Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Часть цикла статей о
Синтетическая биология
Синтетические биологические схемы
Редактирование генома
Искусственные клетки
Ксенобиология
Другие темы

В опасности синтетической биологии включает биологическую безопасность опасность для работников и общественность, биозащита опасность , вытекающую из преднамеренных инженерных организмов причинить вред и опасность для окружающей среды. Опасности для биобезопасности аналогичны опасностям для существующих областей биотехнологии, в основном это воздействие патогенов и токсичных химикатов; однако новые синтетические организмы могут иметь новые риски. Что касается биобезопасности, есть опасения, что синтетические или переработанные организмы теоретически могут быть использованы для биотерроризма.. Потенциальные риски биобезопасности включают 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 контроля опасностей , методологии оценки рисков и правила, разработанные для традиционных генетически модифицированных организмов (ГМО), также применимы к синтетическим организмам. «Внешняя» биоизоляция метода , используемая в лабораториях включают в себя шкафы биологической безопасности и перчаточные , а также средства индивидуальной защиты . В сельском хозяйстве они включают изоляционные расстояния и барьеры для пыльцы , аналогично методам биосдерживания ГМО.. Синтетические организмы потенциально могут предлагать повышенный контроль за опасностями, потому что они могут быть разработаны с использованием «внутренних» методов биологического сдерживания, которые ограничивают их рост в бесконтактной среде или предотвращают горизонтальную передачу генов естественным 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 подпадает под существующие правила для ГМО и биотехнологии в целом, а также под любые правила, которые существуют для последующих коммерческих продуктов, хотя, как правило, в какой-либо юрисдикции нет правил, специфичных для синтетической биологии.

Фон [ править ]

Синтетическая биология - это продукт биотехнологии, отличающийся использованием биологических путей или организмов, не встречающихся в природе. Это контрастирует с «традиционными» генетически модифицированными организмами, созданными путем переноса существующих генов от одного типа клеток к другому. Основные цели синтетической биологии включают реконструкцию генов, клеток или организмов для генной терапии ; развитие минимальных клеток и искусственных протоклеток ; и развитие организмов на основе альтернативной биохимии . [1] Эта работа была продиктована развитием синтеза и редактирования генома.инструменты, а также пулы стандартизированных синтетических биологических схем с определенными функциями. Доступность этих инструментов стимулировала расширение движения за биологию своими руками . [2] : 5 [3]

Синтетическая биология имеет потенциальное коммерческое применение в энергетике, сельском хозяйстве, медицине и производстве химических веществ, включая фармацевтические препараты. [1] Биосинтетические применения часто различают как «замкнутое использование» в лабораториях и производственных помещениях, так и «преднамеренное высвобождение» за пределами лаборатории для медицинских, ветеринарных, косметических или сельскохозяйственных целей. [2] : 24 Поскольку приложения синтетической биологии все чаще используются в промышленности, ожидается, что число и разнообразие рабочих, подвергающихся риску синтетической биологии, увеличатся. [4]

Опасности [ править ]

Биобезопасность [ править ]

Лаборатории микробиологии представляют собой многочисленные химические , биологические и физические опасности, которые можно уменьшить с помощью лабораторных методов безопасности .

Опасности для биобезопасности работников синтетической биологии аналогичны опасностям в существующих областях биотехнологии, в основном это воздействие патогенов и токсичных химикатов, используемых в лабораторных или промышленных условиях. [1] [4] Сюда входят опасные химические вещества ; биологические опасности, включая организмы, прионы и токсины биологического происхождения; физические опасности, такие как эргономические опасности , радиационные и шумовые опасности ; и дополнительные опасности травм из-за автоклавов , центрифуг , сжатого газа , криогенов иопасность поражения электрическим током . [5]

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 существующих, а не новых патогенов. [4] 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 раку и другим заболеваниям. [1] [4] В случае непреднамеренного воздействия антиретровирусные препараты могут использоваться в качестве постконтактной профилактики . [4]

