（科学技术哲学专业论文）合成生物技术的应用伦理研究.pdf

nanjing university of aeronautics and astronautics the graduate school college of humanities and social science research on applied ethics of synthetic biology a thesis in philosophy of science and technology by yang yang advised by vice-professor zhang huaiming submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of philosophy of science and technology march, 2013 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。 对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标 明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件， 允许 论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘要摘要 合成生物技术是当今这个生物学的世纪中正在兴起的一个重要技术， 将可能成为 21 世纪人 类科学活动的中心。合成生物技术利用化学合成和基因规律，通过设计、构建创造出自然界没 有的新生物部件、装置和系统，利用标准化和自动化的工程学方法，解决各种问题、满足人类 需求。合成生物技术通过更为彻底的改造和创造方法，给生物学带来了许多新的可能性，将更 加广泛和深刻的影响人类。 合成生物技术同其他技术一样，其应用将伴随着激烈的伦理争论。首先，合成生物技术研 究是一种包含着人类目的性的活动，科学家在进行技术研究时必然包含着各种目的，这种目的 性研究会带来哪些好或坏的后果，需要从伦理的角度进行考量。其次，从应用过程看，合成生 物技术应用的范围很广，其具体应用范围是什么，应用是否具有正当性、合乎道德伦理；合成 生物技术是遵循于基因理论，基因的改变对于生物体而言是深层次、根本性的，这种应用是否 会对生物的自然性和整体性造成破坏，伦理上是否能够接受，也是有必要进行研究的。最后， 其应用的后果看，合成生物产品在带来利益的同时，是否会对社会、环境和人类自身造成不利 影响，这种影响有多大、会造成怎样的结果，需要进行伦理上的讨论。 本文从应用伦理的角度讨论合成生物技术。首先，分析合成生物技术的概念和内涵，明确 其带来伦理问题的根源。其次，从合成生物技术在生命科学领域的应用，讨论其可能对人体造 成伤害、对生物自然性和生命本质产生伦理冲击；从合成生物技术在环境领域的应用，讨论其 可能改变生态平衡、 影响生物多样性等伦理问题； 从合成生物技术应用对于经济和社会的影响， 造成经济的不公平和社会伦理改变等问题进行讨论。结尾，站在技术活动应造福人类、伦理学 应规范合成生物技术、保护其发展的立场，提出合成生物技术的伦理规范。包括符合合成生物 技术规律的伦理原则和建立相关的伦理评估和监督机制。 关键词：关键词：合成生物技术，技术伦理，应用伦理，伦理原则 合成生物技术的应用伦理研究 ii abstract synthetic biotech is an important emerging technology in the century of biology. synthetic biotech utilize chemical synthesis methods and gene law by designing, building, creating new biological parts, devices, and systems, which does not exist in nature in order to solve problems and to meet human needs. through more thorough methods, synthetic biotech brought many new possibilities to biology which will have amore extensive and profound impact on human being. as with other technologies, synthetic