生物安全與重組DNA技術

重組DNA技術涉及到組合不同來源的遺傳信息，從而創造自然界以前可能從未存在過的遺傳修飾生物體（genetically modified organisms，GMOs）。最初，在分子生物學家中有人擔心這些生物體可能具有不可預測的不良性狀，一旦從實驗室逸出將帶來生物學危害。這種擔心在 1975年美國加利福尼亞州阿西洛馬市召開的科學會議[45]上成為焦點。在那次會議上討論了重組DNA技術的安全問題并提出了第一個重組DNA技術指南。接下來25年多的研究經驗證實，在進行了適當的危險度評估并采用了適當的安全措施以后，可以安全地進行遺傳工程工作。
重組DNA技術或遺傳工程最初是用來將DNA片段克隆到微生物宿主中，以過表達特定的基因產物用于進一步研究。重組DNA分子也已經用于獲得遺傳修飾生物體，如轉基因和“基因敲除”動物以及轉基因植物。

重組DNA技術已經對生物學和醫學產生巨大影響，并且由于整個人類基因組的核酸序列已經被了解，極可能會產生更大的影響。成千上萬種未知功能的基因將采用重組DNA技術來進行研究。基因治療可能成為某些疾病的常規療法，采用遺傳工程技術將可以設計出許多新的基因轉移載體。
同樣地，采用重組DNA技術獲得的轉基因植物將可能在現代農業中扮演日益重要的角色。涉及到構建或使用GMOs的實驗應首先進行生物安全評估。與該生物體有關的病原特性和所有潛在危害可能都是新型的，沒有確定的。供體生物的特性、將要轉移的DNA序列的性質、受體生物的特性以及環境特性等都需要進行評估。這些因素將有助于決定安全操作目標遺傳修飾生物體所要求的生物安全水平，并確定應使用的生物學和物理防護系統。

生物表達系統的生物安全考慮
生物表達系統由載體和宿主細胞組成。必須滿足許多標準使其能有效、安全地使用。質粒pUC18是這樣一種生物表達系統的實例。質粒pUC18經常與大腸桿菌 K12細胞一起使用作為克隆載體，其完整測序已經完成。所有需要在其他細菌表達的基因已經從它的前體質粒pBR322中刪除。大腸桿菌K12是一種非致病性菌株，它不能在健康人和動物的消化道中持久克隆。如果所要插入的外源DNA表達產物不要求更高級別的生物安全水平，那么大腸桿菌K12/pUC18可以在一級生物安全水平下按常規的遺傳工程實驗進行。

表達載體的生物安全考慮
下列情況需要較高的生物安全水平：
1、來源于病原生物體的 DNA序列的表達可能增加GMO的毒性
2、插入的DNA序列性質不確定，例如在制備病原微生物基因組DNA庫的過程中
3、基因產物具有潛在的藥理學活性
4、毒素的基因產物編碼。

用于基因轉移的病毒載體
病毒載體（腺病毒載體）可以用于將基因有效地轉移到其他細胞。這樣的載體缺少病毒復制的某些基因，可以在能夠補充這些缺陷的細胞株內繁殖。
這類病毒載體的貯存液中可能污染了可復制病毒，它們是由繁殖細胞株中極少發生的自發性重組產生的。這些載體操作時應采用與用于獲得這些載體的母體腺病毒相同的生物安全水平。

轉基因動物和“基因敲除”動物
攜帶外源性遺傳信息的動物（轉基因動物）應當在適合外源性基因產物特性的防護水平下進行操作。特定基因被有目的地刪除的動物（“基因敲除”動物）一般不表現特殊的生物危害。包括那些表達病毒受體的轉基因動物一般不會感染該種系病毒。如果這種動物從實驗室逃離并將轉移基因傳給野生動物群體，那么理論上可以產生儲存這些病毒的動物宿主。
目前已經就脊髓灰質炎病毒，特別是與根除脊髓灰質炎相關的問題討論了上述可能性。由不同實驗室獲得的表達人脊髓灰質炎病毒受體的轉基因小鼠，它們對不同接種途徑的脊髓灰質炎病毒的感染都很敏感，所產生的疾病在臨床和組織病理學上也與人脊髓灰質炎相類似。但小鼠模型與人不同的是，在口腔接種脊髓灰質炎病毒后，腸道內的病毒復制不充分或沒有發生。因此，如果這種轉基因小鼠逃到野外，幾乎不可能產生脊髓灰質炎病毒新的宿主動物。但是，這個例子表明，對于每一種新的轉基因動物，應當通過詳細研究來確定動物的感染途徑、感染所需的病毒接種量以及感染動物傳播病毒的范圍。此外，應當采取一切措施以確保對受體轉基因小鼠的嚴密防護。

轉基因植物
那些表達了能夠耐受除草劑或抵抗昆蟲能力等基因的轉基因植物，目前在世界許多地區都引起相當的爭議。這些爭議的焦點是這類植物作為食物的安全性，以及種植后的長期生態后果。表達動物或人源性基因的轉基因植物用于研發醫學產品和營養物品。通過危險度評估可以確定這些轉基因植物產品所需的生物安全水平。

遺傳修飾生物體的危險度評估
對與遺傳修飾生物體（GMOs）有關的工作進行危險度評估時，應考慮供體和受體∕ 宿主生物體的特性。
所需考慮的特性包括以下幾方面：
插入基因（供體生物）所直接引起的危害
當已經知道插入基因產物具有可能造成危害的生物學或藥理學活性時，則必須進行危險度評估，例如：
1、毒素
2、細胞因子
3、激素
4、基因表達調節劑
5、毒力因子或增強子
6、致瘤基因序列
7、抗生素耐藥性
8、變態反應原。
在考慮上述因素時，應包括達到生物學或藥理學活性所需的表達水平的評估。
與受體∕宿主有關的危害
1、宿主的易感性
2、宿主菌株的致病性，包括毒力、感染性和毒素產物
3、宿主范圍的變化
4、接受免疫狀況
5、暴露后果。
現有病原體性狀改變引起的危害
許多遺傳修飾并不涉及那些產物本身有害的基因，但由于現有非致病性或致病性特征發生了變化，導致可能出現不利的反應。正常的基因修飾可能改變生物體的致病性。為了識別這些潛在的危害，應考慮下列幾點（但不限于以下幾點）：
1、感染性或致病性是否增高？
2、受體的任何失能性突變是否可以因插入外源基因而克服？
3、外源基因是否可以編碼其他生物體的致病決定簇？
4、如果外源DNA確實含有致病決定簇，那么是否可以預知該基因能否造成GMO的致病性？
5、是否可以得到治療？
6、GMO對于抗生素或其他治療形式的敏感性是否會受遺傳修飾結果的影響？
7、是否可以完全清除GMO？
進一步的考慮
采用動物或植物整體進行實驗研究時，也需要小心考慮。研究工作要遵守所在國家及單位從事GMOs工作的有關規定、限制和要求。各個國家都有自己的專家，他們制訂從事GMOs工作的指南，并幫助科學家將他們的工作按適當的生物安全水平進行分類。有些情況下，不同國家之間的分類可能不同，或者當知道某些載體
／宿主系統的新信息時，會將相關工作歸入更高或更低的生物安全水平。危險度評估是一種動態發展的工作，它必須考慮到科學的最新進展。進行適當的危險度評估可以確保人類在未來繼續得益于重組體DNA技術。