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合成生物环境释放的风险管控
来源:自然辩证法研究   发布者:亦云   日期:2015-02-25   今日/总浏览:2/2658

  【作者简介】王发友(1972- ),安徽定远人,东南大学人文学院博士研究生,江苏 南京 210096;马鞍山师范高等专科学校讲师,安徽 马鞍山 243000,主要研究方向:生物学哲学

  【内容提要】 合成生物技术不仅具有广阔的科学价值和应用前景,也带来一些不寻常的潜在风险。合成生物作为一种人工合成的新颖生命形式,环境释放后可能会以不可预知的和有害的方式进化,从而加剧其不确定性的风险。合成生物环境释放的风险主要集中在生态风险、人类健康风险和社会伦理风险。厘清合成生物环境释放的风险旨在呼吁审慎戒备的态度以及建构合理的管控对策。

  Synthetic biology not only has a broad scientific value and application prospect, but also brings some unusual potential risks. Synthetic organisms, a kind of novel synthetic forms of life, may evolve in an unpredictable and harmful way after the environmental release, which in turn intensifies the risk of uncertainty. To clarify the risk of environmental release of synthetic organisms is of great significance to promote the sound development of emerging technologies, as well as to make the scientific decisions by the policymakers.

  【日 期】2014-05-26

  【关 键 词】合成生物/环境释放/不确定性风险/管控synthetic organisms; environmental release; uncertainty risk; controls

  文章编号:1000-8934(2014)10-0114-05

  中图分类号:N031  文献标识码:A

  一、引言

  2010年5月20日,克雷格·文特尔研究所宣布他们已经从一个不同物种的细菌细胞创造了世界上第一个自我复制的合成基因组。[1]支持者与批评者针对这一发现潜在的风险和益处进行了激烈的讨论。作为回应,美国总统奥巴马要求生物伦理学研究总统委员会对于合成生物技术这个新兴领域进行审查,以确定合适的道德界限来实现公共利益最大化和风险最小化。[2]3

  合成生物技术作为后转基因时代出场的新兴技术,旨在应用标准化的工程技术创造具有新颖或专门功能的生物体或生物系统来满足人类各种应用的需要。这一崭新的技术形态有望在创建清洁能源、污染控制、医药、化工新产品、创造新的经济机会等领域提供非凡的承诺。因其具有广阔的科学价值和应用前景,吸引了众多不同领域的专业研究人员的关注和参与,甚至包括一些“业余”或“自己动手”(DIY)科学家,这也给合成生物技术带来了一些不寻常的潜在风险。

  今天合成生物技术的许多潜在的应用已远超基因工程在整个生物技术产业的实践。在未来,该领域有可能创造当今世界前所未见的全新的生物和系统。合成生物技术的批评者和支持者都担心,鉴于新创造的合成生物既没有进化的历史,也没有一个生态的历史,这些具有不确定的或不可预测的功能和属性的合成生物,可能会在未知的和不利的方面影响生态系统和其他物种。因此,厘清合成生物环境释放的风险对于促进这一新兴技术的健康发展、为政策制定者科学决策提供参考都具有一定意义。

  二、合成生物环境释放的风险

  1.转基因生物与合成生物

  转基因生物是利用基因重组技术,将人工分离和修饰过的外源基因有目的地导入目标生物的基因组中,人为地加强或减弱某种生物功能,从而获得新的表观遗传性状发生改变的生物体。“转基因技术将一个物种的某个或某些基因片断植入或替换另一物种的某个或某些基因,使之表达目的蛋白质,只是局部改变了物种的某些性质,属于对现有物种的某种改造,从严格意义上说并没有创造新物种。”[3]例如抗虫棉虽然携带了抗虫基因,但它还是棉花,基因只是被部分修饰来改变其生物特性。

