合成生物與生物安全*

馬延和????江會(huì)鋒????婁春波????劉??君????付??鈺????王欽宏????李??寅， 中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所 天津 300308 中國(guó)科學(xué)院微生物研究所 北京 000

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合成生物與生物安全*

馬延和1江會(huì)鋒1婁春波2劉??君1付??鈺2王欽宏1李??寅1，2
1 中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所 天津 300308
2 中國(guó)科學(xué)院微生物研究所 北京 100101

摘要合成生物學(xué)基于生物、化學(xué)、物理、計(jì)算、工程等多學(xué)科交叉，對(duì)生物體以工程化的方式重新設(shè)計(jì)甚至是從頭合成，將克服自然進(jìn)化的局限，創(chuàng)造超越自然生命能力的合成生物，不僅對(duì)探索生命活動(dòng)基本規(guī)律具有重要科學(xué)意義，也在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、健康保健等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用前景。隨著合成生物技術(shù)發(fā)展的日新月異，合成生物的應(yīng)用范圍日益廣泛，如何保障合成生物的生物安全性成為一個(gè)極其重要并且亟待解決的關(guān)鍵問題。合成生物學(xué)研究中大量涉及來自于病毒、致病性細(xì)菌和真菌的強(qiáng)毒力基因元器件，且被設(shè)計(jì)和使用的毒性基因元件和調(diào)控元件的數(shù)目也從少數(shù)幾個(gè)躍升為幾十個(gè)、上百個(gè)，乃至整個(gè)基因組的重新設(shè)計(jì)和編輯改造。如果缺乏有效管控或被惡意謬用，這些人工合成生物體可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境平衡、公共衛(wèi)生安全乃至國(guó)家國(guó)防安全造成威脅。因此，在人工設(shè)計(jì)和改造生物體的過程中，必須建立系統(tǒng)的防范和監(jiān)控體系，設(shè)計(jì)有效的方法和技術(shù)來阻止人工生命體在野外環(huán)境下的復(fù)制和增殖、遺傳信息的漂移以及阻斷其進(jìn)化出新的環(huán)境適應(yīng)性，做到完全的人工改造生物隔離，達(dá)到真正的人工可控生命目標(biāo)，確保其生物安全性。文章綜述了合成生物學(xué)的研究進(jìn)展和合成生物潛在的生物安全性威脅，以及合成生物的生物安全性防控設(shè)計(jì)策略，并對(duì)相關(guān)安全政策規(guī)章的制定給出了建議。

關(guān)鍵詞合成生物，生物安全，合成生物學(xué)

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.04.007

*資助項(xiàng)目：中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目（KGZD-EW-606）

修改稿收到日期：2016年3 月2日

1　合成生物安全研究的重要意義

生命過程極其復(fù)雜，人們也一直致力于認(rèn)識(shí)生命的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)人工設(shè)計(jì)和改造具體的生命過程，以期更好地為工農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)和醫(yī)療健康服務(wù)。20 世紀(jì) 50 年代，沃森和克里克發(fā)現(xiàn) DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)，并提出了遺傳信息傳遞的中心法則，將人類對(duì)生命機(jī)制的認(rèn)識(shí)帶入了分子時(shí)代，是生命科學(xué)研究第一次革命的里程碑。第二次革命的里程碑則是由測(cè)序技術(shù)的發(fā)明而促成的“人類基因組”計(jì)劃，將人類對(duì)生命的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到了組學(xué)時(shí)代。基于數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算科學(xué)、工程科學(xué)與生命科學(xué)的深度融合，合成生物學(xué)促使生命科學(xué)從觀測(cè)性、描述性、經(jīng)驗(yàn)性的科學(xué)，躍升為可定量、可預(yù)測(cè)、工程性的科學(xué)，推動(dòng)了從認(rèn)識(shí)生命到設(shè)計(jì)生命的質(zhì)的變革，帶來了生命科學(xué)領(lǐng)域的第三次革命[1,2]。合成生物學(xué)理論和方法的引入，不僅顛覆了當(dāng)前生命科學(xué)的研究范式，也將極大提升人類對(duì)生命工作原理的理解與操控，將可能為解決人類社會(huì)面臨的一系列社會(huì)、資源、環(huán)境等重大挑戰(zhàn)提供新的解決方案。

