Sundhedsudvalget 2010-11 (1. samling), Udvalget vedrørende Det Etiske Råd 2010-11 (1. samling)
SUU Alm.del Bilag 337, UER Alm.del Bilag 16
Offentligt
SYNTESEBIOLOGISYNTESEBIOLOGISYNTESEBIOLOGISYNTESEBIOLOGI
SYNTESEBIOLOGI
SYNTESEBIOLOGISYNTESEBIOLOGI
ESET
SYNSYNTESEBIOLOGIBIOLOGISYNTESEBIOLOGISYNTESEBIOLOGISYNTESEBIOLOGISYNTESEBIOLOGI
SYNTESEBIOLOGIDebatoplæg
Syntesebiologi
SyntesebiologiDebatoplæg
Skrevet afFreelancejournalist Jakob Vedelsby
ProjektlederGy Larsen
ProjektmedarbejderEmil Lundedal Hammar
Projektansvarlig, Det Etiske RådMorten Andreasen
Projektsekretær/layuotEva Glejtrup
Det Etiske Råd og TeknologirådetMaj 2011
Syntesebiologi
IndholdForordOpsamlingSyntesebiologi til debatTilgange til syntesebiologisk forskningSyntesebiologi og værdierEksempler på syntesebiologiske visionerRisici i forbindelse med syntesebiologiKilder og links4591316192428
Syntesebiologi
ForordDette debatmateriale er resultatet af et samarbejdemellem Teknologirådet og Det Etiske Råd om et pro-jekt om syntesebiologi i perioden april 2010 til april2011. Hensigten har været at sætte syntesebiologientil debat i Danmark i en bredere kreds end det forsk-ningsfaglige miljø.Materialet formidles bredt til forskellige forskningsmil-jøer, til virksomheder og til offentlige institutioner medGennem dialog med eksperter og andre aktørermed viden om og interesse for emnet, har det væretformålet med projektet at kaste lys over et nyt udvik-lingsområde inden for bioteknologi og genteknologi.Vi finder det vigtigt at debattere perspektiverne forsyntesebiologien, mens forskningsområdet stadig er isin vorden.potentiel interesse i syntesebiologi. Da en væsentligproblemstilling om perspektiverne for syntesebiologihandler om, hvorvidt der er behov for ny og særliglovgivning på området, er det politiske niveau ogmyndigheder også målgruppe for projektet. Desud-en sendes materialet til deltagerne i projektets work-shop og til en bred kreds af faste kontaktinstitutioneri Teknologirådet og Det Etiske Råd.Med projektet ønsker vi at formidle:1) Viden om, hvad der karakteriserer syntesebiologi2) Eksempler på potentielle anvendelser af synte-sebiologi3) Dilemmaer og udfordringer knyttet til syntesebio-logi på områderne forskningsprioritering, etik,demokratisk håndtering, risikovurdering og regu-leringEn arbejdsgruppe om syntesebiologi under Det EtiskeRåd har leveret kommentarer til forskellige versioneraf dette materiale. Dog har materialet som sådantikke været behandlet af Det Etiske Råd. Det EtiskeRåd og Teknologirådet vil gerne takke projektetsarbejdsgruppe for en meget engageret indsats iprojektforløbet og for et stort bidrag til udformning afdebatmaterialet.Det Etiske Råd og Teknologirådet har nedsat en ar-bejds-gruppe for projektet bestående af eksperterinden for biologi, fysik/kemi, filosofi, risikokommunika-tion og videnskabsformidling. Denne gruppe af per-soner har indkredset projektets temaer om syntese-biologi, bidraget med faglig viden og skrevet udkasttil dele af debatmaterialet. I januar 2011 afholdt DetEtiske Råd og Teknologirådet en workshop om synte-sebiologi, hvor deltagerne bidrog med input til de-batmaterialet.menhæng kan håndtere det videre arbejde medsyntesebiologi. Materialet indeholder derimod ikkefærdige vurderinger af potentialer og samfunds-mæssige udfordringer i forhold til syntesebiologi.
Arbejdsgruppens sammensætning:Birger Lindberg Møller,Det BiovidenskabeligeFakultet, KU-LifeGunna Christiansen,Det Etiske RådJakob Vedelsby,freelancejournalistMaja Horst,Institut for Organisation, CBSSteen Rasmussen,Det Naturvidenskabelige Fakultet,Syddansk UniversitetSune Holm,Institut for Medier, Erkendelse og Formid-ling, København Universitet
Materialet har til hensigt at lægge op til en debat ogsamtidig give bud på, hvordan vi i en dansk sam-
Thomas Breck,Center for Risikokommunikation
4
Syntesebiologi
OpsamlingArbejdsgruppens vurderinger af syntesebiologi og oplæg til den videre debatDet 21. århundrede er præget af en stærk satsningpå ny bioteknologisk forskning og visioner for bl.a.biobaserede samfund med en række potentiellenyttige forbedringer af hverdagslivet. Der er for-ventninger om, via bioteknologiske landvindinger,at finde nye energiformer, der ikke er baserede påfossile ressourcer, produkter, der kan kontrollere ogrense forurening, ny eller forbedret medicin, nyebæredygtige materialer og erstatninger for skade-lige kemiske produkter. Og der er interesse for at fåny grundlæggende viden om ”livets byggesten”.Syntesebiologi kan betegnes som et møde mellemforskellige discipliner. Syntesebiologien har på nu-værende tidspunkt meget til fælles med traditionelgen- og bioteknologi. Men den er båret af en visionom at bygge levende eller livagtige strukturer, derer designet til at løse bestemte opgaver, på sammemåde som ingeniører i dag bygger computere ogmaskiner. I realiseringen af disse visioner mødesforuden molekylærbiologer og genetikere fx ogsånanoteknologer, dataloger og kemikere. Resulta-tet er ikke kun teknologi og anvendelser, men nokså meget fundamental viden om liv. Ønsket om atSamtidig er det 21. århundrede præget af en kritiskholdning til visse dele af det bioteknologiske områdebaseret på erfaringer med de seneste årtiers udvik-ling af bl.a. genmodificerede planter og en forsk-ning, som af nogle opfattes som etisk tvivlsom. Bio-og genteknologisk forskning og udvikling kan ikkeblot føre til forbedringer og nye bæredygtige løsnin-ger. Det kan også have negative effekter for men-nesker, natur og miljø, ligesom det kan afspejle, atvidenskabens og teknologiens positive rolle i samfun-det ikke kan tages for givet.Arbejdsgruppen bag dette debatoplæg vurderersammenfattende:• Syntesebiologien befinder sig på så tidligt et sta-die, at der er gode muligheder for at være pro-aktiv på området. Dette giver mulighed for atfremme en bred tværfaglig dialog om perspektiverfor syntesebiologi mellem forskellige forskere påI al beskedenhed vil dette debatmateriale gernebidrage til en åben debat på et tidligt stadie i syn-tesebiologiens udvikling, som involverer de positiveforventninger til det, forskningen på sigt kan resulterei, og den nye viden om livsformers mindste enhederog grundlæggende funktioner. Men materialetanlægger også den mere kritiske vinkel på syntese-biologien. At inddrage begge positioner er vigtigtfor at undgå polariserede samfundsdebatter. Ogdet er vigtigt for at kunne sigte mod socialt robusteforskningsanvendelser, solide forskningsprioriteringerog en samfundsmæssig informeret stillingtagen tilforskningen.• Der er behov for en åben tværfaglig dialog omsyntesebiologi, der fokuserer på- øgede samarbejdsmuligheder i den danskeforskning- syntesebiologiens potentielle anvendelsesmu-ligheder – inden for miljø, energi, sundhed,landbrug mv.- syntesebiologiens miljø- og sundhedsmæssige,området, virksomheder, myndigheder og græs-rødder – at skabe en åben dialog mellem privateog offentlige aktører og interessenter og mellemkonvergerende synspunkter og videnkonstruere levende organismer ud fra ikke-levendeelementer har altid været interessant. Hidtil har detdog kun været en succes på tankeplan – i enscience fiction ramme.
