Los riesgos de la biología sintética incluyen riesgos de bioseguridad para los trabajadores y el público, riesgos de bioseguridad derivados de la ingeniería deliberada de organismos para causar daño y riesgos para el medio ambiente. Los riesgos de bioseguridad son similares a los de los campos existentes de la biotecnología, principalmente la exposición a patógenos y sustancias químicas tóxicas; sin embargo, los nuevos organismos sintéticos pueden tener riesgos novedosos. En el caso de la bioseguridad, existe la preocupación de que los organismos sintéticos o rediseñados podrían, en teoría, usarse con fines bioterroristas . Los posibles riesgos de bioseguridad incluyen la recreación de patógenos conocidos desde cero, la ingeniería de patógenos existentes para que sean más peligrosos y la ingeniería de microbios para que produzcan sustancias bioquímicas dañinas. Por último, los riesgos ambientales incluyen efectos adversos sobre la biodiversidad y los servicios ecosistémicos , incluidos posibles cambios en el uso de la tierra como resultado del uso agrícola de organismos sintéticos.
En general, los controles de peligros existentes , las metodologías de evaluación de riesgos y las regulaciones desarrolladas para los organismos genéticamente modificados (OGM) tradicionales también se aplican a los organismos sintéticos. Los métodos de biocontención "extrínsecos" utilizados en laboratorios incluyen cabinas de bioseguridad y cajas de guantes , así como equipo de protección personal . En la agricultura, incluyen distancias de aislamiento y barreras de polen , similares a los métodos de biocontención de OGM . Los organismos sintéticos podrían ofrecer potencialmente un mayor control de peligros porque pueden ser diseñados con métodos de biocontención "intrínsecos" que limitan su crecimiento en un entorno no contenido o previenen la transferencia horizontal de genes a organismos naturales. Los ejemplos de biocontención intrínseca incluyen auxotrofia , interruptores de muerte biológicos , incapacidad del organismo para replicarse o pasar genes sintéticos a la descendencia y el uso de organismos xenobiológicos que utilizan bioquímica alternativa, por ejemplo utilizando ácidos nucleicos xeno artificiales (XNA) en lugar de ADN.
Los sistemas de análisis de riesgos existentes para los OGM son generalmente aplicables a los organismos sintéticos, aunque pueden existir dificultades para los organismos creados "desde abajo" a partir de secuencias genéticas individuales. La biología sintética generalmente se rige por las regulaciones existentes para los OGM y la biotecnología en general, así como por cualquier regulación que exista para productos comerciales derivados, aunque por lo general no existen regulaciones en ninguna jurisdicción que sean específicas para la biología sintética.
La biología sintética es una rama de la biotecnología que se distingue por el uso de vías biológicas u organismos que no se encuentran en la naturaleza. Esto contrasta con los organismos modificados genéticamente "tradicionales" creados mediante la transferencia de genes existentes de un tipo de célula a otro. Los principales objetivos de la biología sintética incluyen el rediseño de genes, células u organismos para la terapia génica ; el desarrollo de células mínimas y protocélulas artificiales ; y el desarrollo de organismos basados en la bioquímica alternativa . [1] Este trabajo ha sido impulsado por el desarrollo de herramientas de síntesis y edición del genoma , así como grupos de circuitos biológicos sintéticos estandarizados con funciones definidas. La disponibilidad de estas herramientas ha estimulado la expansión de un movimiento de biología del "hazlo tú mismo" . [2] : 5 [3]
La biología sintética tiene potenciales aplicaciones comerciales en energía, agricultura, medicina y producción de productos químicos, incluidos los farmacéuticos. [1] Las aplicaciones biosintéticas suelen distinguirse como para "uso confinado" dentro de laboratorios e instalaciones de fabricación, o para "liberación intencional" fuera del laboratorio para aplicaciones médicas, veterinarias, cosméticas o agrícolas. [2] : 24 A medida que las aplicaciones de biología sintética se utilizan cada vez más en la industria, se espera que aumente la cantidad y variedad de trabajadores expuestos al riesgo de la biología sintética. [4]
Los riesgos de bioseguridad para los trabajadores derivados de la biología sintética son similares a los de los campos existentes de la biotecnología, principalmente la exposición a patógenos y productos químicos tóxicos utilizados en un laboratorio o en un entorno industrial. [1] [4] Estos incluyen productos químicos peligrosos ; riesgos biológicos que incluyen organismos, priones y toxinas de origen biológico; riesgos físicos como riesgos ergonómicos , radiación y riesgos de ruido ; y riesgos adicionales de lesiones por autoclaves , centrífugas , gas comprimido , criógenos y riesgos eléctricos . [5]