隨著合成生物學(xué)的快速發(fā)展，生物體的人工合成與改造變得越來越容易[3,4]。早期的合成生物學(xué)家僅能設(shè)計(jì)具有兩三個(gè)基因的按鍵式基因開關(guān)或震蕩器，而現(xiàn)在在工程學(xué)以及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，利用高效的 DNA 合成組裝技術(shù)，合成生物學(xué)已能設(shè)計(jì)包含十?dāng)?shù)個(gè)基因的復(fù)雜基因程序（圖 1），賦予合成生物各種嶄新的生物學(xué)功能，如青蒿素、紫杉醇、鴉片等植物藥物成份的微生物合成[5-7]、腫瘤的人工T細(xì)胞治療[8]、智能生物發(fā)酵控制[9]，甚至通過基因組全人工合成實(shí)現(xiàn)“人造生命”[10-12]。但是合成生物學(xué)家通過設(shè)計(jì)與改造賦予了合成生物超越自然生命體的特殊能力的同時(shí)，也暗示著其有可能產(chǎn)生巨大的破壞性。如果不予正確引導(dǎo)和規(guī)范，合成生物也有可能在生態(tài)、健康、生物恐怖等方面產(chǎn)生巨大生物安全隱患，并可能造成生命倫理問題。

近年來合成生物的應(yīng)用范圍日益廣泛，合成生物的安全性也正逐步引起人們的關(guān)注甚至擔(dān)憂。合成生物學(xué)家在設(shè)計(jì)與改造合成生物的同時(shí)，也需要針對(duì)合成生物可能存在的生物安全問題進(jìn)行研究，加強(qiáng)對(duì)合成生物在有毒代謝物合成、惡性快速生長(zhǎng)、自然環(huán)境逃逸等安全性方面的人工控制能力。伴隨著合成生物超越自然的能力逐漸增強(qiáng)，國(guó)際上越來越多的合成生物安全性的控制研究也正在展開[13]。然而我國(guó)在合成生物的安全性領(lǐng)域紙上討論較多，實(shí)際合成生物安全性的控制研究活動(dòng)很少。因此，我國(guó)合成生物的生物安全防控研究是亟待解決的重大問題，亟需加強(qiáng)合成生物安全性防控的研究，實(shí)現(xiàn)可控的人工生命進(jìn)程，把不安全因素降到最低，確保合成生物在工業(yè)、環(huán)境、人類健康等領(lǐng)域的應(yīng)用過程中是安全的、可控的。

2　合成生物安全的現(xiàn)狀與問題

隨著合成生物學(xué)的迅速發(fā)展，合成生物的安全性問題也日益突出。許多研究者和相關(guān)專業(yè)人員都傾向于認(rèn)為新技術(shù)是可控的，其擴(kuò)散是可預(yù)計(jì)的。然而，成癮化合物合成技術(shù)與核技術(shù)的歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，必須警惕新技術(shù)可能帶來的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。與此二者相比，合成生物學(xué)帶來的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)甚至更大。對(duì)于一個(gè)生命體而言，其具有自我繁殖、突變進(jìn)化并適應(yīng)環(huán)境等非生命體所不具備的特征，因此具備這些特征的人工改造生命體在缺乏有效的人工控制情況下有可能產(chǎn)生極其嚴(yán)重的后果。

圖1 在工計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，利用高效自動(dòng)化的DNA合成與組裝技術(shù)，可設(shè)計(jì)合成具有復(fù)雜基因程序的合成生物

（1）合成生物的人工生物元件可能對(duì)人類或其他生物和生態(tài)環(huán)境的安全性產(chǎn)生潛在威脅。例如，人工改造的細(xì)菌往往導(dǎo)入抗生素抵抗基因而便于人工篩選，如果這些細(xì)菌被釋放到環(huán)境中，這些抗生素基因有可能通過基因的水平轉(zhuǎn)移（horizontal gene transfer）被致病菌獲得，從而使得致病菌具有抵抗抗生素的能力，給細(xì)菌感染的治療造成很大的困難。同樣的機(jī)理，基因的水平轉(zhuǎn)移有可能讓致病菌通過獲得某些特定的基因而導(dǎo)致更強(qiáng)的致病能力。人工改造的細(xì)菌也有可能由于代謝通路的改變而產(chǎn)生預(yù)期外的新毒素，使非致病菌轉(zhuǎn)變成致病菌，危害人類的健康。