5
Syntesebiologi
etiske, juridiske og sociale aspekter – herunderbehovet for løbende at vurdere, om regulerin-gen er fyldestgørende- prioriteringen af forskningsmidler på baggrundaf Danmarks rolle inden for den internationaleforskningsverden- kortlægning af de internationale forskningsmil-jøers aktiviteter
regulering bliver et fælles anliggende. Der børåbnes op for gennemsigtighed, informationsdel-ing, ”shared practices” og koordinering
• Samarbejde mellem forskere, udviklere, patent-havere, virksomheder og myndigheder skalfremmes for at skabe synergier og strategier forinnovation
• Det er arbejdsgruppens vurdering, at der aktuelter begrænsede risici forbundet med forskningeni syntesebiologi på dets nuværende stadie, ogat der ikke er behov for ny specifik regulering påområdet
• Risikovurdering bør i højere grad være en inte-greret del at den bioteknologiske forskning –og ikke kun lægges ud i særlige fora uden forforskningen, og der bør udvikles flere konkreteredskaber, der kan kontrollere og regulere muli-ge skader og risici i syntesebiologisk forskning og
• Det er vigtigt at arbejde for en ansvarlig forvalt-ning af forskning og udvikling i syntesebiologien– med årvågenhed fra de enkelte forskeres, insti-tutioners og myndigheders side – for at sikre en an-svarlig udvikling af nye syntesebiologiske produkter
udvikling
• Der skal ske en løbende afvejning af behovetfor regulering/begrænsninger i forhold til beho-vet for at forfølge nye forsknings- og udviklings-potentialer, for på den måde at maksimere nytte-værdi og minimere skade. Det kan være nyttigtat have klare retningslinier for at opnå sikkerhedog tryghed i bioteknologisk forskning og udvikling,men det bør ikke unødigt hæmme forskernesudviklingsmuligheder eller bremse deres kreativepotentialer
• Den brede offentlighed er en central interessent,som løbende bør involveres i diskussionens etiskeog værdimæssige aspekter - fx om, hvad synte-sebiologien skal og ikke skal bruges til, i hvilketomfang den bør støttes med offentlige midler,hvilke risici der er acceptable og hvilken social ogkulturel betydning syntesebiologien har
• Syntesebiologien vil have globale påvirknings-muligheder. Det er væsentligt, at de enkelte lan-de tager ansvar for et internationalt samarbejde,hvor syntesebiologiens potentiale og nødvendig
6
Syntesebiologi
Synspunkt om syntesebiologi - af Maja HorstVi bliver i Danmark nødt til at tage en prioriteringsdiskussion om forskningsmidler. Vi har ikke res-sourcer til at gøre alt det vi gerne vil - og vi har heller ikke ressourcer til at konkurrere med de storelande, der kan investere mange penge i omfattende satsninger. Når vi alligevel har forsøgt os medat finansiere strategisk forskning, er beløbene ofte blevet så små, at det næsten er værre end in-genting, fordi forskerne kommer til at hoppe fra tue til tue uden at det sætter sig varige spor.
Hvis man virkelig skal satse inden for syntesebiologi, skal der forholdsvis store summer til - og deskal tilvejebringes over en lang årrække. Det er ikke sikkert, at vi politisk og demokratisk er klar tilen sådan forpligtelse. Der er dog meget, der taler for, at det er vigtigt, at vi sørger for at have ek-sperter i Danmark, der kan forstå, forklare og tillempe den viden, der produceres uden for landet.Selvom vi ikke har ressourcer til at satse på store projekter, er det nok en god ide at lade danskeforskere forske i syntesebiologi i det omfang, de finder det relevant i forhold til deres ressourcerog øvrige vidensområde. På den baggrund bør man diskutere, om der skal afsættes specifikkemidler til det syntesebiologiske område, eller om det skal finansieres gennem de frie midler oggrundforskningen.
Vi må endvidere overveje, om den måde vi har organiseret vores offentlige reguleringssystem erdet mest hensigtsmæssige. Den sektor- og disciplinære opdeling vi har arvet fra fortiden, er ikkenødvendigvis velegnet til at håndtere nye forskningsfelter som syntesebiologi. Feltet går på tværsaf IT, BIO, engineering og sundhed, men disse områder bliver typisk reguleret særskilt. I takt med,at videnskaben bliver mere tværdisciplinær bør reguleringsinstanserne også blive det.
Synspunkt om syntesebiologi - af Sune HolmHar organismer moralsk status? I den etiske diskussion af syntesebiologi bliver der jævnligt spurgttil, om levende væsener har krav på moralsk hensyn. Hvis man mener, at levende væsener harmoralsk status, kan syntesebiologi give anledning til at spørge om, hvorvidt det gør en forskel foren organismes moralske status, at den er designet og skabt af mennesker som et middel til at opnået bestemt formål. Den mest udbredte opfattelse blandt moralfilosoffer er, at vi kun bør tage mor-alsk hensyn til væsener, der er i stand til at føle smerte. Det forhold, at en organisme er levende,giver ikke i sig selv grund til at tilskrive den en moralsk status.
Der er imidlertid også en tradition for at hævde, at alt levende har krav på moralsk hensyn, ikkenødvendigvis fordi levende væsener har deres oprindelse i en guddommelig skaber, eller fordidet i sidste ende ville være dårligt for os selv ikke at tage hensyn til det levende, men fordi voreshandlinger kan være til såvel skade som gavn for organismerne selv.
Vi siger fx tit at det er dårligt for et træ, hvis vi fratager det muligheden for at få vand og sollys, oglevende væsener kan blive syge, selvom de ikke kan føle noget. I den forbindelse er det vigtigtat holde sig for øje, at det at hævde, at organismer har moralsk status, ikke er det samme som athævde, at det altid er forkert at slå dem ihjel. Hensynet til et træ eller en gærcelle behøver ikke atveje ret tungt i forhold til andre hensyn.
7
Syntesebiologi
Synspunkt om syntesebiologi - af Gunna ChristiansenNår jeg tror, at syntesebiologi rummer et stort potentiale, er det ikke så meget, fordi vi allerede nukan pege på en masse konkrete resultater, men fordi udgangspunktet teknologisk set ser lovendeud. I syntesebiologien skal levende organismers kompleksitet erstattes med enkle designs. Deproblemer fx GMO-forskere har haft med at forstå, hvad der sker i naturlige cellers komplekseindre, når man indsætter et par nye gener, søger syntesebiologer løst ved i langt højere gradend hidtil at tage kontrol over organismens fundamentale opbygning, idet man plukker af demest velegnede designs fra både den levende og døde natur. Ofte er resultatet sære blandings-produkter af levende og døde materialer, en slags minicyborgs, vi har svært ved at sætte i vantemoralske kategorier.
Men det er måske også denne grænseløshed, der kan give anledning til bekymring. Et førstespørgsmål, der melder sig, er måske, om sådanne ”hjemmelavede” organismer kan opføre sig påuforudsete måder? En anden bekymring kan gå på vores forhold til naturen. Ideen om naturen somet sæt af byggeklodser kan ses som et symbol på den vedvarende mere intensive udnyttelse afnaturen, mange allerede mener, er gået for langt. Er der en kontrast imellem det at udnytte naturenog at udvise ydmyghed og respekt over for den? Ikke nødvendigvis. Men man skal ikke væreblind for, at ændringer i vores opfattelser og betoninger af, hvad naturen egentlig er, gradvist kanføre til forandringer i vores opfattelser af, hvad vi i øvrigt kan tillade os at gøre med den.
Registre såsom BioBricks og teknikker til syntese af DNA og proteiner vil sætte enormt skub i denudvikling, genteknologien startede. Det er næsten utænkeligt, at det ikke på sigt skulle kunneresultere i anvendelser, og herunder i mulige løsninger på nogle af tidens mest presserende sam-fundsproblemer inden for energi, klima og sundhed. Men da potentialet er så stort og forskningensgennembrud ikke kan forudses, er det på nuværende tidspunkt ikke muligt at udtale sig om, hvor-vidt syntesebiologi vil medføre bestemte fordele eller ulemper. De nuværende aktiviteter indenfor syntesebiologi skønnes tilfredsstillende reguleret af den nuværende lovgivning for området,herunder reguleringen af genteknologi.
Syntesebiologien skal have mulighed for at udvikle sig, og jeg mener, at vi skal følge udviklingen.Det er i den forbindelse vigtigt, at der føres en debat, hvor der lægges vægt på borgernes ønskerog eventuelle bekymringer.
8
Syntesebiologi
Syntesebiologi til debatacceptere for at opnå de positive gevinster og mu-
DEBATHvordan kan syntesebiologien realistiskset bidrage positivt til samfundsudviklin-gen på kort og længere sigt? Og hvilk-en rolle bør Danmark spille?
ligheder, teknologien tilbyder.
Undervejs i nærværende debatmateriale fremgårdet flere steder, at målet med at forske i syntesebi-ologi er at bidrage til at løse problemer og opfyldebehov i samfundet. Det er et smukt ideal, ingen kanvære uenig i. Uenigheden opstår først, når man stillerspørgsmål om, hvilke problemer i samfundet, deter relevant at få løst og i hvilken rækkefølge. Svaretafhænger af ens politiske og værdimæssige ud-
Hvorfor en debat om syntesebiologi- og hvordan?Der er mindst tre gode grunde til, at det er relevantat debattere et nyt teknologisk udviklingsområdesom syntesebiologi:
gangspunkt – hvilken samfundsudvikling, man ønsker,og hvilke værdier, man vil beskytte. Arbejdsgruppenbag dette projekt finder det vigtigt, at debatten omsyntesebiologi også fokuserer på værdier og prob-lemforståelse og ikke kun på de eventuelle løsningerpå bestemte samfundsproblemer, som syntesebiolo-
1) Ny teknologi kan have indvirkning på samfun-dets indretning og betingelserne for vores fysiske,sociale, kulturelle og mentale liv. Det er derfor ensamfundsmæssig pligt at oplyse om teknologierog tage aktivt stilling til dem.
gi vil kunne frembringe.
Erfaringer fra GMO-debattenTo årtiers debat i Europa om genmodificerede plan-ter har givet en række værdifulde erfaringer, når detgælder forholdet mellem risiko, teknologi og sam-
2) Valg af teknologi er delvis et resultat af en poli-tisk prioritering af midlerne til forskning og udvik-ling, hvilket bør foregå på et oplyst og demokrat-isk grundlag.
fund. Ét synspunkt er, at det i høj grad skyldes uklar-heder og grøftegravning, at det har været næstenumuligt at finansiere forskning rettet mod praktiskanvendelse af gensplejsede planter. Dette har igenmedført, at de løfter, nogle forventede indfriet af
3) Erfaringen viser, at ny teknologi kan have bådeønskede og uønskede konsekvenser.
forskerne på området, kun i ringe omfang er blevetopfyldt. Frygten er, at en tilsvarende ufrugtbar diskus-sion af syntesebiologi kan få samme resultat og ska-
Formålet med en debat er på én gang at oplyse omde teknologiske muligheder, sikre demokratisk indfly-delse på de teknologiske valg og søge konsensus omde retninger og værdier, som bør ligge til grund forden teknologiske udvikling – herunder de risici, vi vil
be mistillid mellem borgere og forskere.
