本文關(guān)鍵詞：合成生物學(xué)生物安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第2期 關(guān)正君等: 合成生物學(xué)生物安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理 139

合成生物學(xué)(Synthetic Biology)是化學(xué)、工程學(xué)、信息學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科交叉的一門嶄新的技術(shù)學(xué)科(van Est et al., 2007; O’Malley et al., 2008; POST, 2008; Pei et al., 2011a)。其研究領(lǐng)域主要包括基因回路(Benner & Sismour, 2005; O’Malley et al., 2008)、最小基因組 (Deplazes, 2009)、原型細(xì)胞的構(gòu)建(O’Malley et al., 2008)以及化學(xué)合成生物(創(chuàng)建自然界不存在的生物系統(tǒng), 如xeno-nucleic acids, XNA) (Herdewijn & Marliere, 2009; Schmidt, 2010)。因此合成生物學(xué)被認(rèn)為是新醫(yī)藥產(chǎn)品研發(fā)、活體治療、生物傳感器、可持續(xù)生物燃料生產(chǎn)以及生物材料制造等方面極具美好發(fā)展前景的一個(gè)新興領(lǐng)域。

合成生物學(xué)研究旨在創(chuàng)建以應(yīng)用為目的的新型生物, 同時(shí)通過(guò)從零開始構(gòu)建生命體來(lái)深入了解生命系統(tǒng)。該學(xué)科作為現(xiàn)代生物技術(shù)的一個(gè)新的分支, 在迅速發(fā)展的同時(shí), 對(duì)社會(huì)的影響及其可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)受到日益關(guān)注。然而, 相對(duì)于生物安全其他方面的議題, 有關(guān)合成生物學(xué)的相關(guān)報(bào)道卻較少(European Commission, 2005; Pauwels, 2009)。對(duì)于這樣一項(xiàng)具有發(fā)展前景、與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活關(guān)系密切的新技術(shù)而言, 其發(fā)展目標(biāo)、潛在風(fēng)險(xiǎn)和可能的社會(huì)影響迫切需要更多的科學(xué)家和民眾的關(guān)注(de Vriend, 2006; Garfinkel et al., 2007; Bal-mer & Martin, 2008)。我們綜述了國(guó)內(nèi)外合成生物學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、生物安全工程、倫理道德以及當(dāng)前熱點(diǎn)議題, 分析了當(dāng)前已有管理法規(guī)的優(yōu)勢(shì)與不足, 并針對(duì)我國(guó)現(xiàn)狀提出了相應(yīng)建議, 希望能為我國(guó)合成生物學(xué)的發(fā)展和安全管理提供借鑒。

合成生物學(xué)發(fā)展中可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題。 1.1.1 基因回路(DNA-based biological circuits)

合成生物學(xué)的顯著特點(diǎn)之一就是可以利用已有的生物元件進(jìn)行基因回路的組裝, 設(shè)計(jì)出更加復(fù)雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。如大腸桿菌中雙穩(wěn)態(tài)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、壓縮振蕩子的合成(Gardner et al., 2000; Elowitz & Leibler, 2000)等。借助基因回路的研究, 不僅可以更深入了解生命的構(gòu)成和調(diào)控原理, 還可以設(shè)計(jì)具有所需功能的基因元件, 構(gòu)建、合成生物系統(tǒng)。

在合成生物學(xué)研究中, 依賴的不是單一部件, 而是運(yùn)用數(shù)種來(lái)自于不同供體的基因或部件的特性改變整個(gè)體系, 這也是合成生物學(xué)與基因工程最顯著的差別。新合成基因的功能特性會(huì)在設(shè)計(jì)和合成過(guò)程中產(chǎn)生難以預(yù)計(jì)的影響。顯然, 現(xiàn)有生物安全法規(guī)不能應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜的基因回路系統(tǒng)。當(dāng)前不僅需要評(píng)價(jià)特定環(huán)境下新基因元件在新細(xì)胞中的行為, 更應(yīng)特別關(guān)注基因回路中插入到細(xì)胞中的諸多新型基因部件之間相互作用所產(chǎn)生的安全問(wèn)題。但是, 目前仍很難準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)細(xì)胞的全部行為。

對(duì)于基因回路中的安全性問(wèn)題一般考慮以下幾個(gè)方面: (1)預(yù)見性。能否結(jié)合現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估來(lái)預(yù)測(cè)新基因功能網(wǎng)絡(luò)的行為特征?(2)進(jìn)化趨向。如果新的基因回路中某個(gè)或某幾個(gè)元件按照預(yù)期停止工作或其功能發(fā)生改變, 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)發(fā)生怎樣的改變? (3)魯棒性(robustness)(Schmidt, 2009)。如何評(píng)價(jià)新的基因回路在遺傳特性或功能方面的魯棒性?指標(biāo)與單位是什么?(4)可信度。基因回路可信度有多大, 如何來(lái)度量?最適單位是什么?(5)潛在風(fēng)險(xiǎn)。是否會(huì)有某一意外事件或一系列導(dǎo)致諸如死亡、受傷、職業(yè)病、損壞、設(shè)備或財(cái)產(chǎn)丟失或環(huán)境損害等事件發(fā)生?

安全特性是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ), 只有完善安全標(biāo)準(zhǔn), 才能評(píng)價(jià)新的基因回路的安全性, 進(jìn)而決定其是否能夠商業(yè)化或在環(huán)境中釋放。到目前為止, 國(guó)際上已注冊(cè)的生物方磚(biobricks)基因部件數(shù)據(jù)表(datasheet)中只包含了簡(jiǎn)單部件的可信度數(shù)據(jù), 沒(méi)有有關(guān)安全的詳細(xì)信息(Canton et al., 2008)。而可信度只是評(píng)價(jià)復(fù)雜的基因回路安全性的第一步, 基于生物方磚的基因回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成的生物體, 其安全性還存在許多亟待研究的問(wèn)題。

1 合成生物學(xué)的生物安全評(píng)價(jià)

1.1 合成生物學(xué)的潛在風(fēng)險(xiǎn)

從合成生物學(xué)的研究與潛在應(yīng)用來(lái)看, 其進(jìn)展的每一步都將與生物安全問(wèn)題密切相關(guān)。要確定一項(xiàng)新技術(shù)是否可以安全地用于研發(fā), 或應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷和治療、藥物、食品、飼料、農(nóng)業(yè)、燃料、工業(yè)和生物修復(fù)等領(lǐng)域的商業(yè)化, 以及商業(yè)化后是否能足夠安全地投放于市場(chǎng), 需要適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法來(lái)預(yù)測(cè)每個(gè)環(huán)節(jié)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)。合成生物學(xué)與傳統(tǒng)的基因工程類似, 故針對(duì)基因工程所開展的生物安全評(píng)價(jià)可能成為合成生物學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。然而, 我們?nèi)匀恍枰�明確其評(píng)價(jià)方法是否足以監(jiān)控未

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