生物安全威胁防控手册

译者的话
2020年10月17日，第十三届全国人大常委会第二十二次会议表决通过了《中华人民共和国生物安全法》（简称《生物安全法》），这部法律自2021年4月15日起施行。《生物安全法》的制定是为维护国家安全，防范和应对生物安全风险，保障人民生命健康，保护生物资源和生态环境，促进生物技术健康发展，推动构建人类命运共同体，实现人与自然和谐共生。《生物安全法》明确了生物安全的重要地位和原则，规定生物安全是国家安全的重要组成部分；维护生物安全应当贯彻总体国家安全观，统筹发展和安全，坚持以人为本、风险预防、分类管理、协同配合的原则。翻译和出版《生物安全威胁防控手册》让我们产生了强烈的使命感和责任感。该书由国际上著名的美国学术出版社出版，原著主编之一S. J. S. Flora博士自2016年起担任NIPER-R院长，曾是印度国防研究和发展组织的药理学和毒理学部门的负责人，而维德胡·帕乔里（Vidhu Pachauri）博士是印度瓜廖尔国防研究和发展组织的高级研究员。全书由来自印度、坦桑尼亚、美国等30多位世界级科学家联合编撰而成，对近年来生物安全领域的最新进展进行了整理，并以易于理解的形式呈现给读者。
全书由14章组成，重点描述了多种细菌类和病毒类生物战剂的检测和治疗方法，而且设置了时下热点内容，如第5章特定生物恐怖战剂的先进检测技术、第6章微流控技术在生物战剂检测中的应用、第10章环境采样与生物净化——最新进展、挑战及未来方向、第11章生物和毒剂战争公约：现状和展望、第12章新一代人工合成生物战剂：检测、防护和净化方面的新威胁和挑战等。全书涵盖了生物战剂检测、净化、防护等方面较为全面的相关领域信息，并着重阐述了生物战剂的类别、传播途径等内容，尤其是书籍的后半部分拓展到了生物战剂基因组信息等的一些最新的研究进展。此外该书还简要介绍了在生物恐怖威胁下应如何对民众进行保护的紧急预案，书籍内容较为丰富、凝练、引人深思。
《生物安全威胁防控手册》（中文版）的出版要感谢所有的译者以及化学工业出版社有限公司的支持。
希望读者以辩证的态度看待生物安全领域的新发现与新认识。我们对生物安全的理解是逐步完善的。这本书体现和表达了通过实现生物安全寻求人类和谐共生的良好愿望，对提高民众的国家安全认知具有重要意义。
本书可供生物安全相关机构的管理人员、临床检验科室的工作人员和研究人员、实验室的设计和建设人员等参考阅读，可作为生物安全学、基础医学等专业的本科生或研究生教材，也可供希望学习与掌握有关生物安全知识的研究生、高年级本科生、科研人员以及对科学研究感兴趣的人员参考。本书得到军队后勤重大理论与现实问题研究项目、国家社会科学基金军事学项目和军队生物安全研究专项等的资助，在此表示感谢。由于时间仓促以及我们能力有限，如有疏漏或欠妥之处，期望读者朋友们批评指正。

