合成基因组发表两月 部分国际反应

2010-8-10 09:38 来源: 科学时报
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  我们也必须记住,自然界本身就是一名已经存在的专家,她在创造可对人类造成极大危害的微生物。合成生物学的最新进展并不一定会把我们带到比现有技术或自然界本身更接近伤害的道路。

  慎重的民主就要听不同的观点,考虑对方的论点,最好找到共同点,至少要尊重不同观点,然后作出决定。面对复杂问题各方观点不一致时,最好的办法是要有对公众透明的专家审议。

  无论何时,科学发展时,我们必须权衡和管理由于这种发展着的科学所构成的安全、健康及环境风险。幸运的是,这种评价可以建立在现有的调控框架基础上。

  美国文特尔研究所(J. Craig Venter Institute,简称为JCVI)合成细菌基因组的论文发表后,在世界上引起很大反响,包括政府层面、学术界、产业界、各种媒体及社会公众。为了促进我国充分发挥合成生物学的潜在应用,避免可能产生不利的影响,我们需要共同努力,以确保我国合成生物学的研究及应用沿着健康的道路快速发展。本文介绍了合成细菌基因组发表两个月来,美国、英国国家层面及一些国际著名学术刊物的反应,供我国有关部门及研究开发同行参考。

  2010年5月20日,《科学》杂志在“科学快报”在线发表了JCVI题为《由化学合成的基因组所控制的细菌细胞的创造》的论文。论文报告了从数字化的基因组信息开始,设计、合成和组装了一个1.08 兆碱基对的蕈状支原体基因组,将其移植进一个山羊支原体受体细胞,从而创造了一个仅由合成染色体控制的新的蕈状支原体细胞。新细胞内仅有的DNA是所设计合成的DNA序列,具有所预期的表型性质,有连续自我复制的能力。文特尔等将新细胞命名为JCVI-syn1.0。

  2010年5月20日,在合成基因组论文发表的当天,美国白宫发表总统奥巴马给生物伦理研究总统委员会主席Amy Gutmann的信。针对日前研制出一种包含合成基因组的细胞完全能够自我复制的新突破,奥巴马要求该委员会来全面研究这个突破的各种影响,在6个月内完成报告,提出建议。

  2010年5月20日,在合成基因组论文发表的当天,《自然》杂志在线发表了对8位合成生物学专家的采访,对由JCVI创造的“合成细胞”所带来的科学和社会影响进行评价。《自然》在5月27日一期的“观点”专栏内,以《合成细胞之后的生命》为题发表了这8位专家的看法。

  2010年5月21日,《科学》在“新闻”专栏内以《合成基因组给细菌带来新的生命》为题,详细介绍了JCVI发展合成基因组的历程。同时,也发表了一些专家学者的评论:俄勒冈州里德学院的哲学教授、《人工生命》杂志的主编Mark Bedau认为,这是“生物学和生物技术历史上的一个关键时刻”;约翰霍普金斯大学酵母生物学家Jef Boeke 认为,“这代表了合成基因组新领域一个重要的技术里程碑”;范德比尔特大学分子生物学家Anthony Forster 认为,“这是一个漂亮而惊人的成就”,同时,他和其他一些人也认为,这项工作并没有创造一个真正的生命形式,因为合成的基因组是放到了一个已有的细胞内。研究人员强调,目前文特尔团队使用的这项技术是太复杂了,其不可能被任何潜在的生物恐怖分子所用。尽管如此,加州大学伯克利分校的人类学家Paul Rabinow认为,“这个实验将肯定会重新构筑伦理的想象力”。MIT的社会科学家Kenneth Oye说,“长远看,这个方法将越来越多地用于合成新设计的基因组,但是目前我们正在探查其长远的利益及长远的风险是什么”,“当越来越多的人工生命到来时,调控管理部门应当及时建立适当的调控政策”。纽约石溪大学教授Eckard Wimmer(他领导的团队2002年创造了第一个合成病毒)说,“不幸误用的可能性存在着”。文特尔说,他的研究所已经申请了覆盖这项工作的几个专利,并且转让给他的合成基因组学公司(该公司为这项研究提供了很多资助)。加拿大渥太华一家技术监督集团(ETC Group)认为,这种行为会导致合成生命的垄断,但是其他一些人并不担心。MIT的Kenneth Oye教授说,鉴于目前对于授予和支持这类专利的大气候,“合成基因组学公司不可能成为合成生物学的‘微软’”。酵母生物学家Jef Boeke 说:“有一件事是真的,一些有趣的生物将会从JCVI的实验室涌现出来。”2010年5月21日,《科学》杂志的播客(Science Magazine Podcast)还就文特尔等的论文对文特尔进行了连线采访,同时刊登了采访的长篇文字材料。

