改造基因、构建特殊生物……合成生物学如何影响生物多样性？

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10月11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。即将在COP15上诞生的“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。

△图片来源：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）

第19至26条的内容大家比较熟悉，但27条或许让不少人一愣：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，可传播疟疾、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，最早对于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。但风险也随之而来：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。

可以看到，如果随意使用合成生物学，可能会极大危害生物多样性。

1975年2月，科学家们在美国加利福尼亚州召开的重组DNA分子国际大会（即阿西洛玛会议，Asilomar1975）上进行激烈辩论，讨论相关研究是否应该进行下去。

△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，会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

从1975年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，且至今没有合成生物学对公众健康造成危害的实例报道，这些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，合成生物学可以被用来人工设计、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，还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，实现着越来越理想化的生活。

然而，合成生物学就像一把双刃剑——谨慎、科学地利用会保护生物多样性；用得不当则会对自然界中的生态系统造成毁灭性打击。谨慎的科学态度和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.

（3）Zheng, 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.

（4）Berg, 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.