王征旭  王友亮
2024年4月

前言
生物恐怖泛指蓄意释放生物制剂（细菌、病毒或毒素），以造成大规模人和动物感染疾病或死亡的行为。有人说，如果20世纪是物理学的世纪，那么21世纪将成为生物学的世纪。随着分子生物学及生物技术领域研究的快速进步，生物恐怖带来的潜在威胁让世界形势变得更为严峻。
第一次世界大战期间，德国曾使用炭疽杆菌感染敌人的骡马。2001年，美国也曾报道了利用炭疽杆菌进行蓄意攻击的案例——带有传染性炭疽杆菌的信件被投递。类似事件层出不穷的原因是生物战剂相对廉价、容易获取和传播，并可引起广泛恐慌，非常适合用作恐怖袭击。根据破坏力的不同，生物战剂可分为以下三类。①A类：高优先级生物战剂，不但致死率高，而且影响范围广，如引发民众的广泛恐慌。②B类：中优先级生物战剂，造成的破坏相对较小。③C类：低优先级生物战剂，多为新型病原体，较容易获得，且易发生突变或易实施基因改造。值得警惕的是，低浓度的战剂暴露在空气中极难被发现，且其发挥生物效应具有延迟性，潜伏期可以是几天或几周，然而最终仍将导致疾病和死亡。此外，生物武器因其固有缺陷而无法作为军事资产保存，例如它们无法区分敌友，因而往往被用于制造大规模恐慌，长期以来，大规模生物破坏的风险持续攀升。因此，建立一套强有力的公共卫生系统是有效应对这一威胁的先决条件。为此，公共卫生系统的各个环节必须加强管理，如监控、评估、医疗卫生管理、教育等，还需要保障国家药品储备，在应急状态下随时可用。最根本是要普及防疫意识、医疗药品准备以及净化流程的设置等。
《生物安全威胁防控手册》的撰写旨在为相关学者、教师、临床医生、环保人士、兽医和毒理研究者等提供参考资料。为了覆盖尽可能多的主题，全书由14章组成，重点描述了多种细菌和病毒类生物战剂的检测和治疗方法，并且设置了时下热点内容，如新一代人工合成生物战剂、新型威胁、威胁性生物战剂的先进检测技术、受污染基础设施的环境采样和净化、生物和毒素战争国际公约的现状与展望、微流体技术在生物战剂检测和毒素检测方面的应用等。
在过去几年中，全球众多学者已经意识到编写一本关于生物战剂及其防护方面专著的迫切性，以供具备大学本科和研究生水平的学生或相关领域学者使用，也可供在军事和准军事机构中培训急救人员使用。本书重点阐述了各种细菌和病毒类生物战剂以及诸如毒素等其他形式的新型生物威胁。此外，本书还提供了用于上述生物战剂检测（包括新型仪器设备、分子和免疫检测系统）、防护和净化的详细信息，便于在应急状态下能够快速检索相关信息。我们的初衷是把上述内容做成一本简单、直观的手册，为研究人员提供最新的信息，同时，也为生物威胁应急人员的培训以及军事和准军事组织的成员提供最新的信息。
我们邀请了该领域的众多专家来编写本手册的各章节，以便著作出版后能够为解决生物威胁这一全球性问题提供可靠的信息和切实可行的方案。若需拓展阅读，可查阅参考文献。本书内容凝聚了20多位作者的集体智慧。在这里我有必要特殊说明，部分受邀专家虽最初同意参加撰写，但由于某些特殊原因最终未能履行承诺，于是我们设法邀请了业内其他高素质且经验丰富的作者，最终完成了相关章节的撰写。最后，还应感谢我们研究所的一些年轻研究员，他们自愿参与并完成了本手册部分章节的撰写。

S.J.S. Flora

本书内容分14章，重点描述了多种细菌类和病毒类生物战剂的检测和治疗方法，阐述了生物战剂的类别、传播途径等核心内容，并将内容拓展至新一代人工合成生物战剂、生物制剂的基因组信息等。同时简要介绍了在生物恐怖威胁下应如何对民众进行保护的应急预案等。本书可供生物安全相关机构的管理人员、临床检验科室的工作人员和研究人员、实验室设计和建设人员等参阅，可作为生物安全、基础医学等专业的本科生和研究生教材，也可供对生物安全研究感兴趣的人员参考。

王征旭医学博士、博士后，主任医师，研究生导师。解放军总医院第七医学中心原生物治疗中心主任，现为妇产医学部研究所负责人。主要从事肿瘤生物治疗、干细胞与再生医学等领域工作。主持国家自然科学基金面上项目、国家社会科学基金项目等10余项。在国内外杂志发表文章70余篇，主编细胞治疗领域专著一部，获省部级科技进步二、三等奖共3项。任中国康复技术转化及发展促进会精准医学与肿瘤康复专业委员会副主任委员、中关村玖泰药物临床试验技术创新联盟细胞生物制剂药物临床试验专业委员会副主任委员等职。王友亮军事科学院军事医学研究院研究员，中国生物工程学会医学生物技术专业委员会秘书长、第六届农业转基因生物安全委员会委员。主要从事基因修饰动物、基因编辑和液态活检研究。近年来承担国家科技重大专项课题、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目等16项。获军队和省部级科技进步二等奖1项，在Science Advance、Developmental Cell、Hepatology等期刊发表研究论文60余篇。获得国家发明专利6项、国际专利2项，出版专著10部。