  2010年5月27日,《自然》在该期发表了题为《我们自己造成的挑战》(Challenges of our own making)的社论,指出“一个合成基因组的成功移植,突出了由合成生物学所提出的未解决的伦理和安全问题”。同一期还在“新闻”专栏以《合成基因组重新设定生物技术的目标》为题,介绍了该技术的发展过程及一些专家的评论,指出“能够重新启动一个密切相关物种细胞的基因组组装,仅是较长路线的一步”。

  2010年5月27日,奥巴马的信件发出仅一周,美国国会能源和商务委员会率先举行了关于“合成基因组的发展对人类健康和能源影响”的听证会。邀请的证人有:JCVI所长文特尔博士,加州大学伯克利分校教授Jay D. Keasling博士,斯坦福大学助理教授Drew Endy博士,黑斯廷斯中心《黑斯廷斯报告》总编辑Gregory E. Kaebnick博士,美国国家过敏和传染病研究所所长Anthony S. Fauci医学博士。

  该委员会主席Henry A·Waxman首先作了发言:在美国科学研究的范围和深度是无与伦比的,其结果是导致美国人及世界上很多人健康的生活,并享受现代技术的进步。作为政策制定者,我们要促进大有前途的发现,同时确保研究是负责任地进行及应用。因此,我们的工作是要理解科学涉及和不涉及的内容。我们需要将“引人注目的头条新闻”和“科幻场景”与科学家正在做什么和他们的研究可能导向何处区分开来。我们了解到研究人员在合成基因组方面已经取得重要进展,来自美国微生物学会的众多观察者及梵蒂冈的报纸已经注意到这种研究的潜在好处。今天,我们将更多地了解合成基因组及合成生物学其他方面更多的情况。我们将探索对于改进健康、保护环境、满足能源需要等方面潜在的应用。我们也将讨论伦理道德的影响,需要负责任地管理风险。基因工程已经有重要的医学应用,合成生物学有潜力减少我们对石油的依赖,而且强调气候变化问题。用微生物生产汽油的研究正在进行之中,研究还可以开发能清理油污的微生物,这可以用于清理墨西哥湾的油污。合成生物学的希望没有减弱它正在负责任地进行和应用的重要性。无论何时,科学发展时,我们必须权衡和管理由于这种发展着的科学所构成的安全、健康及环境风险。幸运的是,这种评价可以建立在现有的调控框架基础上。

  如下为证人证词。

  文特尔的证词:他首先介绍有关基因组“read”(基因组测序及分析)和基因组 “write” (基因组设计)的情况,接着将人们经常问到的问题归纳为:合成基因组与标准的分子生物学、基因工程有何不同?为何要构建合成细胞?这个研究所创建的合成细菌细胞是“从头创造生命”吗?合成细胞的潜在用途是什么?在科学及其所产生的技术领域有什么样的影响?与合成生物相关的风险有哪些?这些技术的风险能使其潜在的利益黯然失色吗?合成基因组以人类或人为对象做过任何什么工作吗?有什么保护、控制措施准备妥当以防止偶然地向环境释放?这种工作已经被美国政府或任何其他组织评审检查过吗?如果有的话,什么样的法律法规或调控措施应当应用于这种研究领域?JCVI下一步将做什么?该研究已经申请专利了吗?文特尔对这些问题一一作了回答。特别需要提到的是,JCVI 2003年发表的合成病毒phiX174论文和最近的合成基因组论文,在发表前已经经过美国政府最高水平的评审检查,包括白宫一些办公室(国土安全办公室、科技政策办公室、国家生物安全科学顾问委员会、能源部、国家卫生研究院等)。文特尔在证词中还详细介绍了合成细菌细胞的研究过程、合成基因组及合成生物学的定义、合成基因组有益的应用、JCVI十几年来在合成生物学所涉及的伦理和社会问题方面所做的工作以及相关政策的讨论。

