Synthetic Biology Final Report

Synthetic Biology | Annex
 
 
86 
•  Tweak natural regulatory mechanisms or switches in order to achieve the desired function 
•  Reducing unwanted (side-) products 
•  Create functional devices, systems and organisms with novel and useful functions 
•  Biochemical reconstitution approach 
•  Improve understanding of and ability to control living organisms 
•  New function more efficient, safe, understandable and predictable 
•  Combined use of genome-wide genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics 
•  Reduce research and development time and to increase speed to market 
•  Provide useful drugs, green fuels, other high value biomaterials 
•  Synthesis – validation of a scientific hypothesis 
 BioBricks™/building blocks/modules/basic components/biological parts 
•  Development of “BioBricks™”, search for a minimal cell, delivery of customised genes 
•  De novo design of new or the redesign of existing biological systems (single enzymes, whole biosynthetic 
pathways) 
•  The  key  elements  of  these  modular  parts  are  molecular  switches  that  are  based  on  protein-protein, 
protein-DNA or protein-RNA interactions 
•  Genetic components 
•  Create  novel  organisms  containing  designed  genetic  circuits  from  standard  biological  parts 
(“BioBricks™”) that in most cases are provided by nature 
•  Individual  parts  are  synthesised  and  combined  in  different  biological  arrangements  to  make  useful 
products such as biopharmaceuticals and biofuels 
•  Design  and  generation  of  new  biological  parts  from  natural  existing  components  (including  genetic 
circuits, synthetic metabolic pathways and signalling systems) 
•  Use, modify, and improve natural systems to design useful devices 
•  Aim is to program cells to perform desirable functions in a predictable manner 
•  Predict the behaviour of biological systems 
•  Key “parts” are nucleic acids, metabolites and proteins 
•  Conception of parts, devices and systems 
•  Toolbox of biological building blocks 
•  Use of biological or biologically inspired modules for the directed self-assembly of functional synthetic 
systems 
 
•  Small DNA pieces are assembled in a series of steps into whole genomes 
•  Combination of synthetic with nature-derived materials and architectural concepts 
•  Synthetic biology is concerned with the design and synthesis of chemical structures (enzymes, proteins, 
genetic circuits and cells), which do not exist in nature as such 
•  Metabolite biosynthetic pathway from its organism of origin into more amenable heterologous hosts 
 
•  Hierarchy of biological structures – from individual molecules to whole cells, tissues and organisms 
 
•  Unnatural molecules to reproduce emergent behaviours in natural biology (goal of creating artificial life) 
or interchangeable parts from natural biology to assemble systems that function unnaturally 
Novelty 
•  Build novel biochemical systems to emulate useful, well-known natural biological systems 
•  Novel synthetic networks in living systems 
•  Biological assemblies with novel functions 

---

Synthetic Biology | Annex
 
 
87 
•  Design  and  fabrication  of  novel  biologically-based  components  as  well  as  the  redesign  of  existing 
biological systems 
•  Create novel functional devices and systems 
•  Produce novel devices, networks and pathways 
•  Creating novel functional parts, modules, systems, ultimately novel organism 
•  Novel biological circuits for desired applications, implemented through the assembly of biological parts 
(natural components of cells and artificial molecules) 
Design 
•  Standardisation, modularisation, characterisation, coupled to systematic design 
•  Large-scale gene networks to control and manipulate cells 
•  Design unique biological circuits (synthetic networks) 
•  System-wide manipulation of host genomes 
•  Biosynthetic pathways and enzyme scaffolds 
•  Synthesis of complex, biologically based systems 
•  Rational-design approach, redesign existing biological systems or create artificial life 
•  Design  and  synthesise  biological  networks  or  devices  that  perform  a  desired  function  in  a  predictable 
manner 
•  Redesign metabolic pathways from scratch to create entirely new biosynthetic pathways de novo 
•  Principles  and  tools  to  design  and  assemble  precisely  controllable  elements  and  modules  for 
reprogramming cellular metabolism and its control circuits 
•  Tools  and  methods  to  increase  control  over  interactions,  resulting  in  an  integrative  synthetic  biology 
that will allow ground-up cellular optimisation 
•  Manipulate existing systems and create entirely new systems with unique functionality 
•  Biological  transformation  of  one  organic  compound  to  another  (enzymatic  reaction),  sophisticated 
logical  systems;  design  of  sophisticated  cellular  programs  for  beneficial  applications  spanning  health, 
energy, agriculture and the environment. Technological and scientific barriers limit the complexity of the 
programs that can be reliably designed, be stable and safe. 
•  Disassembly,  redesign  and  standardisation  of  existing  biological  components;  creating  novel  genetic 
circuits, biosynthetic pathways and living system from abiotic components 
•  Endeavour  to  design  new  or  modify  existing  organisms  to  produce  biological  systems  with  new  or 
enhanced functionality according to quantifiable design criteria 
•  Biological blueprints but ideally independent of standard biological building blocks and constraints 
•  Design, synthesise and characterise new biological elements 
•  Design of new biological machines and systems 
•  Uncover the  design principles  of natural biologic systems and to explore  novel  biologic functions and 
systems not found in nature 
Knowledge/behaviour of systems 
•  Understand and harness the emergent properties of complex biological systems 
•  Prediction of the behaviour of the system 
•  Controlling complexity, using biological processes like directed evolution to optimise the function of new 
designed circuits 
•  Redesign of complex natural living systems in a rational and systematic way 
•  Behaviour of new combinations 
•  Accumulated knowledge on biological systems 
•  Optimising biological systems including refactoring existing genomes 
•  Synthetic biology could be used to create novel “customised” pathways. 

---