微生物學工具箱包括誘導病毒突變的技術，這些突變賦予微生物新的能力。 科學家進行這些操作有很多原因，包括想要了解微生物如何逃避免疫系統的檢測。 但是，為病原體增加能力會帶來明顯的風險，特別是如果這種“功能增益”涉及增強的毒力或傳染性。 意外或有意地從實驗室逃逸是有可能的。 那麼為什麼要這樣做呢？ 一些研究人員認為，這項工作可以讓人先睹為快，瞭解病毒在進入自然界並對人類構成威脅之前能做什麼。
關於功能增益研究的爭議引發了學術論文、會議，甚至在 2014 年暫停了一段時間，當時美國政府暫停了三年資助，直到可以採取措施確保程式的安全。 隨著人們的思緒轉向“下一次”疫情或 COVID-19 的可能第二幕，關於功能增益實驗的辯論在大流行的後期階段仍在繼續。 科學政策制定者必須努力界定在哪些罕見情況下，增強病毒在人類宿主體內生存和繁殖能力實驗的好處超過了任何風險。
密集的技術討論經常因功能增益的定義而陷入困境。 最近，語義成為辯論的焦點，即美國國立衛生研究院資助的中國武漢病毒研究所 (WIV) 的工作是否構成功能增益研究，美國機構否認了這一說法。 武漢病毒研究所也成為關於 SARS-CoV-2（導致 COVID-19 的病毒）是否從其設施洩漏的復甦爭議的焦點。
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以下是一些關於為什麼一個晦澀的技術術語現在受到如此多關注的基本解答。
什麼是功能增益研究？
增強生物體某些方面功能的技巧在研究中很常見，並應用於從老鼠到麻疹的一切事物。 這種方法的典型應用之一是調整小鼠基因以產生更多的限制脂肪沉積的蛋白質。
但這並不是那種功能增益研究，它引起了科學家和監管機構的恐慌。 高風險的做法是那些製造突變以檢查病原體是否變得更具傳染性或致命性，以此來評估未來威脅的做法。
一些專家承認這兩種研究型別之間存在關鍵差異。 哈佛大學陳曾熙公共衛生學院流行病學教授馬克·利普西奇說，一個代表這種研究中更具威脅性的子集的擬議術語是“潛在的大流行病原體”。 他補充說，這個短語“突出了名稱和關注的原因”。 然而，它並沒有在常用用法中流行起來，在谷歌搜尋中僅返回約 8,500 個結果，而“功能增益”則為 1340 萬個。
利普西奇說，區分這一點很重要，原因有幾個。 當美國政府在 2014 年暫停“功能增益研究”時，一些受到影響的研究並沒有明顯的引發大流行的風險。
這項研究的目的是什麼？
利普西奇說，瞭解是什麼讓微生物更危險，可以為準備對策提供便利。利普西奇是 5 月 14 日發表在《科學》雜誌上的一封信的 18 位簽署人之一，該信呼籲調查 SARS-CoV-2 實驗室溢位事件，以此作為 COVID-19 大流行起源的幾種可能解釋之一。 他指出，如果不進行小鼠或其他非人類動物實驗，就難以研究病毒以開發疫苗和治療方法。 利普西奇說，存在“從進行這項研究到獲得公共健康益處的直接途徑”，從而可以權衡風險和潛在益處。
風險更高的功能增益研究版本創造了病毒在自然界中不具備的能力。 在 2011 年的兩項獨立研究中，科學家們以 H5N1 禽流感病毒或“禽流感”為例，著名且有爭議地做到了這一點，結果產生了一種能夠在雪貂之間進行空氣傳播的版本。 天然存在的病毒不具備這種能力。 使哺乳動物與哺乳動物之間的傳播更容易引起了警報，並引發了對美國暫停令的討論。
2015 年，研究人員設計了一種混合病原體，它結合了 2000 年代初期感染人類的原始 SARS 病毒 (SARS-CoV) 的特徵與蝙蝠冠狀病毒的特徵。 大多數蝙蝠冠狀病毒無法感染人類呼吸道內壁細胞。 這項實驗旨在模擬如果第三種物種充當蝙蝠和人類病毒交換遺傳物質的混合器皿會發生什麼。 結果是一種可以進入人體細胞並在小鼠中引起疾病的病原體。 對這項工作的反應兩極分化，正如 2015 年《自然》雜誌上引用專家的話所表明的那樣：一位專家說，所有研究只是在已經存在的大量風險中創造了一種“新的、非自然風險”，而另一位專家則認為，它表明這種蝙蝠病毒有可能成為“清晰而迫在眉睫的危險”。