Heroverfor står det synspunkt, at den offentlige de-bat om gensplejsede planter faktisk har vist, at bor-gerne er interesserede i at deltage i debatter om nyteknologi. Men at en forudsætning for borgernes tillid
9
Syntesebiologi
er, at forskermiljøerne interesserer sig for, hvordanborgerne opfatter fx nytte, risiko og etik – og levererresultater, der lever op til forventningerne.
Han har frembragt en bakterie, hvor cellemaskineriet(kan sammenlignes med hardware) er fra én organ-isme og generne (kan sammenlignes med software)fra en anden. Ideen med denne “prototype” af en
Dette afspejles fx i debatten om anvendelse af gen-teknologisk fremstilling af medicin, som har haft enanden karakter, sandsynligvis fordi borgerne umid-delbart kunne se nyttevirkningen og at der tidligt iden genteknologiske udvikling blev indført lovgivningpå området. En lovgivning, der både beskytter per-sonalet, der arbejder med de genteknologiske pro-cesser, og det omgivende miljø. Samtidig – ogmåske som følge heraf – er der ikke set negative på-virkninger af hverken mennesker, dyr eller natur i for-bindelse med genteknologisk arbejde.
ny bakterie er at vise, at det er muligt at transplan-tere hele genomer over i en fremmed ”skal”. Pers-pektivet er, at man selv kan designe sine bakterier tilat frembringe ønskede produkter.
Det er samtidig en kendsgerning, at mange forsk-ningsprojekter, der i dag foregår under paraplyen”syntesebiologi”, før blev kategoriseret som gentek-nologi, nanomedicin eller plantebioteknologi. Nyebetegnelser opstår ikke kun af faglige grunde, menogså fx for at tiltrække finansiering. Omvendt vil det,der siden bliver kendt som en ny teknologi, altid i en
Fakta om syntesebiologiEn central vision i syntesebiologi er, at man, med ud-gangspunkt i biologien, producerer biologiske kom-ponenter, systemer, celler, organismer og livagtigestrukturer, der befinder sig i en gråzone mellem liv ogikke-liv. Syntesebiologi er i en vis udstrækning et heltnyt felt. Specielt den del af syntesebiologien, der harat gøre med fremstilling af levende organismer ud franye materialer, er ny. Lykkes forskernes anstrengel-ser vil det give helt nye muligheder, der endnu ikkekan sættes mål for.
startfase rumme mange velkendte elementer. Det”nye” behøver med andre ord ikke indledende athandle om teknikken, men om en anderledes visioneller organisering.
Biologi som ingeniørdisciplinSyntesebiologi er på mange måder beslægtet medtraditionel bioteknologi, ikke mindst genteknologi,hvor målet er at ændre organismers arveanlæg vedat flytte et eller få gener, i reglen mellem forskelligearter. Men syntesebiologien går mere radikalt tilværks og beskrives ofte som en bestræbelse på at
Den anden gren af syntesebiologien, hvor man ska-ber, isolerer eller køber gener og kombinerer dempå nye måder, er ikke i sig selv ny. Her er det nyeimidlertid, at man sammensætter forskerteam, hvisdeltagere har forskellige baggrunde såsom bioinfor-matikere, ingeniører, biologer, molekylærbiologer,kemikere, fysikere og læger. Og at man anvendercomputergenererede data fra databaser til at iden-tificere de ønskede komponenter, bestiller kompo-nenterne som biobricks og sætter dem sammen pånye måder for at opnå systemer eller simple organis-mer – fx bakterier, gærceller eller alger med ønskedeegenskaber. På dette område er de første produkterblevet fremstillet og er på vej på markedet. Denamerikanske forsker Craig Venters syntetiske genomer et eksempel på denne gren af syntesebiologien.
gøre biologi til en ingeniørdisciplin. I syntesebiologien”bygger man med klodser”, og klodserne er typiskelementer fra levende organismer som gener, pro-teiner eller cellemembraner og kombineres ofte medelementer fra den ”døde” verden som elektroder,metaloverflader og nanofibre.
I store dele af syntesebiologien er det visionen, atman anskuer biologiske systemer som en ingeniør serpå fremstilling af fx computere: For at få et system tilpå effektiv vis at levere en ydelse, er det nødvendigtat standardisere elementerne, så de så vidt muligthar en kontrollerbar virkemåde uanset den sammen-hæng, de indgår i. På samme måde som forbruge-ren fx kan købe en ny ekstern harddisk over internet-tet og forvente, at den uden problemer kan benyt-
10
Syntesebiologi
tes sammen med de øvrige komponenter i hjemme-computeren, så er det håbet, at man kan udviklestandardiserede elementer og moduler, som syntese-biologer rundt om i verden kan indsætte i deres bio-logiske konstruktioner. Man taler fx om celler som enslags ”chassis”, som skal rumme de forskellige biolo-giske elementer i et ”plug and play-system”, der letkan omstilles eller omprogrammeres til nye opgaver.
nansiere forskningen og hvem der skal eje forsknings-resultaterne. I den vestlige verden har vi valgt at til-kende patenter til nye opfindelser, fordi vi tror på, atdet skaber det mest innovative samfund. Der er dogen meget stor del af særligt grundforskningen, somikke umiddelbart kan forventes at give patenterbareresultater. Her er private aktørers incitament for atfinansiere forskning i mange tilfælde begrænset.
Ejerskab og tilgængelighed af syntesebiolo-giske produkterIngeniørtilgangen til biologi har eksisteret længe,men den teknologiske udvikling åbner for et langthøjere ambitionsniveau for den biologiske ingeniør-kunst. En række teknikker er i dag nået til et stadie,som gør det muligt for almindelige laboratorier atbenytte sig af dem. Det gælder bl.a. bestemmelseaf DNA-sekvenser og syntese af DNA og proteiner.
Grundforskning må derfor finansieres af offentligemidler eller velgørende og private fonde, som ikke in-vesterer ud fra et perspektiv om umiddelbart afkast,men i højere grad støtter forskning, der forventes atskabe større viden og måske i et længere perspektivogså kommercielle produkter. I de senere årtier erder skabt et system, hvor også offentlige forskningsin-stitutioner udtager patenter og dermed beskytterprivat ejendomsret til forskellige opfindelser. Formåletmed patenterne er typisk at sælge retten til at udnyt-
En af de væsentlige bremser for den molekylærbio-logiske forskning har været, at forskerne har skulletbruge mange ressourcer på at identificere eller kon-struere præcis de genetiske komponenter, der kunneudfylde en bestemt funktion – fx en bestemt variantaf et enzym, der kan noget helt særligt og som for-skeren måske har fundet i naturen. Sådanne kompo-nenter bliver af samme grund ofte holdt tæt til krop-pen af forskerne, og kan nemmest anskaffes, hvisman har noget at ”bytte med”.
te dem til en privat aktør, fordi det typisk kun er dem,der magter at foretage de investeringer, der skal tilfor at videreudvikle den oprindelige idé til et kom-mercielt produkt. Universiteterne vil således indgåaftaler med investorer mod at få royalties på produk-ter, der er resultat af patenteringen. Denne praksisbetyder, at forskningsresultater, der skabes for offen-tlige midler, ikke umiddelbart er til rådighed for allemed henblik på praktisk kommerciel udnyttelse.
De sidste 30 år har lovgivningen om intellektuel ejen-Inden for syntesebiologien er der en bevægelse idet internationale forskersamfund i retning af, atenkeltkomponenter stilles frit til rådighed for dem,der måtte ønske det, i form af såkaldte ”biobricks”– det vil sige byggestene, som andre forskere ellervirksomheder kan anvende i nye kombinationertil at fremstille nye produkter, der kan patenteres.Flere af de centrale, syntesebiologiske laboratorierhar besluttet at stille deres enkeltkomponenter tilrådighed for fri afbenyttelse, hvilket styres af Bio-BrickFoundation.domsret gennemgået forandringer, der har væretgenstand for en del diskussion, ikke mindst på detbioteknologiske område. Det europæiske patentdi-rektiv fra 1998 slår fast, at man i princippet kan tagepatent på gener, hvis ”opfindelsen” lever op til dealmindelige patentkrav om bl.a. opfindsomhed. Kriti-kere peger på, at et patent på et gen blokerer forandre forskeres nye opfindelser, eller på forskeres oglægers frihed til at teste patienter for bestemte ge-ner. Som et eksempel på dette kan nævnes, at detamerikanske firma Myriad Genetics i 1990’erne togpatent på to brystkræftgener (BRCA 1 og 2), og kræ-Syntesebiologien adskiller sig ikke fra anden forskningnår det kommer til spørgsmål om, hvem der skal fi-vede store beløb for at gennemføre gentest af pa-tienter og aggressivt forsøgte at forhindre hospitaler
11
Syntesebiologi
i USA og Europa i selv at teste for genet. En sådanfremfærd synes dog at være usædvanlig, og gene-relt må man forvente, at ejere af brede patenter harinteresse i at give licens til, at andre udnytter derespatenter.
