Bewerken van het menselijk genoom, 3D-geprinte vervangingsorganen en kunstmatige fotosynthese - het gebied van bio-engineering biedt veel kansen voor het aanpakken van de grote uitdagingen waarmee onze samenleving wordt geconfronteerd. Maar zoals een nieuw artikel dat vandaag verschijnt, benadrukt, deze ontwikkelingen bieden zowel kansen als risico's op korte en lange termijn.

Snelle ontwikkelingen op het gebied van synthetische biologie en de bijbehorende instrumenten en methoden, met inbegrip van meer algemeen beschikbare technieken voor het bewerken van genen, hebben onze mogelijkheden voor bio-engineering aanzienlijk vergroot - de toepassing van principes en technieken van engineering tot biologische systemen, vaak met het doel 'real-world' problemen aan te pakken.

In een rapport gepubliceerd in het open access tijdschrift eLife , een internationaal team van experts onder leiding van dr. Bonnie Wintle en dr. Christian R. Boehm van het Centre for the Study of Existential Risk aan de Universiteit van Cambridge, perspectieven van de industrie vastleggen, vernieuwers, geleerden, en de veiligheidsgemeenschap in het VK en de VS over wat zij zien als de belangrijkste opkomende problemen in het veld.

Dr. Wintle zegt:"De groei van de biogebaseerde economie biedt de belofte om wereldwijde ecologische en maatschappelijke uitdagingen aan te gaan, maar zoals onze krant laat zien, het kan ook nieuwe soorten uitdagingen en risico's met zich meebrengen. De sector moet voorzichtig te werk gaan om ervoor te zorgen dat we veilig de vruchten kunnen plukken."

Het rapport is bedoeld als een samenvatting en startpunt voor beleidsmakers in verschillende sectoren om die kwesties die voor hen relevant kunnen zijn, verder te onderzoeken.

Een van de onderwerpen die in het rapport naar voren worden gebracht als de meest relevante voor de komende vijf jaar, zijn:

• Kunstmatige fotosynthese en koolstofafvang voor de productie van biobrandstoffen - Als technische hindernissen kunnen worden overwonnen, dergelijke ontwikkelingen kunnen bijdragen aan de toekomstige invoering van systemen voor het opvangen van koolstof, en zorgen voor duurzame bronnen van basischemicaliën en brandstof.
• Verbeterde fotosynthese voor landbouwproductiviteit - Synthetische biologie kan de sleutel zijn tot het verhogen van de opbrengsten op de huidige landbouwgrond - en daarmee de voedselzekerheid helpen verbeteren - door de fotosynthese te verbeteren en de verliezen vóór de oogst te verminderen, evenals het verminderen van afval na de oogst en na consumptie.
• Synthetische gene drives - Gene drives bevorderen de overerving van geprefereerde genetische eigenschappen binnen een soort, bijvoorbeeld om te voorkomen dat malaria-overbrengende muggen zich voortplanten. Echter, deze technologie roept vragen op of het ecosystemen kan veranderen, mogelijk zelfs niches creëren waar een nieuwe ziektedragende soort of nieuw ziekteverwekkend organisme zich kan nestelen.
• Menselijk genoombewerking - Genome engineering-technologieën zoals CRISPR/Cas9 bieden de mogelijkheid om de levensduur en gezondheid van de mens te verbeteren. Echter, de uitvoering ervan brengt grote ethische dilemma's met zich mee. Het is denkbaar dat individuen of staten met de financiële en technologische middelen ervoor kiezen om toekomstige generaties strategische voordelen te bieden.
• Onderzoek van defensiebureaus op het gebied van biologische engineering -De gebieden van synthetische biologie waarin sommige defensiebureaus investeren, verhogen het risico van 'dual-use'. Bijvoorbeeld, één programma is bedoeld om insecten te gebruiken om gemanipuleerde plantenvirussen te verspreiden die eigenschappen verlenen aan de doelplanten waarmee ze zich voeden, met als doel gewassen te beschermen tegen potentiële plantpathogenen - maar dergelijke technologieën zouden waarschijnlijk ook door anderen kunnen worden gebruikt om doelen te schaden.

