合成生物学涉及的生物安全问题与管理建议.docx

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合成生物学涉及的生物安全问题

与管理发展建议

《生物安全》课程结课论文

学院：

资源加工与生物工程学院

专业：

生物技术1001班

学号：

0306100209

姓名：

谢晓梅

指导老师：

申丽老师

2014年1月11日

合成生物学涉及的生物安全问题与管理发展建议

摘要合成生物学已迅速发展为生命科学最具发展潜力的分支学科之一，但它同时存在涉及生态环境和人类健康的生物安全问题。

结合国内外合成生物学发展的现状，本文从生物安全角度对合成生物学所存在的潜在风险做了相关阐述，并结合现存的观点提出合理管理发展建议，目的是希望在新时代新条件下合成生物学能在合理的范围内得到较好的发展。

关键词合成生物学生物安全问题发展原则

前言

自2010年5月，美国科学家克雷格·文特尔（CraigVenter）研究团队创造了世界上首个人造细胞辛西娅（Synthia），意味着世界上第一个纯人工合成创造的细菌物种诞生了，证明了人工创造物种的可能性与实践性[1]。

而今，合成生物学已经迅速发展为生命科学中最具发展潜力的分支技术之一。

但该技术在广泛应用与发展的同时，它对社会、生态和健康带来的潜在风险也日益引起人们的关注和思考。

1、合成生物学概念

1.1概念

合成生物学通过设计和构建自然界中不存在的生物元件和人工生物系统，以及重新设计被赋予新的生物学功能的现有的生物元件和系统。

但由于合成生物学是在多学科建立的基础上发展而来，目前关于定义尚不能完全统一：

从工程学角度而言：

“合成生物学是一项生物工程，是基于生命复杂系统的合成，展示出自然界中不存在的功能”；从基因学角度来说，是一系列自上而下和自下而上的基因学方法的组合运用[2]。

我们可以理解的是人们可以通过设计和构建自然界中不存在的人工生物系统来解决能源、材料、健康和环保等问题。

1.2核心思想

生命的所有零件都能由（化学）合成而制造，进而通过工程化并组装成实用的生物组织。

即从最基本的要素开始一步步建立标准生物部件到最后使用工程学方法构建出人工系统。

1.3技术路线

合成生物学是人类基因组计划实施以来，基因组学、生物信息学和系统生物学等学科发展的一个合乎逻辑的结果。

包括两个方面路线：

一是设计和构建新的生物零件、组件和系统；二是对现有的、天然存在的生物系统的重新设计和改造[3]。

中国科学院张春霆院士评价合成生物学是“比起当前的转基因、基因工程等技术，合成生物学的研究更前卫，代表了下一代生物技术”。

2、合成生物学应用前景

合成生物学作为一门新兴的交叉学科，不仅发展速度迅猛，并且具有广阔的应用前景。

2.1新生物能源开发

在新生物能源的开发中，可以利用合成基因组学的方法，对自然界中现存的能够将二氧化碳转化为甲烷的细菌进行合成基因组替代，使其仅具有代谢二氧化碳的功能，成为一个严格产甲烷的改造生物体，这样不仅能生产能源气体，也可以缓解二氧化碳过多带来的全球变暖问题[4]。

2.2药物开发生产、疾病治疗

在药物开发和生产、疾病的治疗中，合成生物学是不可多得技术手段。

Keasling利用合成生物学手段改造构建工程微生物生产抗疟疾药物青蒿素的实例是最值得一提的例子[5]。

此外利用合成生物学手段对细菌或者病毒具有能够识别和浸染特定的细胞并引发毒害作用的生物学特性进行改造，使其失去致病性并且具有能够识别机体恶性细胞的新特性。

然后利用这些改造后的细菌或者病毒来传递治疗药物，这对癌症和其他关疾病的治疗会具有更好的作用。

2.3环境污染治理

在环境污染治理中，包括污染监测和污染治理两部分。

在污染监测中通过构建可以检测有毒化学物质的生物传感器（即合成生物体）来监测环境污染，2006年由MIT举行的遗传工程设计比赛中，爱丁堡大学一研究小组设计和构建出一种能够监测水中砷含量的工程菌。

该设计的原理是：

当水中砷含量超过正常水中砷的水平时，就会刺激该细菌中一系列基因的表达并最后合成出酸性物质，然后通过pH检测的方法非常容易监测出来。

在污染治理中污染物的清楚是合成生物学的主要应用。

如构建出某种针对某种污染物具有强烈富集和消除作用的微生物体等[6]。

尽管合成生物学的商业应用多数还要几年以后才能实现，但是相信它会在高效疫苗生产、新药研发和改进、可持续能源生产、环境生物治理等方面发挥巨大的作用。

3、隐忧的安全性问题

3.1生物安全问题

2002年E.Wimmer研究组合成了有生物活性的脊髓灰质炎病毒基因组[7],2003年J.C.Venter研究组合成了ΦX174噬菌体基因组[8]。

这些具有最小基因组的最小生物只能在特定的环境中生存,可被视为安全的生物个体。

然而合成微生物与环境或其他有机体可能产生令人始料未及的相互作用，从理论上来说，用合成生物学可以制造出比目前人类已知的病毒和细菌更具毒性、更具传染性、更具耐药性的新品种，可能会对人类造成许多潜在危害，从而对环境和公共卫生造成风险。