Men det må ligeledes forventes, at der, i takt med,at syntesebiologien udvikles og måske begynder atresultere i salgbare produkter, kan blive store økono-miske interesser i området. På det tidspunkt kan manforestille sig, at vi også på det syntesebiologiske feltvil løbe ind i diskussioner om sammenhængene mel-lem finansiering af forskning og rettigheder til udnyt-telse af forskningsresultaterne.
Syntesebiologi er på et tidligt stadieSyntesebiologien befinder sig generelt på et tidligt grundforskningsniveau. Det er derfor yderstvanskeligt at forudse de konkrete resultater, produkter, risici og etiske/moralske udfordringer,forskningen vil føre med sig om måske 20, 30 eller 40 år. På enkelte felter inden for syntesebiologiener tidshorisonten dog blot 5-10 år.
Historien viser, at nogle af de opdagelser, der for alvor har ændret verden, har været mange årom at slå igennem, mens det med andre er gået hurtigt. Det er heller ikke altid, at forventningernebliver indfriet – uanset hvor længe vi venter. Samtidig har det vist sig stort set umuligt at forudsigealle de muligheder og risici, nye teknologier fører med sig hen ad vejen. Det var fx tilfældet med deførste primitive computere, der så dagens lys i 1950’erne, og med brugen af pesticider som DDT.
12
Syntesebiologi
Tilgange til syntesebiologisk forskningTop-down-tilgangI en top-down-tilgang til syntesebiologi fokusererforskerne på at simplificere celler. Man starter oftestmed en levende celle og fjerner gener fra genometindtil genomet er så simpelt, at cellen lige netop eri stand til at reproducere sig selv. Generne kan lige-ledes dekomponeres og benyttes som ”biobricks” tilat fremstille nye organismer. Nye kunstigt fremstilledegenomer kan også transplanteres ind i levende cel-ler. Denne tilgang er en naturlig videreudvikling aftraditionel genteknologi og kaldes ofte for ”radicalgenetic engineering” (se figur 1 (A)).lings forskerteam ved University of California i SanFrancisco har udviklet en gærcelle, der udskiller ma-lariamidletartemisinini så store mængder, at manforbereder en storskalaproduktion af midlet i 2012.Denne type forskning forudsætter, at de mange for-skellige genetiske komponenter er så velbeskrevneog tilgængelige som muligt. Tilgængeligheden bety-der, at man relativt hurtigt kan teste forskellige genereller genvarianters funktion i en organisme. Det ernødvendigt, fordi samspillet mellem generne og or-ganismen i øvrigt er så komplekst, at det er umuligtpå forhånd at vide med sikkerhed, om fx et giventgen på tilstrækkelig effektiv vis udfører en givenFordelen ved top-down-metoden er, at den i princip-pet opererer med en levende, moderne celle ogderved benytter sig af molekylærbiologiske laborato-rieteknikker. Derfor har metoden imidlertid også desamme begrænsninger som moderne biologiskeceller.funktion.
Bottom-up-tilgangI en bottom-up-tilgang fokuserer forskerne på atsamle et minimalt levende system – en såkaldt proto-celle – ud fra ikke-levende, uorganiske og organiskematerialer. Én variant benytter materialer, der er væ-
Forskere fra det amerikanske J. Craig Venter Instituteoffentliggjorde i maj 2010 deres succesfulde konstruk-tion af det første syntetisk fremstillede genom, somblev transplanteret ind i en eksisterende baktericelle.Selvom genomet udgør mindre end 1 % af det biolo-giske maskineri, markerer det en milepæl i top-down-grundforskningen efter ca. 15 års arbejde. Den synte-tiske celle kaldetMycoplasma mycoidesJCVI-syn1.0er beviset på, at et genom kan computerdesignes,fremstilles kemisk i laboratoriet og transplanteres ind ien modtagercelle. Denne bakterie er så en ny selv-replicerende celle, som kun kontrolleres af det synte-tisk fremstillede genom.
sensforskellige fra moderne biologiske molekyler (sefigur 1 (B)). En anden benytter komponenter fra eksis-terende biologiske celler (se figur 1 (C)).
Bottom-up er en naturlig videreudvikling af studier ilivets oprindelse og forskning i kunstigt liv, hvor manogså eksperimenterer med liv i medier som robotterog computernetværk.
Fordelen ved bottom-up-metoden er, at den kanbenytte alle mulige materialer og komponenter sombyggestene, inklusive biologiske, uorganiske og elek-troniske komponenter. Derved har metoden ikke desædvanlige biologiske begrænsninger. Den store
En bestemt top-down-vision omhandler brug af denævnte biobricks – standardiserede genetiske deletil at omprogrammere organismer med. Jay Keas-
videnskabelige udfordring består i at konstruere enlevende maskine fra grunden.
13
Syntesebiologi
Som et eksempel på bottom-up-metoden kan næv-nes et japansk forskerhold i Osaka, ledet af TesuyaYomo, som har udviklet et design på en minimal syn-tetisk celle, som de nu er i gang med at implemente-re. Deres kunstige celle består af en kunstig celle-membran, som er fyldt med kunstigt fremstillede bio-kemiske komponenter, der kan kopiere et kunstigtDNA. De forskellige celler har forskelligt DNA. Celler-ne ”fodres”, så de kan vokse og kopiere deres DNA.Derefter deles den enkelte celle kunstigt i to nye dat-terceller. Ved at gentage denne kunstige livscyklus-
grundforskningen er med hensyn til at fremstille kun-stigt liv fra grunden med henholdsvis biologiske kom-ponenter og ikke-biologiske komponenter.
Der er endnu ikke skabt kunstigt liv i laboratoriet– hverken ved hjælp af den ene eller den andenmetode.
Syntesebiologiens udbredelse anno 2011Den første store internationale kongres om syntese-biologi blev afholdt i USA i 2004 (”SynBio 1.0”). Forsk-
Figur 1: Syntesebiologiens grundlæggende tilgange
proces forventer man at kunne observere en cellety-pe med et bestemt DNA, der efterhånden dominererpopulationen, fordi deres egenskaber giver dem debedste vækstbetingelser. Sker dette, mener forskerneat have påvist evolution, der betragtes som et af deafgørende kriterier for, at noget kan kaldes ”liv”.
ningsmiljøet for syntesebiologi er ikke desto mindreallerede relativt veletableret, og der foregår forsk-ning på området på universiteter, forskningsinstitutio-ner, offentlige laboratorier og i virksomheder mangesteder i verden – særligt i USA, Europa, Kina ogJapan.
I afsnittet om protoceller beskriver vi endvidere for-skerholdet omkring den danske forsker Steen Rasmus-sen og deres arbejde med at skabe kunstige cellerefter bottom-up-metoden. Yomos og Rasmussenskunstige celler markerer på forskellig vis, hvor langt
I USA investeres der p.t. anslået 1 mia. USD om året isyntesebiologisk forskning, hvoraf størstedelen kom-mer fra National Institute of Health (NIH) og dernæstfra henholdsvis Energiministeriet og Forsvarsministeri-et. Private fonde og virksomheder er også begyndt
14
Syntesebiologi
at investere på området – særligt olieindustrien ogstore almennyttige fonde, som finansierer forskning ialternative energiformer.
I EU har der indtil nu været afsat 30 mio. € fra ramme-programmerne til forskning i syntesebiologi1og ca.18 mio. € til grænseområdet mellem syntesebiologiog informationsteknologi2. I Danmark er feltet bl.a.blevet prioriteret gennem VidenskabsministerietsUNIK-pulje, der med 120 mio. kr. finansierer et femår-igt syntesebiologisk forskningscenter ledet af nano-og plantebiotekforskere fra Københavns Universitet.Desuden er bottom-up-syntesebiologien sponsoreretmed ca. 40 mio. kr. af Dansk Grundforskningsfondog Syddansk Universitet til en femårig finansiering afCenter for Fundamental Living Technology på SDU.Herhjemme foregår der p.t. forskning i syntesebiologipå Københavns Universitet, Syddansk Universitet,Danmarks Tekniske Universitet og Aarhus Universitet.
Eksempler på toneangivende forskningscentreMan kan danne sig et indtryk af, hvad der foregår på området ved at orientere sig på de toneangi-vende forskningscentres hjemmesider – her er nogle få eksempler fra henholdsvis USA og EU:
SynBERC – The Synthetic Biology Engineering Research Center (USA):http://www.synberc.org/
BioBricks Foundation (USA):www.biobricks.org
Jay Keaslings laboratorium (USA):http://keaslinglab.lbl.gov/wiki/index.php/Main_Page
UNIK Syntesebiologi (Danmark):http://www.plbio.life.ku.dk/Centre/UNIK_Syntesebiologi.aspxCenter for Fundamental Living Technology (Danmark):http://www.sdu.dk/flint
Centre for synthetic biology and innovation (UK):www3.imperial.ac.uk/syntheticbiology
1EU’s aktivitet beskrives som noget nølende i Capurro, R. m.fl.(17.11.2009): Ethics of Synthetic Biology. Opinion of the Euro-pean Group on Ethics in Science and New Technologies to theEuropean Commission.2Under EC FET projektet PACE samt EC FET programmerneChembio-IT og FET Open.
15
Syntesebiologi
Syntesebiologi og værdierblev resultatet af debatten om genmodificerede
DEBATDer er mulighed for, at syntesebiologigradvist vil udviske den nutidige skel-nen mellem liv og maskine. De fleste erenige om, at der er moralske grænserfor, hvordan vi kan behandle levendeobjekter, mens få har problemer medat fremstille, ødelægge eller ændrepå maskiner. For at undgå, at maskinergives samme status som fx dyr eller men-nesker, eller at vi i fremtiden behandleralt levende som maskiner, må vi findenye måder at adskille det levende ogikke-levende på. Men hvordan defi-nerer man en ny meningsfuld moralskdistinktion mellem det liv vi fremstiller ognaturligt skabt liv?
planter (GMO).
