Опасности синтетической биологии, или инженерной биологии, включают в себя опасности биобезопасности для рабочих и населения, опасности биозащищённости, возникающие в результате преднамеренного конструирования организмов с целью причинения вреда, а также опасности для окружающей среды. Угрозы для биобезопасности аналогичны угрозам для существующих областей биотехнологии, в основном они заключаются в воздействии патогенов и токсичных химических веществ; однако новые синтетические организмы могут иметь новые риски. Что касается биологической безопасности, есть опасения, что синтетические или переработанные организмы теоретически могут быть использованы для биотерроризма. Потенциальные риски биобезопасности могут включать в себя воссоздание известных патогенов с нуля, создание более опасных существующих патогенов и создание микробов для производства вредных биохимических веществ. Наконец, экологические опасности включают неблагоприятное воздействие на биоразнообразие и экосистемные услуги, включая потенциальные изменения в землепользовании в результате сельскохозяйственного использования синтетических организмов.
В целом, существующие меры по обеспечению безопасности, методологии оценки рисков и правила, разработанные для традиционных генетически модифицированных организмов (ГМО), также применимы к синтетическим организмам. «Внешние» методы биологического сдерживания, используемые в лабораториях, включают шкафы биобезопасности и перчаточные боксы, а также средства индивидуальной защиты. В сельском хозяйстве они включают изоляционные расстояния и барьеры для пыльцы, аналогично методам биологического сдерживания ГМО. Синтетические организмы потенциально могут обеспечивать повышенный контроль за опасностями, поскольку они могут быть разработаны с использованием «внутренних» методов биологического сдерживания, которые ограничивают их рост в бесконтактной среде или предотвращают горизонтальный перенос генов организмам. Примеры внутреннего биологического сдерживания включают ауксотрофию, переключатели биологического уничтожения, неспособность организма реплицировать или передавать синтетические гены потомству, а также использование ксенобиологических организмов с использованием альтернативной биохимии, например с использованием искусственных ксенонуклеиновых кислот (XNA) вместо ДНК.
Существующие системы анализа риска для ГМО обычно применимы к синтетическим организмам, хотя могут возникнуть трудности с организмом, построенным «снизу вверх» из индивидуальных генетических последовательностей. Синтетическая биология обычно попадает под существующие правила для ГМО и биотехнологии в целом, а также любые правила, которые существуют для последующих коммерческих продуктов, хотя, как правило, в какой-либо юрисдикции нет правил, специально созданных для синтетической биологии.
Предпосылки Синтетическая биология является продуктом биотехнологии, отличающейся только использованием биологических путей и организмов которые не встречаются в природе. Это контрастирует с «традиционно» генетически модифицированными организмами, которые созданы путём переноса существующих генов из одной клетки в другую. Основные цели синтетической биологии заключаются в реконструкции генов клеток и организмов для генной терапии; в развитии искусственных протоклеток; и развитии организмов основанных на альтернативной биохимии. Данная работа была продиктована развитием геномного синтеза и регулирующих инструментов, а также пулами стандартизированных синтетических биологических схем с определёнными функциями. В дополнение, доступность данных инструментов подтолкнула к распространению движения «сделай сам» в биологии.
Однако, синтетическая биология находится на начальной стадии развития. Сегодня учёные ещё не способны конструировать организмы «с нуля», они работают главным образом в рамках существующих организмов. Исследования до сих пор проводились в основном на относительно простых одноклеточных организмах, таких как бактерии (E. coli) и дрожжи (S. cerevisiae), хотя уже достигнуты успехи и на более сложных системах, например на клетках растений и млекопитающих.
Синтетическая биология имеет потенциальные коммерческие применения в энергетике, сельском хозяйстве, медицине и производстве химических веществ, включая фармацевтические препараты. Биосинтетические применения часто различают за их «замкнутое использование» в лабораториях и производственных помещениях, а также в «умышленном производстве» за пределами лаборатории для медицинского, ветеринарного, косметического и сельскохозяйственного применения. Так как использование синтетической биологии возрастает в промышленности, возрастает и количество работников подвергнутых риску.
Опасности
Биологическая безопасность Опасности для работников сферы синтетической биологии схожи с теми, которые присутствуют в остальных областях биотехнологии, и в основном заключаются в воздействии патогенов и токсичных химикатов на человеческий организм. К ним относятся опасные химические вещества; биологические опасности, включая организмы, прионы и токсины биологического происхождения; физические, такие как эргономические опасности, радиационные и шумовые опасности; и дополнительные риски травм, нанесённых во время работы с оборудованием, например автоклавами, центрифугами, сжатым газом, криогенами и поражения электрическим током.
Новые протоклетки или ксенобиологические организмы, а также редактирование генов высших животных могут создавать новые опасности для биобезопасности, которые влияют на их оценку риска. По состоянию на 2018 год большинство руководств по лабораторной биобезопасности основано на предотвращении воздействия только существующих, а не новых патогенов. Лентивирусные векторы, полученные из вируса ВИЧ-1, широко используются в генной терапии из-за их уникальной способности инфицировать как делящиеся, так и неделящиеся клетки, но непреднамеренное воздействие на рабочих может привести к онкологии и другим заболеваниям. В таких случаях, специальные антиретровирусные препараты можно использовать в качестве профилактики после контакта.
