Synthetic Biology Final Report

Synthetic Genomics | Annex
 
 
100 
Synthetic biology is a relatively new discipline which aims to engineer novel biological systems with useful and 
predictable  functions  by  combining  modular,  well-characterized  genetic  parts  in  a  rational  and  systematic 
manner  [1–8].  The  key  elements  of  these  modular  parts  are molecular  switches  that  are  based on  protein–
protein, protein–DNA or protein–RNA interactions. 
Jäschke (2012) 
One of the most important goals in chemical and synthetic biology is controlling the expression of defined sets 
of  genes  by  external  stimuli.  Such  systems  allow  switching  on  or  off  at  will  the  production  of  proteins  of 
interest,  exogenously  controlling  cell  function,  or  constructing  increasingly  complex  gene  networks  with 
unprecedented control 
Kitney and Freemont (2012) 
The  accepted  definition  is  ‘‘synthetic  biology  aims  to  design  and  engineer  biologically  based  parts,  novel 
devices  and  systems  –  as  well  as  redesigning  existing,  natural  biological  systems’’.  Synthetic  Biology  is  the 
application  of  systematic  design  –  using  engineering  principles”.    …    “an  important  objective  of  synthetic 
biology  is  to  constrain  biological  systems  by  controlling  complexity  through  either  the  design  of  orthogonal 
genetic  circuits  that  do  not  interact  with  the  host  system  or  by  using  biological  processes  like  directed 
evolution to optimise the function of new designed circuits”. … “One aim of synthetic biology is define these 
genetic  modules  as  functional  devices,  which  can  be  used  in  a  design  process  to  create  more  complex 
responses or functions”. … “Even though there is a clear definition of synthetic biology which most people in 
the  field  accept,  there  is  still  quite  a  high  degree  of  misunderstanding  about  the  true  nature  of  the  field.  A 
clear  distinction  must  be  made  between  various  fields  in  life  science  (which,  in  the  context  of  synthetic 
biology, can be considered to be foundational science) and synthetic biology itself. 
• Synthetic  biology  is  a  new  field  which  is  based  on  the  engineering  principles  of  standardisation, 
modularisation  and  characterisation,  coupled  to  systematic  design  (it  is  not  a  direct  extension  of  genetic 
engineering). 
• An  important  driver  of  synthetic  biology,  and  indeed  probably  the  key  to  its  genesis,  has  been  the 
development  of  increasingly  low  cost  and  reliable  gene  sequencing  and  synthesis  methods  which  are 
becoming widely commercially available. 
• Industrialisation is an important endpoint of synthetic biology (i.e. it is primarily a field of engineering). 
• Whatever the relative economic growth figures for synthetic biology, from a variety of sources might be, its 
economic impact is generally predicted to be highly significant. 
Lam et al. (2012) 
The field of synthetic biology has combined knowledge from different science and engineering disciplines and 
facilitated  the  advancement  of  novel  biological  components  which  has  inspired  the  design  of  targeted 
biosynthesis. 
Nguyen et al. (2012) 
One of the most challenging aims of synthetic biology is the  de novo engineering of regulatory systems with 
desired behavior by taking advantage of quantitative models describing molecular interactions able to predict 
of the behavior of the systems. 
Rodrigo et al. (2012) 

---

Synthetic Genomics | Annex
 
 
101 
Synthetic biology, which aims to redesign biological systems for novel purposes and applications, enables the 
transfer  of  a  secondary  metabolite  biosynthetic  pathway  from  its  organism  of  origin  into  more  amenable 
heterologous hosts, where the compounds of interest or their precursors can be produced with desired titers 
[2–7]. 
Peccoud and Isalan (2012) 
Synthetic  biology  is  an  emerging  transdisciplinary  field  at  the  intersection  between  many  engineering  and 
scientific  disciplines  such  as  biology,  chemical  engineering,  chemistry,  electrical  engineering,  or  computer 
science. The scientific milestone that inspired the development of synthetic biology is often regarded as the 
description of two artificial gene networks in the same issue of Nature in 2000. 
Wohlleben et al. (2012) 
Synthetic Biology now offers a new perspective to exploit this potential further by generating novel pathways, 
and thereby novel products, by combining different biosynthetic steps originating from different bacteria. 
Benenson (2012) 
One of the long-term goals in synthetic biology is the construction of large-scale gene networks to control and 
manipulate cells. Such networks often tweak natural regulatory mechanisms, or ‘switches’, in order to achieve 
the desired function”. … “Synthetic biology [1] is generally viewed as the successor of the venerable discipline 
of  genetic  engineering.  While  genetic  engineering  has  traditionally  focused  on  manipulating  and  modifying 
single genes or small numbers of genes to achieve a specific goal, synthetic biology practitioners attempt to 
apply engineering concepts to medium and large-scale gene sets, resulting in engineered pathways and even 
entire synthetic genomes. 
Bubela et al. (2012) 
The emerging interdisciplinary field of synthetic biology brings an engineering approach to biology. Individual 
parts can be readily synthesized and combined in different biological arrangements to make useful products 
such as biopharmaceuticals and biofuels. Synthetic biology spans from advanced genetic  engineering, which 
redesigns and fabricates existing biological systems, to the  construction of new  biological parts, devices and 
systems that do not occur in nature Thus, framing synthetic biology is a combination of the old and the new, 
with a change in mindset towards engineered systems. 
Bugaj and Schaffer (2012) 
Synthetic  biology  can  potentially  augment  traditional  gene  therapy  strategies  by  enhancing  control  of  the 
therapeutic gene to be expressed, for example through circuit architecture involving environmental sensing or 
feedback, or through the use of inducible promoters responsive to orally administered small molecule pills. 
Checa et al. (2012) 
Synthetic biology is a new area of biological research and technology applying basic engineering principles like 
modularization, rational design and modeling to the construction of complex biological networks with desired 
properties and functionalities. The approach involves the design and generation of new biological parts from 
natural existing components,  that  is, the building blocks  necessary for the construction of such higher order 
systems, including genetic circuits, synthetic metabolic pathways and signaling systems. 
Cobb et al. (2012) 

---