第1章  生物战剂：历史及现代相关性　001
1.1　生物战剂的历史001
1.2　生物战剂的定义003
1.3　生物武器的特征004
1.4　生物战剂的优缺点004
1.5　美国疾病控制与预防中心对生物战剂的分类005
1.6　生物战剂的现代相关性005
1.7　检测006
1.8　结论007
参考文献007

第2章  细菌类生物战剂　009
2.1　概述009
2.2　战剂012
2.3　作为毁灭性武器首选的生物战剂012
2.4　生物战剂012
2.5　细菌类生物战剂的独特性012
2.6　历史回顾013
2.7　细菌类生物战剂014
2.8　细菌类生物恐怖事件增多背后的原因016
2.9　识别生物攻击的迹象016
2.10　细菌类生物战剂检测技术017
2.11　细菌生物制剂的武器化对社会的影响018
2.12　结论018
参考文献018

第3章  作为生物战剂的毒素　022
3.1　概述022
3.2　石房蛤毒素023
3.3　细菌毒素类026
3.3.1　肉毒毒素026
3.3.2　葡萄球菌肠毒素027
3.4　真菌毒素028
3.4.1　单端孢霉烯毒素028
3.4.2　蛇形菌素030
3.5　芋螺毒素031
3.6　河豚毒素032
3.7　植物毒素034
3.7.1　相思子毒素034
3.7.2　蓖麻毒素035
3.8　结论037
参考文献038
延伸阅读047

第4章  病毒类战剂（包括新型病毒感染的威胁） 　048
4.1　概述048
4.2　作为恐怖手段的生物战剂050
4.3　作为生物战剂的病毒051
4.4　历史观点051
4.5　病毒类生物战剂052
4.5.1　天花病毒053
4.5.2　流感病毒053
4.5.3　丝状病毒053
4.5.4　黄热病毒054
4.5.5　汉坦病毒054
4.5.6　尼帕病毒054
4.6　识别病毒攻击的迹象055
4.7　病毒类生物战剂检测技术055
4.8　病毒类生物恐怖的影响056
4.9　未来展望057
4.10　结论057
参考文献057
延伸阅读060

第5章  特定生物恐怖战剂的先进检测技术　061
5.1　概述061
5.2　生物检测技术062
5.3　免疫学检测063
5.3.1　免疫层析试验（ICT） 063
5.3.2　斑点渗滤试验063
5.4　分子检测064
5.4.1　聚合酶链式反应（PCR） 064
5.4.2　实时PCR （RT-PCR） 064
5.4.3　等温基因扩增分析065
5.5　第二代测序（NGS）技术066
5.6　生物检测066
5.7　气溶胶探测技术066
5.8　传感器技术067
5.8.1　基于DNA 芯片的传感器067
5.8.2　基于蛋白质芯片的传感器067
5.8.3　免疫传感器067
5.8.4　基于组织的生物传感器067
5.8.5　基于分子印迹的传感器068
5.8.6　纳米材料生物传感器068
5.9　仪器技术068
5.9.1　质谱分析法068
5.9.2　拉曼化学成像069
5.10　生物探测器069
5.11　商用生物探测器069
5.12　结论074
参考文献074