  Keasling 的证词:他首先介绍了合成生物学与基因工程、分子生物学的显著不同,以他1992年到加州大学伯克利分校工作时,由于生物组分零件的缺少,给工作带来的极大不便及大量时间的耗费,强调了标准组分组装的重要性;介绍了他的主要研究是生产抗疟疾药物、生物燃料及其取得的成功;表明合成生物学的光明前景,需要继续得到政府的全力支持资助。在介绍美国NSF资助的“合成生物学工程研究中心”的工作时,除了介绍构建标准的、可靠的、安全的生物零件外,也提到研究有关这项强有力的技术所涉及的安全、伦理问题,并作好准备以确保安全地明智地使用合成生物学技术。

  Endy的证词:他用较大篇幅介绍了他的观点:合成生物学就是使“生物学更容易更简单”。他举例说明,NIH年度预算的5%用来资助研究人员,这些人员要花50%的时间用手工来操作DNA! 他介绍了他目前在加州埃默里维尔的研究工作,目标是用两年时间建立一个操作系统,以支持在大肠杆菌中进行大规模的可靠的遗传编程,为工业生物技术服务。该系统大约有3000个标准生物零件编码不同的细胞控制功能,将免费供所有研究者使用。此外,他还较详细介绍了合成生物学对能源的影响,并用两段话分别说明如何保证研究实验人员自身的安全问题“safety”和不对社会、环境造成危害的安全问题“security”。

  Kaebnick的证词:他的证词的目的主要是将合成生物学放到一个被广泛认可的框架,以便考虑新技术的伦理。所关心的问题分成两大类:先把结果放在一边,只考虑合成生物的创造本身是好事还是坏事,这属于固有的关切;另一种是考虑潜在的结果(益处及风险)。证词从以下几方面阐述:固有的关切(宗教与玄学、关切合成生物学将会在道德上削弱重要的概念、关切人与自然的关系 );包括结果的关切(关切社会公正、生物安全、滥用误用)。

  Fauci的证词:他首先介绍了国家过敏与传染病研究所(NIAID)的研究情况以及在资助与基因组有关的研究领域的巨大投资,而基因组研究获得的知识使得合成生物学领域的研究得到进一步发展。从重组DNA技术的发展到重组疫苗生产的例子,可认为合成生物学将对人类及环境有重要应用。证词介绍了合成生物学与很多基因组技术一样,既能产生有益的工程微生物,也有可能创造对人类及环境有害的微生物,即通常所说的“双刃剑”问题。文特尔等的技术非常复杂及昂贵,但是他们开发出来的技术或许可被拥有广泛资源的邪恶者所利用。需要着重指出的是,所谓的广泛资源包括类似的简单技术,从高中到研究生的科学教育与生命科学研究中所用的成套基本工具。我们也必须记住,自然界本身就是一名已经存在的专家,她在创造可对人类造成极大危害的微生物。合成生物学的最近进展并不一定会把我们带到比现有技术或自然界本身更接近伤害的道路。对于“双刃剑”问题,大量的科学家已经参与在美国科学院及国际学术团体的讨论中。联邦政府的咨询机构,如NIH的重组DNA顾问委员会(RAC)和国家生物安全科学顾问委员会(NSABB),在这种讨论中已经起了主要作用。

  RAC从1974年设立起,就回应公众对通过使用重组DNA技术操作遗传物质带来安全问题的关注,RAC的资格及职责多年来随技术的发展而与时俱进,RAC 一直连续服务于NIH、科学界和公众。RAC为NIH制定发布了包括重组DNA分子研究的指导准则,其他联邦机构(如农业部、能源部等)也以遵从这个指导准则作为资助项目的一个条件。RAC每季度的会议都讨论产生新的或特别重要的科学、安全或伦理问题的研究计划。通过在科学家中帮助促进对这些问题的认识与理解,RAC已经在基因组科学界培育了一种有素养的责任心。总之,文特尔等人的技术进展是合成生物学领域的重要一步,确保在谨慎运用这一技术而防止潜在的误用滥用是很重要的,但是我们也必须小心,以避免任何会危害我们的科学事业和阻碍科学进展的草率的反应。重要的是我们不要匆忙行事,不要对我们最好的最聪明的科学家设置不适当的限制,那会妨碍美国有效地负责任地发展和利用这种技术为人类谋利。此外,也要确保与其他国家有效的竞争,那些国家肯定要采用这些技术。

