Synteettinen biologia mahdollistaa perimän muokkaamiseen uusin tavoin. Kuva: Arek Socha / Pixabay

Synteettinen biologia on bioteknologian uusi osa-alue. Tieteen kyky simuloida ja muokata DNA-molekyylejä on ylittämässä kynnyksen, jonka tuolla puolen elämän perusosasia voidaan muokata täysin erilaisella tarkkuudella kuin tähän asti. Uudet lääketieteen ja bioteknologian sovellukset voivat osoittautua siunaukseksi koko ihmiskunnalle, mutta mahdollisuus edetä luonnon tuolle puolen on myös kirous yhteiskunnalliselle ja globaalille turvallisuudelle.

Synteettisen biologian sovellutusten odotetaan vaikuttavan kehittyessään radikaalisti niin lääketieteeseen, teollisuuteen kuin turvallisuuteenkin. Yksinkertaistaen synteettinen biologia tarkoittaa sitä, että geenien manipulointi on pian yhtä helppoa ja mutkatonta kuin miltä se on näyttänyt elokuvissa jo vuosikymmeniä. Euroopan komissio määritteli synteettisen biologian vuonna 2014 näin:

”– – tieteen, teknologian ja insinööritaidon soveltaminen elävien organismien geneettisen materiaalin suunnittelun, valmistamisen ja/tai muokkaamisen helpottamiseen ja nopeuttamiseen.”

Kuten yllä olevasta määritelmästä ilmenee, synteettinen biologia rakentuu muiden tieteenalojen saavutuksille: systeemibiologia alkoi kehittyä 1990-luvulla, mikä lisäsi tutkijoiden ymmärrystä solun tai organismin sisällä tapahtuvista monimutkaisista vuorovaikutussuhteista. Vasta tämän vuosituhannen puolella tietokoneiden laskentateho on kasvanut riittävästi, jotta tutkijat ovat voineet siirtää perinteiset laboratoriokokeet bittimaailmaan ja tutkia biologisia järjestelmiä pääosin datan ja simulaatioiden avulla.

Tällä vuosikymmenellä uudet menetelmät, kuuluisimpana CRISPR-tekniikka eli niin sanotut geenisakset, ovat tehneet perimän muuntelusta varmaa, tarkkaa ja tehokasta. Uudet valmistusmenetelmät puolestaan antavat mahdollisuuden rakentaa kokonaisia DNA-rihmoja laboratorioissa. Synteettinen biologia on siis seurausta siitä, että kykenemme muokkaamaan biologian perusteita tarkasti ja tiedämme, mitä sillä taidolla teemme.

Sovellusten runsaudensarvi

Synteettinen biologia mahdollistaa lähitulevaisuudessa monia uusia sovelluksia. Esimerkiksi kun bakteerien perimää muokataan, ne kykenevät hajottamaan jätteitä tai tuottamaan lääketieteelle ja teollisuudelle uudenlaisia raaka-aineita.

On mahdollista, että keinotekoisten eliöiden suunnitteleminen ja tuottaminen teollisuuden käyttöön muodostavat tulevaisuudessa oma bioteollisuuden haaransa. Tänä vuonna Cambridgen yliopiston tutkijat loivat ensimmäistä kertaa synteettisen elämänmuodon sijoittamalla tyhjennettyyn soluun DNA-rihmaston, joka oli kasattu kaupallisten laboratorioiden tuottamista palasista eikä siis vastannut minkään olemassa olevan elämänmuodon perimää.

Synteettisen biologian materiaalisovelluksia tarkastellaan jo myös sotilaallisen toiminnan näkökulmasta. Geneettisesti muokatut organismit voisivat esimerkiksi tuottaa ympäristöön mukautuvia, lämpösäteilyä eristäviä ja itseään korjaavia materiaaleja yksittäisten taistelijoiden, ajoneuvojen ja alusten suojaksi.

Synteettisen biologian materiaalisovelluksia tarkastellaan jo myös sotilaallisen toiminnan näkökulmasta.