biotech will be accompanied by ethical controversies. first, synthetic biotech research includes the purpose of the human. scientists conducting synthetic biotech research must containa variety of purposes, such purposes will bring consequences which need to be evaluated from ethical consideration. second, synthetic biology applications range is wide. it is necessary for research the scope of the synthetic biotech. finally, we should discuss whether synthetic biology will have adverse impact on the social, environmental and human, when it benefits. this thesis discusses synthetic biotech from the perspective of applied ethics. first of all, analyze of the concept and content of synthetic biotech. secondly, from the application of synthetic biotech, discuss the harm to the human body, ethical impact on biological nature and the essence of life, change the ecological balance and biodiversity, effect of economic equity and social ethics. the end, try to make a synthetic biotech ethical norms, including ethical principles and ethical assessment and monitoring mechanisms. keywords：synthetic biotech, technology ethics, applied ethics, ethical principles 南京航空航天大学硕士学位论文 iii 目目 录录 第一章 绪论 . 1 1.1 论文选题背景及意义 . 1 1.2 国内外文献研究 . 2 1.3 论文创新点及研究框架 . 4 第二章 合成生物技术及其发展 . 6 2.1 合成生物技术及其历史 . 6 2.2 合成生物技术的应用现状 . 7 2.3 合成生物技术的未来发展 . 8 第三章 合成生物技术的应用伦理问题 . 9 3.1 生命科学领域的应用伦理问题 . 9 3.1.1 医疗应用的风险 . 11 3.1.2 生物自然性、整体性与生命本质 . 12 3.2 环境科学领域的应用伦理问题 . 14 3.2.1 改变生态平衡 . 14 3.2.2 影响生物多样性 . 15 3.2.3 合成生物产品的安全性 . 16 3.3 经济与社会领域的应用伦理问题 . 16 3.3.1 经济上的不公平 . 18 3.3.2 社会伦理问题 . 18 第四章 合成生物技术的伦理规范 . 21 4.1 合成生物技术的基本伦理原则 . 21 4.1.1 自由发展与控制原则 . 22 4.1.2 责任原则 . 23 4.1.3 不伤害原则 . 26 4.1.4 公平原则 . 29 4.2 伦理评估与监督 . 30 4.2.1 提高合成生物技术研究人员责任意识 . 30 4.2.2 成立技术伦理委员会 . 31 合成生物技术的应用伦理研究 iv 4.2.3 广泛开展社会舆论监督 . 33 第五章 结论 . 35 5.1 本文的主要结论 . 35 5.2 本文的不足 . 35 参考文献 . 37 致谢 . 41 在学期间的研究成果及发表的学术论文 . 42 南京航空航天大学硕士学位论文 v 图表清单图表清单 图 1.1 本文的研究框架图. 4 4 合成生物技术的应用伦理研究 vi 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1. 