第6章  微流控技术在生物战剂检测中的应用　078
6.1　概述078
6.2　生物武器079
6.3　与生物恐怖有关的病原体079
6.4　计划和响应081
6.5　现有的生物恐怖检测系统081
6.5.1　免疫分析082
6.5.2　蛋白质组学方法082
6.5.3　核酸扩增和检测方法082
6.6　生物战剂监测083
6.7　民用生物防御083
6.8　军事生物防御083
6.9　微流控084
6.9.1　微流控类型085
6.9.2　连续流动式微流控087
6.9.3　数字微流控087
6.10　各种可用的平台088
6.10.1　基于核酸的病原体检测微流控系统090
6.10.2　基于细胞的病原体检测微流控系统091
6.10.3　基于抗体和抗原的病原体检测微流控系统091
6.10.4　基于蛋白质/酶的病原体检测微流控系统092
6.10.5　微流控与质谱法联用093
6.10.6　微流控与荧光光谱法的结合093
6.10.7　微流控与电化学的结合093
6.11　结论094
参考文献095
延伸阅读098

第7章  场外分析样本的采集、储存和运输　099
7.1　概述099
7.2　场外分析101
7.3　样本采集102
7.3.1　样本采集程序102
7.3.2　血液样本采集102
7.3.3　尿液样本采集103
7.3.4　组织样本采集103
7.3.5　唾液/口腔样本采集104
7.3.6　指甲和头发样本采集104
7.4　采样过程中应采取的预防措施104
7.5　临床样本采集的常规指南105
7.6　临床样本的包装106
7.7　样本存储106
7.7.1　储存系统的维护107
7.7.2　样本存储前须采取的预防措施108
7.8　收集样本的运输108
7.9　结论109
参考文献109

第8章  生物战相关疾病的医疗管理　112
8.1　概述112
8.2　细菌类生物战剂的治疗113
8.2.1　炭疽病114
8.2.2　鼠疫115
8.2.3　布鲁氏菌病115
8.2.4　霍乱116
8.2.5　类鼻疽病117
8.2.6　兔热病118
8.3　病毒类生物战剂的治疗119
8.3.1　天花119
8.3.2　克里米亚-刚果出血热120
8.3.3　埃博拉出血热121
8.3.4　委内瑞拉马脑炎122
8.4　毒素类生物战剂的治疗123
8.4.1　石房蛤毒素123
8.4.2　肉毒杆菌毒素123
8.4.3　蓖麻毒素124
8.5　结论124
参考文献125

第9章  生物战剂防护设备　129
9.1　概述129
9.2　生物战剂的分类及其症状130
9.3　接触途径和传播方式131
9.4　为什么需要防护？ 132
9.5　体表与呼吸系统防护原理132
9.6　个人防护133
9.6.1　呼吸系统防护133
9.6.2　体表防护134
9.7　集体防护137
9.7.1　独立庇护所137
9.7.2　综合庇护所137
9.8　防护水平138
9.9　BWA 防护服和面罩的性能要求138
9.10　通过疫苗和抗生素提供保护139
9.11　用于制造IPE 的材料140
9.12　可用于保护的最先进产品141
9.13　展望、前景和挑战141
参考文献142

第10章  环境采样与生物净化——最新进展、挑战及未来方向　146
10.1　概述146
10.2　环境采样147
10.3　基础设施净化149
10.4　挑战152
10.5　未来研究方向152
10.6　结论153
参考文献154

第11章  生物和毒剂战争公约：现状和展望　156
11.1　迫近的危险156
11.2　公约157
11.3　《禁止生物武器公约》及其审查、困境和现状158
11.3.1　缺乏共识158
11.3.2　缺乏普适性159
11.3.3　缺乏合规性和相关核查159
11.3.4　实验方面面临挑战159
11.4　公约的未来159
参考文献160

