合成生物学涉及的生物安全问题与管理建议

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1、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7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

2、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

3、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7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。1.1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。1.2技术路线合成生物学是人类基因组计

4、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”。1、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

5、氧化碳的功能，成为一个严格产甲烷的改造生物体，7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

6、.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]。7尽管合成生物学的商业应用多数还要几年以后

7、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。1、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

8、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