  2010年5月29日,《新科学家》杂志发表了由文特尔等3人为该刊写的社论,《合成基因组学:下一步在何处?》明确指出,他们的合成细胞代表着具有大潜力中的一小步。该刊同一期还在“特别报告/合成生物学”专栏内,发表了3页图文并茂的报告——《合成生命的意义》。该报告指出,创造一个合成细胞是一个独特的创造性成就、一个困难的伟绩,但是合成生物学的第一个成果可能会从另一条路线得到,例如抗疟疾药物青蒿素、有价值的聚合物,甚至生物燃料。报告援引哈佛大学教授George Church的话说:这些不包括数以百万计的基因变化,它们仅包括一打基因。杜邦公司已经花了几年时间和数亿美元识别出20个遗传基因变化,从而使得大肠杆菌可以生产1,3-丙二醇及其聚合物。Church的团队已经创建了一种叫做“多重自动化的基因组工程(MAGE)”技术,可以更快更便宜地导入细菌多种遗传变化。他认为,对基因组的一部分进行改造要比整个基因组便宜一个数量级,这里确实有令人惊奇的事情可做。还有一条路线是创建一个遗传组分工具箱或称为“生物砖”。这些基因或基因线路准备好以可以预测的方式,可随时组装成人们所需要任何功能的生物装置。其实,文特尔也有同样的目标,但是他采取了一种与他的同行不同的方法。他说,“在我的脑海里没有任何怀疑:从头开始(from scratch)能够控制整个事情是比改变一个基因组效率要大几个数量级,但是不知道那将需要我们用多长时间”。

  2010年6月5日,著名医学刊物《柳叶刀》发表了题为《在实验室创造了合成细胞》的社论,在简单介绍了该技术之后,社论指出:虽然合成生物学的成本是很贵的(这些费用包括创造合成细胞所进行的细胞的和遗传基因的研究),但是JCVI的研究者已经获得资助,用于设计新途径制造难以用化学法制造的抗生素的合成、用于已知流感病毒的新候选疫苗、用于能够有效将碳结合进燃料分子和食用油的细胞。社论最后说,像基因工程一样,合成生物学可能也会成为我们每日生存的一个基本部分,例如药物合成、经过改进的植物用作食物。因此,需要仔细的调控和监测以确保实际的应用是经过周密思考的,对现存生命的形式意想不到的危险是禁止的。出于这样的考虑,奥巴马总统对他的生物伦理委员会提出要求,去研究合成生物学研究领域潜在的医学、环境、安全及其他益处,同时也研究任何潜在的卫生健康、安全或其他的风险。这样的建议可以应用于正在进行合成生物学领域研究的所有国家。

  2010年6月14日,英国生物技术与生物科学研究委员会(BBSRC)和工程与物质科学研究委员会(EPSRC)发表了《合成生物学对话》(Synthetic biology dialogue)研究报告,其展示了公众对合成生物学的看法。

  公众从合成生物学的应用看到了其具有重要意义的机会,公众希望这会帮助社会应对主要的挑战,如气候变化、能源安全及严重的疾病。

  存在着合成生物学会导致什么以及会走向何处等方面的不确定性。也存在着其发展太快而长期影响还不知道等方面所牵涉的问题。

  公众热切希望看到合成生物学有效的国际调节和控制,特别是涉及到合成生物如果没有控制就向环境排放的问题。

  在这个领域科学家的动机是很重要的。公众担心好奇心驱动的研究人员可能走得太快,他们必须考虑他们的工作所涉及的广泛问题。

  在合成生物学这个新领域的研究中,在加强科学家仔细考虑他们的责任能力方面,公众认为研究委员会有明确的定位和重要作用。

  《合成生物学对话》是通过对41位合成生物学密切关心者进行电话采访(这些人员包括科学家和工程师、社会科学和伦理工作者、宗教、信仰方面人士、政府/监管部门人员、基金赞助者、工业/保险人员、非政府组织机构人员、消费群体人员等);对160多位公众人员则召开多次研讨会,从2009年9月开始,历经半年多完成的。公众对合成生物学各种应用的看法可归纳如表1。