To årtiers debat om genmodificerede planter harvist, at det er en forudsætning for borgernes tillid, atforskermiljøerne interesserer sig for, hvordan borgerneopfatter fx nytte, risiko og etik og at emnet ikke gørestil genstand for markering af politiske særinteresserog religiøse forestillinger.
Diffus debatSyntesebiologi udfordrer som tidligere nævnt enrække kulturelt forankrede distinktioner mellem fx detlevende og ikke-levende og det naturlige og detkunstige. Erfaringen viser, at skepsis i forhold til biotek-nologi ofte får et diffust udtryk i den offentlige debat.Ikke mindst fordi der bliver lånt udtryk og fortællingerfra fiktionens verden: Forskere ”leger Gud” eller ”op-fører sig som doktor Frankenstein”3, og vi er på vejmod ”Fagre Nye Verden”4.
Ofte har forskerne selv bidraget til en fortegning af,hvilke implikationer teknologi har. I 1990’erne talte
Syntesebiologi giver nye udfordringerDer knytter sig etiske, juridiske og sociale udfordringertil syntesebiologi. Der er bl.a. behov for at undersøge,om den eksisterende lovgivning er tilstrækkelig, ogom der er behov for at fastlægge et adfærdskodeksfor forskning i syntesebiologi.
mange genetikere fx om generne som ”livets bog”eller ”livets kode”. På den måde har mange forskereværet med til at bringe debatten op i det leje, andreforskere siden har beklaget, og til at skabe det ind-tryk, at bioteknologien er mere revolutionerende – isåvel teknisk som etisk forstand - end den siden vistesig at være.
Syntesebiologien er en relativt ung disciplin, hvorforden etiske dagsorden på området først nu er ved attage form. Man kan dog allerede i dag konstatere,at der ved flere af de profilerede syntesebiologiskeforskningscentre i verden bliver gjort forsøg på attænke etik og sikkerhed ind fra starten. Baggrundener bl.a. et ønske om at undgå den polarisering, som2Frankenstein, Mary Shelley (opr. 1818). Om Frankenstein ogandre myters betydning i den offentlige debat om biologi ogbioteknologi, se Jon Turney: Frankenstein’s Footsteps, YaleUniversity Press 1998.3Fagre Nye Verden, Aldous Huxley (opr. 1932)…
Molekylærbiologen og Nobelprismodtageren JamesWatson, der i 1953 sammen med Francis Crick opda-
16
Syntesebiologi
dagede DNA’s struktur, blev engang i en tv-debatom genteknologi spurgt, om han ikke ”legedeGud?”. Til det svarede han, at ”hvis ikke vi leger Gud,hvem skal så gøre det!” En lignende bemærkningfaldt for nylig fra en anden nobelpristager, CraigVenters samarbejds-partner Hamilton Smith, der, ad-spurgt om ikke forskerne i syntesebiologi ”leger Gud”tørt svarede ”vi leger ikke!”
havde hørt om syntesebiologi. Man bør såledesvære varsom med ud fra sådanne undersøgelserat drage bastante konklusioner, om hvad borgerne”samlet set” ønsker.
Ud fra et demokratiperspektiv mener arbejdsgrup-pen, at reguleringen af syntesebiologi bør sikre sam-klang mellem udviklingen i syntesebiologien og borg-ernes ønsker og bekymringer. Borgernes bekymringer
‘Grovkornede billeder og udtryk – hvad enten dekommer fra eksperter eller lægfolk - kan have entendens til at fremstille sagen i et sort/hvidt lys, derikke nødvendigvis er befordrende for en nuanceretstillingtagen.
behøver imidlertid ikke kun omhandle risici for sund-hed og miljø, men også spørgsmål om fx retfærdig-hed og magt. Undersøgelser af borgernes holdningertil teknologi tegner generelt et billede af, at flertalletbetragter vækst og indtjening som et utilstrækkeligt
Danskernes holdning til syntesebiologiIfølge en Eurobarometer-undersøgelse fra 2010 svarer:a
DANSKERNES HOLDNING TIL BIOTEKNOLOGIEr helt forEr for, men bør reguleres af en stram lovgivningEr imod, undtagen i helt særlige tilfældeSyntetisk biologi,hvor der konstruereshelt nye organismer og skabes nye2former for liv, der ikke findes i naturen.Er imod, uanset omstændighederneVed ikke
43
21
22
12
Kilde: http://ec.europa.eu/public_opinion/archives/eb_special_359_340_en.htm#341
Mange danskere accepterer således den nye teknologi, men på den betingelse, at der er tilstræk-kelig regulering af videnskaben, og at der findes et passende beredskab i tilfælde af ulykker.Af de danskere, som havde kenskab til syntesebiologi, var 68 % mest interesserede i at videmere om risici ved syntesebiologi, mens 36 % prioriterede de sociale og etiske problemstillingerhøjest. Derudover viste undersøgelsen, at 94 % af danskerne har tillid til bioteknologiske forsk-ere. Undersøgelsen viser videre, at danskerne er blandt de folk, som er mest parate til at løbeen risiko, hvis formålet er tilstrækkelig godt. Samtidig er vi det folk, hvor man er mest opmærk-somme på, at nye bioteknologier kan være forbundet med uintenderede, negative effekter.
Heller ikke når vi i holdningsundersøgelser giver udtrykfor, at det, der sker i laboratorierne, er ”uetisk”, ”una-turligt” eller ”risikabelt”, er det altid ligetil at afgøre,hvad det konkrete budskab er. Den nævnte Euroba-rometerundersøgelse viser, at mange af de borgere,der opfatter genmodificeret mad som ”risikabelt”,samtidig mener, at teknologien bør fremmes. Under-søgelsen viser også, at meget få borgere tidligere
formål, og at de bakker langt mere op om teknolo-gier, der fx sigter på at forbedre vores sundhed ellerat løse samfundsudfordringer som fx klimaproblemet.
Menneskets forhold til naturenDer er ikke udsigt til, at syntesebiologisk forskning i enlang tidshorisont vil kunne fremstille eller redesigneandet end mikroorganismer som gærceller og bak-
17
Syntesebiologi
terier. Det er organismer, hvis genetiske egenskabervidenskaben allerede i en årrække har ændret bl.a.med henblik på produktion af insulin. Vi finder detheller ikke under normale omstændigheder moralskproblematisk at slå sådanne organismer ihjel, da dekun i ringe omfang besidder moralsk relevante egen-skaber såsom smerte eller bevidsthed.
Der har været udtrykt bekymring for, om syntesebi-ologien – og ikke mindst dens underliggende ”me-kaniske” opfattelse af liv – kan føre til eller forstærkeet forandret og måske mindre respektfuldt syn pånaturen. Man behøver ikke at tilslutte sig et bestemtnatursyn som tilhænger af syntesebiologi, men om vived at vælge syntesebiologi som løsning på tidensudfordringer samtidig forandrer vores forhold til na-turen – og om dette er moralsk problematisk – er etåbent spørgsmål.
Ingen garanti for resultaterSyntesebiologi kan betegnes som et højrisikoforsk-ningsområde, forstået på den måde, at der på nog-le af de områder, hvor der forskes, er en væsentligrisiko for, at der ikke kommer konkrete produkter ellermetoder ud af forskningen. På den anden side erder er mulighed for store gevinster, hvis forskningenresulterer i banebrydende resultater, som fx kan pro-ducere nye energiformer eller løse problemer medforurening og sygdom.
Men forskningsresultater kan ikke bestilles og leverespå samlebånd. Forskning og udvikling forløber ikkelineært og investering i syntesebiologi er ikke en ga-ranti for banebrydende resultater. Det betyder, at vimuligvis bruger ressourcer, som vi kunne have brugtpå andre former for løsninger, der måske ikke villevære helt så revolutionerende, højteknologiske oggennemgribende, men som alligevel ville afhjælpecentrale samfundsproblemer.
18
Syntesebiologi
Eksempler på syntesebiologiskevisionerHvis det drejer sig om forgiftningstilfælde, hvor et
DEBATMed sigte på at skabe samklang mel-lem forskning og samfundets opfat-telser og efterspørgsel, er det da muligtat kortlægge, hvilke syntesebiologiskeforskningsfelter, der bør opdyrkes, ogpå hvilke områder, forskerne og entre-prenørerne kan bruge deres ressourcerbedre på andre aktiviteter?
giftstof skal fjernes fra blodbanen, kan brug af syn-tesebiologi måske også anvise nye løsningsmodeller,hvor det bliver vigtigt at trække på de moduler, derindgår i den tidligere omtalte biobrick-samling. Enfremgangsmåde vil være at indbygge de enzymer,der nedbryder giftstoffet, i små nano-membranskiverog indsætte disse i liposomer (se figur 2). I liposom-membranen er der placeret en transportør, dertransporterer giftstoffet ind i liposomet. Det betyder,at giftstoffet opkoncentreres inde i liposomet, hvordet enzymsystem findes, der kan nedbryde giftstof-fet.