（2）合成生物的代謝產(chǎn)物可能存在生物安全隱患。當(dāng)前的合成生物技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)將常見的化學(xué)品（如葡萄糖）合成為違禁藥品（如鴉片類分子、高毒性分子）的能力。例如鴉片分子合成的研究中需表達(dá) 14 個(gè)關(guān)鍵功能基因元件[7]，如果對(duì)這些功能元件沒有嚴(yán)格的控制，限制其合成與使用，那么就有可能會(huì)出現(xiàn)濫用合成生物造成生物安全隱患的情況。同時(shí)青蒿素、紫杉醇、依托泊苷等藥物分子合成途徑的發(fā)現(xiàn)展示出合成生物學(xué)解析復(fù)雜化合物天然合成路徑的能力持續(xù)增強(qiáng)。復(fù)雜藥物分子的生物合成途徑的成功實(shí)現(xiàn)，揭示出生物組合合成有可能產(chǎn)生全新的自然界不存在的生物分子。新生物分子的生物合成帶來的潛在生物安全問題，亟需全社會(huì)的關(guān)注。

（3）合成生物體有可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生潛在生物安全威脅。合成生物超越自然生物的特殊功能可以解決環(huán)境污染物的微生物降解難題，為環(huán)境污染物降解的研究開辟新的途徑。例如針對(duì)砷、鎘、鉻等重金屬、放射性金屬等環(huán)境污染物，利用生物吸附、氧化還原脫毒等機(jī)理，構(gòu)建環(huán)境污染物的合成生物體系[14]；針對(duì)有機(jī)化合物代謝途徑，通過合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建新型合成生物體系，降解石油烴、2,4,6-三氯酚以及有機(jī)磷農(nóng)藥等污染物[15]，實(shí)現(xiàn)有害有機(jī)化合物的快速降解。然而人工改造生命體通常具有普通生物體所不具有的生存優(yōu)勢(shì)，如果逃逸到自然環(huán)境中，有可能因沒有限制而無限增殖，進(jìn)而通過改變物種間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系而破壞原有的自然生態(tài)平衡，甚至取代其他物種，導(dǎo)致生物多樣性發(fā)生無法挽回的損失[16]。另外，由于生態(tài)環(huán)境的多樣性，在某個(gè)生態(tài)條件下無害的人工改造生命體，在另一個(gè)特殊的生境中可能會(huì)變得有害。合成生物的環(huán)境生物安全威脅防不勝防。

（4）合成生物還有可能被用于制造新的生物武器。合成生物技術(shù)的發(fā)展使得利用烈性傳染病菌和病毒制造危害巨大的生物武器成為可能。2005 年，美國(guó)疾病控制中心成功合成了西班牙流感病毒，該病毒在 1918 年暴發(fā)并造成了全球大約 5 000 萬人死亡[17]。2012 年，美國(guó)和荷蘭的科學(xué)家分別發(fā)現(xiàn)通過改造禽流感病毒 H5N1，可以使之獲得在哺乳動(dòng)物雪貂中傳播的能力[18,19]。2013 年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所等單位報(bào)道了通過將 H5N1 禽流感病毒和甲型 H1N1 流感病毒重組，構(gòu)建了 127 種重組病毒；重組后的某些病毒具備通過空氣（氣溶膠）傳播的能力[20]。雖然這些實(shí)驗(yàn)是在嚴(yán)格的生物安全隔離措施下完成的，不存在安全泄露的危險(xiǎn)，但是這些成功的病毒合成也給予我們警示?？梢灶A(yù)期，隨著合成生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在不久的將來，以天然病毒組為參照，個(gè)人是完全有能力合成一個(gè)具有烈性傳染能力的病毒的。如果恐怖分子利用合成生物學(xué)的技術(shù)發(fā)展生物武器，那么破壞能力將是難以估量的。

因此，傳統(tǒng)的公共衛(wèi)生與傳染病防治政策已不足以應(yīng)對(duì)當(dāng)前合成生物研究被不恰當(dāng)利用所可能造成的社會(huì)威脅。尤其是合成生物學(xué)受到工程學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的影響，相比其他生命科學(xué)領(lǐng)域更加注重技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的兼容性和數(shù)據(jù)、材料的共享開放。這些對(duì)于合成生物學(xué)早期的快速發(fā)展來說是關(guān)鍵的催化因素，但是隨著合成生物學(xué)的成熟與擴(kuò)散，兼容度高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與開放的材料和數(shù)據(jù)資源會(huì)帶來一定的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，特別是考慮到有可能利用合成生物學(xué)技術(shù)制造病毒或者烈性致病菌等生物武器。規(guī)避合成生物的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)需要的不僅僅是研究人員的自律，還需要相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膹V泛參與。合成生物研究應(yīng)該大力發(fā)展，但也不應(yīng)是不受約束。2015 年初，美國(guó)政府叫停了通過改變流感病毒使其更具傳播性或致死性的功能獲得性（gain-of-function）研究，以便專家根據(jù)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究的利弊，此外還要求少數(shù)正在進(jìn)行此類研究的研究人員自發(fā)中止，這可被視為對(duì)于合成生物研究生物安全風(fēng)險(xiǎn)問題的一個(gè)重要考慮。

