鲁·何塞尔和全球安全和执法专家马克·古德曼(Marc Goodman)——都相信生物武器正在一步步走向可能。大多数支撑技术都已就位,已经开始服务学术研发小组和商业生物技术组织的需求。这些技术的威力正以指数的形式增长,特别是那些能轻易操纵DNA的技术。

癌症治疗的发展史就是正在上演的生物技术发展的缩影。大多数癌症药物能杀死细胞。如今的化疗是化学战剂的衍生物:我们已把生物武器转变为治疗癌症的药物,尽管是最原始的药物,就像地毯式轰炸一样,副作用是必然的。如今,多亏了基因学的进步,让我们认识到每种癌症都是唯一的,研究方向也能转向个性化用药——设计师疗法,以特别的方式消灭特殊病人体内特定癌细胞;这种疗法是像激光一样,专门针对癌细胞。

指数增长的基因科学

若真想懂得生物科学界所发生的一切,需先理解信息技术的发展速率。1965年,戈登·摩尔(Gordon Moore)提出:自20世纪50年代后期集成电路发明以来,电脑芯片上集成电路组成部件的数目将大约以每年翻一番的速度增长。摩尔预言:这个趋势将“至少持续10年”。他继而联合创办了Intel公司。他说对了,这个趋势确实持续了10年,乃至之后的10年。一切如他所说,50年后,他的洞见依然准确,它经受住了时间的考验,已然成为著名的“摩尔定律”,指导着半导体工业的发展规划。

“摩尔定律”最初预言:每12个月(如今是每24个月)[1],集成电路上的晶体管数目将翻倍——这就是我们所知的“指数增长”模式。线性增长是一个缓慢、连续的过程(1变2,2变3,3变4……),而指数增长则是爆炸性的成倍增加(1变2,2变4,4变8……),并会带来革命性的效果。20世纪70年代,世界上最强大的超级计算机是Cray,要一间小屋子才装得下,一台价值差不多800万美元。如今,你口袋里的iphone,速度比它快100多倍,却便宜了12,000多倍。这便是指数增长在起作用。

1990年,美国能源部及国立卫生院联合发表声明称,他们计划在未来15年内,完成人类基因组中30亿个碱基对的测序工作。该计划被认为是迄今开展的最雄心勃勃的生命科学项目。虽然预算资金高达30亿美元,但进展却很缓慢。辛勤工作了多年以后,许多专家甚至质疑能否在计划的时间和预算内完成该项目。

直到1998年,生物学家、企业家克莱格·文特尔(J. Craig Venter)携赛莱拉公司(Celera)参与竞赛,才打破这一局面。文特尔利用生物科技的指数增长,依靠新一代基因测序专家以及新颖的计算机密集型霰弹枪测序法来绘制人类基因组草图(他自己的),用时不到两年,耗资仅3亿美元。

克莱格·文特尔(J. Craig Venter)

文特尔的成就令人震撼,但那也只不过是个开端而已。到2007年,也就是短短7年之后,花费不到100万美元就能完成人类基因组的测序工作。2008年,有的实验室只要6万美元就能完成该项测序工作,2009年,花费降到5000美元。今年只需1000美元,而且价格有可能继续下降。照现在的降幅,不出5年,花费将降到100美元以下。纵观世界历史,可能再也没有哪种技术价格下跌如此迅猛,性能提升却如此神速了。

这些发展极大地增加了几项危险的危险系数。最可怕的噩梦莫过于恐怖分子制造了大规模杀伤性武器,或是马虎的科学家一不小心散播了瘟疫——这些担忧很实际,亟需更多的关注。本故事的焦点是有个体针对性的的生化武器,它更精巧,不至于造成毁灭性的威胁,可能正因为如此,社会基本上还没把它列入考虑范围之内。但是我们相信,这种武器一旦面世,比之具有大规模杀伤性的生化武器,它的使用机率会更高。对首次犯罪的人来说,在实施大规模杀戮之前,大多数罪犯可能还会再三思量,而针对个人的谋杀简直太平常了。

未来,政治家、名人、行业领袖——任何人,真是这样的——都易成为疾病袭击的目标。多数袭击即使是致命的,也可悄无声息地进行,而被害者会被误认为是自然死亡;另有很多时候,锁定嫌疑人可能会困难重重,特别是从遭到疾病侵袭到症状显现还需要一段时间。