  2010年6月17日,《自然》在“世界观点”专栏,针对英国《合成生物学对话》报告,发表了题为《讨论对话》(Talking the talk)的文章。由于欧洲的监管机构在保持公众信心方面有不良记录,所以应从转基因作物吸取教训。文章指出“没有有效的公众参与,在欧洲就不会有合成生物学”。

  2010年6月20日,《新科学家》杂志以《英国公众宽容合成生物学》(British public “relaxed”synthetic biology)为题报道说,对话负责人原以为人们对创造合成生命是非常提防的,但他们不是。人们对此相当宽容,似乎把合成生物学作为生物知识自然地扩展。由于潜在的医学应用,病人或残疾人对此最为热心,而其他人主要是告诫有关社会及伦理问题。

  2010年7月2日,《科学》发表了文特尔等人合成基因组的论文,同时在“政策论坛”专栏发表了题为《合成“生命”、伦理、国家安全和公众会话》的文章,作者来自斯坦福大学的Mildred K. Cho 和David A.Relman。文章指出,文特尔等人的论文展示了技术的进展,强调了科学的前进,提出了关于生命性质的问题。后续的讨论已经是以一些涉及生物安全和伦理问题为特征的讨论,这些问题一些是实际的、一些是想象出来的。作者通过这篇文章号召通过论坛的方式展开公众讨论。文章提出“需要强调的一个问题是:一个基因组应当达到什么程度?应当以什么方式不同于先前已经知道的基因组?这在察觉到安全与伦理风险的存在之前,就应该得到特别注意”。Cho早在1999年就在《科学》发表过与致力于创造合成基因组和合成生命相关的生物伦理文章。Relman是当天《科学》播客电话连线的被采访人,他对相关问题进行了详细阐述。

  2010年7月,《自然》出版集团的几个刊物,分别在它们的第7期就文特尔团队的工作发表了文章。Nature Reviews Microbiology发表了英国剑桥Sanger基因组研究所Adam J. Reid的文章,题目是《它是活的》(It’s alive)。作者在介绍了文特尔等的工作过程之后,特别强调了基因组测序技术可以产生充分高质量的序列数据,用于计算机设计基因组。文章提到,虽然该技术的应用可能还很遥远,但是JCVI的研究人员已经在计划创建一个光合成细菌,用水产生氢气作为燃料。Nature Methods发表了题为《合成生命的到来》的文章,指出在取得第一个功能性合成基因组之后,要用不同细菌重复这一壮举将需要开发不同的方法。

  Nature Biotechnology期刊发表了日本庆应义塾大学基因组设计实验室Mitsuhiro Itaya教授的文章,题目是《一种合成DNA移植》。文章指出,文特尔等人创造的JCVI-syn1.0是10多年来努力工作的累积。虽然用计算机作为出发点创造能自我复制的细胞代表了合成生物学的重要突破,但是移植程序的一些关键细节仍需要建立。此外,由于我们在基因组知识方面仍有很多未知,再加上合成法生产整个基因组的花费,这将限制该方法在可预见将来的应用。Itaya 的文章将文特尔等的方法非常清晰地归纳为三个主要部分:写出基因组序列;组装由从头合成提供的DNA片段;将组装的基因组植入到底盘中进行选择。文章指出,合成一个功能基因组并把它移植到一个支原体细胞,需要一整套完整的工具,这些工具开拓了将天然的与合成的DNA混合和匹配,以制造具有新功能基因组的可能性。近期可能的应用包括:设计和创造在序列中含有附加基因或基因簇的支原体基因组。在这样的基因组内,这些附加基因的组合立即可以检测,从而了解所插入基因的功能。因此,JCVI的工作应当会促进理解支原体生物学和遗传学的发展。在远期,如果这种合成生物学方法最终可以扩展到其他生物,即使存在能被合成和组装的基因组大小的限制,这种方法也可促进其他可交换系统的遗传分析。目前还不清楚,基于支原体的底盘是否也适用于作为其他合成的、与支原体物种无关的基因组的受体。因此,虽然文特尔等的工作提供了概念的证明,但很多问题仍然存在。例如:该方法能够扩大到更为健壮的具有较大基因组和更复杂限制酶系的细菌物种吗?最终有可能省去细菌底盘而直接使用基于膜囊的合成底盘吗?一个值得使用的直接方法是,用文特尔所用的系统,研究具有最少基因的最小基因组。