3　合成生物的生物安全性研究策略

目前，對(duì)于合成生物的生物安全性的防控通常采用物理隔離的方法，即把人工改造的生物體通過各種方法局限在一個(gè)可控的空間范圍內(nèi)，阻止其擴(kuò)散到非可控的區(qū)域。但是，所有隔離措施都無法保證這些人工改造生物體可被完全、永久性地隔離于可控范圍內(nèi)，僅僅是一個(gè)小小的意外事故或者操作失誤都會(huì)導(dǎo)致逃逸的發(fā)生。另外，由于合成生物設(shè)計(jì)與改造越來越方便，沒有安全管理的業(yè)余合成生物學(xué)愛好者或一些惡意生物恐怖分子都有可能造成合成生物安全的巨大危害。加之，目前采用的營(yíng)養(yǎng)缺陷和毒素拮抗等生物隔離方法也因 DNA 重組突變的發(fā)生而非常容易失去控制。因此，對(duì)合成生物的安全性防控不能只著眼于有限的“防”，而應(yīng)該利用相關(guān)的技術(shù)策略將“控”植入合成生物本身。為保證合成生物更加完善的生物安全性，可通過合成生物學(xué)的技術(shù)設(shè)計(jì)，阻止人工改造生命體在非可控條件下的復(fù)制和增殖、遺傳信息的轉(zhuǎn)移和非控制性進(jìn)化及環(huán)境適應(yīng)，在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)人造生命體的完全生物性隔離。為了達(dá)到合成生物的生物隔離目的，可以采用多種的技術(shù)設(shè)計(jì)策略。

（1）建立標(biāo)準(zhǔn)化合成生物元件庫(kù)。合成生物學(xué)發(fā)展的核心思想是基于標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件設(shè)計(jì)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件組合來實(shí)現(xiàn)新的生物學(xué)功能。按照生物元件功能，進(jìn)行生物元件的安全性評(píng)級(jí)，對(duì)于具有安全風(fēng)險(xiǎn)的元件進(jìn)行標(biāo)簽設(shè)計(jì)并限制其信息公開。如果具有安全風(fēng)險(xiǎn)的生物元件構(gòu)建的合成生物被惡意使用或者無意泄露到環(huán)境中，可以通過標(biāo)簽的識(shí)別迅速鑒定所使用的元件，通過事先設(shè)定的方法來摧毀這些元件，從而快速消滅失控的合成生物。

（2）設(shè)計(jì)精準(zhǔn)化人工調(diào)控的合成生物元件。實(shí)現(xiàn)合成生物元件的人工絕對(duì)控制，并設(shè)計(jì)相關(guān)策略阻止合成生物在進(jìn)化壓力的驅(qū)動(dòng)下失去人工控制，防止改造生物體逃逸人工控制。目前，已有研究將必須基因的啟動(dòng)子更換為需要人造化學(xué)分子誘導(dǎo)的啟動(dòng)子，在添加特定的人造化學(xué)物質(zhì)時(shí)才能誘導(dǎo)表達(dá)，并通過特異位點(diǎn)重組酶來保證人工調(diào)控的絕對(duì)性[21]。另外設(shè)計(jì)最小基因組的人工合成生物，其任何部件都是必需的，而且細(xì)胞只展現(xiàn)部分生命特征，因此缺乏進(jìn)化適應(yīng)不同環(huán)境的內(nèi)在素材，只能在特定的環(huán)境中生存，可被視為安全的生物個(gè)體[22]。但是由于環(huán)境條件的復(fù)雜性和物種間遺傳信息交流的可能性，仍需要關(guān)注其在不同的實(shí)際環(huán)境中的潛在行為和影響。