不仅如此,当我们仔细深入地探究时会发现,这些科学发展终将引领一种全新的个人战斗方式。比如,试想一下,把一个大公司的CEO诱导成偏执狂以赢得商业先机;或者,在未来,通过感染购物者,促使他们冲动购物。

在eBay,一套二手实验设备要价不过10000美元。除去分析仪器——因为这个过程可以外包——攒齐一套基本的细胞培育平台所需不到1000美元。购买化学品和实验室用品从没像今天这么易如反掌;几百家网络转售商接受信用卡付款,能把货运到几乎世界任何地方。

生物知识也日渐普及。像JoVE(可视化实验期刊)这类网站就提供几千个有关生物科技的示范视频。麻省理工学院有这方面的在线课程。许多期刊将实现开放存取,这样一来,资料完备、方法阐释详尽的最新科研成果便可供人自由查阅。如果你想找到实践性更强的学习方法,有几十个“DIY”生物组织可任由你加入,如“基因空间”(Genspace),“生物猎奇”(BioCurious)等等,它们最近如雨后春笋般地涌现,基因工程俨然已经成为供爱好者追逐的天地。

比尔·盖茨在最近一次采访中对记者说,如果他今天还是个孩子,他会把入侵电脑抛到脑后:他要入侵生物。

生化恐怖威胁

自1972年基因工程发明以来,直到最近,设备的高成本和有效使用这些设备的高额教育费用让大部分居心叵测之徒只能望洋兴叹。但如今,这些准入障碍几乎消失殆尽了。 2011年12月7日,美国(前)国务卿希拉里·克林顿在生物和有毒武器公约审议大会(Biological and Toxin Weapons Convention Review Conference)上的一次讲话中说:

不幸的是,恐怖分子和其他非国家行为体开发和使用这些武器的能力在加强。因此,这必须成为我们行动的新焦点……因为已经出现令人警惕的迹象,严重到让我们无法忽视。

生物学前沿的迅速拓展提出一个让人不安的问题:你怎么防范尚不存在的威胁?基因工程处在一个新时代的边缘。旧的时代属于DNA测序,这仅仅是解读基因密码的行为——即从构成DNA的四种化学物质的排列顺序中辨别和提取意义。然而现在,我们正在学习如何编写DNA,由此创造的可能性既是伟大的,也是骇人的。

2010年5月,文特尔合成了世界上首个可自我复制的人造染色体。为了设法做成这件事,他利用电脑设计了一个全新的细菌基因组(共有超过1百万个碱基对)。设计刚刚完成,密码便马上通过电子邮件发送到了蓝鹭生物技术公司(Blue Heron Biotechnology),这是西雅图地区的一家公司,在按数字蓝图合成DNA方面很有一套。蓝鹭公司收到的是文特尔传送来的A、T、C、G碱基密码,送还文特尔时,它们已变成多个小瓶装的冰冻质体DNA。就像一个人可以在电脑上安装操作系统一样,文特尔把这套合成DNA嵌入一个宿主细菌细胞,这个细胞自身的DNA事先已经掏空。很快,该细胞开始生成蛋白质,或借用如今在生物学家当中流行的电脑术语说,它“启动了”:完全基于植入DNA的密码,它开始新陈代谢和成长,最重要的是开始分裂。一个细胞变成两个,两个变成四个,四个变成八个。每个新细胞只携带文特尔设计的合成指令。就一切实用目的而言,这是一个全新的生命形式,实实在在是从无到有,凭空出世。文特尔称它为“我们星球上第一个电脑生成的自我复制的物种”。

因为合成生物技术令DNA的设计、合成及组合变得更加简单,我们已经从微调基因设计发展到构建新生物体的阶段——即创造地球上从没出现过、完全由我们的想象孕育出来的物种。因为我们能够控制这些生物的生存环境,在调整温度、气压、食物来源的同时,消灭这些物种的天敌和消除其他可能造成它们生存压力的因素,因此,我们不久之后创造出来的生物将具有自然界不可能赋予的能力。你能够想象得出在火星表面茁壮生长的生物体吗?或者能够将简单的碳素转变成钻石或者纳米管的生物酶吗?合成生物学发展的终极界限在哪里令人难以预计。