论文选题背景及意义 21 世纪被誉为生物学的世纪，在过去 50 年中对生物学的基本认识，具有革命性的进步。 而在新兴生物技术中最突出的就是合成生物技术， 合成生物技术研究 “可能成为 21 世纪人 类科学活动的中心。 ” 1合成生物学这个刚刚兴起的学科目前的状态和发展趋势，与 19 世纪 30 年代有机化学刚兴起的时候非常类似。1928 年，维勒（whler）用无机物化学合成出有机物尿 素，有力地证明了有机物是可以从无机物合成的，推翻了当时阻碍化学发展的活力论。推进了 有机化学的发展，也破除了有机化学与无机化学的鸿沟，使得化学从经验科学上升为具有基础 理论的学科。 “合成生物学现在的状况非常类似 19 世纪的有机化学，已经积累了丰富的实验事 实和实验数据，需要从这些数据中寻找生命内在的基本规律，由下而上的建立生命系统基本规 律， 丰富生命科学的理论系统， 将生命科学有经验科学上升到有着更清晰完整基础理论的学科。 ” 2从这个角度看，合成生物技术将会快速发展，并且对于生命科学具有重大意义。 合成生物学用标准化的工程学方法改造生物学，并以创造具有特殊功能的有机体或生物系 统为目的。 3通过管理或操纵生物以达到实现特定功能的想法早已有之。各种生物技术一直在 不断扩展着人类的能力。很多年前，科学家们就已经创造出人工改造基因细胞和人工改造基因 组织。与人工改造基因技术相比，用无生命的部件组装成一个有机体的合成生物技术，有着更 广阔的发展空间，会更加受到广泛的关注，也会有着更广泛的影响。 2002 年， 纽约州立大学的病毒学专家 wimmer 化学合成了有长达 7000 多对碱基的脊髓灰质 炎病毒，这种人工病毒具有与天然的脊髓灰质炎病毒同等的感染活力。从而开创了利用已知的 基因组序列，无须天然模板，从化合物单体合成感染性病毒的先河。完成了一项前人从未完成 的工作第一次人工合成了完全具有生命特征的物体。而到了 2010 年 5 月，克雷格文特尔 （j. craig venter）的研究小组宣布他们成功制造出世界第一个真正意义上的人造生命细胞 含有一百多万对碱基的生殖支原体， 取名 “synthia” 4， 轰动了全世界。 对于这种打破 “自 然”和“非自然”界限的技术不仅吸引了世界范围内的广泛关注，同时也引起了激烈的伦理争 1倪慧芳,刘次全等.21 世纪生命伦理学难题m.北京:高等教育出版社,2000:60 2brian j. yeh, wendell a. lim. synthetic biology: lessons from the history of synthetic organic chemistryj. nature chemical biology,2007,3:521-525 3宋凯.合成生物学导论m,北京:科学出版社,2010:5 4 daniel g. gibson, et al. creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genomej. science,2010,329(5987):52-56 合成生物技术的应用伦理研究 2 论。 传统生物技术和现代生物技术的都只是认识生命、了解生命或改造生命，并不涉及到创造 人工生命，所以与之相关的伦理问题也就仅仅停留在传统的伦理范围内。而合成生物技术的出 现，大大扩展了人类的能力，从认识自然、改造自然扩展到创造自然。这种技术将深入而广泛 的影响人类生活的自然环境、 社会环境和人类自身。 所以有必要全面的了解合成生物技术本身， 认识其伦理问题根源，对其应用的伦理问题作出分析，建立符合其发展的新的伦理规范。由于 合成生物技术本身的快速发展、影响的深远，其伦理方面所面临的问题亟待解决。 1.2. 国内外文献研究 由于合成生物技术一方面可以解决当代社会的许多问题，例如粮食危机、农药污染、药品 价格昂贵等，造福社会。同时也可能对自然环境造成严重破坏，带来经济争端、新垄断主义等 不良社会影响，并且可能危及人类自身安全。人造细胞“synthia”的诞生也使得人们重新思考 “生命意义”的问题。在国外合成生物技术的伦理问题受到广泛关注。 目前，有关合成生物技术的伦理和社会问题受到广泛关注。许多国家和科研机构已经开始 这方面的讨论。 美国国家科学基金会合成生物学工程研究中心（synberc）要求科学家在进行 人工合成生物研究时，对其科研成果进行安全性论证，确保对人类没有危害。美国的总统生物 伦理委员会从公众行善，负责管理，思想自由和责任，民主审议，公正和公平等方面审视合成 生物技术，讨论了符合合成生物技术发展规律的伦理界限。