Synthetic Biology Final Report

Synthetic Genomics | Annex
 
 
98 
Stano (2011) 
Research on minimal cells is one of the pillars of synthetic biology [16]. It can comprise a bottom-up or top-
down design, followed by construction, leading to the sought understanding. Research on minimal synthetic 
cells has at least three fundamental facets: (i) it allows a deep comprehension of physical- biochemical facts at 
the basis of cellular life; (ii) it has potential applications in medicine, biotechnology and life sciences [6, 7]; (iii) 
it allows insights into origin of life because minimal cells are models of primitive cells. 
Vinuselvi (2011) 
The development of bioinformatics and functional genomics has enabled not only the ability to understand or 
modify existing biological systems but also to create new biological systems for special purposes. The natural 
outcome of such an advance is synthetic biology, which deals with the design and assembly of predictable and 
robust  biological  parts/systems  and  systems  biology,  which  aims  at  system-level  understanding  of  biological 
systems.  These  well-characterized  and  novel  biological  parts/systems  would  in  turn  provide  useful  drugs, 
green  fuels,  or other  high  value  biomaterials  [1,2].  Synthetic  biologists  differ  from  genetic  engineers  in  that 
they try to engineer and create complex biological systems for practical applications from lesser understood 
and  unreliable  basic  components  [3].  Systems  biologists  develop  tools  of  modeling,  simulation,  and 
comparison to experiment in order to understand complex biological systems. The systems biology approach 
will be especially useful in synthetic biology. 
Weber (2011) 
Synthetic biology is a highly dynamic discipline at the cross-section of life sciences and engineering aimed at 
the design and construction of biological systems with useful properties. The paradigm of synthetic biology is a 
modular  design  hierarchy  where  basic  parts  are  assembled  to  form  biological  devices  that  can  be  further 
integrated into complex systems [1]. This bottom-up concept was successfully established in bacterial, yeast, 
plant  and  mammalian  cells  and  resulted  in  a  comprehensive  insight  into  the  optimal  design  principles  for 
complex biological systems and also in first applications providing novel solutions in the medical [2,3], energy 
[4] and nutritional [4] sectors. 
Zhang LY (2011) 
The definition of synthetic biology keeps evolving with a decade of development. So far there is no official or 
formal 
definition. 
According 
to 
the 
definition 
from 
the 
Synthetic 
Biology 
Community 
(http://syntheticbiology.org/), which is the most widely accepted concept, synthetic biology is the design and 
construction  of  new  biological  parts,  devices  and  systems  and  the  re-design  of  existing  natural  biological 
systems  for  useful  purposes.  Synthetic  biology  on  the  one  hand  is  important  to  explore  the  origin  and 
evolution of life, on the other hand, it has a broad range of applications ranging from health care (diagnostics 
and therapeutics), environment (biosensors, bioremediation), energy (biofuel) to agriculture (optimized food), 
through engineering the biological systems or modules [2–5]. One of the key features of synthetic biology is to 
apply the engineering principles to biological studies. 
2012 
Synthetic Biology 
Blount et al (2012) 
“Synthetic biology is the application of engineering principles to the process of constructing and implementing 
human-designed  biological  systems.  [3,4].  Synthetic biologists  essentially  aim  to  predictably  produce  a  wide 

---

Synthetic Genomics | Annex
 
 
99 
variety  of  novel  devices,  networks  and  pathways  through  rational  recombination  of  modular  DNA-encoded 
biological parts” 
Cardinale and Arkin (2012) 
“One of the common goals of synthetic biology is to make the design of new function vastly more efficient, 
safe,  understandable,  and  predictable.  This  field  is  likely  to  have  a  profound  impact  on  chemical, 
pharmaceutical and material manufacturing, environmental and agricultural engineering, and health. 
Chen et al (2012) 
“Synthetic  biology  is  an  emerging  field  of  interdisciplinary  research  that  seeks  to  transform  our  ability  to 
probe, manipulate, and interface with living systems by combining the knowledge and techniques of biology, 
chemistry, computer science, and engineering. Its main aim is to increase the ease and efficiency with which 
biological systems can be designed, constructed, and characterized” 
Chiarabelli et al (2012) 
Synthetic biology is first represented in terms of two complementary aspects, the bio-engineering one, based 
on the  genetic  manipulation of extant microbial forms in order to obtain forms of life  which do not  exist  in 
nature;  and  the  chemical  synthetic  biology,  an  approach  mostly  based  on  chemical  manipulation  for  the 
laboratory 
synthesis 
of 
biological 
structures 
that 
do 
not 
exist 
in 
nature. 
(…) 
The notion of synthetic biology (SB) is by now well accredited in the experimental life sciences, and is generally 
seen  as  the  modern  and  most  ambitious  development  of  bioengineering  and  biotechnology  in  general.  The 
term ambitious is appropriate, as one of the declared aims of SB is the laboratory construction of alternative 
forms  of  life,  namely  forms  of  life  that  do  not  exist  in  nature.  The  term  life  is  till  now  still  restricted  to 
microorganisms,  and  various  aspects  of  this  design  have  been  described  in  the  literature  about  microbes 
capable of eventually producing fuels and energy for mankind, to the various genomic modifications of extant 
microorganisms to enrich their functionality. 
Danchin (2012) 
The  present  avatar  of  «Synthetic  Biology»  (SB)  assumes  that  we  know  enough  of  what  life  is  to  allow  us  to 
construct  life  from  scratch,  or,  at  least,  to  modify  existing  cells  and  organisms  so  that  they  work  as  cell 
factories. With this view SB puts together two separate entities, a program (the conceptual extension of the 
genetic program) and a chassis (the conceptual extension of the living cell). 
Firman et al. (2012) 
One  definition  of  Synthetic  Biology  is  ‘‘the  application  of  engineering  principles  to  the  study  of  the 
fundamental  components  of  biology’’,  but  there  are  major  problems  associated  with  this  basic  premise  – 
biological systems are very different from electronic systems, or chemical systems, and new combinations do 
not always behave as expected 
Giessen and Marahiel (2012) 
It is in this light that synthetic biology, usually defined as the de novo design of new or the redesign of existing 
biological  systems,  ranging  from  single  enzymes  (protein  engineering)  to  whole  biosynthetic  pathways 
(metabolic  engineering),  offers  new  approaches  and  methodologies  that  may  help  to  tackle  this  urgent 
problem. 
Hörner and Weber (2012) 

---