所有这些都意味着,我们跟生物学本已复杂的互动将会变得更加麻烦。混合来自多种物种的基因代码、或创造新的生物体可能会产生意象不到的结果。即使在实验室高标准的安全环境下,事故还是时有发生。如果这些事故中涉及保护壳破裂,那么,今天无害的实验室病菌明天可能就会演变成一场生态灾难。美国总统委员会(Presidential Commission)在《生物伦理学问题研究》(Study of Bioethical Issues)上发表的一份2010年合成生物学报告中这样说道:“如果泄漏实属意外,理论上,可能导致预想之外的跨物种杂交、繁衍增生失控、现有物种受到挤压,从而给生物多样性造成威胁。

跟生化失控一样让人忧心忡忡的还有生化恐怖造成的威胁。虽然文特尔创造的细菌对人类不会造成危害,但是,同样的技术也可以用于构建某种我们已知的致病病毒或病菌,更可怕的是,制造出它们的致命版本。病毒尤其易于合成。2002年,这一事实变得显而易见,在这一年,纽约州立大学石溪分校(Stony Brook University)的病毒学家埃卡德·威默(Eckard Wimmer)通过邮购的DNA化学合成了脊髓灰质炎(小儿麻痹症)的基因组。当时,合成7,500种核苷酸的花费是300,000美元,并且需要几年时间完成。而现在,类似的合成只需几千美元和几周时间。如果这一发展趋势持续下去,到了2020年,时间会缩短到几分钟,花费仅需约三美元。世界各国政府为竭力消除小儿麻痹症已经斥资数十亿;试想一想,恐怖主义分子利用价值三美元的病原体会造成怎样的破坏!

20世纪90年代,因东京地铁系统沙林毒气袭击事件而臭名昭著的日本奥姆真理教一直忙于开展一项生化武器项目,该项目资金极为充足,研究内容中就包括如何传播炭疽热。警方最终搜查他们的实验基地时,发现了他们多年从事这方面研究的证据,估计耗资达到三千万美元;这表明恐怖主义者清楚地看到了进行生化武器研究的价值。尽管奥姆真理教的确造成了相当程度的危害,但没能制作出一种造成大规模杀伤力的生化武器。在《冲突与恐怖主义》(Conflict & Terrorism)2011年的一篇文章中,当时任职于兰德公司的恐怖主义专家威廉·罗西瑙(William Rosenau)解释说:

奥姆真理教的失败表明,实施生化恐怖主义袭击,远非有时政府官员或媒体所描绘的那样容易。尽管奥姆真理教有可观的资金来源、专业的人员配备、明确而又强烈的动机,并且不受日本权威机构的审查,最终它还是没能达成目标。

此一时彼一时。今天,两大趋势正在改变着游戏。第一个趋势开始于2004年,麻省理工大学发起了国际遗传工程机器设计竞赛(International Genetically Engineered Machine [iGEM])。参加竞赛的高中和大学学生团队运用可互换的标准化部件构建出了简单的生物系统。这些标准化部件,就是我们所知道的“生物积木”,即DNA密码片段。每个片段都有明确定义的结构和功能,能够轻松拼接成新的组合,有点儿像基因乐高积木。iGEM把这些设计收录入标准生物组件登记册,这是一个开放性的可下载“生物积木”的资源数据库。

多年来,参加iGEM的团队不仅推翻了技术的障碍,也打破了创造的壁垒。到2008年,学生们已经在设计可以应用于真实世界的生物体;当年竞赛的获胜者是斯诺文尼亚代表队,他们设计的疫苗能够对抗幽门螺杆菌这一大多数溃疡的罪魁祸首。2011年的大奖获得者是来自华盛顿大学的代表队,他们一共完成了三个项目。每个项目都可与世界级学术机构和生物医药行业的成果相媲美。参赛的代表队已利用细菌细胞制造出各种各样的物品,有摄影胶卷、生产血红蛋白的血液替代品以及有数据加密的微型硬盘。

随着iGEM研究水平的提高,参赛者的水平也相应提升。2004年,5只参赛小组为标准生物组件登记册提交了50块潜在的生物积木。两年之后,32个小组共提交了724块。而到2010年,iGEM迅速增长到130个小组,共提交1,863块生物积木——登记册的数据库已经高达5,000多组。《纽约时报》指出:

iGEM一直在为合成生物学的未来打造新一代世界顶级科学头脑,在受到公众辩论以及法律法规的检验之前,这样高风险又引发伦理争议的新科技并没有引起任何人的注意。

(iGEM本身确实要求学生注意伦理和安全问题,并鼓励公众对这些问题展开公开讨论。)