Учитывая частичное совпадение синтетической биологии и движения биологии « сделай сам », высказывались опасения, что ее практикующие могут не соблюдать правила оценки рисков и биобезопасности, требуемые от профессионалов, [2] : 39 хотя было высказано предположение, что неформальный кодекс этических норм, признающих риски для здоровья и другие неблагоприятные последствия. [3] : 15

Биозащита [ править ]

Полиовирус был одним из первых вирусных геномов, синтезированных с нуля и использованных для создания вирусов, способных к заражению. Это вызвало опасения, что он и другие инфекционные вирусы могут быть изготовлены во вредных целях. [6] : 39

Рост синтетической биологии также вызвал опасения по поводу биобезопасности того, что синтетические или переработанные организмы могут быть созданы для целей биотерроризма . Это считается возможным, но маловероятным с учетом ресурсов, необходимых для проведения такого рода исследований. [1] Однако синтетическая биология может расширить группу людей с соответствующими способностями и сократить время, необходимое для их развития. [6] : 2–7

В отчете 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 . [3] : 12, 14 [6] : 2–7Современные технологии позволяют синтезировать геном практически любого вируса млекопитающих, последовательности известных человеческих вирусов общедоступны, а процедура имеет относительно низкую стоимость и требует доступа к базовому лабораторному оборудованию. Однако патогенные микроорганизмы обладают известными свойствами и могут быть смягчены стандартными мерами общественного здравоохранения, а также могут быть частично предотвращены путем скрининга коммерчески производимых молекул ДНК. В отличие от вирусов, создание существующих бактерий или совершенно новых патогенов с нуля по состоянию на 2018 год еще не представлялось возможным и считалось низким риском. [6] : 39–43, 54–56

Еще одна вызывающая озабоченность возможность, которую упоминает NASEM, - это создание более опасных существующих патогенов. Это включает изменение целевого хозяина или ткани , а также усиление репликации, вирулентности , трансмиссивности или стабильности патогена ; или его способность вырабатывать 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. [6] : 5, 44–53

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 ее можно использовать для производства токсинов , антиметаболитов , контролируемых веществ , взрывчатых веществ или химического оружия . Считалось, что это более высокий риск для природных веществ, чем для искусственных. [6] : 59–65

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 группой с меньшим риском из-за серьезных технических проблем. [6] : 65–83

Окружающая среда [ править ]

Экологические опасности включают токсичность для животных и растений, а также неблагоприятное воздействие на биоразнообразие и экосистемные услуги . Например, токсин, внесенный в растение для противодействия определенным насекомым- вредителям, может также влиять на других беспозвоночных. [2] : 18 Некоторые весьма спекулятивные опасности включают в себя искусственно созданные организмы, которые становятся инвазивными и превосходят естественные, и горизонтальный перенос генов от искусственно созданных организмов к естественным. [7] [8] Гены, направленные на подавление переносчиков болезней, могут непреднамеренно повлиять на приспособленность целевых видов и изменить баланс экосистемы. [8]

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. [8] [9]

Управление опасностями [ править ]

Внешний [ править ]

Шкафы биобезопасности предназначены для содержания биоаэрозолей и являются примером внешней защиты.

Внешние биоизоляции включают в себя физическую защитную оболочку , через технические средства контроля , такие как шкафы биобезопасности и перчаточные камеры , [4] [10] , а также средства индивидуальной защиты , включая перчатки, пальто, халаты, бахилы, сапоги, респираторы, защитные маски, защитные очки 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. [10] Эти процедуры являются общими для всех микробиологических лабораторий. [4]

В сельском хозяйстве внешние методы биосдерживания 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. [11]

Внутренний [ править ]

Ауксотрофия - это внутренний метод биологического сдерживания, при котором организм не может синтезировать определенное соединение, необходимое для его роста. Это предназначено для снижения риска того, что он может выжить после случайного выброса или воздействия.
Синтетические организмы, которые используют ксенонуклеиновые кислоты (пример слева) вместо ДНК (справа) , были предложены в качестве внутренней стратегии биосдерживания для предотвращения заражения естественных организмов посредством горизонтального переноса генов .