後一組專家認為，功能增益病毒研究可以預示最終會在自然界中發生的事情。 在實驗室中加速事情進展，可以為研究人員提供關於病毒可能如何進化的第一手證據。 這種見解可能會推動關於未來病毒行為的預測，以便在這些病原體面前保持領先地位。
利普西奇說，這種計算必須在個案基礎上進行。 他補充說，“沒有一勞永逸的答案”。 但是，在這種複雜的計算中要解決的關鍵問題是“這項工作對公共衛生的價值是否超過了開展這項工作對公共衛生的風險？”
利普西奇用他自己的話說，對流感-雪貂研究“非常直言不諱”，他領導了 2014 年暫停類似功能增益工作的努力。“我這樣做是因為我認為我們需要真正清點收益和風險，”他說。 “我認為收益非常小，而且我仍然持有這種觀點。”
暫停令於 2017 年解除。 美國政府審查小組後來批准恢復資助更多涉及雪貂禽流感病毒功能增益改造的實驗室研究。 據報道，批准的條件包括加強安全措施和報告要求。
至於目前最受關注的病毒 SARS-CoV-2，美國國立衛生研究院於 5 月 19 日釋出宣告稱，該機構及其國家過敏和傳染病研究所“從未批准過任何會支援對冠狀病毒進行‘功能增益’研究的資助，這些研究會增加其對人類的傳播性或致死性。”
風險是什麼？
基於功能增益研究的預測可能是假設性的，但美國的實驗室洩露事故並非如此。 嚴重違規行為並不常見，幾乎從未導致病原體被釋放到社群。 但 2014 年表明，人為錯誤可能被證明是規劃這些實驗中最大的不定因素。
那一年發生了幾起實驗室事故，危及研究人員並引發了不安。 這些事件不是功能增益事故，但它們證明了生物安全實驗室可能造成的潛在威脅——無論是疏忽還是瀆職造成的。 2014 年，美國疾病控制與預防中心約 75 名亞特蘭大員工得知他們可能暴露於炭疽，原因是安全規程被忽視。 此外，在當年美國國立衛生研究院的一次冷藏清理工作中，發現了幾個長期被遺忘的凍幹天花小瓶——一種長期以來被認為僅在俄羅斯和美國兩個地方儲存的病原體。 疾病預防控制中心一個月後再次成為新聞，因為它傳送了相對良性的流感病毒小瓶，這些小瓶被致命性更高的 H5N1 禽流感病毒汙染。 據《科學》雜誌報道，可能的原因是一位研究人員“工作過度，急於參加實驗室會議”。
密歇根大學微生物學和免疫學教授、研究和合規副校長邁克爾·帝國萊與人合著了 2020 年一篇關於功能增益研究的社論，其中指出，規劃這些研究的關鍵是要有適當的機制來防範意外或故意傷害的威脅。 他說：“如果適當的生物安全程式到位並使用適當的遏制措施，風險可以大大降低。” 生物安全等級 4 (BSL-4) 實驗室具有最高的遏制預防措施，美國目前有13 個或更多此類設施計劃或正在執行。新型冠狀病毒的研究在低一個級別的實驗室中進行：BSL-3。
帝國萊和他的合著者、mBIO 主編阿圖羅·卡薩德瓦爾在他們的社論中寫道，即使預測意外釋放的威脅級別也很困難。 在關於工程 H5N1 的雪貂間傳播研究發表後，兩個小組試圖預測如果這種病毒逃逸到人群中會發生什麼。 帝國萊和卡薩德瓦爾寫道，一個團隊預測傳播水平“極高”。 另一個團隊（來自參與雪貂-流感工作的一個實驗室）得出了相反的結論。
社論的作者寫道，在 COVID-19 大流行的背景下，病原體的來源——無論是來自自然界還是實驗室——都不會改變世界應如何準備應對它。 但是，功能增益實驗應以研究計劃的透明度、“重新致力於”生物安全和強有力的監測計劃來捕捉漏洞為指導。
有哪些替代技術可用於測試潛在的病毒威脅？
帝國萊說，如果病毒已經從動物宿主轉移到人類，那麼功能增益研究可能是沒有必要的。 他說，“在這些情況下，可能有動物模型可以作為人類的有用替代品”，用於測試病毒的影響。
研究人員還可以測試病毒蛋白質與不同型別細胞結合的能力。 軟體可以預測這些蛋白質可能如何與各種細胞型別相互作用，或者它們的基因序列如何與特定的病毒特徵相關聯。 此外，如果研究人員在實驗室培養皿中使用細胞，則可以將病毒設計為不復制。
另一種選擇是功能喪失研究。 使用致病性潛力較低的病毒版本是解鎖該微生物秘密的另一種方法。 然而，高致病性形式可能與致病性較低的對應物截然不同——例如，它們在複製頻率方面可能有所不同——這可能會限制此類研究的效用。