Klikkaa twiitataksesi.

Myös lääketieteellisten sovellusten kenttä on luonnollisesti valtava. Parhaillaan tutkitaan esimerkiksi ihmisen suolistossa luonnostaan esiintyvän kolibakteerin ohjelmoimista levittämään kemiallista signaalia, joka estää koleraa aiheuttavaa mikrobia tuottamasta sairauden aiheuttavaa myrkkyä. Antibiooteille vastustuskykyisten mikrobikantojen lisääntyessä synteettinen biologia voi mahdollistaa täysin uudenlaisia keinoja torjua epidemioita.

Synteettisen biologian radikaaleimmat sovellukset liittyvät kuitenkin ihmisten perimän muokkaamiseen. Uudet geenieditointiteknologiat mahdollistavat periaatteessa myös täysikasvuisten ihmisten geenien muokkaamisen. Laajaan käyttöön sopivien käytännön sovellusten arvioidaan kuitenkin olevan vielä vuosikymmenien päässä.

Bioaseita ja yli-ihmisiä

Synteettinen biologia tuo mukanaan hyötyjen lisäksi myös uhkia. Sotilas- ja turvallisuussektorille ilmeisimpiä riskejä ovat uudet mahdollisuudet biologiselle sodankäynnille. Bioaseiden kehittäminen on koko ihmiskunnan historian ajan ollut hidas ja suhteellisen tehoton prosessi, joka on perustunut luonnossa jo ilmenneiden taudinaiheuttajien vähittäiseen muokkaamiseen ja tehokkaampien tuotanto- ja levitystapojen kehittelyyn. Synteettisen biologian työkalujen avulla kehittelyprosessista on tulossa kertaluokkaa tehokkaampi ja nopeampi prosessi.

Sotilas- ja turvallisuussektorille ilmeisimpiä riskejä ovat uudet mahdollisuudet biologiselle sodankäynnille.

Klikkaa twiitataksesi.

Ensimmäiseksi tämänkaltainen tutkimus luultavasti pyrkisi jo olemassa olevan bakteeribioaseen paranteluun tekemällä sen immuuniksi antibiooteille. Kun DNA-rihmaston kokoaminen alkaa lähitulevaisuudessa muistuttaa yhä enemmän Lego-palikoiden yhdistelyä, on bioaseesta mahdollista räätälöidä sellainen versio, jolla on kaikki toivotut ominaisuudet. Aseesta voidaan haluta tappava tai vain lamauttava, helposti tai ei lainkaan ihmisestä toiseen leviävä, tietyn alueen pitkään vaaralliseksi tekevä tai nopeasti isäntäruumiin ulkopuolella kuoleva ja niin edelleen. Toivottavia ominaisuuksia ovat myös kyky kestää teollisen mittakaavan valmistusprosesseja, helppo levitettävyys sekä mahdollisuus räätälöidä omille joukoille aseelta suojaava rokote.

Eräät tutkijat ovat esittäneet huolensa siitä, että jo luonnosta hävitettyjä mikrobeja on uuden teknologian avulla mahdollista syntetisoida uudelleen. Esimerkiksi isorokolla on pitkä historia biologisena aseena: taistellessaan Pohjois-Amerikan alkuperäisasukkaita vastaan 1700-luvulla Britannian armeija “lahjoitti” rauhanneuvotteluiden yhteydessä vastapuolelle huopia isorokkopotilaiden sängyistä. Kylmän sodan aikana isorokko oli Neuvostoliiton salaisen bioaseohjelman tärkeimpiä kehityskohteita, ja myös Saddam Husseinin Irakin epäillään tehneen alustavaa työtä isorokon parissa ennen Persianlahden sotaa. Tauti hävitettiin luonnosta 1980-luvulla, eikä sitä vastaan enää rokoteta. Sen perimä on tutkittu ja yleisesti saatavilla, joten sen syntetisoiminen olisi ainakin valtioiden resurssien puitteissa jo mahdollista.

