生物安全和重组DNA技术

重组DNA技术涉及到组合不同来源的遗传信息，从而创造自然界以前可能从未存在过的遗传修饰生物体（genetically modified organisms，GMOs）。最初，在分子生物学家中有人担心这些生物体可能具有不可预测的不良性状，一旦从实验室逸出将带来生物学危害。这种担心在1975年美国加利福尼亚州阿西洛马市召开的科学会议[45]上成为焦点。在那次会议上讨论了重组DNA技术的安全问题并提出了第一个重组DNA技术指南。接下来25年多的研究经验证实，在进行了适当的危险度评估并采用了适当的安全措施以后，可以安全地进行遗传工程工作。
重组DNA技术或遗传工程最初是用来将DNA片段克隆到微生物宿主中，以过表达特定的基因产物用于进一步研究。重组DNA分子也已经用于获得遗传修饰生物体，如转基因和“基因敲除”动物以及转基因植物。
重组DNA技术已经对生物学和医学产生巨大影响，并且由于整个人类基因组的核酸序列已经被了解，极可能会产生更大的影响。成千上万种未知功能的基因将采用重组DNA技术来进行研究。基因治疗可能成为某些疾病的常规疗法，采用遗传工程技术将可以设计出许多新的基因转移载体。
同样地，采用重组DNA技术获得的转基因植物将可能在现代农业中扮演日益重要的角色。涉及到构建或使用GMOs的实验应首先进行生物安全评估。与该生物体有关的病原特性和所有潜在危害可能都是新型的，没有确定的。供体生物的特性、将要转移的DNA序列的性质、受体生物的特性以及环境特性等都需要进行评估。这些因素将有助于决定安全操作目标遗传修饰生物体所要求的生物安全水平，并确定应使用的生物学和物理防护系统。
生物表达系统的生物安全考虑
生物表达系统由载体和宿主细胞组成。必须满足许多标准使其能有效、安全地使用。质粒pUC18是这样一种生物表达系统的实例。质粒pUC18经常与大肠杆菌K12细胞一起使用作为克隆载体，其完整测序已经完成。所有需要在其他细菌表达的基因已经从它的前体质粒pBR322中删除。大肠杆菌K12是一种非致病性菌株，它不能在健康人和动物的消化道中持久克隆。如果所要插入的外源DNA表达产物不要求更高级别的生物安全水平，那么大肠杆菌K12/pUC18可以在一级生物安全水平下按常规的遗传工程实验进行。
表达载体的生物安全考虑
下列情况需要较高的生物安全水平：
1、来源于病原生物体的DNA序列的表达可能增加GMO的毒性
2、插入的DNA序列性质不确定，例如在制备病原微生物基因组DNA库的过程中
3、基因产物具有潜在的药理学活性
4、毒素的基因产物编码。
用于基因转移的病毒载体
病毒载体（腺病毒载体）可以用于将基因有效地转移到其他细胞。这样的载体缺少病毒复制的某些基因，可以在能够补充这些缺陷的细胞株内繁殖。
这类病毒载体的贮存液中可能污染了可复制病毒，它们是由繁殖细胞株中极少发生的自发性重组产生的。这些载体操作时应采用与用于获得这些载体的母体腺病毒相同的生物安全水平。
转基因动物和“基因敲除”动物
携带外源性遗传信息的动物（转基因动物）应当在适合外源性基因产物特性的防护水平下进行操作。特定基因被有目的地删除的动物（“基因敲除”动物）一般不表现特殊的生物危害。包括那些表达病毒受体的转基因动物一般不会感染该种系病毒。如果这种动物从实验室逃离并将转移基因传给野生动物群体，那么理论上可以产生储存这些病毒的动物宿主。
目前已经就脊髓灰质炎病毒，特别是与根除脊髓灰质炎相关的问题讨论了上述可能性。由不同实验室获得的表达人脊髓灰质炎病毒受体的转基因小鼠，它们对不同接种途径的脊髓灰质炎病毒的感染都很敏感，所产生的疾病在临床和组织病理学上也与人脊髓灰质炎相类似。但小鼠模型与人不同的是，在口腔接种脊髓灰质炎病毒后，肠道内的病毒复制不充分或没有发生。因此，如果这种转基因小鼠逃到野外，几乎不可能产生脊髓灰质炎病毒新的宿主动物。但是，这个例子表明，对于每一种新的转基因动物，应当通过详细研究来确定动物的感染途径、感染所需的病毒接种量以及感染动物传播病毒的范围。此外，应当采取一切措施以确保对受体转基因小鼠的严密防护。
转基因植物
那些表达了能够耐受除草剂或抵抗昆虫能力等基因的转基因植物，目前在世界许多地区都引起相当的争议。这些争议的焦点是这类植物作为食物的安全性，以及种植后的长期生态后果。表达动物或人源性基因的转基因植物用于研发医学产品和营养物品。通过危险度评估可以确定这些转基因植物产品所需的生物安全水平。遗传修饰生物体的危险度评估
对与遗传修饰生物体（GMOs）有关的工作进行危险度评估时，应考虑供体和受体∕宿主生物体的特性。
所需考虑的特性包括以下几方面：
插入基因（供体生物）所直接引起的危害
当已经知道插入基因产物具有可能造成危害的生物学或药理学活性时，则必须进行危险度评估，例如：
1、毒素
2、细胞因子
3、激素
4、基因表达调节剂
5、毒力因子或增强子
6、致瘤基因序列
7、抗生素耐药性
8、变态反应原。
在考虑上述因素时，应包括达到生物学或药理学活性所需的表达水平的评估。
与受体∕宿主有关的危害
1、宿主的易感性
2、宿主菌株的致病性，包括毒力、感染性和毒素产物
3、宿主范围的变化
4、接受免疫状况
5、暴露后果。
现有病原体性状改变引起的危害
许多遗传修饰并不涉及那些产物本身有害的基因，但由于现有非致病性或致病性特征发生了变化，导致可能出现不利的反应。正常的基因修饰可能改变生物体的致病性。为了识别这些潜在的危害，应考虑下列几点（但不限于以下几点）：
1、感染性或致病性是否增高？
2、受体的任何失能性突变是否可以因插入外源基因而克服？
3、外源基因是否可以编码其他生物体的致病决定簇？
4、如果外源DNA确实含有致病决定簇，那么是否可以预知该基因能否造成GMO的致病性？
5、是否可以得到治疗？
6、GMO对于抗生素或其他治疗形式的敏感性是否会受遗传修饰结果的影响？
7、是否可以完全清除GMO？
进一步的考虑
采用动物或植物整体进行实验研究时，也需要小心考虑。研究工作要遵守所在国家及单位从事GMOs工作的有关规定、限制和要求。各个国家都有自己的专家，他们制订从事GMOs工作的指南，并帮助科学家将他们的工作按适当的生物安全水平进行分类。有些情况下，不同国家之间的分类可能不同，或者当知道某些载体
／宿主系统的新信息时，会将相关工作归入更高或更低的生物安全水平。危险度评估是一种动态发展的工作，它必须考虑到科学的最新进展。进行适当的危险度评估可以确保人类在未来继续得益于重组体DNA技术。