Las nuevas protocélulas u organismos xenobiológicos, así como la edición genética de animales superiores, pueden presentar nuevos peligros de bioseguridad que afectan su evaluación de riesgos. A partir de 2018, la mayoría de las pautas de bioseguridad de laboratorio se basan en prevenir la exposición a patógenos existentes en lugar de nuevos. [4] Los vectores lentivirales derivados del virus VIH-1 se utilizan ampliamente en terapia génica debido a su capacidad única para infectar células en división y células que no se dividen, pero la exposición involuntaria de los trabajadores podría provocar cáncer y otras enfermedades. [1] [4] En el caso de una exposición involuntaria, se pueden utilizar medicamentos antirretrovirales como profilaxis posterior a la exposición . [4]
Dada la superposición entre la biología sintética y el movimiento de biología del "hazlo tú mismo" , se han planteado preocupaciones de que sus practicantes podrían no cumplir con las prácticas de evaluación de riesgos y bioseguridad requeridas a los profesionales, [2] : 39 aunque se ha sugerido que existe un código de ética informal que reconoce los riesgos para la salud y otros resultados adversos. [3] : 15
El auge de la biología sintética también ha suscitado preocupaciones en materia de bioseguridad , ya que se podría diseñar organismos sintéticos o rediseñados con fines bioterroristas . Esto se considera posible, pero poco probable, dados los recursos necesarios para realizar este tipo de investigación. [1] Sin embargo, la biología sintética podría ampliar el grupo de personas con capacidades relevantes y reducir la cantidad de tiempo necesario para desarrollarlas. [6] : 2–7
Un informe de 2018 de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina (NASEM) identificó tres capacidades como las de mayor preocupación. La primera es la recreación de patógenos conocidos desde cero, por ejemplo, utilizando la síntesis genómica para recrear virus históricos como el virus de la gripe española o el virus de la polio . [3] : 12, 14 [6] : 2–7 La tecnología actual permite la síntesis genómica de casi cualquier virus de mamíferos, las secuencias de virus humanos conocidos están disponibles públicamente y el procedimiento tiene un costo relativamente bajo y requiere acceso a equipo básico de laboratorio. Sin embargo, los patógenos tendrían propiedades conocidas y podrían mitigarse con medidas estándar de salud pública, y podrían prevenirse parcialmente mediante el análisis de moléculas de ADN producidas comercialmente. A diferencia de los virus, la creación de bacterias existentes o patógenos completamente nuevos desde cero aún no era posible en 2018 y se consideraba un riesgo bajo. [6] : 39–43, 54–56
Otra capacidad que preocupa a la NASEM es la ingeniería de patógenos existentes para que sean más peligrosos. Esto incluye alterar el huésped o tejido objetivo , así como mejorar la replicación, virulencia , transmisibilidad o estabilidad del patógeno; o su capacidad para producir toxinas, reactivarse desde un estado latente, evadir la inmunidad natural o inducida por vacunas, o evadir la detección. La NASEM consideró que las bacterias modificadas genéticamente representan un riesgo mayor que los virus porque son más fáciles de manipular y sus genomas son más estables a lo largo del tiempo. [6] : 5, 44–53
Una última capacidad que preocupa a la NASEM es la ingeniería de microbios para producir sustancias bioquímicas nocivas. La ingeniería metabólica de microorganismos es un campo bien establecido que se ha centrado en la producción de combustibles, sustancias químicas, ingredientes alimentarios y productos farmacéuticos, pero podría utilizarse para producir toxinas , antimetabolitos , sustancias controladas , explosivos o armas químicas . Se consideró que esto suponía un riesgo mayor para las sustancias naturales que para las artificiales. [6] : 59–65
También existe la posibilidad de nuevas amenazas que la NASEM consideró de menor riesgo debido a sus desafíos técnicos. La introducción de un organismo diseñado en el microbioma humano presenta desafíos de administración y persistencia en el microbioma, aunque un ataque sería difícil de detectar y mitigar. Los patógenos diseñados para alterar el sistema inmunológico humano al causar inmunodeficiencia , hiperreactividad o autoinmunidad , o para alterar directamente el genoma humano, también se consideraron de menor riesgo debido a los desafíos técnicos extremos. [6] : 65–83
Los riesgos ambientales incluyen toxicidad para animales y plantas, así como efectos adversos sobre la biodiversidad y los servicios ecosistémicos . Por ejemplo, una toxina diseñada en una planta para resistir plagas de insectos específicas también puede afectar a otros invertebrados. [2] : 18 Algunos riesgos altamente especulativos incluyen organismos diseñados que se vuelven invasivos y superan a los naturales, y la transferencia horizontal de genes de organismos diseñados a organismos naturales. [7] [8] Las unidades genéticas para suprimir vectores de enfermedades pueden afectar inadvertidamente la aptitud de la especie objetivo y alterar el equilibrio del ecosistema. [8]