提出 18 项建议，主张谨慎的发展合 成生物技术，保证技术与知识自由发展的同时，进行调查和监管。认为只有尽可能多的监督才 能确保公众安全和符合公共利益。并建议科研单位给予监管机构有足够的信息支持来进行风险 分析。 1国际遗传工程的机器设计竞赛（igem）提出了金奖的获奖条件，除了技术创新以外， 还要求参赛作品符合伦理和生物安全。 2这起到了一个非常好的导向作用，使得科研人员在进 行研究的时候就注意到安全、伦理方面的问题在英国，欧盟委员会资助建立了合生生物安全项 目（www.synbiosafe.eu）从事合成生物技术在社会和伦理方面的审查。 3 美国里德学院哲学和人文教授 mark a. bedau 认为，相对于传统的基因工程，合成生物技 术的发展和人造细胞的诞生，是基因工程领域取得重大进步的标志性事件，让人类拥有了前所 未有的了解生命的手段，同时也为带来了许多科学和社会问题。例如生物具有不可预测、突变 等属性， 要求我们必须制定完善的实验制度和方法。 新的合成生物体可能产生意想不到的结果， 1new directionsthe ethics of synthetic biology and emerging technologies. presidential commission for the study of bioethical issues.2010,december:14 2 3steven yearley, et al. the ethical landscape: identifying the right wayto think about the ethical and societal aspects of synthetic biology research and productsj. journal of the royal society,2009,8(6):559-564 南京航空航天大学硕士学位论文 3 在科研过程中需要风险分析和对不良结果有所预防。合成生物技术还将重新人们对生命是什 么？生命重要性在何处？人类扮演什么角色？这些问题的注意。加州大学圣克鲁兹分校生物分 子工程教授 david deamer 认为利用合成生物技术将可以在实验室里创造出人工生命。 帮助人们 回答生命是如何诞生的这一问题。宾夕法尼亚大学生物伦理学教授 arthur caplan 也表示合成 生物技术让人类对生命本质的基本信念发生了根本的改变。 哈佛医学院遗传学家 george church 就管理和预防过失引起的有害生物外侵，提出实验室应建立起由电脑监控的认证和监视系统。 并建议将实验室生态系统标准化，以检测人工合成基因组的存活能力或是在野外交换基因的能 力，以避免利用合成生物技术制造有害生物，引起恐怖事件。 1 2012 年 4 月-10 月举办的合成生物学六方专题研讨会（six party symposiaon synthetic biology） ，由美国国家科学院（nas）主办，联合美国国家工程院（nae） 、英国皇家学会（rs） 、 英国皇家工程院院士（rae） 、中国科学院（cas）和中国工程院（cae） ，对合成生物学进行专题 研讨。在会上提出议题： “ethical, legal and social implications (elsi) for synthetic biology” 。合成生物主题也被列入禁止生物武器公约第七次审议大会中。 2 我国在 2009 年开始了名为“在中国和奥地利范围对合成生物学安全和风险评估”的调查。 （investigating the biosafety and risk assessment needs of synthetic biology in austria and china）这个项目由奥地利科学基金会（fwf）和中国国家自然科学基金委员会（nsfc）联 合开展。目前项目仍在进行中（2009 年 4 月 1 日到 2012 年 12 月 31 日） 。 2010 年在“人工生命技术引发的哲学思考”研讨会上，沈铭贤教授表示，不可能禁止合成 生物技术的发展，但技术有被滥用的可能。不应该回避合成生物技术面临的伦理问题，应规建 立符合合成生物技术发展的伦理，促进技术有序的发展。张春美教授表示，首先应肯定合成生 物技术的巨大价值，其次也不能忽视其在健康、环境、社会等方面的风险，应提倡不伤害原则。 明确合成生物技术和伦理间的关系，促进合成生物技术与人的共同发展。何俊民副教授表示， 合成生物技术是创造生命，比原子弹更能证明人类对自然的掌控能力，正因如此更需要合成生 物技术工作者自律，以及从伦理上进行规范。孙毅霖教授表示，合成生物技术对生命起源的研 究有重要意义，其重要性不亚于维勒的有机物合成。