Der er globalt set udviklet forskellige teknologier,Dette afsnit rummer en række eksempler på, hvadforskerne mener, syntesebiologi konkret kan brugestil. Forskningen i syntesebiologi befinder sig somnævnt på et grundforskningsstade, og det er derforendnu usikkert, om den vil føre til de ønskede resul-tater.som kan bruges til at bestemme, hvilke stoffer enbestemt transportør er i stand til at transportere overen membran og ind i et liposom. Der er etableretsamlinger med omkring 2000 forskellige transportører.På samme måde er der fuld gang i udviklingen afsamlinger af såkaldte cytochrom P450 enzymer,som er i stand til at nedbryde giftstoffer og vil kunnesættes ind i nano-membranskiver. Der er allerede i
Medicin baseret på syntesebiologiDoctor in a cellHvis et lægemiddel er virksomt skal det fx kunnehæmme en sygdomsfremkaldende organisme ellerproces. Det kræver, at lægemidlet når frem til detsted i kroppen, hvor det skal virke. Mange lægemid-ler er tungtopløselige eller omsættes hurtigt i kroppeninden de når at virke. Ved at indkapsle medicinen ismå liposomer (fedtblærer) kan den beskyttes modnedbrydning. Alternativt kan prodrugs (forstadier tilden medicinsk aktive forbindelse) kobles til fosforlipi-derne i liposomerne og frigives når disse når frem tildet sted, hvor medicinen skal virke.
Danmark etableret en stor samling af glycosyl-trans-feraser, som er i stand til at sætte sukkermolekyler påde nedbrudte giftstoffer og derved nedsætte dissesgiftvirkning yderligere og forbedre muligheden forudskillelse.
På trods heraf vil det kræve mange år at udvikleteknologien til et stade, hvor den kan fungere til be-handling af mennesker. Udvikling af et sådant systemsom i Center for Syntesebiologi ved KøbenhavnsUniversitet beskrives ”Toxin Terminator Technology”,kræver afprøvning af mange enzymsystemer ogtransportører for at opnå den ønskede effekt.
19
Syntesebiologi
Figur 2Figuren visende en nano-membranskive indbygget i liposom. I nano-membranskiven er der ind-bygget enzymer, der nedbryder giftstoffer, som transportørproteinet i liposommembranen trans-porterer ind i liposomet. Arbejdet med denne teknologi er på begynderstadiet og består p.t. i atindbygge enzymer i nano-membranskiverne.
Fotosyntese og syntesebiologiSolens stråler skal høstesDen solenergi som på 1.3 time rammer jorden svarertil menneskehedens samlede energiforbrug på ét år.Solenergien kan bl.a. indfanges ved hjælp af solcel-ler, som omdanner sollysets energi til elektricitet.
De fotosyntetiske processer sætter planter i standtil effektivt og hurtigt at omdanne sollysets energi tilkemisk energi i form af kulhydrater, proteiner, fedt-stoffer mv. Med stor præcision indfanges sollyset afgrønne antennemolekyler og omdannes til kemiskenergi i selve reaktionscentret.
Det er disse processer, forskerne forsøger at efter-Planter er også i stand til at udnytte sollyset somenergikilde, men på en langt mere raffineret måde.Med luftens kuldioxid som kulstofkilde og mineraleroptaget fra jorden er planter, med sollyset som ener-gikilde, i stand til via fotosyntetiske processer at dan-ne alle de organiske stoffer, de har brug for. Menplanter kan mere end det. Da de ikke kan ”løbevæk” når de angribes af mikroorganismer og dyr,forsvarer de sig i stedet ved at udvikle en række oftemeget komplicerede bioaktive forsvarsstoffer. Man-ge af disse anvender vi som medicinske stoffer til atbekæmpe sygdomme med – fx kræftmedicinentaxol og morfin til smertebehandling.ligne. I alle processerne er det enzymsystemer, derstyrer de centrale reaktioner. Disse enzymsystemersfunktion kan forskerne nu undersøge ved at indbyg-ge dem i nano-membranskiver eller liposomer. Detgiver mulighed for at kombinere systemerne på nyemåder, så de får nye egenskaber i forhold til, hvor-dan de fungerer i den levende celle.
Lysdreven kemisk synteseI en serie forsøg udført af danske forskere er detinden for det seneste år lykkedes at sammenkoble etaf enzymkomplekserne fra planters fotosyntese, somi den levende plantecelle findes i grønkornene, med
20
Syntesebiologi
andre membranenzymer, der udfører kompleksesynteser af bioaktive naturstoffer. Ved at kombinerede to enzymsystemer er det lykkedes at opbygge etsyntesebiologisk system, der producerer nyttige, kom-plekse stoffer med sollys som eneste energikilde. Vedhjælp af dette system er det muligt at opnå en me-get effektiv syntese med hastigheder, der er højereend dem, der er observeret i planterne selv. Det epo-kegørende ved systemet er den opnåede kombina-tion af de fotosyntetiske processer og syntesen afkomplicerede kemiske stoffer med fx ønskede medi-cinske virkninger.
Den teknologiske udviklingshastighed afhænger og-så af, om der bliver skabt et marked for kunstig foto-syntese. Så længe fossile brændsler er relativt billige,vil efterspørgslen på alternative energikilder værebegrænset. I det øjeblik oliepriserne stiger, vil forsk-ningen i alternativer vokse tilsvarende. Det globalefokus på klimaforandringer er også med til at acce-lerere udviklingen af miljøvenlige energiformer.
ProtocellerKunstigt liv
I tidligere forsøg på at konstruere kunstige systemertil syntese af sådanne stoffer har det været nødven-digt at tilsætte meget kostbare co-faktorer (fx ATPog NADPH) for at kunne få de biologiske processertil at fungere. I det nye system er disse co-faktorer er-stattet af lys. Det er der store perspektiver i, både setsom et udfordrende forskningsprojekt og på længeresigt med hensyn til at få opbygget bæredygtige pro-duktionssystemer med sollyset som energikilde i ste-det for fossile brændstoffer. En bedre udnyttelse afsolenergi vil kunne begrænse brugen af de CO2-for-urenende energikilder kul, olie og naturgas.
Ved hjælp af bottom-up-metoden fremstiller forsker-ne på FLinT-centeret på Syddansk Universitet livlig-nende og levende processer ud fra simple organiskeog uorganiske byggestene. Målet er at opnå en dy-bere forståelse af, hvad liv egentligt er. Bottom-up-designet af FLinTs såkaldt minimale protoceller gør,at forskerne ikke er begrænset af den biokemiskekompleksitet, der præger de celler, evolutionen harfrembragt. De kan frit vælge, hvad der er bedst ogmest praktisk at arbejde med.
Der er enighed om, at liv kan skabes ved at få tremolekylære strukturer til at spille sammen – et infor-
Fra laboratoriet til markedetDet er usikkert om og i givet fald hvornår menne-skers udnyttelse af solenergi via kunstig fotosyntesevil være dagligdag. Det afhænger i høj grad af, omdet lykkes at fremstille stabile systemer, der kan fun-gere i produktionsøjemed.
mationssystem, et stofskifte og en beholder (se figur(A)). Dette er udgangspunktet for de protoceller, derfremstilles på FLinT og andre forskningsinstitutionerverden over. Desuden skal dette system kunneundergå evolution gennem en iterativ livscyklus (sefigur (B)).
Figur A
Figur B
21
Syntesebiologi
For at kunstige protoceller kan kaldes levende, skalde opfylde følgende tre kriterier:
Den fuldt integrerede livscyklus af proces 1-3 erendnu ikke realiseret i noget laboratorium, men for-skellige kombinationer af 1, 2 og 3 fungerer.
1) Protocellen skal have en lokaliseret identitet, dvs.en afgrænsning fra det omkringliggende miljø.Dette kræver en beholder som stofskiftet oginformationssystemet er tilknyttet. Beholderen kanfx være en vesikel eller en oliedråbe. For at gøreprotocellen så simpel som mulig sidder både infor-mations- og stofskiftemolekylerne fast på yder-siden af beholderen, så udveksling af ressourcerog affaldsstoffer med omgivelserne bliver så enkelsom muligt. Dette er opnået i laboratoriet.
Levende teknologierDe teknologiske anvendelsesmuligheder for kunstige,levende processer vurderes på sigt i teorien at væreomfattende. Liv kan som en fysisk proces implemen-teres i forskellige systemer – også systemer, som ikkeer baseret på kemi eller biologi. Grundforskning ifremstilling af protoceller er derfor også en del af enbredere forskningsfront, der undersøger fremstilling afkunstige, levende processer i computernetværk ogrobotter.
