合成生物学是21世纪生命科学和生物技术领域最重要的学科之一。人工合成生命使人充满想象，其在各个领域的应用前景不可估量。因此，充分认识和评估合成生物学可能会给人类社会带来的影响，并适当采取必要的、富有远见的规范和引导，对于合成生物学的健康发展无疑意义重大。本文阐述发展合成生物学的重要意义，并对合成生物学的伦理和安全问题提出我们的思考。

合成生物学的定义及现阶段的研究情况，前人已做过较为详细的论述^[1][2][3]，在本文中不做具体讨论。简而言之，合成生物学是通过系统的、工程的策略来改造和构建新的生物系统。合成生物学是已有生命科学和生物技术的延伸和集大成者，使得人类对于生命的认识和改造能力提升到了一个全新的层次。具体表现在两个方面：

1.认知生命体层面。合成生物学本质是一种正向工程^[3][4]，“先创造再理解”^[5]成为合成生物学的主要思想，这是完全区别于之前生命科学“先理解后创造”的。看似简单的顺序转换，却具有重大的意义。这实际上是科学界经过60多年对生命从分子水平还原式的解析，加上近十几年系统生物学、结构生物学、生物信息学等科学的发展，以及以基因合成为代表相关技术的突破，才形成的新认识。合成生物学的发展，使人类对生命的认识正在进入从量变到质变的阶段。人类已经初步有能力将生命的各个元件进行识别和表征，在此基础上进行重新组装、赋予生命新的功能，并在此过程中不断加深对生命本质的理解。

2.改造生命体层面。合成生物学是基因工程、代谢工程等技术的延伸，但又是对这些技术本质上的超越。首先，合成生物学强调系统化和工程化的改造。在其发展初期就大量借鉴了电子工程的思路，有着一整套改造体系和理论作为指导，有明确的操作准则和发展路径规划，这些在之前的技术发展中都是十分罕见的。其次，合成生物学强调构建自然界不存在的东西^[6]。人们可以设计合成非天然的酶、化合物、途径、功能，并在此基础上任意组合，所以合成生物学有可能打破自然的限制，提供了巨大的创造空间，充满着无限的想象力。可以说，合成生物学集中体现了人类学习自然、从自然中抽取最优的功能和理念并进行融合、从而超越自然的愿望。

21世纪人类社会面临着巨大的挑战，除了粮食问题外，我们还面临着能源危机、全球气候变暖、淡水资源短缺、人口老龄化等一系列前所未有的挑战。合成生物学将是解决全球性重大问题的重要途径。

1.能源/化工领域。传统石油化工除了提供能源外，还为人们提供大宗和精细化学品，因此对于石油资源的替代是一个系统的工程。近年来提出的“生物炼制”^[7]概念，其目标即是用丰富的生物质资源为原料，建立一套生物基的化学品生产体系，逐步减少石油资源的使用，并满足能源、化工和材料化学品日益增长的需求。高效细胞工厂是“生物炼制”的技术核心之一。目前为止，科学家已经使用大肠杆菌、酵母和蓝藻为底盘细胞，在其基础上进行系统的设计和改造，使这些微生物能够将生物质高效转化为各种化学品。在能源化学品方面，从最初的纤维素乙醇、生物柴油，到近几年的长链醇、烷烃的微生物制造^[8][9]都是未来替代能源的重要方向。在工业化学品方面，已经创建了生产碳2-碳6平台化学品的细胞工厂^[10]。虽然从生产成本角度，目前多数生物路线尚不能与石化路线相竞争，但表现出良好的发展态势。目前已经有乳酸、1, 3-丙二醇、1, 4-丁二醇、丁二酸等产品实现或即将实现商品化^[11]，未来预测将会有更多的生物基化学品进入产业化阶段。

2.环境领域。目前人类社会面临的另一个主要挑战是温室气体和全球气候变暖问题，二氧化碳的生物固定是降低碳排放的重要解决方案。通过人工设计改造的蓝藻，可以不断提高固碳效率，同时与能源化学品相偶联，从而达到一举多得的目的，因而一直是合成生物学领域的研究热点之一^[12]。近年来甲烷和一氧化碳气体的生物转化成为新的发展方向，其中LanzaTech公司与宝钢气体合作的钢厂尾气制乙醇技术，已经建成了300吨乙醇/年的示范装置并完成试验性运行。在二氧化碳固定方面，利用生物固碳与物理方法相结合，可以先将二氧化碳转化为甲酸，再由微生物将其转化为醇类等化工产品^[13]。在水污染的治理方面，合成生物学也表现出巨大的应用潜力。通过构建分子传感器，可以利用微生物进行水体监测，并有可能实现水体的净化功能。

3.医药健康领域。生物医药一直是合成生物学的研究热点。合成生物学领域的标志性事件之一即是用酿酒酵母生产青蒿素的前体青蒿酸。此前，青蒿素只能从青蒿中提取才能获得，新技术显著降低了青蒿素的生产成本，从而使这种抗疟疾药物在发展中国家推广使用成为可能。来源于植物的复杂化合物，如聚酮类、萜烯类化合物，都能通过合成生物学技术实现低成本制备，节约珍稀植物资源。通过合成生物学技术，还可以创造出自然界中不存在、或尚未发现的新化合物。过去合成生物学的操作对象主要是模式微生物，近年来动物细胞也已成为合成生物学的研究对象。新的工具和方法不断创建出来，未来有望在重大疾病如癌症治疗方面取得重大突破^[4]。