（3）創(chuàng)建正交化合成生物元件，預(yù)防人工合成生物與自然生物的遺傳信息交換。例如，采用20種天然氨基酸以外的非天然氨基酸置換生命進(jìn)程必需酶中的天然氨基酸[23,24]；設(shè)計(jì)合成非天然的核苷酸或者具有同天然核酸完全不同化學(xué)骨架的核酸（xeno-nucelic acid, XNA）來取代天然核苷酸或者核酸[25,26]。拓展新的密碼子語(yǔ)言，并設(shè)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的新 tRNA 和酶系統(tǒng)，產(chǎn)生一個(gè)不同于自然的新人工遺傳系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)有效的生物隔離[24]。甚至設(shè)計(jì)完全不同于自然手性的人工合成生物體系。自然界中生物利用的氨基酸（除了無手性的甘氨酸）基本是左旋的，僅有極少量右旋存在于原核生物之中，而 DNA 和 RNA 都是右螺旋。Church 等[27]提出設(shè)計(jì)利用右旋氨基酸和左螺旋 DNA/RNA 的生命體，這種生命體可以實(shí)現(xiàn)生物隔離。這些新的合成生物設(shè)計(jì)理念和研究方向，雖然目前在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有很大的難度，但是可以有效實(shí)現(xiàn)自然生物隔離，相關(guān)研究應(yīng)該引起足夠的重視和關(guān)注。

4　合成生物的生物安全性政策與法規(guī)建議

人工合成生物的設(shè)計(jì)可以幫助規(guī)避生物技術(shù)帶來的安全性風(fēng)險(xiǎn)，但僅僅是技術(shù)層面的設(shè)計(jì)策略是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要政府制定相關(guān)的政策和法規(guī)來規(guī)范相應(yīng)的研究。我國(guó)的合成生物學(xué)研究發(fā)展迅速，根據(jù)國(guó)情和實(shí)際需要，提出以下建議，希望合成生物研究在我國(guó)安全而快速的發(fā)展，更好地為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

（1）針對(duì)合成生物的安全性必須建立健全的、規(guī)范的技術(shù)指南和國(guó)家層面的安全法規(guī)，對(duì)于任何合成生物的研究必須滿足規(guī)定的安全要求和遵守嚴(yán)格的安全程序。通過規(guī)范的培訓(xùn)體系提高相關(guān)研究人員的安全意識(shí)，增強(qiáng)科研人員的道德修養(yǎng)和自律性，確保相關(guān)工作人員健康安全和環(huán)境生態(tài)安全，使得合成生物技術(shù)在安全、可控的范圍內(nèi)為人類社會(huì)服務(wù)。

（2）搭建具有國(guó)際先進(jìn)水平的合成生物元件庫(kù)。要在合成生物元件公布之前進(jìn)行合理的審查并進(jìn)行注冊(cè)，嚴(yán)格管理 DNA 合成服務(wù)，規(guī)范合成生物學(xué)的元件庫(kù)和公眾共享資源，在合成生物實(shí)際生產(chǎn)中要建立科學(xué)的監(jiān)控措施，規(guī)范合成生物的安全和生態(tài)隔離級(jí)別。

（3）設(shè)立合成生物的安全性評(píng)審機(jī)構(gòu)，建立完善系統(tǒng)的評(píng)估制度。加強(qiáng)人工合成生物體的復(fù)制特性、細(xì)胞嗜好性、宿主范圍、毒力變化、遺傳穩(wěn)定性以及對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響評(píng)估，對(duì)合成生物的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)控，制定合理的防控技術(shù)方案與管理政策，以確保符合安全要求的合成生物研究和生產(chǎn)可以正常進(jìn)行。

（4）建設(shè)人工合成生物的生物安全性的科普平臺(tái)。建立權(quán)威的科普宣傳平臺(tái)，提高公眾的認(rèn)知程度，既要讓公眾認(rèn)識(shí)到合成生物不是洪水猛獸，也要讓公眾了解合成生物安全性保障的必要。

（5）面對(duì)復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)，建立國(guó)家層面的合成生物安全應(yīng)急委員會(huì)，應(yīng)對(duì)突發(fā)的嚴(yán)重合成生物的生物安全事件。積極參與并主導(dǎo)國(guó)際合成生物安全相關(guān)科學(xué)工程計(jì)劃的研究與開發(fā)，從國(guó)家層面參與世界性生物安全法規(guī)和條例的制定，擴(kuò)大我國(guó)在相關(guān)規(guī)則制定上的話語(yǔ)權(quán)。

5　結(jié)束語(yǔ)