文特尔实验的成功，表明了人工模拟生命 起源的可能。林德宏教授也表示，随着技术的不断进步，人类将不再满足于造物，人类的欲望 必将指向造人的方向发展。技术上能做到不等于可以做、符合道德。技术的矛盾在于自然和非 自然、人性和非人性，非人性是产生负面效应的主因。技术应符合自然规律、符合人性。随着 技术进步，人对技术的约束越来越少，所以应价值道德对伦理的约束。 3 1challenges of our own making.nature, 2010,465(27):397 2brent erickson, rina singh, et al. synthetic biology: regulating industry uses of new biotechnologiesj. science,2011, 333(6047): 1254-1256 3 杜严勇,胡春风.人工生命技术引发的哲学思考全国人工生命技术的哲学思考研讨会综述j.哲学分 析.2011,03:172-176 合成生物技术的应用伦理研究 4 目前国内对于合成生物技术伦理问题的观点较为零散，缺乏系统性的研究。包括合成生物 技术的生命伦理学、环境伦理学问题，对社会、经济和政治的影响等方面。而对于合成生物学 迫切需要伦理规范的看法，则得到普遍认同。对合成生物技术的应用伦理学研究不同于理论伦 理学，是研究如何运用道德规范去分析解决具体的、有争论的道德问题。从应用伦理的角度出 发，研究合成生物技术这种新兴的技术活动有很强的现实意义。既可以为技术本身发展提供良 好氛围，又能避免其向着不利于人类的方向发展。 1.3. 论文创新点及研究框架 本文的结构如图 1.1 所示。 合成生物技术的应用伦理问题 合成生物技术的应用伦 理研究的背景与意义 国 外 研 究 状 况 合成生物技术应用伦理的科学 理解 合成生物技术应用伦理的哲学 理解 合成生物技术 的概念 经济与社会 领域的应用 合成生物技术 的公平原则 合成生物技术 的责任原则 合成生物技术的应用伦理问题的解决 结论 国 内 研 究 状 况 生命科学领域 的应用伦理 合成生物技术的 自由发展与控制 原则 环境科学领域 的应用伦理 合成生物技术 的不伤害原则 南京航空航天大学硕士学位论文 5 图 1.1 本文的研究框架图 合成生物技术是新兴的技术，有关合成生物技术的伦理问题也就成为技术伦理研究的新方 向。本文从广泛的收集合成生物技术现有研究成果开始，展望其技术发展；从合成生物技术的 内容讨论合成生物技术的伦理问题，丰富伦理的理论内容。系统的阐述合成生物技术本质，对 其所带来的伦理问题做出比较客观、全面地分析。尝试构建新的、符合合成生物技术发展的伦 理观，规范其发展。既为合成生物技术本身发展提供良好氛围，又能避免其向着不利于人类的 方向发展。 研究框架：第一章是绪论；第二章叙述合成生物技术的出现和发展，首先通过对合成生物 技术概念的诠释，找到合成生物技术本质，提出其带来伦理问题的本源。然后了解合成生物技 术发展的历史。最后展望合成生物技术未来的应用方向，引出其在哪些方面可能会带来问题； 第三章详细阐述合成生物技术在各个领域的应用，并分别分析在生命科学、环境、经济社会领 域带来的应用伦理问题；第四章在总体上分析合成生物技术所应该具有的伦理规范；第五章为 结论。 合成生物技术的应用伦理研究 6 第二章 合成生物技术及其发展 2.1. 合成生物技术及其历史 了解合成生物技术概念和特点，不仅简单的罗列其技术特征，而要通过对合成生物技术的 深入认识，深刻理解这种技术的本质，进而找到引发合成生物技术伦理问题的根源。简单的说， 合成生物技术是人们利用化学合成和基因的规律和知识，通过设计、构建创造出自然界没有的 新生物部件、装置和系统，利用标准化和自动化的工程学方法，以解决能源、健康、农业、食 品、环境和生物安全等方面的问题，满足人类需求，达到为人类服务的目的一种技术。 合成生物技术是正在逐步工程化的生物技术，将标准化和自动化的工程学方法引入生物学 领域，带来工程化好处的同时也带来了工程伦理问题。应用工程原则的标准化和自动化，一方 面在进行合成生物研究和生产合成生物产品时，可以减少复杂性和减低成本。另一方面使得生 物学家具有了双重身份，既是科学家又是工程师。这样，就无法避免的带来了工程问题。 合成生物技术可能创造和构建原本不存在的新生物部件、装置和系统。以前的生物技术都 局限于对现有生物的改造，增强其能力或增加其功能。而合成生物技术则有可能创造出全新的 生物部件、系统，甚至完整的生物体。这种创造性行为，会大大的改变当今世界，极大的影响 人与自然、人与社会的关系。 