在环境治理中通过构建工程菌达到消除污染物的目的，合成微生物释放入环境可能引起基因水平转移和影响生态平衡，或发生演变产生异常功能，对环境和其他有机体产生前所未有的副作用。

3.2生物防护问题

随着技术的迅速发展,人类探索科学将会更加高效。

有文献曾详细报道了科学家如何合成致病性病毒（包括脊髓灰质炎病毒）和1918年的流感病毒,如果这些技术被恶意利用,合成的致死性和有毒的病原体进行恐怖主义袭击、生物战或种种恶意使用，将会给人类和社会带来不可估量的风险和危害。

考虑目前的知识，设计和生产全新病原体供恐怖主义和恶意使用是完全可能的。

3.3向哺乳动物细胞合成的发展问题

合成生物学家最初设计的是细菌和单细胞真核生物（如酵母）的人工合成途径,该项技术已经越来越多地应用于人类细胞中，如用于基因治疗。

但是这些除了会引起伦理争议之外，还具有更大的不确定性、未知性和危险性。

与天然的优势胚胎选择相比,合成生物学的应用极可能致使人种改良的极端形式出现，这样我们在科幻电影中见到的具有特异功能的超人、丧尸等都会出现在我们实际生活中，这必然是大家不敢想象的。

3.4在新兴技术催生下的问题

21世纪新兴的3D打印技术此时正在一片叫好声中在各个领域中发挥作用，尤其是在生物医学领域的应用赢得了人们的一致好评和认可。

然后我们思考可以想到3D生物打印技术与合成生物学思想核心的契合，两者联合使用所产生的效果可喜可悲[9]。

仅就悲里而言，很多情况下的两者确实是在打着转基因技术和克隆技术伦理道德的擦边球，未来可能会有越来越多的没有接受过生物学或遗传学基础教育,甚至都没有接受过高等教育的人们能够自行以开放的方式设计和制造生物系统。

一旦泛滥，倘若轻易合成打印出一个人来，仅就伦理道德层面上将如何对待，恐怕是比克隆人更加有违人伦了；更倘若打印合成的是用于战争的怪物，这将是对人类世界的毁灭。

4、发展原则与管理建议

面对合成生物学的发展，现阶段存在两个主流观点：

狂热派和谨慎派，狂热派的观点倾向于预先行动原则，谨慎派的观点倾向于预警原则[10]。

预先行动原则的基本思想是新兴科学和技术应该被认为是安全和满意的，并且技术本质上向善的，除非它被证明是非善的，倾向对合成生物学采取“自我监管”的形式。

例如，斯蒂芬和劳里在原子科学家的公告里认为，自制是控制合成生物学带来的安保性风险唯一实际的方法。

预警原则主要有两个要点：

“一是行为或者政策主张者有义务主动预测行为或政策的潜在伤害，二是有义务主动采取措施避免或减小伤害，即使科学上难以判断其伤害发生的可能性以及程度。

”倾向对合成生物学的发展采取外部监管和公众参与。

简而言之，我们需要在预先行动与预警之间把握平衡。

首先拟定出合成生物学研究操作规范的法律文件，使抽象的伦理道德具有实际可操作性,为生物安全问题提供前置性保障；同时在自我监督、外部监管和公众参与的同时，不能因对合成生物学伦理问题和生物安全问题的讨论而牵绊我国在合成生物学领域的研究。

结束语

任何技术的发展都是一把双刃剑，合成生物学既能解决能源危机和环境问题，又可能对人类和环境造成巨大的威胁。

合成生物学的迅速发展，是人类自然科学史上的一个重大的进步，但是也对传统的生命的概念提出了严峻挑战。

现在世界范围内的合成生物学还处于初期阶段,其涉及的伦理和安全问题虽然可能存在,但不能过分夸大。

因为这些技术被真正用于创造人造生命还有很远的路。

因此，我们对于合成生物学的应用和发展，始终应该持有辩证和理性的态度，正确合理发展，使其造福于人类社会。

参考文献

1、GibsonDGetal.Creationofabacterialcellcontrolledbyachemicallysynthesizedgenome.Science,2010,329:

52-56

2、AndrianantoandroEetal.Syntheticbiology:

newengineeringrulesforanemergingdiscipline.MolSystBiol,2006,2:

e28:

1-14

3、

4、赵心清等.系统生物学和合成生物学研究在生物燃料生产菌株改造中的应用.生物工程学报,2010,26:

880-887

5、KhalilASetal.Syntheticbiology:

applicationscomeofage.Nat

RevGenet,2010,11:

367-369

6、王呈玉等.合成生物学在环境污染生物治理上的应用.吉林农业大学学报,2010,32:

533-537

7、CelloJetal.ChemicalsynthesisofpolioviruscDNA:

generationofinfectiousvirusintheabsenceofnaturaltemplate.Science,2002,297:

1016-1018

8、张柳燕等.从首个合成细胞看合成生物学.科学通报,2010,55:

3477-3478

9、刘步青等.3D打印技术的内在风险与政策法律规范.科学·经济·社会，2013，02：

130－133

10、关正君等.合成生物学生物安全风险评价与管理.生物多样性,2012,20:

138-150

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