合成生物与生物安全
Synthetic Life and Biosecurity
Synthetic Life and Biosecurity
作者
马延和(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308)
江会锋(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308)
娄春波(中国科学院微生物研究所 北京 100101)
刘君(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308)
付钰(中国科学院微生物研究所 北京 100101)
王钦宏(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308)
李寅(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308;中国科学院微生物研究所 北京 100101)
江会锋(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308)
娄春波(中国科学院微生物研究所 北京 100101)
刘君(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308)
付钰(中国科学院微生物研究所 北京 100101)
王钦宏(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308)
李寅(中国科学院天津工业生物技术研究所 天津 300308;中国科学院微生物研究所 北京 100101)
中文关键词
合成生物;生物安全;合成生物学
英文关键词
synthetic organism;biosecurity;synthetic biology
中文摘要
合成生物学基于生物、化学、物理、计算、工程等多学科交叉,对生物体以工程化的方式重新设计甚至是从头合成,将克服自然进化的局限,创造超越自然生命能力的合成生物,不仅对探索生命活动基本规律具有重要科学意义,也在工农业生产、环境保护、健康保健等领域具有巨大应用前景。随着合成生物技术发展的日新月异,合成生物的应用范围日益广泛,如何保障合成生物的生物安全性成为一个极其重要并且亟待解决的关键问题。合成生物学研究中大量涉及来自于病毒、致病性细菌和真菌的强毒力基因元器件,且被设计和使用的毒性基因元件和调控元件的数目也从少数几个跃升为几十个、上百个,乃至整个基因组的重新设计和编辑改造。如果缺乏有效管控或被恶意谬用,这些人工合成生物体可能会对生态环境平衡、公共卫生安全乃至国家国防安全造成威胁。因此,在人工设计和改造生物体的过程中,必须建立系统的防范和监控体系,设计有效的方法和技术来阻止人工生命体在野外环境下的复制和增殖、遗传信息的漂移以及阻断其进化出新的环境适应性,做到完全的人工改造生物隔离,达到真正的人工可控生命目标,确保其生物安全性。文章综述了合成生物学的研究进展和合成生物潜在的生物安全性威胁,以及合成生物的生物安全性防控设计策略,并对相关安全政策规章的制定给出了建议。
英文摘要
Synthetic biology is an emerging field of biological research that combines science and engineering to study the mechanism of life and for a variety of technological applications, which could enable scientists to design and construct increasingly complex genetic devices and circuits, to synthesize and assembly bacterial genomes, and to develop artificially modified biological systems to produce renewable chemicals, biofuels, pharmaceuticals, health care products and new tools for environment protection. With the rapid development of synthetic biology, an important and urgent problem is raised: how do we ensure the biosecurity of synthetic organism? In the synthetic organism related research, such as synthetic biology and the generation of genetically-modified organism, many high toxic biological parts from virus, pathogenic bacteria and fungi have been exploited. The numbers of toxic genes and regulating genes used in the research has risen to hundreds, and to even redesigning the whole genome. A lack of necessary oversight or malicious utilization, these synthetic organism can cause severe risks including irreversible effects on ecosystems, hazards to public health, and threats to the national security. Accordingly, it is necessary to design suitable strategies to achieve a high level biocontainment for engineered organism, which can prevent the non-intended proliferation in the natural environment, horizontal gene transfer, ability to evolve and adapt, so as to reach the final aim of “Artificial life”. Here, we will review the potential risks of synthetic organism and the strategies to make “artificial life”. Finally, some suggestions for enacting the norms of biosafety will be addressed. And proper regulations should be developed to support the innovation and related application transformation while protecting the public from potential harms.
DOI10.16418/j.issn.1000-3045.2016.04.007
作者简介
马延和中科院天津工业技术所所长,研究员。1983年毕业于南开大学生物系微生物专业,分配到中科院微生物所工作,后分别在西班牙Alicante大学、英国Leicester大学学习进修,2005年获得江南大学生物工程专业博士学位。现任国家“863”计划生物医药领域专家组专家,国家“973”计划重大项目首席科学家,国际嗜盐微生物委员会委员,国家生物产业发展咨询专家委员会副秘书长,中科院工业生物技术专家委员会副主任,中国生物工程学会副理事长、国际期刊SalineSystems副主编、3Biotech副主编、AEM编委、《生物加工过程杂志》副主编,第九届国际嗜盐微生物大会主席。主要从事极端微生物和酶的研究与利用,致力于工业生物技术的发展。发现并鉴定了多个具有重要应用价值的微生物新物种与新的工业酶基因。近年来,组织承担了中科院重大项目、“973”项目、“863”重点项目等,在PLoSONE,AEM,JBC,JBacteriol,Microbiology,ApplEnvironMicrobiol,Proteomics,IJSEM,Extremophiles等国际专业刊物上发表论文100多篇,申请发明专利30多项,主编专著2部。新型甘露聚糖酶的研制以第一获奖人获得2000年度国家科学技术发明奖二等奖及1999年度中科院发明奖二等奖。先后被评为“九五”国家重点攻关计划全国先进个人、中科院第六届“十大杰出青年”。为国家中长期科学和技术发展战略规划“战略高技术专题”生物高技术子专题报告的执笔人之一。E-mail:ma_yh@tib.cas.cn