第二波趋势来自于恐怖主义分子和犯罪组织在各个信息技术领域取得的发展。自数字革命诞生之日起,某些早期吃螃蟹的人其实都是些流氓角色。像约翰·德雷珀(John Draper,人称“嘎吱上尉”)这个电话飞客,曾在70年代发现AT&T(美国电话电报公司)电话网络的漏洞,可以利用(译注:"嘎吱嘎吱船长"牌的)麦片盒(这也是德雷珀绰号的由来)里赠送的塑料哨子免费打电话。20世纪80年代,早期台式电脑曾受到复杂的各式病毒攻击而崩溃,攻击者当时是出于恶作剧的心理;之后,到了90年代,他们开始窃取信息和追求经济利益,再度击溃电脑。21世纪出现了所谓逆向工程化信用卡加密算法,无法破解;而智能手机也一直被蠕虫病毒感染。阻断服务攻击在更大规模内变得更具破坏性,从个人网站到大型金融网络无不深受其扰。2000年,加拿大高中生“黑手党男孩”(Mafiaboy)单枪匹马,成功令雅虎、ebay、CNN、亚马逊以及戴尔等网站冻结或减速。

2007年,俄罗斯的骇客击溃了爱沙尼亚的政府网站,使得金融机构、传媒网络、政府机关甚至爱沙尼亚议会陷入一片混乱。一年之后,在俄罗斯人入侵之前,格鲁吉亚的银行系统就已经先遭遇了一次大规模的网络攻击,不仅自身完全瘫痪,手机网络也同时崩溃。伊拉克的暴乱分子随后改制离线卫星网络下载器——常被用来盗用卫星电视的廉价俄罗斯软件——用以阻隔美国掠夺者无人侦察机的视频反馈,目标是控制和侵入美国的军事操作。

历史趋势清楚地告诉我们:无论何时,无论新技术何时进入市场,非法手段总会紧随合法利用之后出现。黑市很快便应运而生。因此,既然犯罪分子和恐怖分子已经熟稔于利用各种技术,他们也必然会很快进军合成生物学这一前沿数字化领域。

将危机扼杀于摇篮

2005年,为了对这一威胁做好准备,美国联邦调查局(FBI)雇佣了美国安进公司(Amgen)的癌症研究员,爱德华·尤(Edward You)。他曾是南加州大学凯克医学院的基因治疗师。如今,作为FBI内部生物对策部门大规模杀伤性武器局的高级特工,尤知道生物科技的发展太过迅速,当局已经无法跟上步伐,因此他决定,保持领先的唯一办法就是寻找奔走在前沿的队友。“当我参与进来的时候,”尤说,“FBI很明显不打算在生命科学领域扮演老大哥的角色。这不是我们必须完成的任务,这也是无法企及的目标。所有的专业高手仍在科学界。我们的工作必须与教育接轨。为了让研究者们明白他们自己是未来的守护者,我们需要在合成生物界创造一种对科学负责的安全文化。”

从那以后,FBI开始主办免费的生物安全学术会议,派出大规模杀伤性武器外联协调员进驻56个外地办事处,作为责任之一,他们与合成生物界建立起了联系网络,FBI由此成为iGEM的合作伙伴。2006年,一位《卫报》记者在网上成功买到了天花病毒的残缺基因片段,此事发生后,基因原料的供应者决定发展自我监管准则。据尤说,FBI将这些逐步出现的准则视为社区监管手段奏效的证明。但是除了能保证病原体不会投入邮箱内,我们并不能确定这些新的准则还能发挥什么作用。

在巴拉克·奥巴马就职典礼的筹备阶段,这位新任总统收到的恐吓明显增多。每一条恐吓都需要仔细调查。在罗纳德·凯斯乐(Ronald Kessler)关于美国特勤局的著作中,他写道,比如说,2009年1月,当接到索马里伊斯兰组织青年党(al-Shabaab)试图破坏奥巴马就职仪式的情报时,特勤局当天的任务变得更加艰巨。凯斯乐称,特勤局从94个公安、军事以及国家安全机关调集了4万名警务人员,嗅弹犬遍及会场,反狙击小组沿游行路线驻扎。这种应对能力已经相当强悍了,但在未来,却远远不够。能够对抗可能的合成生物武器的、完整的防御系统还没有被创造出来。