Внутренняя биозащита - это упреждающая разработка функциональных возможностей или недостатков организмов и систем для снижения их опасности. Он уникален для искусственно созданных организмов, таких как ГМО и синтетические организмы, и является примером замещения опасностей и предотвращения с помощью дизайна . Внутренняя биозащита может преследовать множество целей, включая контроль роста в лаборатории или после непреднамеренного высвобождения, предотвращение горизонтального переноса генов в естественные клетки, предотвращение использования для биотерроризма или защиту интеллектуальной собственности создателей организма. [4]Высказывались опасения, что существующие генетические гарантии недостаточно надежны из-за способности организма терять их в результате мутации. Однако они могут быть полезны в сочетании с другими средствами контроля опасностей и могут обеспечивать усиленную защиту по сравнению с ГМО. [2] : 6, 40–43 [4]

Многие подходы подпадают под действие внутренней биозащиты. Ауксотрофия - это неспособность организма синтезировать определенное соединение, необходимое для его роста, что означает, что организм не может выжить, если ему не предоставить это соединение. Выключателе это путь , что смерть клеток инициируют , что срабатывает по сигналу от человека. [2] : 40–43 [4] Другой такой метод - неспособность организмов к размножению. [2] : 50

Методы, специфичные для растений, включают цитоплазматическую мужскую стерильность , когда жизнеспособная пыльца не может быть произведена; и транспластомные растения, в которых модификации производятся только в ДНК хлоропластов , которая не включается в пыльцу. [11]

Способы, специфичные для вирусных векторов, включают разделение ключевых компонентов между несколькими плазмидами, исключение дополнительных белков, связанных с функцией вируса дикого типа как патогена, но не как вектора, и использование самоинактивирующихся векторов. [4]

Было высказано предположение, что ксенобиология , использование альтернативной биохимии, которая отличается от естественной ДНК и белков, может позволить использовать новые внутренние методы биосдерживания, которые невозможны с традиционными ГМО. Это может включать инженерные организмы, которые используют искусственные ксенонуклеиновые кислоты (XNA) вместо ДНК и РНК или которые имеют измененный или расширенный генетический код . [2] : 33–36, 43, 49 Теоретически они неспособны к горизонтальному переносу генов в естественные клетки. Есть предположение, что эти методы могут иметь меньшую частоту отказов, чем традиционные методы. [2] : 33–36, 43, 49 [4]

Оценка риска [ править ]

Хотя опасности синтетической биологии аналогичны опасностям существующей биотехнологии, процедуры оценки рисков могут отличаться, учитывая скорость, с которой образуются новые компоненты и организмы. [2] : 5 Существующие системы анализа риска для ГМО также применимы для синтетических организмов [3], а наблюдение за здоровьем на рабочем месте может использоваться для улучшения оценки риска. [4] Однако могут возникнуть трудности с оценкой риска для организма, построенного «снизу вверх» из отдельных генетических последовательностей, а не из организма-донора с известными характеристиками. [3] : v, viiСинтетические организмы также не могут быть включены в уже существующие классификации микроорганизмов в группы риска. [2] : 20 Еще одна проблема заключается в том, что синтетическая биология затрагивает широкий спектр дисциплин за пределами биологии, практикующие специалисты могут быть незнакомы с оценкой микробиологического риска. [3] : v

Что касается биобезопасности, оценка риска включает оценку простоты использования потенциальными участниками; его эффективность как оружия; практические требования, такие как доступ к опыту и ресурсам; и способность предотвращать, предвидеть и реагировать на нападение. [6] : 2–7 Что касается опасностей для окружающей среды, оценки рисков и полевые испытания приложений синтетической биологии наиболее эффективны, когда они включают показатели по нецелевым организмам и функциям экосистем. [2] : 18 Некоторые исследователи предположили, что традиционная оценка жизненного цикламетоды могут быть недостаточными, потому что, в отличие от традиционных отраслей, граница между промышленностью и окружающей средой размыта, а материалы имеют богатое информацией описание, которое нельзя описать только их химической формулой. [12]