任何技術(shù)的發(fā)展都可能是一把“雙刃劍”，合成生物學(xué)作為一種新興的、先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，其研究與應(yīng)用也有可能為社會(huì)帶來安全隱患[28]。建立一套科學(xué)規(guī)范的生物元件注冊(cè)、監(jiān)管機(jī)制是確保合成生物學(xué)健康發(fā)展、合理應(yīng)用，避免生物安全威脅的有效措施?，F(xiàn)階段合成生物的研究在世界范圍內(nèi)還處于初始階段，其生物安全性也是一個(gè)逐步認(rèn)識(shí)完善的過程，相信通過積極探索，研究更加安全合理的設(shè)計(jì)策略，一定可以最大限度地保證合成生物的生物安全性，讓合成生物技術(shù)更好、更安全地為人類服務(wù)。

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馬延和 中科院天津工業(yè)技術(shù)所所長(zhǎng)，研究員。1983年畢業(yè)于南開大學(xué)生物系微生物專業(yè)，分配到中科院微生物所工作，后分別在西班牙Alicante大學(xué)、英國(guó)Leicester大學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)修，2005年獲得江南大學(xué)生物工程專業(yè)博士學(xué)位?，F(xiàn)任國(guó)家“863”計(jì)劃生物醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)＜医M專家，國(guó)家“973”計(jì)劃重大項(xiàng)目首席科學(xué)家，國(guó)際嗜鹽微生物委員會(huì)委員，國(guó)家生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展咨詢專家委員會(huì)副秘書長(zhǎng)，中科院工業(yè)生物技術(shù)專家委員會(huì)副主任，中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、國(guó)際期刊 Saline Systems 副主編、3Biotech 副主編、AEM 編委、《生物加工過程雜志》副主編，第九屆國(guó)際嗜鹽微生物大會(huì)主席。主要從事極端微生物和酶的研究與利用，致力于工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展。發(fā)現(xiàn)并鑒定了多個(gè)具有重要應(yīng)用價(jià)值的微生物新物種與新的工業(yè)酶基因。近年來，組織承擔(dān)了中科院重大項(xiàng)目、“973”項(xiàng)目、“863”重點(diǎn)項(xiàng)目等，在 PLoS ONE，AEM，JBC，J Bacteriol, Microbiology，Appl Environ Microbiol, Proteomics, IJSEM, Extremophiles 等國(guó)際專業(yè)刊物上發(fā)表論文100多篇，申請(qǐng)發(fā)明專利30多項(xiàng)，主編專著2部。新型甘露聚糖酶的研制以第一獲獎(jiǎng)人獲得 2000 年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)及1999 年度中科院發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。先后被評(píng)為“九五”國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)計(jì)劃全國(guó)先進(jìn)個(gè)人、中科院第六屆“十大杰出青年”。為國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃“戰(zhàn)略高技術(shù)專題”生物高技術(shù)子專題報(bào)告的執(zhí)筆人之一。E-mail: ma_yh@tib.cas.cn

Ma Yanhe Received his Bachelor degree in biology from Nankai University in 1983 and PhD degree in fermentation engineering from Jiangnan University. Since 1983, he is with the Extremophiles Research Laboratory in the Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences（CAS）. He performed research in the Alicante University, Spain（1992）and the Leicester University, UK（2001）, as a visiting scientist. He is a Professor of Microbiology in the Institute of Microbiology, CAS, and the Head of National Engineering Lab for Industrial Enzymes. He is also the Director of Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, CAS. He is mainly interested in the biodiversity, physiology and application of extremophiles. He received ‘Invention Award of the Chinese Academy of Sciences’ in 1999, ‘National Award of Advanced Science and Technology’ in 2000. He is a member of the International Committee on Systematics of Prokaryotes（ICSP）Subcommittee on Taxonomy of Halobacteriaceae. He is also the Deputy Secretary-General of the Council of Chinese Society of Biotechnology, Vice-Chairman of the Glycobiotechnology Subcommittee of Chinese Society of Biotechnology, and Vice-President of the Beijing Society for Microbiology. In addition, he serves as Associate Editor of Aquatic Biosystems, 3Biotech and Chinese Journal of Bioprocess Engineering, Editorial board member of Applied and Environmental Microbiology. E-mail: ma_yh@tib.cas.cn

Synthetic Life and Biosecurity

Ma Yanhe1Jiang Huifeng1Lou Chunbo2Liu Jun1Fu Yu2Wang Qinhong1Li Yin1,2
（1 Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, Chinese Academy of Sciences, Tianjin 300308, China; 2 Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China）

AbstractSynthetic 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 andbook=438,ebook=58urgent 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.

Keywordssynthetic organism, biosecurity, synthetic biology