  2010年7月7日,Nature News 在“问和答”专栏以《生物伦理开始广开言路》(Bioethics gets an airing)为题在线发表了对美国生物伦理研究总统委员会主席Amy Gutman的采访,所提的9个问题是:什么导致你接受委员会主席的工作?委员会里有哪些人,你如何发挥他们的不同背景为委员会的工作作出贡献?你为何认为生物伦理委员会的工作是必要的,在如何进行科学研究工作中生物伦理委员会应起什么作用?在今后6个月中你预料会有哪些挑战?鉴于文特尔等人取得的成果性质,现在才开始有关的生物伦理研究讨论太迟了吗?在先前的总统生物伦理研究委员会中你看到了什么样的工作模式?你们的委员会最终只是顾问性质的,你认为这在影响政策方面有何差别?在今后几个月委员会将做些什么?如果公众中有人不能出席研讨会,其能够进行评论吗?Amy Gutman对所提的9个问题进行了回答。她谈道,作为一名政治哲学家、伦理和公共政策方面的学者,长期以来一直对谨慎考虑卫生健康、科学、技术等方面复杂问题的重要性有兴趣。在充分民主的时代,需要认识到慎重民主的重要性。慎重的民主就要听不同的观点,考虑对方的论点,最好找到共同点,至少要尊重不同观点,然后做出决定。面对复杂问题各方观点不一致时,最好的办法是要有对公众透明的专家审议。例如,因为合成生物学发展得太快,公众的评论可能也会随之迅速增多,这只有在争论不会发展成责难、不会由于极端和夸大而进行影射的情况下,才会作出建设性的、依据充分的正确决策。

  2010年7月8日~9日,美国生物伦理研究总统委员会召开第一次会议。会议围绕合成生物学分以下几节进行。

  科学和技术的概述及背景介绍(发言人:斯坦福大学生物工程系助理教授Drew Endy 博士,美国微生物学会主席、普林斯顿大学分子生物学教授Bonnie L. Bassler 博士,Biodesic公司总裁Robert Carlson博士)。

  应用(发言人:JCVI所长文特尔博士,哈佛医学院遗传学教授George Church博士,MIT化学工程助理教授Kristala L. J. Prather博士)。

  利益与风险(发言人:俄亥俄州立大学进化生态系教授Allison Snow博士,加拿大ETC集团项目经理Jim Thomas,威克森林大学社会科学与卫生政策教授Nancy M.P. King 法学博士)。

  伦理1(发言人:黑斯廷斯中心《黑斯廷斯报告》总编辑Gregory E. Kaebnick博士,杜克大学哲学教授Allen Buchanan博士)。

  伦理2(发言人:伍德罗威尔逊国际学者中心科技创新项目主任David Rejeski,奥地利维也纳国际对话与冲突管理组织Markus Schmidt博士,埃默里大学生物伦理教授Paul Root Wolpe博士)。

  联邦监督(发言人:NIH生物技术活动办公室主任Amy Patterson医学博士,弗吉尼亚大学科学技术与社会学系讲师Michael Rodemeyer法学博士,美国联邦调查局大规模杀伤性武器署生物恐怖主义预防项目Edward H. You)。

  此外,会议还安排了圆桌讨论会,生物伦理委员会的委员与发言者进行对话讨论,会议现场的其他听众也进行了提问。整个会议采取现场电视直播形式,有关录像及文字材料已经放在委员会的网站上。委员会的第二次、第三次会议将于9月和11月举行。