  合成生物是指利用合成生物技术,依赖于DNA的从头人工合成,以及标准化和自动化流程创造的新颖的或者功能增强的生物体。合成生物技术跨越了转基因技术,实现从制造转基因生物向创造合成生物的质的飞跃,两者具有显著区别。合成生物技术旨在设计和制造自然界中不存在的生物元件、装置和系统,包括现有的生物元件、装置和系统的再设计和再制造,并最终实现从头设计和构建自然中不存在的人工生物体系。合成生物技术标志着人类进一步掌握打开生命黑匣子的能力,已经从阅读、改造DNA序列转到创造新的DNA序列。生命可以通过计算机设计,生命的本质变成了序列、元件、模块和数据。合成生物学家正在创造“造物主”或者“自然选择”不敢创造的生命形式。这些人工合成的物种无论从实验环境中意外逃逸或者人为故意释放到自然环境中,由于其生物特性处于不可预知的进化变动中,使得人为有效控制难以实现,因而甚至可以说合成生物技术比转基因技术产生的安全问题更加严重。

  2.合成生物环境释放的风险

  美国传统词典给风险的定义是:遭受损失、危险的可能性;有不确定危险、危害的因子、组分或过程。国内学者认为,风险是由不幸事件发生的可能性及其发生后将要造成的损失组成的概念。[4]据此判断,合成生物环境释放的风险是指合成生物的环境释放所发生不幸事件的可能性及其发生后将要造成的损失。

  相比于在一个控制装置里的设计,在自然环境条件下可以生存的合成或人工生物的设计更具挑战性和难以预测。[5]复杂性和变异连在一起,现有的认知水平难以搞清人造生物体如何应对新的自然环境及其相互作用,从而增加了这一领域应用风险的担忧。DNA本身不足以创造必要的生物功能来创建生物燃料、疫苗、土壤传感器等任何需要的合成生物学产品。DNA只有存在于一个环境中才能执行功能,提供细胞组件如核糖体、蛋白质和其他结构来阅读和翻译,进而实现它的遗传代码。关于细胞内和细胞之间的相互作用,以及天然细胞或“人工”细胞和它们的环境之间的相互作用仍有许多未知,如今合成生物体的行为仍有不可预测性。[6]通常基于单独的DNA序列或形状,编码蛋白质和生物系统的其他特征功能不能被准确预测。[7]合成生物系统如何进化也还未知。在大多数情况下,科学家设计的生物系统很快恢复到“野生型”(即进化失去工程的功能而不是获得一个新的功能)。尽管这一概念可能是可靠的,它并不排除这种可能性,系统可能会在不可预知的和有害的方式进化,尤其是在实验室外释放。因为涉及生命过程,合成生物环境释放风险的扩散与传播是非常迅速的,合成生物不仅可以发生垂直转移(即性垂直复制,如花粉、果实、配子、胚胎及后代),也可发生基因水平转移(即外生殖过程和跨物种障碍,如细菌感染其他高等生物),并影响生物的演化过程。因此,合成生物环境释放的风险远大于在隔离的、拥有封闭安全壳的实验室研究的风险,其中任何一个环节的疏忽或操作不当,都有可能招致一系列的级联放大反应。

  合成生物技术目前处于早期发展阶段,尤其需要审慎提防合成生物体或其他生物活性材料疏忽的环境释放造成的潜在风险。合成生物释放到环境中的时机也需要深思熟虑,释放前需要特别关注对风险的分析。[2]9我们需要支持对健康和环境安全进行风险评估,以避免引发大的生态、健康和生命伦理危机。 