In de komende vijf tot tien jaar zal de auteurs identificeerden interessegebieden, waaronder:

• Regeneratieve geneeskunde:3D-printen van lichaamsdelen en tissue engineering - Hoewel deze technologie ongetwijfeld het lijden veroorzaakt door traumatische verwondingen en talloze ziekten zal verlichten, het omkeren van het verval geassocieerd met leeftijd is nog steeds beladen met ethische, sociale en economische zorgen. Gezondheidszorgsystemen zouden snel overbelast raken door de kosten van het aanvullen van lichaamsdelen van burgers naarmate ze ouder worden en zouden nieuwe sociaaleconomische klassen kunnen leiden, want alleen degenen die deze zorg zelf kunnen betalen, kunnen hun gezonde jaren verlengen.
• Op microbioom gebaseerde therapieën - Het menselijke microbioom is betrokken bij een groot aantal menselijke aandoeningen, van Parkinson tot darmkanker, evenals metabolische aandoeningen zoals obesitas en type 2 diabetes. Synthetische biologische benaderingen zouden de ontwikkeling van effectievere op microbiota gebaseerde therapieën aanzienlijk kunnen versnellen. Echter, er bestaat een risico dat DNA van genetisch gemanipuleerde microben zich kan verspreiden naar andere microbiota in het menselijke microbioom of in de wijdere omgeving.
• Kruispunt van informatiebeveiliging en bio-automatisering - Vooruitgang in automatiseringstechnologie in combinatie met snellere en betrouwbaardere engineeringtechnieken hebben geleid tot de opkomst van robotachtige 'cloudlabs' waar digitale informatie wordt omgezet in DNA en vervolgens tot expressie wordt gebracht in sommige doelorganismen. Dit opent de mogelijkheid van nieuwe soorten informatiebeveiligingsbedreigingen, waaronder het knoeien met digitale DNA-sequenties die leiden tot de productie van schadelijke organismen, en het saboteren van de productie van vaccins en medicijnen door aanvallen op cruciale DNA-sequentiedatabases of apparatuur.

Op langere termijn, geïdentificeerde problemen zijn onder meer:

• Nieuwe makers verstoren farmaceutische markten - Biolabs uit de gemeenschap en startende ondernemers passen methoden en hulpmiddelen aan en delen deze met elkaar voor biologische experimenten en engineering. Gecombineerd met open bedrijfsmodellen en open source-technologieën, dit zou kansen kunnen inluiden voor het vervaardigen van therapieën die zijn toegesneden op regionale ziekten die multinationale farmaceutische bedrijven misschien niet winstgevend vinden. Maar dit roept bezorgdheid op over de mogelijke verstoring van bestaande productiemarkten en toeleveringsketens voor grondstoffen, evenals angst voor ontoereikende regelgeving, minder strenge productkwaliteitscontrole en misbruik.
• Platformtechnologieën om opkomende ziektepandemieën aan te pakken - Opkomende infectieziekten - zoals recente uitbraken van ebola- en zikavirusziekten - en mogelijke aanvallen met biologische wapens vereisen schaalbare, flexibele diagnose en behandeling. Nieuwe technologieën kunnen de snelle identificatie en ontwikkeling van kandidaat-vaccins mogelijk maken, en op planten gebaseerde antilichaamproductiesystemen.
• Verschuivende eigendomsmodellen in de biotechnologie - De opkomst van niet-patent, generieke hulpmiddelen en het verlagen van technische barrières voor technische biologie heeft het potentieel om mensen in een omgeving met weinig middelen te helpen, profiteren van de ontwikkeling van een duurzame bio-economie op basis van lokale behoeften en prioriteiten, vooral waar nieuwe vorderingen openstaan ​​voor anderen om op voort te bouwen.

Dr. Jenny Molloy merkt op:"Een thema dat herhaaldelijk naar voren kwam, was de ongelijkheid van toegang tot de technologie en de voordelen ervan. De opkomst van open source, tools waarop geen octrooi rust, kunnen wijdverbreide kennisdeling op het gebied van biologische engineering mogelijk maken en de toegang tot voordelen voor mensen in ontwikkelingslanden vergroten."

Professor Johnathan Napier van Rothamsted Research voegt hieraan toe:"De uitdagingen die worden belichaamd in de Sustainable Development Goals zullen allerlei ideeën en innovaties vereisen om significante resultaten te leveren. In de landbouw, we staan ​​aan de vooravond van nieuwe paradigma's voor hoe en wat we groeien, en waar. Het aantonen van de eerlijkheid en het nut van dergelijke benaderingen is cruciaal om publieke acceptatie te verzekeren en ook om op een zinvolle manier impact te hebben."

Dr. Christian R. Boehm concludeert:"Terwijl deze technologieën ontstaan ​​en zich ontwikkelen, we moeten zorgen voor vertrouwen en acceptatie van het publiek. Mensen zijn misschien bereid om enkele van de voordelen te accepteren, zoals de verschuiving in eigendom van grote bedrijven naar meer open wetenschap, en het vermogen om problemen aan te pakken die de ontwikkelingslanden onevenredig treffen, zoals voedselzekerheid en ziekte. Maar doorgaan zonder de juiste veiligheidsmaatregelen en maatschappelijke consensus - wat de voordelen voor de volksgezondheid ook zijn - zou het veld nog vele jaren kunnen beschadigen."