Pidemmällä tulevaisuudessa äärimmäinen mahdollisuus on täysin synteettisen biologisen aseen luominen. Tämänkaltaista bioasetta olisi hyvin vaikeaa edes tunnistaa, ja siitä voitaisiin muokata immuuni vapaasti saatavilla oleville antibiooteille. Bioaseen suunnittelija puolestaan voisi ennalta räätälöidä siltä suojaavan rokotteen sotilailleen ja kansalaisilleen.

Synteettisen biologian sovellukset, varsinkin sen teknologioiden soveltaminen ihmisiin, sisältävät myös syvemmälle käyviä yhteiskunnallisia riskejä. Tämänhetkinen tutkimus pyrkii parantamaan esimerkiksi perinnöllisistä sairauksista kärsivät potilaat mahdollisimman lähelle ihannekäsitystä täysin terveestä ihmisestä. Kyky tuottaa ja istuttaa varmasti ja verrattain turvallisesti täysin keinotekoista geneettistä ainesta mahdollistaa kuitenkin myös ihmisen parantelun yli luontaisten biologisten rajojensa.

Tällaisilla teknologioilla on ilmeisiä vaikutuksia turvallisuuden alalla. Vaikka toimiva teknologia onkin vielä luultavasti vuosikymmenten päässä, sotilaiden muokkaaminen voimakkaammiksi, nopeammiksi tai vähemmän unta tarvitseviksi on ilmeinen mahdollisuus. Tämä herättää kuitenkin kysymyksiä siitä, missä määrin ihmistä itseään on eettistä muokata aseeksi. On myös huomattava, että geenimuutokset ovat periytyviä: supersotilaan lapsi olisi myös supersotilas, riippumatta omasta halustaan tai siitä, mihin tarkoituksiin hän päättäisi geneettisiä kykyjään käyttää.

Alun perin teknologisilla lisäosilla kehojaan parannelleet ja istutteilla itseään muokanneet biohakkerit ovat jo löytäneet synteettisestä biologiasta toisen reitin kokeelliseen kehojensa muunteluun. Alan tulevaisuudennäkymien ympärille on myös rakentunut vilkas start-up-yritysten ekosysteemi. Ennakkoluulottomat kokeilijat ovat, usein julkisuutta saadakseen, ruiskuttaneet itseensä potentiaalisesti geenejä muokkaavia valmisteita, joiden toivotut vaikutukset ovat vaihdelleet lihaskasvusta HIV-immuniteettiin. Toistaiseksi tulokset ovat jääneet laihoiksi, mutta itsekokeilun vaarat ovat ilmeiset.

Ihmisen geneettinen muuntelu voi olla riski myös laajemmalle yhteiskunnalliselle vakaudelle. Design-vauvat ja aikuisten geneettinen parantelu olisivat mitä luultavimmin tarjolla ensimmäisinä hyvin varakkaille yksilöille valtioissa, joissa sääntely olisi löyhää. Muuntelun periytyvyys herättää tässä skenaariossa hyvinkin dystooppisia tulevaisuudenkuvia yhteiskuntien ja globaalin ihmiskunnan jakautumisesta toisaalta varakkaisiin ja paranneltuihin ja toisaalta köyhempiin perustason yksilöihin. Toisaalta jo tänä päivänä esimerkiksi transsukupuolisista ihmisistä käytävät keskustelut eivät varsinaisesti anna aihetta odottaa, että geneettisesti muunneltujen ihmisten ilmaantuminen yhteiskuntaan voisi tapahtua ilman huomattaviakin konflikteja.

Valtiot ovat heränneet sekä uhkiin että mahdollisuuksiin

Synteettisen biologian avaamat näkymät ovat luonnollisesti herättäneet runsaasti keskustelua tieteenalan bioetiikasta. Kenties suurin aiheeseen liittyvä kysymys on, onko ihmisen yleisesti ottaen eettistä manipuloida elämän perusteita. Näin laajaa kysymystä on kuitenkin tämän artikkelin puitteissa mahdotonta käsitellä edes välttävästi. Käytännön etiikan osalta on myös tarkasteltava tieteenalan aiheuttamia riskejä, joita ovat niin tahallinen ihmisten, yhteiskuntien ja luonnon vahingoittaminen kuin tahattomatkin vahingot.