  三、合成生物环境释放风险的可能径向

  合成生物环境释放的应用领域很多,目前风险主要集中在生态风险、人类健康风险和生命伦理风险。

  1.生态风险

  合成生物不受控制的环境逃逸或释放可能伴随着生态系统的破坏,带来新的、更结实的、更难控制的入侵物种的增长。合成生物意外或故意释放的污染是其中最主要的预期生态风险。人工合成的化学物质通常有一个明确的和可预测的品质,然而合成生物有机体则不具备这个特性,因而可能更难以控制。非受控的释放,在理论上可以导致与其他生物不受欢迎的杂交,不受控制的增殖,排挤现存的物种,威胁生物多样性。[8]譬如为了生产生物燃料而采用合成生物技术创建的能够在池塘放养的蓝绿藻,一个假设的最糟糕的情况,这种人工合成的高产种植生物燃料偶然从试验的池塘泄漏,扩散到自然的河流,比原生藻拥有更强竞争力,在那里茁壮成长,抢夺生态系统重要的营养成分进而取代其他物种,对环境带来负面影响。[9]

  新创建的合成生物具有不同于已知生物体的能力,随着该领域开始开发更复杂的、新颖的人工制剂和产品,合成生物环境释放的风险愈加难以评估。合成生物环境释放的一个完整的评估需要对当前认知与技术的局限性、挑战、预期的风险或伤害高度关注。现在,基因、寡核苷酸序列或部件以及能够合成核酸序列的自动化设备和试剂都可以通过市场轻易购得。不受控制地接触到制造合成生物的材料和物资给社会监管带来了独特的挑战,至少从理论上讲,在现有的监督机制范围外不正常地制造和使用合成生物可能因此发生。

  2.人类健康风险

  合成生物环境释放对人类健康的风险可能来自于故意或非故意使用合成生物所产生的副作用。利用合成生物产品治疗疾病是主要的预期应用途径,而这可能引发病人意料之外的不良反应。譬如使用细菌的细胞疗法可能导致感染或意想不到的免疫反应。假设发生以下情况,传染病病菌在针刺之后传送到实验室工作人员,工作人员成为疾病主体后又通过空气传播感染到家庭成员,如果没有足够的手段来控制合成生物的繁殖,风险也可能涉及更广泛的人群或环境。

  多数公众对合成生物环境释放所导致的健康风险的担忧,最突出的还是集中在合成生物的双重使用或有意误用。其中最广泛表达的是合成生物可能被“错误的手”使用,即为了生物恐怖主义或充当生物黑客而故意创造有害生物。最近有害病毒重构的事例加剧了这种担忧,包括实验室创建的传染性脊髓灰质炎病毒,支原体的基因组,以及1918年的西班牙流感病毒菌株等。

  3.生命伦理风险

  当下的生物技术历经转基因技术、克隆技术再到合成生物技术,已日益深入探索到生命的本根处,日益深刻地冲击着人们传统的关于生命的信念。转基因技术局部改变了物种的某些性质,从严格意义上说并没有创造新物种。克隆技术违背自然进化的规律将自然界长期进化而来的有性生殖逆变为无性生殖,但它也只是仅仅对原有物种的复制。而合成生物技术将实现制造甚至创造生命。合成生物技术意味着人类已经从阅读序列发展到创造序列,从解读基因组发展到重写基因组,实现了质的转变。生命的本质已经变成了序列的、数据的,计算机成为生命的制造者,生命变成可以设计的。

  极力反对制造生命的是一些宗教界人士和信奉达尔文主义的科学界人士,他们基于直觉相信只有上帝或者大自然才具有设计和创造世界上最美的事物的能力。其中保守的天主教徒和激进的达尔文主义者还结成了联合抵制制造生命的统一战线。教皇本尼狄克十六世指责科学家篡改了上帝关于生命法则的旨意,僭越了上帝的位置,这是一种疯狂傲慢的、充满危险的冒险举动。达尔文主义者相信现在的世界万物都是经过千百万年进化和自然选择才形成的,只有顺应自然进化规律的行为才是伦理合理的。而合成生物技术违背自然进化规律,因而得不到伦理的辩护,如果人类设法去创造生命,可能会给地球上的整个生态系统、一切物种,包括人类在内产生难以预料的影响。合成生物对环境可能造成的不确定性风险和复杂性问题就是其中与之相联系的人们表达的重要关切。反对合成生命的人往往认为合成生物技术已从根本上将人类从地球上连根拔起,真正的危险在于它的本质已日益远离生命的本真存在。