合成生物技术将应用在能源、健康、农业、食品、环境和生物安全，以及还未预见的诸多 领域。不论从深度还是广度上都将大大的影响整个人类的生活。因为人类本身是生物体，合成 生物技术具有与其他技术不同的特殊性，这种技术有可能改变人类自身，因而其可能引发的问 题应该得到更迫切的关注，对这种技术的讨论也应该更加广泛和深入。 合成生物技术是基于基因理论的生物技术，基因理论认为只要保证足够的营养物质和适合 的环境，可以由基因得到一个生物体。基因储存着生物体的所有信息，通过复制、表达和修复 控制生命的繁殖、生长和功能的表达，是决定一个生物体功能的内在因素。合成生物技术是过 去基因技术的延续 ， 同样是利用对基因编码的改变而达到想要的目的、 同样遵循这基因表达原 理，但也极大的区别于以往所有的基因技术。以往的基因技术是通过对天然存在的基因序列进 行剪切和拼接，以 dna（或 rna）片段为单位，每一个基因片段都可以找到其天然的源头。而合 成生物技术则是以 dna（或 rna）的最小组成单位腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶四种 碱基为单位，人工地搭建出整条基因序列。与以往自上而下的基因生物技术不同，这种自下而 南京航空航天大学硕士学位论文 7 上的基因技术极大的扩展了基因生物技术，由简单的改造发展成创造，并且更具根本性。 1合 成生物技术的这种特点决定了其所带来的伦理问题既包含了过去基因技术所面临伦理困扰，又 会带来更广和更深的新伦理问题。 2.2. 合成生物技术的应用现状 21 世纪被广泛的誉为生物学的世纪。在过去 50 年中对生物学的基本认识，具有革命性的 进步。而在新兴生物技术中最突出的就是“合成生物技术” 。合成生物学用标准化的工程学方法 改造生物学，并以创造具有特殊功能的有机体或生物系统为目的。通过管理或操纵生物以达到 实现特定功能的想法早已有之。生物工业在不断扩展着人类的能力。很多年前，科学家们就已 经创造出人工改造基因细胞和人工改造基因组织。与人工改造基因技术相比，用无生命的部件 组装成一个有机体的想法更吸引人。 2002 年，美国发起了称为 genome to life 的计划，其中就包括关于精确的人工合成基因、 合成一个完整基因组等项目。2006 年，美国建立了 “合成生物工程研究中心”synberc （synthetic biology engineering research center） 。2007 年，欧盟也开始了有关合成生物 技术的研究，引导生物技术工程化。由麻省理工学院创办的国际遗传工程的机器设计竞赛 （international genetically engineered machine competition，igem）是合成生物学领域 的国际性比赛，从 2003 年开始，每年举办一次。 2麻省理工学院已经建立了一个标准生物部件 登记处（/） 。 从科研成果看，2002 年，纽约州立大学的病毒学专家维默尔（wimmer）化学合成了有长达 七千多对碱基的脊髓灰质炎病毒，并且这种人工病毒具有与自然界的脊髓灰质炎病毒同等的感 染活性。 2005年， 加州洛杉矶大学的choi hj和 montemagno cd合成了可以产生三磷酸腺苷 （atp） 的人造细胞器。 3这种合成的细胞器产出了胞内储能和供能物 atp。2006 年，美国加州大学伯 克利分校的 keasling 利用合成生物技术改造细菌， 让细菌高效的合成青蒿素前体， 再转化为青 蒿素，大大提高了这种抗疟疾药物的产量、降低了成本。 4青蒿素大规模的工业化生产，也标 志着合成生物技术的工业应用的开始。2010 年，美国的文特尔用合成生物技术制造出了一个完 整的细胞。文特尔与研究人员将完全由化学合成的mycoplasma mycoides基因转入到去核的 1赵国屏.合成生物学的科学内涵和社会意义j.生命科学,2011,23(9):序言 2 张春霆.人造生命与合成生物学j.科技导报,2011,29(01):3 3hyo-jick choi, carlo d. montemagno. artificial organelle: atp synthesis from cellular mimetic polymersomesj.nano letters, 2005,5(12):2538-2542. 4dae-kyun ro, et al. production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeastj. nature,2006,13:940-943 合成生物技术的应用伦理研究 8 mycoplasma capricolum细胞中，制造出了人工合成的m.mycoides细胞，这个人工细胞具有天 然m.mycoides细胞的完整功能，可以进行自我复制。 