微生物学工具箱包括诱导病毒突变的技术，这些突变赋予微生物新的能力。 科学家进行这些操作有很多原因，包括想要了解微生物如何逃避免疫系统的检测。 但是，为病原体增加能力会带来明显的风险，特别是如果这种“功能增益”涉及增强的毒力或传染性。 意外或有意地从实验室逃逸是有可能的。 那么为什么要这样做呢？ 一些研究人员认为，这项工作可以让人先睹为快，了解病毒在进入自然界并对人类构成威胁之前能做什么。
关于功能增益研究的争议引发了学术论文、会议，甚至在 2014 年暂停了一段时间，当时美国政府暂停了三年资助，直到可以采取措施确保程序的安全。 随着人们的思绪转向“下一次”疫情或 COVID-19 的可能第二幕，关于功能增益实验的辩论在大流行的后期阶段仍在继续。 科学政策制定者必须努力界定在哪些罕见情况下，增强病毒在人类宿主体内生存和繁殖能力实验的好处超过了任何风险。
密集的技术讨论经常因功能增益的定义而陷入困境。 最近，语义成为辩论的焦点，即美国国立卫生研究院资助的中国武汉病毒研究所 (WIV) 的工作是否构成功能增益研究，美国机构否认了这一说法。 武汉病毒研究所也成为关于 SARS-CoV-2（导致 COVID-19 的病毒）是否从其设施泄漏的复苏争议的焦点。
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以下是一些关于为什么一个晦涩的技术术语现在受到如此多关注的基本解答。
什么是功能增益研究？
增强生物体某些方面功能的技巧在研究中很常见，并应用于从老鼠到麻疹的一切事物。 这种方法的典型应用之一是调整小鼠基因以产生更多的限制脂肪沉积的蛋白质。
但这并不是那种功能增益研究，它引起了科学家和监管机构的恐慌。 高风险的做法是那些制造突变以检查病原体是否变得更具传染性或致命性，以此来评估未来威胁的做法。
一些专家承认这两种研究类型之间存在关键差异。 哈佛大学陈曾熙公共卫生学院流行病学教授马克·利普西奇说，一个代表这种研究中更具威胁性的子集的拟议术语是“潜在的大流行病原体”。 他补充说，这个短语“突出了名称和关注的原因”。 然而，它并没有在常用用法中流行起来，在谷歌搜索中仅返回约 8,500 个结果，而“功能增益”则为 1340 万个。
利普西奇说，区分这一点很重要，原因有几个。 当美国政府在 2014 年暂停“功能增益研究”时，一些受到影响的研究并没有明显的引发大流行的风险。
这项研究的目的是什么？
利普西奇说，了解是什么让微生物更危险，可以为准备对策提供便利。利普西奇是 5 月 14 日发表在《科学》杂志上的一封信的 18 位签署人之一，该信呼吁调查 SARS-CoV-2 实验室溢出事件，以此作为 COVID-19 大流行起源的几种可能解释之一。 他指出，如果不进行小鼠或其他非人类动物实验，就难以研究病毒以开发疫苗和治疗方法。 利普西奇说，存在“从进行这项研究到获得公共健康益处的直接途径”，从而可以权衡风险和潜在益处。
风险更高的功能增益研究版本创造了病毒在自然界中不具备的能力。 在 2011 年的两项独立研究中，科学家们以 H5N1 禽流感病毒或“禽流感”为例，著名且有争议地做到了这一点，结果产生了一种能够在雪貂之间进行空气传播的版本。 天然存在的病毒不具备这种能力。 使哺乳动物与哺乳动物之间的传播更容易引起了警报，并引发了对美国暂停令的讨论。
2015 年，研究人员设计了一种混合病原体，它结合了 2000 年代初期感染人类的原始 SARS 病毒 (SARS-CoV) 的特征与蝙蝠冠状病毒的特征。 大多数蝙蝠冠状病毒无法感染人类呼吸道内壁细胞。 这项实验旨在模拟如果第三种物种充当蝙蝠和人类病毒交换遗传物质的混合器皿会发生什么。 结果是一种可以进入人体细胞并在小鼠中引起疾病的病原体。 对这项工作的反应两极分化，正如 2015 年《自然》杂志上引用专家的话所表明的那样：一位专家说，所有研究只是在已经存在的大量风险中创造了一种“新的、非自然风险”，而另一位专家则认为，它表明这种蝙蝠病毒有可能成为“清晰而迫在眉睫的危险”。