  任何一项新出现的技术都不是零风险的。不考虑灾害后果的技术开发是莽撞而不负责任的,同样由于风险的考虑而采取一味的否定态度也是不合理的。合成生命的研发需要在谨慎的引导下进行,这一点预示着我们随时都要把极端的危险保持在视野中。科学技术的发展不仅要符合真的规定,还必须同时符合善的规定。只有具备真的且是善的技术,它才能成为人类的现实选择。也就是说,对于人类即将掌握的合成生物技术而言,不应当立即将其无条件地投入到现实应用,最终决定是否应当将其现实应用,是一个必须经过充分厘清风险和建构风险管控对策后所作的谨慎选择。

  四、合成生物环境释放的风险管控对策

  风险管控意味着厘清风险、运用各种风险控制工具,旨在风险发生之前消除隐患,避免或降低风险发生的可能性,将损失减少到最低限度。任何新兴技术都具有双重性,包括合成生物技术,在合成生物环境释放的风险没有完全搞清之前的盲目释放和应用是不可取的,也是不负责任的,容易导致不可预知的严重损害后果。同样道理,在合成生物技术风险没有全部认清之前就给其判定莫须有的罪名,过分限制其发展,又会使得国家丧失技术领域取得的优势和经济机会。由于合成生物环境释放后可能进化或改变,这将导致其风险概率或风险量级升高或高度不确定,因此,呼吁审慎戒备的态度看待合成生物环境释放的风险,建构合理的管控对策以在释放过程中识别出任何可能的缺口是合理的。

  合成生物环境释放的风险的本质是科学问题,相关风险研究是合成生物安全管理的核心,是决策者制定国家产业发展战略、政策与策略的依据。目前,相对于美国和欧洲等发达国家,我国的合成生物环境释放的风险研究起步较晚、水平不高,研究人员缺乏、参与面狭窄,经费投入有待提高。如果再加上社会人口压力、经济发展水平,科研人员素质、管理水平与能力,公众的科学素养等方面差异的因素,我国的合成生物释放的相关风险研究还有很大差距,需要政府和民间团体加大经费投入,尽快培育熟悉合成生物技术风险管理的研究队伍,以促进适应我国国情的合成生物环境释放的风险研究。合成生物环境释放的风险研究还具有其他技术所不具备的技术优势,即可以开发许多的工具包括策略以矫正风险,包括工程所谓的“终结者”基因或可以插入到生物的“自杀”开关或缺乏独特化学条件的其他控制设置,从而防止合成生物的实验室外繁殖或幸存。[10]随着合成生物技术研究进一步发展,其中一些工具可能足以中和合成生物环境释放所引发的潜在风险。此外,合成生物还携有在生物体的遗传代码可追踪的信息,研究人员可以独特标记他们开发的新生物的基因密码,这个标记对于恶意使用该合成生物带来一个额外的、有效的威慑。

  科学技术是一个共享资源,影响和属于全体公民。公众教育与参与也是管控合成生物环境释放风险的重要内容,是促进其健康发展的有效的活动。支持和鼓励公众(政府、私人基金会、草根科学团体和民间组织)参与讨论能够提高公众对合成生物环境释放风险管控的理解和认同,识别虚假信息,及时发现环境影响和危害,最大限度降低风险发生的可能性。通过建立稳定的公众交流平台和途径,提高信息的透明度和准确性,加强教育和宣传,提高公众最大程度的知情权、参与权和监督权,并正确引导科研机构、民间团体和个人的活动,有助于政府科学制定科技政策,推动合成生物技术新兴产业的持续健康发展。