1 我国也非常重视合成生物技术研究，并取得了一些成果，主要集中在合成基因改良，代谢 产物等方面，但缺乏基础性的研究。2008 年召开的香山科学会议中包括了合成生物技术主题， 中科院合成生物学重点实验室于 2009 年在上海成立，中科院天津工业生物技术研究所与 2012 年成立，此外曾参加人类基因组计划的华大基因公司也进行了许多合成生物技术的研究，公司 董事杨焕明同时也是美国总统伦理委员会的成员。2012 年美、英、中三国六方（美国国家科学 院（nas） 、美国国家工程院（nae） 、英国皇家学会（rs） 、英国皇家工程院院士（rae） 、中国科 学院（cas） 、中国工程院（cae） ）共同举办的合成生物学六方专题研讨会代表着我国合成生物 领域在国际的重要地位。 2.3. 合成生物技术的未来发展 合成生物技术将利用生物和工程技术，以前所未有的方式造福人类。其应用主要有两种途 径。一是，构建新的代谢途径或系统；二是，改造现有生物，使其获得额外的功能。目前合成 生物技术应用范围涵盖生命科学、农业、环保、能源、生物安全等众多领域。人工的设计合成 靶向治疗药物和更有效的疫苗、更有针对性的治疗肿瘤、合成自然界不存在的新型蛋白质。制 造抗病、耐寒的农作物、可以替代化肥的微生物。利用微生物可以把生物质转化为清洁能源或 生产新的化工产品、 利用藻类可以不间断地分泌生物柴油。 生物传感器可以置入人体监测疾病、 放入土地监测环境。杨胜利院士预言， “合成生物技术将重塑生物产业，扩展生物技术的应用范 围，将生物技术产业全面升级，推动生物经济时代的到来。 ” 2此外，合成生命的研究为生命起 源、进化等研究提供了新的途径，使得人们又重新开始审视生命本质的问题。合成生物技术目 前只是刚起步，在未来会有更大的发展空间、更深的研究层次和更广的应用范围。 1daniel g. gibson, et al. creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genomej.science,2010,329(5987):52-56 2 杨胜利.合成生物学展望j.生物产业技术,2010,5(9):1 南京航空航天大学硕士学位论文 9 第三章 合成生物技术的应用伦理问题 3.1. 生命科学领域的应用伦理问题 最早，人们采用植物、其他生物和天然药物治疗人类疾病，后来基因工程开始医学应用， 利用工程细菌生产生物小分子，比如胰岛素、乙肝疫苗和人乳头状瘤病毒疫苗。合成生物学在 生命科学领域的应用就建立在这样的历史上，并延续了过去的方法和路径。目前正高速发展的 合成生物技术可能在很短的时间内结出丰硕果实。目前合成生物技术在生命科学领域的应用主 要包括新的药品和疫苗、个性化医疗以及基础性的医学研究等内容。 药品和疫苗药品和疫苗 合成生物学家改进了称为代谢工程的化学技术，可以提高药物的产量。在这个过程中，科 学家们改变一个有机体代谢途径（一系列化学反应） ，使有机体运作在细胞水平，以更好的理解 其代谢过程、并可以对代谢过程进行管理，科学家也可以重新设计代谢途径，以生产新的药品 或使现有药品增加功能。合成生物学可以营造分子或细胞表达蛋白或表达通路，进行疾病的检 查和病因的诊断。合成生物产品还可以给新的药物提供一种快速、大规模的筛选方法，进而缩 短药品的研究时间。 合成生物学在医学应用上的一个成功例子就是利用人工重新设计的微生物，生产更廉价且 更有效的抗疟疾药物青蒿素。在非洲，撒哈拉以南的地区，疟疾每年会感染两百到三百万 青少年儿童，并致其中七十万到一百万人死亡。青蒿素存在于植物蒿草中，可以有效抗疟疾。 但单株蒿草只能提炼出微量青蒿素量，这种方法生产青蒿素成本很高。为了解决这一问题，加 州大学的合成生物学家们设计了一种大肠杆菌，这种大肠杆菌可以生产大量的青蒿素前体，然 后可以利用化学方法把前体转化为青蒿素。可以进行大规模的生产，大幅降低成本并增加全球 的稳定供应量。 帝斯曼（dsm）公司已经开始利用合成生物技术生产抗生素头孢氨苄。帝斯曼的研究人员设 计 优 化 了 两 个 外 源 基 因 编 码 ， 引 入 到 青 霉 素 合 成 菌 株 ， 使 得 底 物 dipoyl-7-aminodesacetoxycephalosporanic acid（dipoyl-7-adca）进行两步酶发酵过程就可 以得到头孢氨苄。取代了过去需要 13 步化学反应才能头孢氨苄的方法。利用合成生物技术，显 著的降低了成本，并节约