Регламент [ править ]

Международный [ править ]

Несколько договоров содержат положения, относящиеся к синтетической биологии. К ним относятся Конвенция о биологическом разнообразии , Картахенский протокол по биобезопасности , Нагойско-Куала-Лумпарский дополнительный протокол об ответственности , Конвенция о биологическом оружии и Руководящие принципы Австралийской группы . [13]

Соединенные Штаты [ править ]

В целом, Соединенные Штаты полагаются на нормативно-правовую базу, установленную для химических и фармацевтических препаратов для регулирования синтетической биологии, в основном на Закон о контроле над токсичными веществами 1976 года, обновленный Законом о химической безопасности Фрэнка Р. Лаутенберга для 21 века , а также на Федеральный закон. Закон о пищевых продуктах, лекарствах и косметических средствах . [7]

Проблемы биобезопасности в отношении синтетической биологии и ее инструментов редактирования генов аналогичны опасениям, высказанным в отношении технологии рекомбинантной ДНК, когда она появилась в середине 1970-х годов. Рекомендации Асиломарской конференции 1975 года по рекомбинантной ДНК легли в основу руководящих принципов Национального института здравоохранения США (NIH), которые были обновлены в 2013 году для рассмотрения организмов и вирусов, содержащих синтетические молекулы нуклеиновых кислот. [1] Руководство NIH по исследованиям рекомбинантных и синтетических нуклеиновых молекул.являются наиболее полным ресурсом по безопасности синтетической биологии. Хотя они являются обязательными только для получателей финансирования NIH, другие государственные и частные спонсоры иногда требуют их использования, и они часто добровольно реализуются другими. Кроме того, Руководство NIH по структуре скрининга для поставщиков синтетической двухцепочечной ДНК от 2010 года содержит добровольные рекомендации для поставщиков синтетической ДНК по проверке личности и принадлежности покупателей и скринингу на предмет вызывающих озабоченность последовательностей. [13]

Управление по охране труда и здоровья (OSHA) регулирует здоровье и безопасность рабочих, в том числе тех, кто занимается синтетической биологией. В середине 1980-х OSHA утверждало, что положения об общих обязанностях и существующих нормативных стандартов было достаточно для защиты биотехнологических работников. [1]

Агентство по охране окружающей среды , Министерство сельского хозяйства и животных фитосанитарной инспекции и пищевых продуктов и медикаментов регулировать коммерческое производство и использование генетически модифицированных организмов. Министерство торговли Бюро промышленности и безопасность имеет власть над технологиями двойного применения , и синтетическая биология подпадает под отборными агентами правил. [13]

Другие страны [ править ]

В Европейском Союзе , синтетическая биология регулируются директивами 2001/18 / EC от преднамеренного высвобождения ГМО , и 2009 года / 41 / ЕС об использовании генетически модифицированных микроорганизмов, [4] [3] : VI , а также как Директива 2000/54 / EC по биологическим агентам на рабочем месте. [7] По состоянию на 2012 год ни у Европейского сообщества, ни у какого-либо государства-члена не было специального законодательства по синтетической биологии. [13]

В Соединенном Королевстве Правила о генетически модифицированных организмах (ограниченное использование) 2000 года и последующие обновления являются основным законом, имеющим отношение к синтетической биологии. [3] : 16 [13] По состоянию на 2012 год в Китае не было разработано специальных правил по синтетической биологии, полагаясь на правила, разработанные для ГМО. [13] Сингапур полагается на свои Руководства по биобезопасности для ГМО и Закон о безопасности и гигиене труда . [7]

См. Также [ править ]

