Redigering av mänskligt genom, 3D-printade ersättningsorgan och artificiell fotosyntes - området bioteknik erbjuder stora löften för att ta itu med de stora utmaningar som vårt samhälle står inför. Men som en ny artikel i dag visar, denna utveckling ger både möjligheter och risker på kort och lång sikt.

Snabb utveckling inom området syntetisk biologi och dess associerade verktyg och metoder, inklusive mer allmänt tillgängliga genredigeringstekniker, har avsevärt ökat vår kapacitet för bioteknik - tillämpningen av principer och tekniker från ingenjörskonst till biologiska system, ofta med målet att ta itu med "verkliga" problem.

I en rapport publicerad i open access-tidskriften eLife , ett internationellt team av experter ledda av Dr Bonnie Wintle och Dr Christian R. Boehm från Center for the Study of Existential Risk vid University of Cambridge, fånga perspektiv på industrin, innovatörer, lärda, och säkerhetsgemenskapen i Storbritannien och USA om vad de ser som de stora framväxande frågorna på området.

Dr Wintle säger:"Tillväxten av den biobaserade ekonomin erbjuder löftet att ta itu med globala miljö- och samhälleliga utmaningar, men som vår tidning visar, det kan också innebära nya typer av utmaningar och risker. Sektorn måste fortsätta med försiktighet för att säkerställa att vi kan skörda fördelarna säkert och säkert."

Rapporten är tänkt som en sammanfattning och startpunkt för beslutsfattare inom en rad olika sektorer för att ytterligare utforska de frågor som kan vara relevanta för dem.

Bland de frågor som rapporten lyfter fram som mest relevanta under de kommande fem åren är:

• Konstgjord fotosyntes och kolavskiljning för att producera biobränslen - Om tekniska hinder kan övervinnas, sådan utveckling kan bidra till det framtida antagandet av koldioxidavskiljningssystem, och tillhandahålla hållbara källor till råvarukemikalier och bränsle.
• Förbättrad fotosyntes för jordbrukets produktivitet - Syntetisk biologi kan vara nyckeln till att öka avkastningen på för närvarande brukad mark - och därmed hjälpa till att hantera livsmedelssäkerheten - genom att förbättra fotosyntesen och minska förlusterna före skörd, samt minska avfall efter skörd och efter konsumtion.
• Syntetiska gendrifter - Gendrifter främjar nedärvningen av föredragna genetiska egenskaper inom en art, till exempel för att förhindra att malariasmittande myggor häckar. Dock, denna teknik väcker frågor om huruvida den kan förändra ekosystemen, potentiellt till och med skapa nischer där en ny sjukdomsbärande art eller ny sjukdomsorganism kan få fäste.
• Redigering av mänskligt genom - Genomteknik som CRISPR/Cas9 erbjuder möjligheten att förbättra människans livslängd och hälsa. Dock, deras genomförande innebär stora etiska dilemman. Det är möjligt att individer eller stater med finansiella och tekniska medel kan välja att ge strategiska fördelar till framtida generationer.
• Försvarsmyndighetsforskning inom biologisk ingenjörskonst -De områden av syntetisk biologi som vissa försvarsorgan investerar i ökar risken för "dubbel användning". Till exempel, ett program har för avsikt att använda insekter för att sprida konstruerade växtvirus som ger egenskaper till målväxterna de äter, i syfte att skydda grödor från potentiella växtpatogener - men sådan teknik skulle troligen också kunna användas av andra för att skada mål.

Under de kommande fem till tio åren, författarna identifierade intresseområden inklusive:

• Regenerativ medicin:3D-utskrift av kroppsdelar och vävnadsteknik - Även om denna teknik utan tvekan kommer att lindra lidande orsakat av traumatiska skador och en myriad av sjukdomar, att vända förfallet i samband med ålder är fortfarande fyllt av etiska, sociala och ekonomiska problem. Sjukvårdssystemen skulle snabbt bli överbelastade av kostnaderna för att fylla på medborgarnas kroppsdelar när de åldras och skulle kunna leda nya socioekonomiska klasser, eftersom endast de som kan betala för sådan vård själva kan förlänga sina friska år.
• Mikrobiombaserade terapier - Den mänskliga mikrobiomen är inblandad i ett stort antal mänskliga sjukdomar, från Parkinsons till tjocktarmscancer, samt metabola tillstånd som fetma och typ 2-diabetes. Syntetisk biologi skulle kunna påskynda utvecklingen av mer effektiva mikrobiotabaserade terapier. Dock, det finns en risk för att DNA från genetiskt modifierade mikrober kan spridas till andra mikrobiota i den mänskliga mikrobiomen eller till den vidare miljön.
• Skärningspunkten mellan informationssäkerhet och bioautomation - Framsteg inom automationsteknik i kombination med snabbare och mer tillförlitliga ingenjörstekniker har resulterat i framväxten av robotbaserade "molnlabb" där digital information omvandlas till DNA och sedan uttrycks i vissa målorganismer. Detta öppnar möjligheten för nya typer av informationssäkerhetshot, som kan innefatta manipulering av digitala DNA-sekvenser som leder till produktion av skadliga organismer, och sabotera vaccin- och läkemedelsproduktion genom attacker mot kritiska DNA-sekvensdatabaser eller utrustning.

På längre sikt, identifierade problem inkluderar:

• Nya tillverkare stör läkemedelsmarknaderna - Biolaboratorier i gemenskapen och nystartade företag anpassar och delar metoder och verktyg för biologiska experiment och ingenjörskonst. I kombination med öppna affärsmodeller och öppen källkodsteknik, detta kan förebåda möjligheter att tillverka terapier som är skräddarsydda för regionala sjukdomar som multinationella läkemedelsföretag kanske inte tycker är lönsamma. Men detta väcker farhågor kring potentiella störningar av befintliga tillverkningsmarknader och råvaruförsörjningskedjor samt farhågor om otillräcklig reglering, mindre rigorös produktkvalitetskontroll och missbruk.
• Plattformsteknologier för att ta itu med framväxande sjukdomspandemier - Nya infektionssjukdomar - som nyligen utbrott av ebola- och zikavirussjukdomar - och potentiella biologiska vapenattacker kräver skalbara, flexibel diagnos och behandling. Ny teknik skulle kunna möjliggöra snabb identifiering och utveckling av vaccinkandidater, och växtbaserade antikroppsproduktionssystem.
• Byte av ägarmodeller inom bioteknik - Uppkomsten av off-patent, generiska verktyg och sänkning av tekniska barriärer för ingenjörsbiologi har potential att hjälpa dem i låga resurser, dra nytta av att utveckla en hållbar bioekonomi baserad på lokala behov och prioriteringar, särskilt där nya framsteg görs öppna för andra att bygga vidare på.

Dr Jenny Molloy kommenterar:"Ett tema som dök upp upprepade gånger var det om ojämlik tillgång till tekniken och dess fördelar. Framväxten av öppen källkod, patentskyddade verktyg skulle kunna möjliggöra omfattande kunskapsdelning inom det biologiska ingenjörsområdet och öka tillgången till förmåner för dem i utvecklingsländer."

Professor Johnathan Napier från Rothamsted Research tillägger:"Utmaningarna i målen för hållbar utveckling kommer att kräva alla möjliga idéer och innovationer för att ge betydande resultat. Inom jordbruket, vi står på gränsen till nya paradigm för hur och vad vi växer, och var. Att demonstrera rättvisan och användbarheten av sådana tillvägagångssätt är avgörande för att säkerställa allmänhetens acceptans och även för att ge effekt på ett meningsfullt sätt."

Dr Christian R. Boehm avslutar:"När dessa teknologier dyker upp och utvecklas, vi måste säkerställa allmänhetens förtroende och acceptans. Människor kan vara villiga att acceptera några av fördelarna, t.ex. ägarskiftet bort från storföretag och mot mer öppen vetenskap, och förmågan att ta itu med problem som oproportionerligt påverkar utvecklingsländerna, såsom livsmedelssäkerhet och sjukdomar. Men att fortsätta utan lämpliga säkerhetsåtgärder och samhällelig konsensus – oavsett folkhälsofördelarna – kan skada fältet i många år framöver."