Synthetic Biology Final Report

Synthetic Biology | State of the Art 
 
39 
3.3.4
 
Standardisation of genetic parts and modules 
Engineering relies on the standardisation. Standards for genetic parts and methods are required for synthetic 
biologists  to  build  upon  each  other’s  accomplishments  and  to  make  synthetic  biology  a  state  of-the-art 
discipline (Purnick and Weiss 2009). 
A seminal approach towards standardisation in synthetic biology is the BioBrick™ concept. BioBrick™ provides 
an open source collection of characterised biological parts and modules. Assembly of BioBricks™ is carried out 
by  restriction-ligation  and  all  BioBrick™  parts  are  equipped  with  compatible  restriction  sites  at  their  ends. 
Moreover  metrics  for  quantitative  characterisation  of  bioparts  are  being  developed,  e.g.  PoPs  (polymerase 
operations per second) for transcriptional regulators or RiPS (ribosomal initiations per second) for translational 
regulators.  Finally  the  BioBrick™  foundation  is  fostering  innovation  in  synthetic  biology  by  organizing  the 
international genetically engineered machines competition (iGEM) for students (Purnick and Weiss, 2009). 
BioBricks™: The basic building blocks for synthetic biology 
In synthetic biology the standardisation of genetic elements used for creating novel genetic regulation units is 
a key issue. The crucial goal is to simplify the process of biological engineering (Shetty et al. 2008). To enhance 
the  dissemination of practical expertise  gained in the  field of synthetic biology, accelerate  the  development 
process  of  new  biological  regulation  circuits,  improve  the  reproducibility  of  the  obtained  results,  increase 
transparency in the emerging field the iGEM (internationally Genetically Engineered Machine) organisation is 
vigorously  promoting  open  access  to  such  a  kind  of  standardised  biological  parts.  iGEM  serves  as  an 
educational and introductory  platform trying to comprehensively cover most aspects of synthetic biology. It 
organises international competitions for high school and university students in this highly competitive area to 
proliferate  the  technology.  As  a  first  step  towards  streamlining  the  design  process  and  standardisation  in 
synthetic biology iGEM is vigorously propagating the concept of BioBricks™-standardised biological parts which 
can  be  easily  used  and  distributed  to  construct  novel  genetic  functional  complexes  (for  details  see  section 
below).    Only  recently  iGEM  has  started  to  raise  the  awareness  of  the  participants  for  biosafety  aspects  by 
requesting  a  detailed  description  of  biosafety  issue  relevant  for  the  synthetic  constructs  submitted  for  the 
competition (Guan et al. 2013). 
The BioBricks™ inventory 
A DNA sequence which encodes a biological function  i.e. for a promoter, terminator, ribosomal binding site, 
protein domain, protein coding sequences etc. is called a “basic part” (Figure 10).  
A  basic  part  is  a  functional  unit  of  DNA  which  cannot  be  subdivided 
into smaller components. A representative example for a basic part is 
the 
T7 
promoter 
(5’taatacgactcactatagggaga3’; 
order 
code 
BBa_I719005)  or  a  phage  lambda  cI  regulated  promoter 
(5’taacaccgtgcgtgttgactattttacctctggcggtgataatggttgc3’; BBa_R0051).    
 
 
 
Figure 
10: 
Schematic 
representation  for  basic  part 
“promoter“ in the BioBricks™ 
assembly (iGEM 2014) 

---

Synthetic Biology | State of the Art 
 
40 
A composite part is a functional unit of DNA which consists of two 
or  more  several  basic  parts  stacked  together  (Figure  11).  An 
example  for  a  composite  part  is  the  combination  of  a  ribosomal 
binding  site,  a  protein  coding  region  and  a  terminator  spliced 
together  on  a  contiguous  stretch  of  DNA  forming  a  functionally 
active complex (example: BBa_I13507). 
 
 
A  device  is  a  variant  of  a  composite  part  which  is  capable  to 
mediate  a  function  in  a  cellular  context.  An  example  of  such  a 
kind  of  device  is  the  combination  of  the  basic  part  BBa_R0051 
with the composite part BBa_I13507 (Figure 12). 
 
 
 
The BioBricks™ standard 
“BioBricks™”  are  standardised  biological  parts  (basic  and  composite),  which  conform  to  the  BioBrick™ 
assembly  standard.  Adhering  to  this  standard  guarantees  compatibility  between  parts  and/or  to  BioBrick™ 
plasmid carriers  and allows that any newly  composed part will be  ready for recombination with other parts 
adhering  to  the  BioBrick™  assembly  standard  without  the  need  for  further  genetic  manipulation.  The 
BioBrick™  assembly  standard  in  general  takes  care  for  appropriate  restriction  enzyme  target  sequences, 
compatible multiple cloning sites in carrier vectors and appropriate backbone sequences. This approach allows 
the scientist to focus on design of new functions instead of dealing with technical problems concerning cloning 
and genetic manipulations. 
BioBricks™  are  available  to the  scientific community and may  be  freely recombined to produce  new  genetic 
entities  (Table  3).  Information  on  BioBricks™  is  collected  and  shared  via  the  internet  platform  Registry  of 
Standard biological Parts. Physical samples of basic and composite parts may be retrieved from the Registry of 
Standard Biological Parts (=Registry Repository) (Shetty et al. 2008). 
 
 
 
Figure 
11: 
Schematic 
representation  of  a  composite 
part  (ribosomal  binding  site  – 
protein 
coding 
region 
– 
terminator) (iGEM 2014) 
 
Figure 
12: 
Schematic 
representation 
of 
a 
device 
consisting  of  a  basic  (=promoter) 
and  a  composite  part  (ribosomal 
binding site – protein coding region 
– terminator) (iGEM 2014) 

---