后一组专家认为，功能增益病毒研究可以预示最终会在自然界中发生的事情。 在实验室中加速事情进展，可以为研究人员提供关于病毒可能如何进化的第一手证据。 这种见解可能会推动关于未来病毒行为的预测，以便在这些病原体面前保持领先地位。
利普西奇说，这种计算必须在个案基础上进行。 他补充说，“没有一劳永逸的答案”。 但是，在这种复杂的计算中要解决的关键问题是“这项工作对公共卫生的价值是否超过了开展这项工作对公共卫生的风险？”
利普西奇用他自己的话说，对流感-雪貂研究“非常直言不讳”，他领导了 2014 年暂停类似功能增益工作的努力。“我这样做是因为我认为我们需要真正清点收益和风险，”他说。 “我认为收益非常小，而且我仍然持有这种观点。”
暂停令于 2017 年解除。 美国政府审查小组后来批准恢复资助更多涉及雪貂禽流感病毒功能增益改造的实验室研究。 据报道，批准的条件包括加强安全措施和报告要求。
至于目前最受关注的病毒 SARS-CoV-2，美国国立卫生研究院于 5 月 19 日发布声明称，该机构及其国家过敏和传染病研究所“从未批准过任何会支持对冠状病毒进行‘功能增益’研究的资助，这些研究会增加其对人类的传播性或致死性。”
风险是什么？
基于功能增益研究的预测可能是假设性的，但美国的实验室泄露事故并非如此。 严重违规行为并不常见，几乎从未导致病原体被释放到社区。 但 2014 年表明，人为错误可能被证明是规划这些实验中最大的不定因素。
那一年发生了几起实验室事故，危及研究人员并引发了不安。 这些事件不是功能增益事故，但它们证明了生物安全实验室可能造成的潜在威胁——无论是疏忽还是渎职造成的。 2014 年，美国疾病控制与预防中心约 75 名亚特兰大员工得知他们可能暴露于炭疽，原因是安全规程被忽视。 此外，在当年美国国立卫生研究院的一次冷藏清理工作中，发现了几个长期被遗忘的冻干天花小瓶——一种长期以来被认为仅在俄罗斯和美国两个地方储存的病原体。 疾病预防控制中心一个月后再次成为新闻，因为它发送了相对良性的流感病毒小瓶，这些小瓶被致命性更高的 H5N1 禽流感病毒污染。 据《科学》杂志报道，可能的原因是一位研究人员“工作过度，急于参加实验室会议”。
密歇根大学微生物学和免疫学教授、研究和合规副校长迈克尔·帝国莱与人合著了 2020 年一篇关于功能增益研究的社论，其中指出，规划这些研究的关键是要有适当的机制来防范意外或故意伤害的威胁。 他说：“如果适当的生物安全程序到位并使用适当的遏制措施，风险可以大大降低。” 生物安全等级 4 (BSL-4) 实验室具有最高的遏制预防措施，美国目前有13 个或更多此类设施计划或正在运行。新型冠状病毒的研究在低一个级别的实验室中进行：BSL-3。
帝国莱和他的合著者、mBIO 主编阿图罗·卡萨德瓦尔在他们的社论中写道，即使预测意外释放的威胁级别也很困难。 在关于工程 H5N1 的雪貂间传播研究发表后，两个小组试图预测如果这种病毒逃逸到人群中会发生什么。 帝国莱和卡萨德瓦尔写道，一个团队预测传播水平“极高”。 另一个团队（来自参与雪貂-流感工作的一个实验室）得出了相反的结论。
社论的作者写道，在 COVID-19 大流行的背景下，病原体的来源——无论是来自自然界还是实验室——都不会改变世界应如何准备应对它。 但是，功能增益实验应以研究计划的透明度、“重新致力于”生物安全和强有力的监测计划来捕捉漏洞为指导。
有哪些替代技术可用于测试潜在的病毒威胁？
帝国莱说，如果病毒已经从动物宿主转移到人类，那么功能增益研究可能是没有必要的。 他说，“在这些情况下，可能有动物模型可以作为人类的有用替代品”，用于测试病毒的影响。
研究人员还可以测试病毒蛋白质与不同类型细胞结合的能力。 软件可以预测这些蛋白质可能如何与各种细胞类型相互作用，或者它们的基因序列如何与特定的病毒特征相关联。 此外，如果研究人员在实验室培养皿中使用细胞，则可以将病毒设计为不复制。
另一种选择是功能丧失研究。 使用致病性潜力较低的病毒版本是解锁该微生物秘密的另一种方法。 然而，高致病性形式可能与致病性较低的对应物截然不同——例如，它们在复制频率方面可能有所不同——这可能会限制此类研究的效用。