特勤局所需要防备的威胁早已不止枪械和爆炸装置。近年来,政府官员开始受到化学和放射性武器的攻击。2004年,乌克兰总统候选人维克多·尤先科(Viktor Yushchenko)中毒事件就与TCCD这种剧毒二恶英化合物有关。尤先科幸存了下来,但化学诱导的病变给他带来了严重的伤害。2006年,前俄罗斯国家安全机关官员亚历山大·利特维年科(Alexander Litvinenko)被投放放射性同位素钋210致死。生化武器的使用几乎无人不知;2001年美国炭疽攻击事件几乎影响到了参议院成员。

当然,克林姆林宫被怀疑向敌人投毒了几十年,并使用了一阵子炭疽。但基因技术为新的威胁打开了大门,国家元首的DNA就可以被用来攻击他们自己。这太难提防了。不管特勤局的警惕性有多高,也不可能完全保护总统的DNA。因为如今,仅仅通过一个细胞的信息就可以勾画出整个基因的蓝图。我们每个人每天都会脱落数百万个细胞。这些细胞可以从很多地方获取,比如,用过的纸巾、水杯或牙刷。奥巴马总统每一次和选民、内阁成员或是外国领导人握手时,都留下了可利用的基因线索。每当他在议案签署仪式上留下一支钢笔,他也留下了一些细胞。这些细胞已经死亡,但DNA还保存完整,这就可能将对总统不利的生物细节暴露出来。

为建造生物武器,活细胞会成为真正的目标(虽然十年后死细胞也能满足要求)。活细胞的修复工作更加困难。例如,一缕头发虽已死亡,但如果还留有发囊,那么就有活细胞存在。如果一张丢弃的面巾纸里残留着新鲜血液、口水甚至是鼻涕,从中也可采集到合格的样本。一经修复,这些活细胞就能被培养,以提供源源不绝的研究材料。

即使特工们可以清除总统现在脱落的所有细胞,也不能阻止DNA从其过去留下的细胞中被修复。DNA是非常稳定的分子,可以保存几千年。总统的基因资料现在还保留在他的旧衣物、高中试卷——以及他在宣布参选总统之前所使用过的无数件物品上。当奥巴马还是参议员时,有多少精力被花在保护他的DNA上?当他在芝加哥做社区组织者时呢?当他在哈佛念法律时呢?当他还在上幼儿园时呢?就算总统的DNA被不知怎么地通通锁起来了,相当近似的基因密码也能从总统的孩子、父母,或兄弟姊妹的细胞中获取,不管他们是否还活着。

总统的DNA可以以各种政治敏感的方式被利用。也许是为某个事件伪造证据、激发人们对总统出生地和遗产的猜测,或是确定某些疾病的基因特征,引发人们对总统的领导能力和神智的质疑。让一位总统下台得使多少手段?在罗纳德·里根(Ronald Reagan)的第二个任期里,他的阿兹海默症(Alzheimer)的最初迹象可能已经开始出现。如今,有些医生觉得当时里根的病症要么处于潜伏期要么是病情很温和,从而没有影响到他的执政能力。但是,如果他的病情从基因的层面得到证实并被公之于众,美国人民会要求他辞职吗?国会会被迫弹劾他吗?

对特勤局来说,对这些新软肋发起攻击的情节就足够拍成一部好莱坞惊悚片。干细胞研究的先进技术能让任何活细胞都转变成许多其他类型的细胞,包括神经细胞、心脏细胞,甚至是试管“精子”。理论上来讲,任何从弄脏的杯子或是揉皱的纸巾里修复出的活细胞都可以制造出人造精子细胞。如此,总统可能会意外地碰上他的“旧情人”,她裙子上的精斑是他们有过性行为的DNA证据。虽然试管假精子和真精子可以通过复杂的测试分辨出来——它们不会是完全相同的——但大众不是专家,这样的结果可能永远不会被信服。另外,将来的某天或许可以证实试管精子能够使卵子受精,通过标准的体外受精,“私生子”就能诞生了。