合成生物学未来必将对人类及其社会产生深远影响，这种影响一方面表现在科学技术的不断进步，另外一方面也表现在合成生物学引起了人们的争论、质疑甚至是恐慌。对合成生物学伦理质疑包括：生命本应是神圣的，人类是否应当扮演“上帝之手”去合成生命？人们应当怎样看待合成生命？合成生命是否会导致对生命的漠视？在生物安全方面担心的问题主要包括两类：一是生态安全问题。人工合成的生物系统一旦逃逸到自然界，是否会引发生态灾难？二是生物防御问题。恐怖分子可能会利用合成生物学技术制造生物武器，如何防范？

1.合成生物引发的伦理问题。合成生物学本质上打破了生命的神圣感，自然与非自然的界限开始模糊，必然会对人们的传统认识造成很大冲击，由此导致合成生物学在哲学、宗教等意识形态上的激烈争论。在讨论合成生物学的伦理问题时，不应忽视的一个重要事实是，合成生物学尚处于发展的初级阶段。研究的主要内容还在于元件的构建、模块化；简单调控回路的构建以实现简单的功能。所谓对生命的合成，主要是对病毒、支原体、酵母等低等生物的基因组的全人工合成。研究对象主要在微生物领域，在高等植物、动物中的相关工作刚刚起步^[4]。

2.合成生物学的安全问题。从生态安全角度，人们普遍担心人工构建的基因工程微生物释放到环境中，会对生态产生不利的影响。但从科学角度，首先，构建的基因工程微生物往往是特别适合于实验室培养，特别是未来合成微生物改造的趋势之一，是在删除了“冗余基因”的底盘细胞基础上进行改造。这些所谓的“冗余基因”是指在实验室条件下的冗余，在自然环境中生存却是必须的。因此，基因工程菌在自然环境中的生存能力通常无法与普通微生物相比。其次，目前基因工程微生物在医药、化工领域中的应用，往往是在一个相对封闭的条件下进行的，因此可以通过灭菌等操作控制这些微生物的扩散。再次，在微生物的改造策略上，也可以通过制造某种营养缺陷型，使微生物离开营养成分的添加无法生长。因此，至少在细胞工厂这一合成生物学的应用领域，控制基因工程微生物的释放，杜绝其生态隐患，在技术上是完全有保障的。

从生物防御角度，安全问题无疑要更为迫切。通过实验室的进化，无论是禽流感病毒还是耐抗生素的超级细菌，会具有更强大的杀伤力。1918年西班牙流感病毒和天花病毒等，从技术上看，完全是可以人工合成的。这些技术如果被恐怖分子所掌握，确实可能对人类社会造成灾难性后果。但从另一方面，对于生物防御问题，也不必过度担心。客观地说，合成生物学引起的安全问题并不是全新的，很多方面与之前基因工程面临的问题一脉相承^[14]。通过制定有效的操作规范，基因工程技术得到了比较有效的管控，许多当初设想的问题(如转基因致病菌的大规模扩散等)并没有发生。因此，完全可以在这些规范的基础上，根据合成生物学的具体情况，对其赋予新的内容，使合成生物学的安全问题得到有效的管理。

合成生物学的健康发展离不开政府、学术界和公众的共同努力。虽然对于合成生物学快速发展带来的伦理安全问题没有必要过度担心，但采取必要的、预判性的规范和引导，对于合成生物学的发展具有重要的意义。之前技术发展过程中出现问题的考察和反思，也会对合成生物学的规范提供重要的指导。

1.学术共同体积极承担合成生物学发展的社会责任。一是亟需在产品开发的同时开展风险研究。需要针对具体的生物体、产品和应用进行风险研究。二是建立共同的研究规范。科研人员需要在相关规范和准则的框架下进行实验研究；对于某项具体技术的应用之前，要从长远的安全角度，做出充分的风险评估和预判。三是加强科技伦理意识。科学家应做到自律，严格按照研究规范从事研究，不对公众刻意隐瞒负面的结果。四是承担科学传播责任。学术界应对于合成生物学技术的相关信息做到公开透明。对于新技术的研究及评估应当向全社会公布，不只是要发布结论，研究的方法和过程也应当公开透明，使其接受公众的调查和检阅。对于不实的报道和传闻应当及时发出科学界的声音。

2.相关部门明确规范准则。由于合成生物学的快速发展，政府面临的挑战是如何制定决策，使对合成生物体的管制既不能过松，也不能过严。在新技术成熟之前，政府应考虑如何对这项新兴的融合技术进行约束。目前学界基本的共识是，针对基因工程制定的政策和法规，在制定面向合成生物学的政策法规时可以效仿的。政府需要引导制定合成生物学的操作、研究和应用方面的规范准则。例如对合成关键仪器和试剂的登记和监控、对于合成基因的审查等，都是行之有效的措施。

ZHU Tai-cheng¹, ZHAO Jun², LI Yin¹