  • Уровень биобезопасности
  • Регулирование генной инженерии
  • Биосдерживание генетически модифицированных организмов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g Ховард, Джон; Мурашов, Владимир; Шульте, Пауль (2017-01-24). «Синтетическая биология и профессиональный риск» . Научный блог NIOSH . Проверено 30 ноября 2018 .
  2. ^ a b c d e f g h i j k l «Мнение о синтетической биологии II: методологии оценки рисков и аспекты безопасности» . Генеральный директорат ЕС по вопросам здравоохранения и потребителей . 2016-02-12. DOI : 10.2772 / 63529 .
  3. ^ a b c d e f g h Бейли, Клэр; Меткалф, Хизер; Крук, Брайан (2012). «Синтетическая биология: обзор технологии, текущих и будущих потребностей в нормативно-правовой базе Великобритании» (PDF) . Исполнительный орган по здравоохранению и безопасности Великобритании . Проверено 29 ноября 2018 .
  4. ^ Б с д е е г ч я J к л м н Ховард, Джон; Мурашов, Владимир; Шульте, Пол (18 октября 2016 г.). «Синтетическая биология и профессиональный риск». Журнал гигиены труда и окружающей среды . 14 (3): 224–236. DOI : 10.1080 / 15459624.2016.1237031 . ISSN 1545-9624 . PMID 27754800 .  
  5. ^ "Руководство по безопасности лаборатории" (PDF) . Администрация США по охране труда . 2011. С. 9, 15, 21, 24–28 . Проверено 17 января 2019 .
  6. ^ a b c d e f g h Биозащита в эпоху синтетической биологии . Национальные академии наук, инженерии и медицины . 2018-06-19. DOI : 10.17226 / 24890 . ISBN 9780309465182. PMID  30629396 .
  7. ^ a b c d Трамп, Бенджамин Д. (01.11.2017). «Регулирование и управление синтетической биологией: уроки TAPIC для США, Европейского Союза и Сингапура» . Политика здравоохранения . 121 (11): 1139–1146. DOI : 10.1016 / j.healthpol.2017.07.010 . ISSN 0168-8510 . PMID 28807332 .  
  8. ^ a b c «Краткий обзор будущего: синтетическая биология и биоразнообразие» . Европейская комиссия . Сентябрь 2016. С. 14–16 . Проверено 14 января 2019 .
  9. ^ «Окончательное заключение по синтетической биологии III: Риски для окружающей среды и биоразнообразия, связанные с синтетической биологией и приоритетами исследований в области синтетической биологии» . Генеральный директорат ЕС по охране здоровья и безопасности пищевых продуктов . 2016-04-04. С. 8, 27 . Проверено 14 января 2019 .
  10. ^ a b "Биобезопасность в микробиологических и биомедицинских лабораториях" . Центры США по контролю и профилактике заболеваний (5-е изд.). 2018-04-20. Раздел III - Принципы биобезопасности . Проверено 7 января 2019 .
  11. ^ a b Девос, Янн; Демонт, Мэтти; Диллен, Коэн; Reheul, Дирк; Кайзер, Матиас; Санвидо, Оливье (11.11.2009). «Сосуществование генетически модифицированных и не генетически модифицированных культур в Европейском союзе: обзор» . В Lichtfouse, Эрик; Наваррете, Мирей; Дебеке, Филипп; Вероник, Сушер; Альберола, Кэролайн (ред.). Устойчивое сельское хозяйство . Springer Science & Business Media. С. 210–214. ISBN 9789048126668.
  12. ^ Сигер, Томас П .; Трамп, Бенджамин Д.; Пуансат-Джонс, Келси; Линьков, Игорь (06.06.2017). «Почему оценка жизненного цикла не работает для синтетической биологии» . Наука об окружающей среде и технологии . 51 (11): 5861–5862. DOI : 10.1021 / acs.est.7b01604 . ISSN 0013-936X . PMID 28504514 .  
  13. ^ Б с д е е Pei, Лей; Бар ‐ Ям, Шломия; Байерс-Корбин, Дженнифер; Касагранде, Рокко; Эйхлер, флорентийский; Лин, Аллен; Остеррайхер, Мартин; Regardh, Pernilla C .; Терлингтон, Ральф Д. (2012). Нормативные основы синтетической биологии . Синтетическая биология . John Wiley & Sons, Ltd., стр. 157–226. DOI : 10.1002 / 9783527659296.ch5 . ISBN 9783527659296.