如前文所述,即使现代癌症治疗方法也可能被恶意利用。生物制剂的传播很难被检测出来。病毒无臭无味,且易雾化。它们可能藏在某只香水瓶里,攻击者只需在目标的正常距离内往手腕上搽一点"香水"就有可能完成暗杀。如果病毒是百分之百专门针对总统的DNA设计的,那么除总统外没有一个人会生病。直到总统被感染很久以后才会有人怀疑发生过袭击。

有害制剂可能经过精心设计,暴露后几个月或几年才产生伤害,这段潜伏期的长短取决于病原体制作者的目的。目前有几种病毒可以引发癌症。有人可能最终制造出引发如精神分裂症、躁郁症或者阿兹海默症等脑部疾病的新病毒。还存在更奇特的可能性。如果一种疾病被设计成增加皮质醇(cortisol)和多巴胺(dopamine)分泌,那么就可能诱发极严重的偏执症,让你从寻求和平的鸽派变成好战的鹰派,或者,一种可以增加催产素(oxytocin,一种能使人产生信任情绪的化学物质)分泌的病毒可能损坏领导人的谈判能力。这类想法有些并不新奇。早在1994年,美国空军莱特实验室就曾构建过化学信息素炸弹的理论。

随着生物技术不断进步,我们今后该如何保护我们的总统呢?尽管对现实乘虚而入的生物技术发展迅速,但美国特勤局也不是完全无能为力,他们可以采取措施控制风险。特勤局不会对外公开哪些防卫措施已经就绪,但起始点,显然是先在局内建立一支监视、预测和评估新生物科技风险的精干的科研专案组。部署传感器是另外一种可行方案。到目前,可以在三分钟内探测出已知病原体的生物探测器已建成,这些技术还能再上一层楼——甚至再上几层楼——但即使如此,它们的有效性是有限的。因为合成生物学为新的、精确定位的病原体敞开了大门,我们需要探测的是我们前所未见的病原体。然而,相比于美国疾病防控中心和世界卫生组织,美国特勤局在这一方面还是有很大优势的:因为特勤局的主要责任是保护某一特定人士。可以基于总统本人的基因开发生物传感技术。我们可以使用他的活细胞,建立一个准确到分子的早期预警系统。

从总统身上取得的活细胞可以进行相当于数据备份的生物备份。据报道,美国特勤局已经在总统的车队出行时备好了几品脱与总统血型匹配的血液,以防需要紧急输血。这些生物备份系统可以扩大到存储“纯DNA”——从本质上讲,也就是经过检验的干细胞库,这些干细胞可进行骨髓移植,或者提高机体抗病毒或抗病菌的能力。随着所谓组织打印技术的发展,某一天,总统的细胞甚至可以被培养成备用替代器官。

即使特勤局采取部分或是所有上述的措施,也不能保证总统的基因完全安全。不管防御系统多么完善,真正下决心要得到总统DNA的人还是可能得逞。特勤局不能百分百地阻止一起生物威胁,正如它不能确保总统永远不感冒,或许这是特勤局不得不接受的一个事实。

要想建立应对攻击的最佳防御,一个可行但不完美的方法是根本性的透明化:公布总统的DNA。

公布总统的DNA和其他相关的生物学数据,要么向一个忠诚可靠的精英生物科学研究团体公开,要么(争议远大于前者的举措)向大众公开。这些想法似乎有违常理,但是我们开始相信,将问题公开并且主动让美国人民积极参与到保护自己领导人的挑战中或许将被证实是最好的防御。

为什么如此激进地把总统的基因组公布给全世界,而不是仅仅开放给无安全问题的研究人员?一方面,美国国务院所颁布的DNA收集命令已表明,对世界领袖基因材料的隐秘收集已经开始了。如果说总统的DNA已被美国的对手收集并分析,那也不是什么令人惊奇的事。鉴于愈加肮脏的政党政治,也不难想象,总统的国内政治对手已掌握了他的DNA。在2008年11月发行的《新英格兰医学杂志》(The New England Journal of Medicine)中,罗伯特·C·格林(Robert C. Green)和乔治·J·安娜(George J. Annas)对这种可能性做了警告,文中写道:在2012年的大选前,随着基因组学的进步,收集并分析DNA以评估基因风险信息变得更为可能,它可以用于支持或反对总统候选人(后者可能性更大)。对计算机黑客集团“匿名者”(Anonymous)来说,要想象生物模拟的兴起并不是什么难事,它旨在清楚地描绘出世界领袖的基因组和病历。或早或晚,即使没有开源,一个总统的基因组也会出现在公众视野。

