Biosafety - Synthetic biology

Die synthetische Biologie ist ein dynamisches neues Forschungs- und Entwicklungsgebiet welches weit reichende Veränderungen in der Gesellschaft mit sich bringen könnte. In der synthetischen Biologie werden z.B. standardisierte biologische "Bauteile" definiert, um daraus beliebige komplexe Biosysteme zu konstruieren, die so in der Natur nicht vorkommen. Diese Entwicklungen, gepaart mit einer immer leistungsfähigeren DNASynthese, hat das Potenzial eine Reihe wichtiger Anwendungsgebiete der Biotechnologie grundlegend zu verändern, etwa in der Biomedizin (in-vivo Synthese pharmazeutischer Produkte, neue Vektoren für die Gentherapie), Biochemie (Erweiterung des genetischen Codes auf 12 verschiedene Basen, orthogonale Biosysteme), Umwelttechnik (Bioremediation, GVO-Sicherheit), Energie (Herstellung von Ethanol, Wasserstoff aus modifizierten Hefebakterien), oder der Materialforschung (Biosensoren, Biocomputer). Der möglichen Nutzen, wie etwa die Entwicklung kosteneffizienter Medikamentensynthese oder Bioenergiegewinnung, ist zweifelsohne enorm. Auf der anderen Seite stellt sich jedoch auch die Frage nach den möglichen beabsichtigten (security) oder unbeabsichtigten (safety) Schäden für Gesundheit, Landwirtschaft oder Umwelt. Während sich die meisten Veröffentlichungen aus den USA mit dem Thema Bioterrorismus auseinandersetzen, erwarten wir für Europa und vermutlich auch für China eine intensivere Debatte zu den unbeabsichtigten Folgen dieser neuen Technologie, besonders im Hinblick auf vergangene Debatten zur grünen Gentechnik. Damit aber die Vorteile der synthetischen Biologie genützt werden können, ist es unerlässlich sich auch mit den damit zusammenhängenden Sicherheitsfragen auseinanderzusetzen. Mit dem vorliegenden Projekt wollen wir die aktuellen Entwicklungen der synthetischen Biologie und ihrer Teilgebiete analysieren, mit einem besonderen Fokus auf (Zentral-)Europa and China. Darauf aufbauend werden wir bestehende Biosicherheitsrichtlinien analysieren, um herauszufinden zu welchem Grad die neusten Entwicklungen und Anwendungen der synthetischen Biologie damit abgedeckt sind, bzw. wo Lücken in den Richtlinien bestehen. Letztlich werden wir daraus unsere Schlussfolgerungen und Empfehlungen ableiten, zu welchem Grad und in welcher Art und Weise Veränderungen der Biosicherheitsrichtlinien und der Risikobewertungsstrategien vorzunehmen wären, um sichere Rahmenbedingungen für die Entwicklung und Anwendung der synthetischen Biologie zu gewährleisten.

Das neue Feld der synthetischen Biologie ist der Versuch biologische Prozesse und Organismen mit ingenieurswissenschaftlicher Präzision zu verändern. Das bedeutet z.B. genetische Information (in Form der DNS) am Computer zu modifizieren und anschließend im Labor zu synthetisieren um damit so genannte genetische Schaltkreise zu entwerfen (ähnlich wie elektronische Schaltkreise) die es Mikroorganismen ermöglichen bestimmte Prozesse durchzuführen (z.B. Produktion von Medikamenten oder Biotreibstoffen). Die synthetische Biologie umfasst aber auch die Entwicklung alternativer biologischer Systeme die so in der Natur nicht vorkommen z.B. mit einem anderen genetischen Code. Obwohl die synthetische Biologie noch eine junge Fachdisziplin ist, wirft sie Fragen für Wissenschaft und Gesellschaft auf, mit denen wir uns in unserem Projekt auseinandergesetzt haben: Welche Biosicherheitsfragen hinsichtlich möglicher unbeabsichtigter Konsequenzen wirft die synthetische Biologie auf? Welche Sicherheitsfragen stellen sich im Zusammenhang mit Bioterrorismus? Sind die aktuellen Regulierungen und Gesetze hinreichend? Was bedeutet es wenn Akteure außerhalb traditioneller Institutionen wie Universitäten oder kommerzielle Forschungslabors beginnen die synthetische Biologie zu verwenden, insbesondere die wachsende Gruppe der Amateur- oder do-it-yourself (DIY) Biologen? Ist die synthetische Biologie in der Lage zusätzliche Sicherheitssysteme für die Biotechnologie zu entwickeln? Nachdem die synthetische Biologie weltweit vorangetrieben wird (USA, Europa, Japan, China), können diese Fragen nur in einem globalen Zusammenhang diskutiert werden. Unser Projekt war insofern einzigartig, da dadurch erstmals eine österreichisch-chinesische Kooperation zur Beantwortung dieser Fragen ermöglicht wurde. Im Laufe unserer Projektaktivitäten beschrieben wir (zu erwartende) Defizite in der Regulierung, wie etwa die eingeschränkte Anwendbarkeit aktueller Methoden der Risikobewertung. Wir beleuchteten die Chancen und Herausforderungen der synthetischen Biologie für die Toxikologie. Wir haben den schwierigen Weg beschreiben der notwendig ist, um einerseits die terroristische Anwendung der synthetische Biologie zu verhindern, z.B. mittels DNA Synthese von viralen Krankheitserregern, andererseits aber den gesellschaftlich relevanten Einsatz dieser Technologie zu ermöglichen. In einem weiteren Aspekt unserer Arbeit widmeten wir uns den Amateurbiologen, ihren technischen Fähigkeiten und deren Motivation die synthetische Biologie zu nutzen. Schlussendlich untersuchten wir Möglichkeiten neue Formen biologischer Sicherheitssysteme (Containment) zu entwickeln, um Unfälle und unbeabsichtigte Auswirkungen zu vermeiden. Eine besonders interessante Methode hierfür ist die Verwendung alternativer biochemischer Substrate in neuen Lebensformen, die als eine Art genetische Firewall (in Analogie zu Computersicherheitssystemen) fungieren könnte, um den Austausch von genetischen Material zwischen natürlichen und modifizierten (Mikro)Organismen zu verhindern.