Además, la biología sintética podría provocar cambios en el uso de la tierra, como que organismos sintéticos no alimentarios desplacen otros usos agrícolas o tierras silvestres. También podría provocar que se produzcan productos por medios no agrícolas o mediante la agricultura comercial a gran escala, lo que podría superar económicamente a los agricultores de pequeña escala. Por último, existe el riesgo de que los métodos de conservación basados en la biología sintética, como la desextinción , puedan reducir el apoyo a las iniciativas de conservación tradicionales. [8] [9]
La biocontención extrínseca comprende la contención física mediante controles de ingeniería como cabinas de bioseguridad y cajas de guantes , [4] [10] así como equipos de protección personal que incluyen guantes, batas, cubrezapatos, botas, respiradores, protectores faciales, gafas de seguridad y antiparras. Además, las instalaciones utilizadas para la biología sintética pueden incluir áreas de descontaminación, sistemas especializados de ventilación y tratamiento del aire y separación de las áreas de trabajo del laboratorio del acceso público. [10] Estos procedimientos son comunes a todos los laboratorios microbiológicos. [4]
En la agricultura, los métodos de biocontención extrínseca incluyen mantener distancias de aislamiento y barreras físicas contra el polen para evitar que los organismos modificados fertilicen plantas silvestres, así como sembrar semillas modificadas y silvestres en diferentes momentos para que sus períodos de floración no se superpongan. [11]
La biocontención intrínseca es el diseño proactivo de funcionalidades o deficiencias en organismos y sistemas para reducir sus peligros. Es exclusiva de los organismos modificados genéticamente, como los organismos transgénicos y los organismos sintéticos, y es un ejemplo de sustitución de peligros y de prevención mediante el diseño . La biocontención intrínseca puede tener muchos objetivos, entre ellos, controlar el crecimiento en el laboratorio o después de una liberación no intencional, prevenir la transferencia horizontal de genes a células naturales, prevenir el uso para el bioterrorismo o proteger la propiedad intelectual de los diseñadores del organismo. [4] Ha habido preocupación por el hecho de que las salvaguardas genéticas existentes no sean lo suficientemente fiables debido a la capacidad del organismo de perderlas a través de la mutación. Sin embargo, pueden ser útiles en combinación con otros controles de peligros y pueden proporcionar protecciones mejoradas en relación con los OGM. [2] : 6, 40–43 [4]
Muchos enfoques caen bajo el paraguas de la biocontención intrínseca. La auxotrofia es la incapacidad de un organismo para sintetizar un compuesto particular necesario para su crecimiento, lo que significa que el organismo no puede sobrevivir a menos que se le proporcione el compuesto. Un interruptor de apagado es una vía que inicia la muerte celular que se activa mediante una señal de los humanos. [2] : 40–43 [4] La incapacidad de los organismos para replicarse es otro de esos métodos. [2] : 50
Los métodos específicos para las plantas incluyen la esterilidad masculina citoplasmática , donde no se puede producir polen viable, y las plantas transplastómicas , donde las modificaciones se realizan solo en el ADN del cloroplasto , que no se incorpora al polen. [11]
Los métodos específicos de los vectores virales incluyen la división de componentes clave entre múltiples plásmidos, la omisión de proteínas accesorias relacionadas con la función del virus de tipo salvaje como patógeno pero no como vector, y el uso de vectores autoinactivantes. [4]
Se ha especulado que la xenobiología , el uso de bioquímica alternativa que difiere del ADN y las proteínas naturales, puede permitir nuevos métodos de biocontención intrínseca que no son posibles con los OGM tradicionales. Esto implicaría la ingeniería de organismos que utilizan ácidos nucleicos xeno artificiales (XNA) en lugar de ADN y ARN, o que tienen un código genético alterado o expandido . [2] : 33–36, 43, 49 Estos serían teóricamente incapaces de transferencia horizontal de genes a células naturales. Se especula que estos métodos pueden tener tasas de fracaso más bajas que los métodos tradicionales. [2] : 33–36, 43, 49 [4]
Si bien los riesgos de la biología sintética son similares a los de la biotecnología existente, los procedimientos de evaluación de riesgos pueden diferir dada la rapidez con la que se generan nuevos componentes y organismos. [2] : 5 Los sistemas de análisis de riesgos existentes para los OGM también son aplicables a los organismos sintéticos, [3] y la vigilancia de la salud en el lugar de trabajo se puede utilizar para mejorar la evaluación de riesgos. [4] Sin embargo, puede haber dificultades en la evaluación de riesgos para un organismo construido "de abajo hacia arriba" a partir de secuencias genéticas individuales en lugar de a partir de un organismo donante con rasgos conocidos. [3] : v, vii Los organismos sintéticos también pueden no estar incluidos en las clasificaciones preexistentes de microorganismos en grupos de riesgo. [2] : 20 Un desafío adicional es que la biología sintética involucra una amplia gama de disciplinas fuera de la biología, cuyos profesionales pueden no estar familiarizados con la evaluación de riesgos microbiológicos. [3] : v