Учитывая схожие стремления в синтетической биологии и движения «сделай сам», начали возникать новые опасение на счёт соблюдения практикующих данное движение людей правил оценки рисков и биобезопасности, требуемые от профессионалов. Хотя и существует неформальный кодекс этических норм, учитывающий риски для здоровья и другие неблагоприятные последствия.
Биологическая защита Возникновение синтетической биологии также породило беспокойства в отношении биологической защиты, так как синтетические или переработанные организмы могут быть созданы для биотерроризма. С учётом ресурсов необходимых для проведения такого рода деятельности вероятность этого мала, но тем не менее она существует. Хотя в то же время, синтетическая биология может расширить число людей с соответственными способностями и уменьшить время необходимое для их развития.
В отчёте Национальной академии наук, инженерии и медицины (NASEM) за 2018 год определены три возможности, вызывающие наибольшее беспокойство. Первый — это воссоздание известных патогенов с нуля, например, использование синтеза генома для воссоздания исторических вирусов, таких как вирус испанского гриппа или вирус полиомиелита. Современные технологии позволяют провести синтез генома для практически любого вируса млекопитающих, а последовательности известных вирусов человека общедоступны, процедура имеет относительно низкую стоимость и требует доступа к базовому лабораторному оборудованию. Однако патогены должны обладать известными свойствами, и их можно было бы смягчить стандартными мерами общественного здравоохранения, а также можно было бы частично предотвратить путём скрининга коммерчески производимых молекул ДНК. В отличие от вирусов, создание существующих бактерий или совершенно новых патогенов с нуля ещё не представлялось возможным по состоянию на 2018 год и считается низким риском.
Ещё одна вызывающая озабоченность возможность, которую упоминает NASEM — это создание более опасных существующих патогенов. Это включает в себя изменение целевого хозяина или ткани, а также усиление репликации, вирулентности, трансмиссивности или стабильности патогена; или его способность продуцировать токсины, повторно активироваться из состояния покоя, уклоняться от естественного или индуцированного вакцинами иммунитета или уклоняться от обнаружения. NASEM считает, что искусственно созданные бактерии представляют более высокий риск, чем вирусы, потому что ими легче манипулировать, а их геномы более стабильны с течением времени.
Последняя возможность, вызывающая беспокойство, на которую указывает NASEM — это создание микробов для производства вредных биохимических веществ. Метаболическая инженерия микроорганизмов — хорошо известная область, нацеленная на производство топлива, химикатов, пищевых ингредиентов и фармацевтических препаратов, но её можно использовать для производства токсинов, антиметаболитов, контролируемых веществ, взрывчатых веществ или химического оружия. Считается, что это более высокий риск для природных веществ, чем для искусственных.
Также существует вероятность появления новых угроз, которые NASEM сочла менее опасными из-за их технических проблем. Доставка искусственно созданного организма в микробиом человека связана с проблемами доставки и устойчивости в микробиоме, хотя атаку будет сложно обнаружить и смягчить. Патогены, созданные для изменения иммунной системы человека, вызывая иммунодефицит, гиперреактивность или аутоиммунитет, или для прямого изменения генома человека, также считались менее опасными из-за серьёзных технических проблем.
Экологические Опасности для окружающей среды включают в себя воздействие токсинов на животных и растения, так же как неблагоприятное воздействие на биологическое разнообразие и экосистему в целом. Например, токсин, внесённый в растение для противодействия определённым насекомым-вредителям, может также влиять на других беспозвоночных. Некоторые весьма спекулятивные опасности включают в себя инвазивные и вытесняющие естественные организмы, искусственно созданные организмы, а также горизонтальный перенос генов от искусственно созданных организмов к естественным. Генные побуждения к подавлению переносчиков болезней могут непреднамеренно повлиять на приспособленность целевых видов и изменить баланс экосистемы.
Кроме того, синтетическая биология может привести к изменениям в землепользовании, например, к вытеснению непищевых синтетических организмов других видов сельскохозяйственного использования или диких земель. Это также может привести к тому, что продукция будет производиться несельскохозяйственными средствами или крупномасштабным коммерческим сельским хозяйством, что может оказаться экономически более выгодным для мелких фермеров. Наконец, существует риск того, что методы сохранения, основанные на синтетической биологии, такие как вымирание, могут снизить поддержку традиционных усилий по сохранению.
Контроль рисков
Внешний Внешняя биозащита включает в себя физическое сдерживание с помощью инженерных средств контроля, таких как шкафы биобезопасности и перчаточные боксы, а также средства индивидуальной защиты, включая перчатки, пальто, халаты, бахилы, ботинки, респираторы, лицевые щитки и защитные очки. Кроме того, помещения, используемые для синтетической биологии, могут включать зоны дезактивации, специализированные системы вентиляции и очистки воздуха, а также отделение лабораторных рабочих зон от общественного доступа. Эти процедуры являются общими для всех микробиологических лабораторий.
В сельском хозяйстве внешние методы биоизоляции включают поддержание дистанций изоляции и физических барьеров для пыльцы, чтобы не дать модифицированным организмам удобрять растения дикого типа, а также посев модифицированных семян и семян дикого типа в разное время, чтобы периоды их цветения не перекрывались.
Внутренний