  为了促进合成生物技术的健康发展,国家立法机构应该通过吸引多方参与、同行评议等措施加快建立关涉合成生物安全的法律与制度,“尽快出台一部综合性、统领性的法规,涵盖合成生物技术的研究开发、试验和生物技术产品的生产、环境释放、商业化、销售、进出口、运输转移、标识、损害赔偿、应急管理、公众交流等方面,统领和协调现有的管理法规和管理机构,为合成生物技术的风险管控提供有力的保障”[11]。同时,相应的监管机构亟需设立合成生物不良事件报告、召回与赔偿机制,规定合成生物产品的制造商或研究员在环境释放或营销批准之前、期间和之后给予密切配合,不断提供安全性和有效性数据。监管机构负责合成生物环境释放前的测试、制造流程、广告和促销标签,对于临床研究强加最低道德标准,包括要求研究参与者的知情同意、通过地方政府部门的安全和伦理审查以及不良事件报告等。

  合成生物环境释放涉及的领域非常广泛,需要多个政府部门承担重要的监管责任。其中有些管辖权是重叠在一起的,所有这些职责分工共同构成了合成生物环境释放的风险管控网。然而即便这样设置依然是不足的,伴随着合成生物技术领域的进步,为了确保现有的措施能够对公众和环境提供足够的保护还亟需一个中央部门进行统一协调以实施更全面的持续审查。合成生物技术的研究是否符合伦理要求在很大程度上取决于科学家个人的行为。合成生物技术世界的行动者,包括工程师、化学家、材料科学家、计算机建模者和其他介入此技术实践的人,可能并不熟悉伦理和责任的标准。政府间通过持续对话与合作,教育和告知所有合成生物学家牢记他们的责任和义务,特别是关于生物安全性,以共同应对合成生物环境释放的潜在风险挑战。因此,国际协调也是合成生物环境释放的风险管控所必不可少的。

  合成生物环境释放的潜在风险告诫我们不能在新技术的热情上鲁莽。合成生物环境释放前、释放中和释放后的持续评估和审查是必需的,既要避免在科学和社会进步方面不必要的限制,又要确保适当的限制来保护生态环境和人类健康。伴随着合成生物技术的发展从科学探索的婴儿期到完全成熟时期,关于合成生物环境释放风险的对话应该持续,建立在科学基础之上的对话呼唤更多的伦理学家、哲学家、生物学家和监管机构的参与。

  【参考文献】

  [1]Gibson D G, Glass J I, Lartigue C, et al. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome[J]. Science, 2010, 329: 52—56.

  [2]Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues(PCSBI). New Directions: The Ethics of Synthetic Biology and Emerging Technologies[R]. 2010(11): 3.

  [3]曾庆娟.合成生物技术伦理问题研究[D].长沙:湖南师范大学,2011:14.

  [4]朱联辉,田德桥,郑涛.生物技术发展与风险管控[J].军事医学科学院院刊,2009(10):458.

  [5]De Vriend, H.. Constructing Life: Early social reflections on the emerging field of synthetic biology[M]. The Hague: Rathenau Institute, 2009.

  [6]Keasling, J. D. Manufacturing molecules through metabolic engineering[J]. Science. 2010(330): 1355-1358.

  [7]National Research Council. Sequence-based Classification of Select Agents: A Brighter Line[M]. Washington, D. C.: The National Academies Press. 2010.

  [8]Eggers, J., et al. Is biofuel policy harming biodiversity in Europe?[J]. Global Change Biology Bioenergy. 2009, 1(1): 18-34.

  [9]Snow, A. Benefits and Risks of Synthetic Biology[R]. Presentation to the Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues. 2010(7).

  [10]Callura, J. M., et al. Tracking, tuning, and terminating microbial physiology using synthetic riboregulators[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2010, 107(36): 15898-15903.

  [11]杨君.转基因作物风险分析方法研究与安全管理[D].大连:大连理工大学,2010:132.

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