改造基因、构建特殊生物……合成生物学如何影响生物多样性?
发布时间:2021-10-12
出品:科普中国
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  1011日,《生物多样性公约》第15次缔约方大会(COP15)在我国云南省昆明市开幕。即将COP15诞生的“2020年后全球生物多样性框架”,会为未来10年全球生物多样性保护指明方向。

  

  片来源:生物多样性公约缔约方大会官网

  在此次会议中,“合成生物学”被列入讨论,与入侵物种、野生动物保护等议题列在一起。

  

  生物多样性公约缔约方大会第十五届会议临时议程

  (图片来源:中华人民共和国生态环境部官网)

  1926条的内容大家比较熟悉,但27或许让不少人一愣:合成生物学是什么?对物种多样性会有啥影响呢?

什么是合成生物学

  合成生物学是生物科学的一个分支学科研究的是人们如何根据具体的使用需求,将对应的基因通过生物技术组合在一起,构建出需要的特殊生物。

  中国科学院院士、中国科学院合成生物学重点实验室专家委员会主任赵国屏认为:

  合成生物学能利用大肠杆菌生产大宗化工材料,摆脱石油原料的束缚;能利用酵母菌生产青蒿酸和稀有人参皂苷,降低成本,促进新药研发;能利用工程菌专一攻击癌细胞,却不“误伤”正常细胞;能创制载有人工基因组的“人造细胞”,探究生命进化之路;能利用DNA储存数据信息并开发生物计算机……

  作为科学界的新生力量,合成生物学进展迅速,并已在化工、能源、材料、农业、医药、环境和健康等领域展现出广阔的应用前景。

  合成生物学应用的一个典例,就是基因灭蚊。

  2015年,中山大学的奚志勇教授在广东进行了“以蚊治蚊”尝试。受过三种沃尔巴克氏体菌株感染的白纹伊蚊雄蚊,与野生雌蚊交配后产的卵不能发育。

  研究团队与广东省和广州市的疾控中心合作,选择了两个相对隔离的小岛,大规模投放这些培育的“绝育”蚊子。两年后,试验区野生蚊子数量减少了90%左右。这一结果2019年发表在《自然》期刊上。

  

  基因灭蚊(图片来源:广州日报)

  蚊子是多种病原体的中间宿主,传播疟疾、登革热、寨卡病毒等,基因改造灭蚊大大减少了人感染这些疾病的风险,又减少了化学制剂污染,似乎百利而无一害。

  那深受蚊虫叮咬困扰的读者们就要发问了:为什么合成生物学灭蚊技术没有推广开来,应用到更广泛的地方,给我一个没有蚊虫的夏日呢?

  这就事关生物多样性的问题了。事实上最早基因改造的生物扩散产生担忧的正是研究基因工程的科学家们。

影响生物多样性的双刃剑

  在1974年,科学家使用合成生物学的方法,改造了一种叫做SV40”的病毒。他们将致癌基因整合到SV40的遗传序列内,再用这种改造过的致癌型病毒感染小鼠,构建癌症小鼠模型,从而在这些小鼠身上进行癌症化疗药物的开发实验。

  病毒携带的致癌相关基因成功地整合到小鼠的基因组中,抗癌事业迈出了一大步风险也随之而来:携带致癌基因的病毒一旦扩散到实验室外,就有可能感染同样是哺乳动物的人类,引发癌症。随着人类活动的扩散,其他动物也可能遭殃。

  可以看如果随意使用合成生物学,可能极大危害生物多样性。

  19752月,科学家们在美国加利福尼亚州召开重组DNA分子国际大会(即阿西洛玛会议,Asilomar1975进行激烈辩论,讨论相关研究是应该进行下去。

  

  1975年召开的阿西洛玛会议

  图片来源:https://vapormax2018.info/conferencia-de-asilomar-1975-21/

  会议最终商定,研究应该继续,但要对实验进行风险评估,并根据风险程度把握安全控制的松紧尺度。

  此后科学家们对合成生物学的使用更加慎重。比如生物学家进行基因编辑的时候,对某些特定的危险细菌进行改造,使这些细菌在实验室外无法存活,防止对自然界中的生物多样性造成威胁。

谨慎利用,保护生物多样性

  1975召开的阿西洛玛会议到今年的COP15,四十多年间生物技术飞速发展,各种改造过的SV40病毒株已经是生物研究的常用工具,在基础生物研究和医学研究中立下了汗马功劳至今没有合成生物学对公众健康造成危害的实例报道很大程度上都要归功于科学家们的审慎

  不仅如此,如今,合成生物学的合理使用还为保护生物多样性提供了助益

  例如,合成生物学可以用来人工设计、合成一些需要在稀有动植物体中提取的小分子和大分子蛋白,降低常规的种植、培育、采摘、提取这一自然生产流程的成本,从而减少盗猎捕杀野生动物和滥采滥摘野生植物的行为,进一步保护生物多样性

  再如,生物合成化工材料可以减少化工污染,保护环境,为濒危生物栖息、繁衍提供更好的自然环境;

  此外,利用工程菌生产植物的提取成分,可以减少种植作物的培育需求,给野生动植物留出更多的生长空间。

  从孟德尔的豌豆杂交,到如今的合成生物学,人类利用筛选基因、改造基因、设计基因,实现越来越理想化的生活。

  然而,合成生物学像一把双刃剑——谨慎、科学地利用会保护生物多样性会对自然界中的生态系统造成毁灭性打击。谨慎的科学态度有效可执行的规则制度,是这把双刃剑最好的剑鞘。

  参考文献:

  1联合国生物多样性公约缔约方大会第十五次会议议程https://news.cop15-china.com.cn/api-content/cms/homepagezh.

  2美国佛罗里达群岛试行基因灭蚊法.新华社

  https://baijiahao.baidu.com/s?id=1701440653069845062&wfr=spider&for=pc.

  3Zheng, X., Zhang, D., Li, Y. et al. Incompatible and sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes. Nature 572, 56–61 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1407-9.

  4Berg, P. Asilomar 1975: DNA modification secured. Nature 455, 290–291 (2008). https://doi.org/10.1038/455290a.

  5赵国屏:合成生物学:生命科学的“利器”. 中国科学院科技产业网 •2020-11-17 •专家解读 http://www.castt.ac.cn/news/detail/21944.html.

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