Kenties suurin aiheeseen liittyvä kysymys on, onko ihmisen yleisesti ottaen eettistä manipuloida elämän perusteita.

Klikkaa twiitataksesi.

Varsinkin tiedeyhteisö on herännyt tarpeeseen luoda synteettiseen biologiaan päteviä eettisiä rajoituksia ja niille riittävät valvontamekanismit. Myös valtiot ovat ryhtyneet arvioimaan sääntelyn tarvetta. Nykyiset geneettistä tutkimusta ja bioturvaa koskevat säädökset näyttävät olevan periaatteessa toistaiseksi riittäviä. Itse säädöksiä suurempi ongelma vaikuttaakin olevan teknologian monimutkainen luonne ja nopea kehitys, sillä ne tekevät valvonnasta ja riskien ennakoinnista vaikeaa.

Biologisten aseiden kieltosopimus on muotoiltu kattamaan kaikki biologiset aseet, joten myös synteettisen biologian sotilaalliset sovellukset kuuluvat periaatteessa sen piiriin. Käytännössä mahdollisuudet tehokkaampaan kehitystyöhön kuitenkin asettavat sopimuksen valvonnalle uusia haasteita. Lisäksi on huomattava, että myös biologisten aseiden vastainen työ voi hyötyä synteettisen biologian sovelluksista.

Sääntelystä huolimatta alan kehitys on jo johtanut kyseenalaisiin kokeiluihin. Vuonna 2018 shenzheniläisessä yliopistossa työskennellyt tutkija He Jiankui rikkoi eettisiä sääntöjä ja muokkasi kahden sikiön geenejä tavoitteenaan tehdä syntyvistä lapsista immuuneja HI-virukselle. Tapaus herätti runsaasti negatiivista huomiota, ja jatkotutkimukset ovat osoittaneet, että vaikka toimenpide saattoi onnistua immuniteetin tuottamisessa, sen sivuvaikutuksena lapsilla ja heidän jälkeläisillään on luultavasti riski kuolla nuorempina.

Eettisistä kysymyksistä ja sääntelypyrkimyksistä huolimatta synteettisen biologian tarjoamat mahdollisuudet ovat varsinkin pitkällä aikavälillä niin valtavia, että suurvallat ovat jo ryhtyneet kasvattamaan panostuksiaan alalla. Iso-Britannialla on ollut kansallinen alan tiekartta vuodesta 2012. Kiinaa pidetään alan tulevana suurvaltana, ja kansallinen synteettisen biologian tutkimusinstituutti on ollut toiminnassa vuodesta 2017. Yhdysvaltain kongressi käsittelee puolestaan parhaillaan Engineering Biology Research and Development Act -lakia, joka nostaisi synteettisen biologian kvanttitietokoneiden ja nanoteknologian rinnalle kansalliseksi tutkimusaloitteeksi. Myös Suomella on oma synteettisen biologian tiekarttansa, ja alan sovelluksia on tutkittu Suomen Akatemian ohjelmassa vuosina 2013–19. Alan turvallisuus- ja puolustussovellukset ovat olleet myös maanpuolustuksen tieteellisen neuvottelukunnan rahoituksen painopistealueena viime vuosina.

Synteettinen biologia on tuore ja toistaiseksi arvaamattomasti kehittyvä tieteenala, joka voi edistää inhimillistä hyvinvointia ja ympäristön tilaa monin tavoin. Sen sovellukset voivat kuitenkin olla myös suuri vaara kansainväliselle turvallisuudelle ja yhteiskuntien perustoiminnoille. Tieteenalan ja sen sovellusten etiikasta ja rajoista olisikin syytä käydä huomattavasti nykyistä laajempaa keskustelua sekä eri alojen asiantuntijoiden että laajempien kansalaispiirien keskuudessa.