2) Protocellen skal kunne vokse og dele sig – dvs.omdanne ressourcer fra miljøet til byggestene(stofskifte). I FLinTs protoceller kontrollerer en be-stemt DNA-basesammensætning i et informa-tionsmolekyle stofskifteomdannelsen af et olielig-nende ressourcemolekyle til en fedtsyre. Dissefedtsyrermolekyler gør under visse betingelser be-holderen ustabil så den deler sig. Protocelledelingkan også forgå kunstigt ved manuel påvirkning afsystemet. Dette er opnået i laboratoriet.EU sponsorerer en række strategiske forskningsprojek-3) Protocellen skal kunne udvise evolution. Derforskal den være udstyret med et informationssys-stem, der kopieres og nedarves ved beholderde-lingen. Ifølge definitionen skal informationsmoleky-lerne også delvist kontrollere vækst- og delings-processen. En selektion vil kunne foregå, hvis derer ressourcebegrænsninger for protocellepopula-tionen. Protoceller med lidt forskellige informa-tionsmolekyler vil vokse og dele sig en anelse for-skelligt. Protocellerne med de informationsmole-kyler, der bedst kontrollerer den mest effektivelivscyklus under de givne betingelser, vil voksebedst og efterhånden dominere populationen,og derved har populationen undergået en primi-tiv form for evolution. Dette er endnu ikke opnåeti laboratoriet.En af flere konkrete teknologivisioner bag disse spon-serede projekter er at skabe grundlaget for udviklingaf et såkaldt ”Bæredygtigt Personligt FabrikatorNetværk”. Dette skal i princippet kunne fabrikere defleste tænkelige objekter, vi mennesker har brug for.Man kan tænke på en sådan ”Personlig Fabricator”som en udvidelse af vores personlige computer meden meget avanceret bio-3D printer, som også er istand til at kontrollere biofabrikation (tænk på enter, der fokuserer på udvikling af levende processer iforskellige medier. FLinT-centeret er i øjeblikket medtil at lede tre af disse europæiske projekter (ECCell,MATCHIT og COBRA), hvor forskningsarbejdet ligger igrænseområdet mellem nano-, bio- og information-steknologi. Fælles for projekterne er, at de undersø-ger, hvordan man kan skabe og på længere sigt ud-nytte levende og livlignende processer i teknologiskesammenhænge.Det meste af dette arbejde foregår som nævnt pågrundforskningsstadiet, og det er uvist, hvor det vilføre hen. På længere sigt kan man forstille sig, at vibaserer vores teknologier på levende processer. Ge-vinsten kunne være, at de ligesom det eksisterendeliv kunne blive robuste, adaptive, bæredygtige, selv-reparerende og i stand til at udvikle nye egenskaberefter vores behov.
22
Syntesebiologi
meget avanceret brødbagningsmaskine). Detteåbner op for, at hvert enkelt menneske ville kunnedesigne og producere komplekse objekter på ensimpel og bæredygtig måde.
23
Syntesebiologi
Risici i forbindelse med syntesebiologiplanter, hvor en del af generne fra de transgene
DEBATHvordan forhindrer vi udnyttelse af tek-nologien til skadelige formål, uden i forstort omfang at hæmme udviklingen tilgavnlige formål?
planter overføres til andre kulturplanter eller vildeplanter ved krydsbestøvning.
Run-off risiko:Problemet er bedst kendt fra nanotek-nologien og indebærer en risiko for, at syntetisk pro-duceret stof kommer ud af kontrol. Der findes hypo-tetiske dommedagsscenarier såsom ”grey goo”problemet6. Det er dog ikke særlig sandsynligt, atsyntesebiologi, som må indordne sig under sammebetingelser som andet levende, vil kunne udvikle sig
Syntesebiologiens udfordringerSyntesebiologi kan som ethvert andet teknologiom-råde både være til gavn for mennesker og samfundog misbruges til noget dårligt, og hvis man vælger atudnytte potentialet i syntesebiologi, er det afgøren-de også at minimere misbrugsmulighederne.
sådan. For at begrænse risikoen for ”grey goo” kandet kunstige stof, der ledes ud i et naturligt miljø fxforsynes med en begrænset levetid, når det forladerlaboratoriet. Kritikere påpeger imidlertid7, at selv omman konstruerer en sådan begrænset levetid for or-ganismen, er der stadig risiko for, at den muterer ognedbryder sine egne begrænsninger. Samtidig fast-
Det er som nævnt umuligt at forudsige de præciserisici og muligheder, syntesebiologien kan føre medsig. Man må derfor indstille sig på, at der bliver taleom en proces, hvor myndighederne løbende revide-rer forventninger og vurderinger i takt med, at manbliver klogere. Som udgangspunkt for denne løben-de vurdering, foreslår arbejdsgruppen, at man med-tager følgende typer af risici5:
slår andre kritikere, at selvom dyreforsøg i laboratori-et viser, at en syntetisk mikroorganisme ikke medførersygdomme, findes der ingen beviser for, hvordan denye organismer fungerer i en menneskekrop.
Risiko for udvikling af dødelige sygdomme i forbin-delse med bioterror:Syntesebiologi rummer poten-tielle muligheder for at skabe skadelige sygdommeog eventuelt sætte dem i omløb. Nogle8mener,
Negativ miljømæssig indflydelse:En situation, hvorsyntetiske mikroorganismer kan have utilsigtedenegative effekter i interaktionen med andre organ-ismer.
at det på grund af de teknologiske forhindringer ermere sandsynligt, at syntesebiologiens potentiale vilkunne misbruges af regeringer end af terrorister. Hvistilfælde af bioterror skulle forekomme, er det endvi-dere mere sandsynligt, at traditionelle biolologiske
Genafsmitning:Enhver genetisk udveksling mellemen syntetisk og en naturlig biologisk enhed kan resul-tere i naturlig genafsmitning. Problemet er identiskmed såkaldt ”genflow” mellem forskellige plantear-ter. I dette genflow vil der også indgå transgene5Efter Arjun Bhutkar6’Grey goo’ problemet defineres som en økologisk dom-medag, altså en total nedbrydelse af økosystemet, forårsagetaf ukontrollerbare multiplicerende organismer, der nedbrydereller optager livsvigtigt materiale.7B. Tucker og Raymond A. Zilinskas8Keller (2009)
24
Syntesebiologi
våben vil blive brugt frem for syntesebiologiskevåben.
med syntesebiologi utilsigtet føre til, at syntetiskeorganismer ved et uheld slipper ud i miljøet og forår-sager skader på mennesker eller natur.
Dog er der – i takt med, at de bioteknologiske teknik-ker bliver stadig mere udbredte og forsimplede ogmange informationer er blevet tilgængelige påinternettet – opstået en gør-det-selv-mulighed for atfremstille biovåben. Opskrifter og ingredienser kanfindes på nettet i form af byggesæt med bl.a. DNA-sekvenser, der koder for forskellige egenskaber, ogdiverse kemikalier og apparatur. Mange genomer erdesuden beskrevet i offentligt tilgængelige data-baser, og alle kan gå ind på gendatabaser og henteudvalgte gensekvenser. Resultatet kan være, at per-soner med en vis faglig indsigt kan eksperimenteremed levende organismer. Og at organisationer kanfrembringe biologiske våben og misbruge dem tilterrorformål. Det vurderes dog at være en forudsæt-ning, at man har adgang til et laboratorium af en visstørrelse, som fx et gennemsnitligt universitetslabora-ratorium, for at kunne fremstille biovåben. Der er tildato kun få offentligt kendte eksempler på bioterror.Det seneste var breve med et indhold af miltbrand-bakterier i USA i 2001. Man behøver således ikkesyntesebiologi for at udvikle skræmmende biologiskevåben – de findes allerede.Den nuværende regulering indebærer, at ethvertsyntesebiologisk arbejde i både forskning og produk-tion skal tillades af myndighederne. Juridisk set defi-neres genetisk modificerede organismer som ”orga-nismer hvori der forekommer nye sammensætningeraf det genetiske materiale, som ikke opstår på natur-lig måde.” Det kræves, at man anmelder ethvertgenteknologisk arbejde til de relevante myndighe-der, som skal godkende det i forhold til ”en samletUdover at der er en risiko for bioterror, fokuseres derstadig mere på risikoen for ”bioerror”. Bioerror afspej-ler, at der er en reel fare for, at også i autoriseredeog offentligt kontrollerede laboratorier kan arbejdetvurdering af de mulige farer for menneskers sikkerhedog sundhed eller for det ydre miljø ved de biologiskesystemer”.
Regulering af syntesebiologi anno 2011For at imødegå disse risici er der implementeret lovei Danmark i henhold til EU-direktivet fra 1990 om ”theContained Use of Genetically Modified Organisms”.De følgende love omfatter det danske arbejde medsyntesebiologi:• Bekendtgørelse om genteknologi og arbejds-miljø nr. 910 – 11/09/2008• Bekendtgørelse om ændring af bekendtgørel-se om genteknologi og arbejdsmiljønr. 88 – 22/01/2010• Bekendtgørelse af lov om miljø og gentekno-logi nr. 869 – 12/06/2010
VandmærkningTi studerende fra Syddansk Universitet vandt iGEM-prisen i 2010 for syntesebiologisk sikkerhed, takketvære deres forslag om, at ”vandmærke” syntesebiologiske organismer. Inspireret af J. Craig Ventersforsøg med at implementere det første vandmærke i en bakterie i maj 2010, gik deres forslag ud på,at man internationalt kunne kræve ”vandmærkning” af syntesebiologiske produkter. Alle laboratorier,institutioner og firmaer ville kunne tildeles et unikt ID-nummer, som kan tilgås via en international tilgæn-gelig database. Vandmærke-ordningen tager højde for fx løsslupne bakterier, hvor vandmærket påden løsslupne bakterie gør det muligt at kontakte ophavspersonerne og få information til at neutraliserebakterien. Dette er et forslag til, hvordan man kan håndtere eventuelle biofejl.
Kilde:http://2010.igem.org/Team:SDU-Denmark/safety-d
25
Syntesebiologi
Det skal fx vurderes, om organismen er giftig ellersygdomsfremkaldende for mennesker, eller om denhar nogen overlevelsesfordel i forhold til naturligemikroorganismer og derved kan etablere sig i natu-ren. Risikovurderingen af enhver anvendelse af syn-tesebiologi skal endvidere tage forbehold for even-tuelle trusler for menneskers, dyrs, planters og miljøetsvelbefindende. De faciliteter, hvori syntesebiologiskarbejde foregår, skal være sikre, og man skal sørgefor, at intet aktivt biologisk materiale slipper ud. Hviset syntesebiologisk produkt skal sættes i kommercielproduktion, skal virksomheden dokumentere overfor myndighederne, at produktet er vurderet sikkert iforhold til de nævnte farer.
biologiske maskiner ikke kan overleve uden signalereller specifikke aminosyrer9, eller ved at gøre de syn-tetisk skabte DNA-sekvenser ulæselige for naturen, såde ikke kan sprede sig10.
