环境释放的工程微生物监管

微生物—细菌、真菌等微小的生物体，通常由单个细胞或细胞群落组成—从热带到北极和南极都可以发现。它们既多种多样又数量众多，并且许多微生物对生态系统的健康以及我们自身的健康都发挥着至关重要的作用。

人类利用微生物为其服务的历史已相当悠久—啤酒和酸奶的生产就是最早的例子之一。21世纪初，合成生物学的出现极大地提高了我们设计微生物以使其具有特定有用特性的能力。这场技术革命开辟了新的科学视野，并带来了可能改变医学、农业和环境管理领域的创新。同时，它也提出了新的重要政策考量。

加州理工学院雷斯尼克可持续发展研究所的博士后研究员约翰·马肯指出，过去20年来合成生物学领域的工作主要集中在“确保我们能够设计出可靠、可预测且有效的工程微生物”。但马肯说，“作为研究生，我越来越深入地参与合成生物学研究，就越意识到一个不容忽视的问题。大家都在谈论工程微生物的种种神奇应用，但似乎没有人问起，将这些微生物释放到环境中去执行我们设想的工作是否合法。”

为了帮助建立一个安全和负责任的研究及使用工程微生物技术的框架，加州理工学院罗纳德与麦克辛·林德科学、社会与政策中心（LCSSP）今天发布了一份报告，其中包含旨在制定清晰一致规定的同时建立坚实的工程微生物科学知识基础的政策建议。

LCSSP的哲学教授兼联合主任弗雷德里克·埃伯哈特与政治和计算社会科学弗林特里奇教授迈克尔·阿尔瓦雷斯表示，林德政策中心致力于“在加州理工学院开展的杰出科学与该科学对法规、政策以及社会整体的影响之间建立联系。显然，我们希望找到科学能够也应该影响法规的途径，但我们也想为非科学家和决策者创造一个空间，让他们说，‘当新产品或工具商业化时，这是法规需要解决的问题。你们能帮助我们更好地理解和量化它对社会或生态系统产生的实际影响吗？’我们希望鼓励研究将政策挑战纳入初步研究问题之中。”

前景广阔的新应用

随着20世纪70年代重组DNA技术的发展，人们首次能够创造出具有特定功能的定制微生物。例如，糖尿病患者所需的胰岛素过去是从猪或牛的胰腺中提取的，但现在通过将人类生产胰岛素的基因插入可以快速复制并产生更多激素的细菌中，然后将激素纯化以供人类使用。

如今，合成生物学领域已经能够“编程”微生物。这涉及编辑、删除或转置DNA片段，以赋予微生物执行对人类有益的新功能的能力。

“我们有能力用生物组件制造出有用的机器，”控制与动态系统及生物工程托马斯E.和多丽丝·埃弗哈特教授兼生物学与生物工程部威廉K.鲍伊斯小领袖威廉姆斯说。“我们可以将DNA视为我们用来创造有益生物的编程语言。”

工程微生物的潜在应用非常广泛。它们涵盖从修复环境损害、提取所需资源（生物采矿）、在无机和有机环境（包括人体）中检测毒素或医疗状况、创建和生产药物，到在更少土地上种植更健壮的作物等各个方面。而这仅仅是个开始。

然而，新潜力也伴随着风险。一旦释放到环境中，微生物就可以繁殖、传播，甚至可能发生变异。换句话说，我们设计和释放到环境中去以执行任务的微生物（即用于环境释放的工程微生物，简称EMERs）将在我们尚未完全了解的情况下在实验室外生存并创造未来。

工程安全

在可能的情况下（但这并非总是可能的），科学家们正在设计能够自我限制的微生物，使它们仅在需要时以及仅在它们被释放的区域内持续存在。

例如，环境科学与工程系的戈登和卡罗尔·特维克助理教授、威廉·H·赫特学者斯姆鲁提·卡提克彦一直致力于利用工程微生物修复石油泄漏。“过去，人们会向泄漏区域添加大量化学分散剂，希望将石油分解成更容易降解的简单化合物。但结果证明，这些分散剂最终弊大于利。这些化学物质对水生生物和部署它们的工作人员具有极大毒性，而且效果并不明显。但观察石油泄漏时，我们发现某些微生物在石油中茁壮成长。它们的遗传组成使它们能够产生生物表面活性剂——有机分散剂，这种物质像洗涤剂或肥皂一样可以分解石油。因此，我们的目标是分离出这些微生物产生的表面活性剂，并通过工程手段改造微生物来增强这种效果。”

但这些工程微生物在清理完石油泄漏后会怎样呢？卡提克彦解释说：“如果没有石油可供消耗，这些微生物几乎检测不到。对于许多微生物而言，如果它们相互作用的化合物或污染物不再存在，那么继续携带降解这些化合物的基因对它们来说将是一个负担。在清洁环境中，这些微生物携带不再有用的额外基因在能量上已不再有利。”

在另一个研究领域，化学工程系的克莱尔·布思·卢斯助理教授格兹德·德米雷开发了工程微生物，以提高作物产量并减少对化学肥料的依赖，这些化学肥料相对昂贵且对环境和人类健康有害。德米雷表示，通过“为工程微生物开发隔离方法，安全性得以提高。我们正在寻找方法，使工程微生物依赖于特定植物生存，这样微生物就不会传播到耕作田之外，并且在作物收获时就会死亡。”