Page 33 - 《国际安全研究》2020年第5期

2020 年第 5 期

二 新时代的合成生物学变革

合成生物学正逐渐颠覆传统的生物学研究范式，形成其独有的特点。在探讨
合成生物学发展所伴随的生物安全和生物安保问题之前，有必要从科学技术角度
深入理解合成生物学，以更清楚地判断潜在的风险问题。同时，对合成生物学科

学背景的梳理也有助于之后的风险治理分析。
（一）合成生物学的发展与特征
合成生物学起始于 20 世纪 60 年代，自基因的双螺旋结构被历史性发现以
来，一套迭代的用于脱氧核糖核酸（DNA）测序、合成和扩增工具陆续被开发出

来。几十年来，科学家不断破译并深入了解从小型病毒到人类等生物体的基因或
基因组，积累和拓展分子生物学知识，改进 DNA 分析工具，提升长链 DNA 合成
①
②
能力。 2000 年，《自然》杂志发表关于人工合成基因线路的研究成果。 2002
③
年，美国科学家化学合成脊髓灰质炎病毒。 此后，合成生物学基础理论、使能
技术研发持续取得重大突破，生物学、化学、计算机以及物理学等多学科交叉融
④
合使得合成生物学开始转向，采用更经典的工程学方法解决问题。 自此，合成
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生物学在 21 世纪开端便已正式迈入发展的快车道。
合成生物学旨在将工程学理念引入生物学研发，强调“设计—构建—检验”
（Design–Build–Test, DBT）周期，即设计原型、构建物理实例、检验设计功能、
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在缺陷中学习并再设计的迭代过程。 合成生物学实际上已经颠覆传统的生物学

① Ewen D. Cameron, Caleb J. Bashor and James J. Collins, “A Brief History of Synthetic
Biology,” Nature Reviews Microbiology, Vol. 12, No. 5, 2014, pp. 381-390.
② Timothy S. Gardner, Charles R. Cantor and James J. Collins, “Construction of a Genetic
Toggle Switch in Escherichia Coli,” Nature, Vol. 403, No. 6767, 2000, pp.339-342.
③ Cello Jeronimo, Paul V. Aniko and Eckard Wimmer, “Chemical Synthesis of Poliovirus cDNA:
Generation of Infectious Virus in the Absence of Natural Template,” Science, Vol. 297, No. 5583, 2002,
pp. 1016-1018.
④ Michele Garfinkle and Lori Knowles, “Synthetic Biology, Biosecurity, and Biosafety,” in
Ronald Sandler, ed., Ethics and Emerging Technologies, Boston: Northeastern University, 2014, p. 533.
⑤ Ewen D. Cameron, Caleb J. Bashor and James J. Collins, “A Brief History of Synthetic
Biology,” Nature Reviews Microbiology, Vol. 12, No. 5, 2014, pp. 381-390.
⑥ National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, Biodefense in the Age of
Synthetic Biology, Washington, D.C.: National Academies Press, Jun 2018, p. 16, https://www.ncbi.
nlm.nih.gov/books/NBK535877/.
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