Derudover kan man eventuelt udarbejde guidelinesfor virksomheder, der syntetiserer DNA, så de bl.a.screener det producerede DNA for patogener ellersekvenser, som kan være farlige for mennesker. Vedat indføre en sådan screening vil man kunne forhin-dre, at terrorister bestiller DNA-sekvenser, som poten-tielt kan være farlige11.
DEBATDet er derudover forbudt at arbejde med en givenorganisme i tilfælde, hvor der findes en anden ogmere sikker organisme. Sikkerhedsvurderingen aforganismen tager udgangspunkt i, hvor smitsom ogfarlig den er. Hvis det er muligt at finde et passendeog mindre risikabelt biologisk system, der er kompati-belt med det ønskede arbejde, skal det anvendesfrem for det mindre sikre biologiske system.
Er syntesebiologi i Danmark omfattet aftilstrækkelig regulering? Er der behovfor yderligere fælles internationale ret-ningslinjer og standarder, som forpligterlandene til at holde styr på syntesebi-ologiske aktiviteter?
Genetisk modificerede organismer må ifølge dansklovgivning endvidere kun fremstilles, anvendes, im-porteres, transporteres, udsættes, sælges eller mar-kedsføres inden for forskning eller storskalaforsøgmed miljøministerens eller den relevante myndighedsgodkendelse. På både europæisk og amerikanskplan gælder der også regler for import og eksport af”dual use-teknologier”, som også omfatter syntesebi-ologiske produkter.
Problemer forbundet med ikke at satse påsyntesebiologiVed udviklingen af ny teknologi kan man let stirresig blind på de risici, teknologien indebærer, ogglemme, at alternative løsninger kan medføre egnerisici og problemstillinger, og at der kan være ulem-per forbundet med at undlade at udvikle teknolo-gien.
Inden for de områder i vores samfund, hvor der bru-ges potentielt farlig teknologi, er der lovgivning, somklarlægger sikkerhedsforanstaltningerne. Der har væ-ret forslag fremme om, at man på det syntesebiolo-giske område på samme måde kan fastsætte sikker-hedsforanstaltninger, der skal være implementereti de biologiske maskiner. Det kunne som tidligerenævnt fx være at indbygge redundans i systemet, såmaskinen selvdestrueres, hvis den ikke virker som øn-sket. En anden mulighed kunne være at sikre, at de9En ide populariseret i Michael Crichtons bog Jurassic Park,hvor dyrene ikke har evnen til at producere en nødvendigaminosyre, lysin, og således dør hvis de ikke får tilført denneaminosyre.10Neumann et al, Encoding multiple unnatural amino acidsvia evolution of a quadruplet-decoding ribosome, Nature 464,441-444, 18 March 2010.11En sådan lovgivning er ved at blive implementeret i USA.Man kan læse mere om lovgivningen i dette dokument:Screening Framework Guidance for Providers of SyntheticDouble-Stranded DNA (tilgængelig her: http://www.phe.gov/Preparedness/legal/guidance/syndna/Pages/default.asp).
26
Syntesebiologi
Forskning og udvikling har ført til trusler mod sundhedog miljø – også selvom målet har været at bidrage tilat løse problemer, som menneskeheden stod over-for. Det er fx tilfældet med den eksplosive udvikling ipesticider og andre svært nedbrydelige kemikalier.Men moderne forskning har også resulteret i nyttigeopfindelser, der måske var blevet bremset, hvis mantidligt havde forholdt sig meget restriktivt til teknolo-gien.
Afhængig af syntesebiologiens teknologiske poten-tiale, kan Danmark lide velfærdsmæssige og økono-miske tab ved at fravælge forskning og udvikling pådette felt. Generelt set har den teknologiske udvik-ling stor betydning for Danmarks konkurrenceevneog produktion inden for fx landbrug, medicinindustriog energisektor. Politisk anses højteknologiske ar-bejdspladser for at være det, Danmark skal leve afi fremtiden. Regulering, der stiller forskningen i Dan-mark anderledes end i udlandet, vil føre til en skæv-vridning af konkurrencen med risiko for tab af kom-mercielle muligheder. Derfor lægger forskere ogvirksomheder stor vægt på, at eventuelle begræn-sninger som følge af regulering indføres på interna-tionalt niveau.
27
Syntesebiologi
Kilder og linksFølgende eksperter er interviewet og har i væsen-tligt omfang bidraget til at udarbejde og skrivedette debatoplæg:Birger Lindberg Møller, professor, Dr. scient., leder afCenter for Syntesebiologi og af Villum Kann Rasmus-sen Forskningscentret Pro-Active Plants.Gunna Christiansen, professor, Institut for MedicinskMikrobiologi og Immunologi ved Aarhus Universitet.”A synthetic creation story”. Artikel i NatureJohn-Erik Stig Hansen, overlæge, dr.med., chef forCenter for Biosikring og -beredskab, Statens SerumInstitut.“Extreme Genetic Engineering – an Introduction toMaja Horst, lektor, ph.d., Institut for Organisation,Copenhagen Business School.Steen Rasmussen, professor, leder af Center for Fun-damental Living Technology, Syddansk Universitetog af EC projektet under Chembio-IT.Sune Holm, filosof, post.doc., Institut for Medier, Er-kendelse og Formidling, Københavns Universitet.Balmer A., Martin P., 2008, Synthetic Biology: SocialThomas Bjørnholm, professor, tidl. leder af Nano-Sci-ence Center på Københavns Universitet, fra septem-ber 2010 prorektor ved Københavns Universitet.Thomas Breck, seniorrådgiver ved Center forRisikokommunikation.Desuden har ph.d.-studerende Wendie Jørgensenog Anders Albertsen, og BS-student Mike Barnkob,alle SDU, været med til at skabe afsnittet om proto-celler side 21.Parliamentary Office of Science and Technology(POST), POSTNOTE – Synthetic Biology, January 2008,IRGC 2008, Concept note: Synthetic Biology: Riskand Opportunities of an emerging field, Interna-tional Risk Governance Council, Geneva.http://www.irgc.org/IMG/pdf/IRGC_ConceptNote_SyntheticBiology_Final_30April.pdfand Ethical Challenges, Institute for Science andSociety, University of Nottingham.http://www.bbsrc.ac.uk/web/FILES/Reviews/0806_synthetic_biology.pdfSynthetic Biology – The Technoscience and ItsSocietal Consequences. Springer Science+BusinessMedia B.V. 2009. Link: http://www.springerlink.com/content/w96l83/front-matter.pdfSynthetic Biology”. Rapport fra ETC Group, 2007.Link: http://www.etcgroup.org/upload/publica-tion/602/01/synbioreportweb.pdfaf Philip Ball. Link: http://www.nature.com/news/2010/100524/full/news.2010.261.html“Synthetic Biology – A Nest Pathfinder Initiative”.Rapport fra EU Kommissionen, Directorate-Generalfor Research, 2007. Link: ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/nest/docs/5-nest-synthetic-080507.pdf“Ethical Issues in Synthetic Biology”. Rapport fraThe Hastings Center, Garrison, New York, 2009.Link: http://www.synbioproject.org/process/assets/files/6334/synbio3.pdf
Følgende skriftlige kilder er anvendt ifm. udar-bejdelsen af dette debatoplæg:“Ethics of Synthetic Biology”. Rapport nr. 25,17/11/2009, The European Group on Ethics in Sci-ence and New Technologies (EGE). Link: http://ec.europa.eu/european_group_ethics/docs/opin-ion25_en.pdf
N� 298.http://www.parliament.uk/documents/post/post-pn298.pdfSchmidt M., 2008, Diffusion of synthetic biology: achallenge to biosafety, Syst Synth Biol, June 2008.http://www.synbiosafe.eu/uploads///pdf/Diffu-sion_of_synthetic_biology.pdf
28
Syntesebiologi
Synthetic biology: a view from SCENIHR. http://ec.europa.eu/health/dialogue_collaboration/docs/ev_20100318_co14.pdfSynthetic Biology: scope, applications and implica-tions. The Royal Academy of Engineering, UK.http://www.raeng.org.uk/news/publications/list/reports/Synthetic_biology.pdfEuropeans and biotechnology in 2010: Winds ofChange?. Science in Society and Food, Agriculture,Fisheries, & Biotechnology, EU.http://ec.europa.eu/public_opinion/archives/ebs/ebs_341_winds_en.pdfLiving technology working group documents, Initia-tive for Science, Society and Policy (ISSP), Universityof Southern Denmark. Link:http://www.science-society-policy.org/living-tech-nologyArtikler i internationale og danske fagtidsskrifter ogaviser.
Informationsressourcer på nettet:http://www.synbiosafe.eu/http://www.synbioproject.org/http://bbf.openwetware.org/http://syntheticbiology.org/http://www.youtube.com/watch?v=_DUrpfcAzNY.Video om etiske problemstillinger i forhold til kunstigtliv.
29
Syntesebiologi
SYNBIOLOGI
ESET30