第12章  新一代人工合成生物战剂：检测、防护和净化方面的新威胁和挑战　162
12.1　潜在的生物武器和战剂162
12.2　新一代生物武器的出现165
12.2.1　二元生物武器165
12.2.2　设计特定基因165
12.2.3　设计特定疾病165
12.2.4　基于基因治疗的生物武器165
12.2.5　宿主交换疾病166
12.2.6　隐形病毒166
12.3　合成生物学辅助细菌克隆和噬菌体的全基因组合成166
12.3.1　噬菌体φX174 的合成167
12.3.2　重构法合成噬菌体T7 基因组168
12.3.3　使用最少的基因组合成生殖支原体和丝状支原体克隆168
12.4　合成生物学辅助天然或嵌合病毒的全基因组合成168
12.4.1　1918 年西班牙流感病毒的合成168
12.4.2　脊髓灰质炎病毒的合成169
12.4.3　人内源性逆转录病毒的合成169
12.4.4　HIVcpz 的合成170
12.5　病毒基因组的体外包装170
12.5.1　dsRNA 病毒基因组包装机制170
12.5.2　dsDNA 病毒基因组包装机制171
12.5.3　体外包装病毒基因组的实例171
12.6　生物战剂检测：方法和挑战172
12.6.1　微生物培养172
12.6.2　流式细胞术172
12.6.3　细胞脂肪酸的分析172
12.6.4　基于PCR 的检测173
12.6.5　免疫学法173
12.6.6　新一代测序173
12.6.7　生物传感器174
12.6.8　生物探测系统174
12.7　新一代生物制剂的防护：方法和挑战174
12.7.1　嵌合病毒或设计病毒作为研究疾病发病机制的候选病毒176
12.7.2　嵌合病毒作为重要候选疫苗177
12.8　净化程序：方法和挑战180
12.9　结论181
参考文献182

第13章  生物战剂的基因组信息及其在生物防御中的应用　190
13.1　概述190
13.2　BWA 的基因组信息191
13.2.1　细菌191
13.2.2　病毒193
13.2.3　毒素196
13.3　基因组信息在生物防御中的应用197
13.3.1　生物战剂疫苗的设计与研发197
13.3.2　了解生物战剂病原体的毒力和耐药机制197
13.3.3　生物战剂的环境监测197
13.3.4　潜在生物战剂的鉴定和表征197
13.3.5　针对生物战剂的新化学实体设计与开发198
13.3.6　对传染病过程的理解198
13.4　结论198
参考文献198
延伸阅读201

第14章  保护民众免遭生物恐怖影响的规划　202
14.1　概述202
14.2　提高警惕性202
14.3　对“生物防护”系统的需求203
14.4　生物恐怖的未来危险203
14.5　CRISPR/Cas 系统的使用204
14.6　生物监测的存在204
14.7　新型疫苗的研制204
14.8　潜在威胁205
14.9　挑战205
14.10　技术发展205
14.11　疫苗生产改进205
14.12　生物防御机制与学说206
参考文献206
延伸阅读207

本书内容分14章，重点描述了多种细菌类和病毒类生物战剂的检测和治疗方法，阐述了生物战剂的类别、传播途径等核心内容，并将内容拓展至新一代人工合成生物战剂、生物制剂的基因组信息等。同时简要介绍了在生物恐怖威胁下应如何对民众进行保护的应急预案等。本书可供生物安全相关机构的管理人员、临床检验科室的工作人员和研究人员、实验室设计和建设人员等参阅，可作为生物安全、基础医学等专业的本科生和研究生教材，也可供对生物安全研究感兴趣的人员参考。

王征旭医学博士、博士后，主任医师，研究生导师。解放军总医院第七医学中心原生物治疗中心主任，现为妇产医学部研究所负责人。主要从事肿瘤生物治疗、干细胞与再生医学等领域工作。主持国家自然科学基金面上项目、国家社会科学基金项目等10余项。在国内外杂志发表文章70余篇，主编细胞治疗领域专著一部，获省部级科技进步二、三等奖共3项。任中国康复技术转化及发展促进会精准医学与肿瘤康复专业委员会副主任委员、中关村玖泰药物临床试验技术创新联盟细胞生物制剂药物临床试验专业委员会副主任委员等职。王友亮军事科学院军事医学研究院研究员，中国生物工程学会医学生物技术专业委员会秘书长、第六届农业转基因生物安全委员会委员。主要从事基因修饰动物、基因编辑和液态活检研究。近年来承担国家科技重大专项课题、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目等16项。获军队和省部级科技进步二等奖1项，在Science Advance、Developmental Cell、Hepatology等期刊发表研究论文60余篇。获得国家发明专利6项、国际专利2项，出版专著10部。