如此,问题就变成了:防御并做最好的打算,或是进攻并做最坏的打算,是不是更危险?这两种选择都不是最好的,但除了吸引成本和人才的重大问题之外,如马里兰大学医学院基因组科学研究所主任克莱尔·弗雷泽(Claire Fraser)所说:“开源将会整平竞技场,从而情报机构就无需考虑每一个可能的最坏情况。”

这样还会使白宫在有人泄露总统基因组的情况下抢占先机,从而避免可能出现的媒体风暴。此外,如果经常审查总统的基因组,那么就可以得出一个基因组的基线信息,并不断跟踪基因变化,从而在第一时间检测出癌变及其他代谢疾病。如果真的发现了此类疾病,开源基因组同样可以促进个性化治疗方案的开发。

要考虑的最大因素是时间。在2008年,约有1.4万在美国实验室工作的人可接触到高致病性材料;我们不知道国外有多少人在做同样的事情。除了这些实验室,许多其他人均可接触到基因工程的工具和技术。回到2003年,美国国家科学院(National Academy of Sciences)召集了一个生命科学专家小组作为中情局(CIA)的战略评估小组,他们指出:因为高级生物制剂开发所需的程序和技术可被用于好的地方,也可被用于坏的地方,所以要想区别合法研究与致力于生产生物武器的研究,将会变得非常困难。这样一来,“许多专家小组成员认为,要想有效解决未来的生物武器威胁,政府和生命科学界之间可能需要建立一个与之前相比在质上有所不同的关系。

在我们看来,它已不再是“可能性”的问题。生物科技的进步正在急速改变科学前景。在我们正在进入的世界中,想象是生物学的唯一制动器,每个全心投入的个体都能从零创造出新生命。如今,每当提到一个难题时,最常听到的一句话就是:去找该问题相关的应用程序。不管你信不信,很快地,当你再遇到问题时,你想到的解决方案将不再是应用程序,而是有机体。考虑到即将到来的合成生物革命,科学家与安全组织——该组织主要致力于公开交流、持续合作和共同防御——之间更大范围的关系可能探明保护总统的唯一方法。并且,在该过程中,我们中的其他人也同样可以得到保护。

安德鲁·赫塞尔(Andrew Hessel)是奇点大学的教员,也曾担任过该学校生物信息学和生物科技系的联席主席,同时他还是渥太华大学(University of Ottawa)科学、社会及政策研究院的研究员。马克·古德曼(Marc Goodman)研究了先进科技对全球安全的影响,并向国际刑警组织和美国政府提出了建议。他是未来犯罪研究院的创始人,还是地处硅谷的奇点大学政策、法律和伦理学系的主席。史蒂文·科特勒(Steven Kotler)是《纽约时报》的畅销著作人和获奖记者。

译注:[1]1965年,《电子学》杂志(Electronics Magazine)第114页上刊载了摩尔的文章《让集成电路填满更多的组件》(Cramming More Components onto Integrated Circuits),文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。现在普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。但1997年9月,摩尔声明,他从来没有说过“每18个月增加一倍”,而且SEMATECH路线图跟随24个月的周期。

大数据文摘医疗大数据专栏

2015年2月7日“医疗大数据专栏”正式成立。随着基因芯片及DNA测序技术的发展,生物医疗大数据迅猛发展,既是大数据技术发展的原动力,也是大数据技术的受益者。大数据文摘2013年7月成立,我们专注数据,每日坚持分享优质内容,从未间断,我们努力为读者和志愿者打造一个分享和交流平台。作为大数据文摘的志愿者群,我们中有不少人从事医疗大数据相关工作,关心医疗大数据的发展,愿意通过这个专栏,和大家一起分享医疗大数据的点点滴滴。

医疗大数据专栏主编介绍

孙强,资深生物信息专家,现在服务于美国国立癌症研究所,从事癌症基因组数据库管理工作。热爱大数据,加入大数据文摘志愿者行列一年有余,愿以文会友,广结大数据善缘。旅居美国多年,现在定居于大华府地区。

大数据格言:Big data is better data

原文发布于微信公众号 - 大数据文摘(BigDataDigest)

原文发表时间:2015-07-02

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