En el ámbito de la bioseguridad, la evaluación de riesgos incluye la evaluación de la facilidad de uso por parte de actores potenciales; su eficacia como arma; requisitos prácticos como el acceso a conocimientos y recursos; y la capacidad de prevenir, anticipar y responder a un ataque. [6] : 2–7 En el caso de los peligros ambientales, las evaluaciones de riesgos y los ensayos de campo de aplicaciones de biología sintética son más eficaces cuando incluyen métricas sobre organismos no objetivo y funciones del ecosistema. [2] : 18 Algunos investigadores han sugerido que los métodos tradicionales de evaluación del ciclo de vida pueden ser insuficientes porque, a diferencia de las industrias tradicionales, el límite entre la industria y el medio ambiente es difuso y los materiales tienen una descripción rica en información que no se puede describir solo por su fórmula química. [12]
Varios tratados contienen disposiciones que se aplican a la biología sintética, entre ellos el Convenio sobre la Diversidad Biológica , el Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología , el Protocolo Suplementario de Nagoya-Kuala Lumpur sobre Responsabilidad, la Convención sobre Armas Biológicas y las Directrices del Grupo de Australia . [13]
En general, Estados Unidos se basa en los marcos regulatorios establecidos para productos químicos y farmacéuticos para regular la biología sintética, principalmente la Ley de Control de Sustancias Tóxicas de 1976 actualizada por la Ley de Seguridad Química para el Siglo XXI Frank R. Lautenberg , así como la Ley Federal de Alimentos, Medicamentos y Cosméticos . [7]
Las preocupaciones sobre la bioseguridad de la biología sintética y sus herramientas de edición genética son similares a las preocupaciones planteadas sobre la tecnología del ADN recombinante cuando surgió a mediados de la década de 1970. Las recomendaciones de la Conferencia de Asilomar de 1975 sobre ADN recombinante formaron la base de las directrices de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, que se actualizaron en 2013 para abordar los organismos y virus que contienen moléculas de ácido nucleico sintético. [1] Las Directrices de los NIH para la investigación que involucra moléculas nucleicas sintéticas y recombinantes son el recurso más completo para la seguridad de la biología sintética. Aunque solo son vinculantes para los receptores de fondos de los NIH, otros financiadores gubernamentales y privados a veces exigen su uso, y a menudo son implementados voluntariamente por otros. Además, la Guía del marco de selección de los NIH de 2010 para proveedores de ADN sintético de doble cadena proporciona directrices voluntarias para que los vendedores de ADN sintético verifiquen la identidad y afiliación de los compradores y examinen las secuencias preocupantes. [13]
La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) regula la salud y la seguridad de los trabajadores, incluidos los que trabajan en biología sintética. A mediados de la década de 1980, la OSHA sostuvo que la cláusula de deber general y las normas regulatorias existentes eran suficientes para proteger a los trabajadores de la biotecnología. [1]
La Agencia de Protección Ambiental , el Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal del Departamento de Agricultura y la Administración de Alimentos y Medicamentos regulan la producción y el uso comercial de organismos modificados genéticamente. La Oficina de Industria y Seguridad del Departamento de Comercio tiene autoridad sobre la tecnología de doble uso , y la biología sintética está sujeta a las normas sobre agentes selectos . [13]
En la Unión Europea , la biología sintética se rige por las Directivas 2001/18/CE sobre la liberación intencional de OGM y 2009/41/CE sobre la utilización confinada de microorganismos modificados genéticamente, [4] [3] :vi así como por la Directiva 2000/54/CE sobre agentes biológicos en el lugar de trabajo. [7] En 2012, ni la Comunidad Europea ni ningún estado miembro contaban con legislación específica sobre biología sintética. [13]
En el Reino Unido , el Reglamento sobre organismos genéticamente modificados (uso confinado) de 2000 y sus actualizaciones posteriores son la principal ley pertinente a la biología sintética. [3] : 16 [13] China no había desarrollado reglamentos específicos para la biología sintética hasta 2012, y dependía de los reglamentos desarrollados para los OGM. [13] Singapur se basa en sus Directrices de bioseguridad para OGM, agentes biológicos y toxinas, y en la Ley de seguridad y salud en el trabajo . [7] [14]
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