合成生物学和生物工程风险和机遇

人类基因组编辑,3D打印替代器官和人工光合作用 - 生物工程领域为应对我们社会面临的主要挑战提供了巨大希望。但正如今天发表的一篇新文章所强调的那样,这些发展在短期和长期都提供了机遇和风险。

合成生物学及其相关工具和方法领域的快速发展,包括更广泛的基因编辑技术,大大提高了我们的生物工程能力 - 从工程学到生物系统的原理和技术的应用,往往是为了解决'现实世界'的问题。

在开放获取期刊eLife发表的一份报告中,由剑桥大学存在风险研究中心的Bonnie Wintle博士和Christian R. Boehm博士领导的国际专家团队捕捉了行业,创新者,学者的观点以及英国和美国的安全社区,他们认为这是该领域的主要新兴问题。

温特尔博士说:“生物经济的增长带来了应对全球环境和社会挑战的希望,但正如我们的论文所示,它也可能带来新的挑战和风险。该行业需要谨慎行事以确保我们可以安全可靠地获得收益。“

该报告旨在作为各部门决策者的总结和启动点,以进一步探讨可能与他们相关的问题。

报告强调的在未来五年内最相关的问题包括:

用于生产生物燃料的人工光合作用和碳捕获 - 如果可以克服技术障碍,这些发展可能有助于未来采用碳捕获系统,并提供可持续的商品化学品和燃料来源。

提高农业生产力的光合作用 - 合成生物学可能是提高当前养殖土地产量的关键 - 从而有助于解决粮食安全问题 - 通过增强光合作用和减少收获前损失,以及减少收获后和后期消费者浪费。

合成基因驱动 - 基因驱动促进整个物种的优选遗传性状的遗传,例如防止疟疾传播的蚊子繁殖。然而,这项技术提出了一个问题,即它是否可能改变生态系统,甚至可能创造一个新的携带疾病的物种或新的疾病有机体可能占据的利基。

人类基因组编辑 - CRISPR / Cas9等基因组工程技术提供了改善人类寿命和健康的可能性。但是,它们的实施带来了重大的道德困境。拥有金融和技术手段的个人或国家可以选择为子孙后代提供战略优势。

防卫机构在生物工程方面的研究 - 一些国防机构投资的合成生物学领域增加了“双重用途”的风险。例如,一个计划打算利用昆虫传播工程化植物病毒,为其饲养的目标植物提供特性,目的是保护作物免受潜在植物病原体的侵害 - 但这些技术也可能被其他人用于伤害目标。

在接下来的五到十年中,作者确定了感兴趣的领域,包括:

再生医学:3D打印身体部位和组织工程 - 虽然这项技术无疑将减轻由创伤和多种疾病引起的痛苦,但扭转与年龄相关的衰退仍然充满道德,社会和经济问题。随着年龄的增长,公民身体部位的补充成本会增加医疗保健系统的负担,并可能引领新的社会经济阶层,因为只有那些能够自己支付这种医疗费用的人才能延长他们的健康年龄。

基于微生物组的疗法 - 人类微生物组涉及大量人类疾病,从帕金森病到结肠癌,以及肥胖和2型糖尿病等代谢疾病。合成生物学方法可以大大加速更有效的基于微生物群的疗法的开发。然而,基因工程微生物的DNA可能会扩散到人类微生物组中的其他微生物群或更广泛的环境中。

信息安全与生物自动化的交叉 - 自动化技术的进步与更快,更可靠的工程技术相结合,导致机器人“云实验室”的出现,其中数字信息被转化为DNA,然后在一些目标生物体中表达。这开启了新型信息安全威胁的可能性,其中可能包括篡改导致有害生物生成的数字DNA序列,以及通过攻击关键DNA序列数据库或设备来破坏疫苗和药物生产。

从长远来看,确定的问题包括:

新制造商扰乱了医药市场 - 社区生物实验室和创业型初创公司正在定制和分享生物实验和工程的方法和工具。结合开放的商业模式和开源技术,这可能预示着针对跨国制药公司可能无法盈利的区域性疾病量身定制的制造疗法的机会。但这引发了人们对现有制造市场和原材料供应链可能受到破坏的担忧,以及对监管不力,产品质量控制不严格和误用的担忧。

应对新出现的疾病大流行的平台技术 - 新出现的传染病 - 例如最近的埃博拉病毒和寨卡病毒病爆发 - 以及潜在的生物武器攻击需要可扩展,灵活的诊断和治疗。新技术可以快速鉴定和开发候选疫苗和基于植物的抗体生产系统。

改变生物技术的所有权模式 - 非专利,通用工具的兴起和工程生物学技术壁垒的降低有可能帮助那些资源匮乏的人,从基于当地需求和优先事项开发可持续生物经济中受益,特别是在为其他人提供新的进步的基础上。

Jenny Molloy博士评论道:“反复出现的一个主题是获取技术及其益处的不平等。开源,非专利工具的兴起可以促进生物工程领域内知识的广泛共享,并增加获益的机会对于那些在发展中国家的人。“

Rothamsted Research的Johnathan Napier教授补充说:“可持续发展目标所体现的挑战将需要各种各样的想法和创新来实现重大成果。在农业方面,我们正处于我们成长的方式和方式的新范例的尖端,以及证明这些方法的公平性和实用性对于确保公众接受以及以有意义的方式提供影响至关重要。“

Christian R. Boehm博士总结道:“随着这些技术的出现和发展,我们必须确保公众的信任和接受。人们可能愿意接受一些好处,例如所有权从大企业转向更开放的科学,以及解决对发展中国家造成不成比例影响的问题的能力,例如粮食安全和疾病。但如果没有适当的安全预防措施和社会共识 - 无论公共卫生方面的好处 - 可能会在未来许多年内损害这一领域。“