Synthetic Biology Final Report

Synthetic Genomics | Annex
 
 
93 
 “What I cannot create, I do not understand,” as said by the physicist Richard Feynman, synthetic biology has 
become  an important  tool not  only  to uncover the  design principles of natural biologic systems, but  also to 
explore novel biologic functions and systems not found in nature. 
Bayer TS (2010) 
Synthetic biology is the  design and construction of biological systems guided by engineering principles,  with 
the  aim of understanding biology or producing useful biological technologies. While a precise  definition and 
scope has been discussed elsewhere [14,15], in broad terms synthetic biology encompasses a wide range of 
focus areas, including alternative chemistries, artificial cells, self-replicating macromolecules, and in silico life 
forms. 
Chen et al. (2010) 
Second,  synthetic  biology  is  developing  principles  and  tools  to  design  and  assemble  precisely  controllable 
elements  and  modules  for  re-programming  cellular  metabolism  and  its  control  circuits  [10–16].  Synthetic 
biology aims to design and fabricate biological components and systems that exist or do not exist in nature for 
various engineering applications. 
Grünberg and Serrano (2010) 
Synthetic  Biology  aims  to  prepare  the  ground  for  the  routine  engineering  of  complex  biological  systems 
(13,15). 
2011 
Synthetic biology 
Achbergerová and Nahálka (2011)  
“Synthetic  biology”  is  a  scientific  area  that  includes  two  intentions.  One  area  uses  unnatural  molecules  to 
reproduce emergent behaviours in natural biology with the goal of creating artificial life. The other area seeks 
interchangeable parts from natural biology to assemble systems that function unnaturally [117]. In both cases, 
the  intentions  are  focused  on a  better  understanding  of  life  and  on  the  use  of  knowledge  for  a commercial 
benefit. For example, the design and construction of minimal cells, one main goal of synthetic biology [118], 
would be beneficial for the biotechnology industry. / This is very interesting for design of minimal cells, a main 
goal of synthetic biology. 
Cambray et al. (2011) 
The  term  ‘pipe’  refers  to  the  biological  transformation  of  one  organic  compound  to  another  through  an 
enzymatic  reaction,  whereas  ‘program’  refers  to  sophisticated  logical  systems,  such  as  those  that  underlie 
microbial homeostasis in complex environments. Synthetic Biology seeks to enable the design of sophisticated 
cellular programs for beneficial applications spanning health, energy, agriculture and the environment. Current 
technological  and  scientific  barriers  limit  the  complexity  of  the  programs  that  can  be  reliably  designed  and 
proven to be stable and safe after deployment. The systematic development of standard genetic components 
coupled  with  emerging  methods  of  multiplexed  directed  evolution  should  provide  the  knowledge  and  tools 
necessary  to  bootstrap  a  virtuous  cycle  of  genome  refactoring  and  functional  expansions.  A  sustained 
endeavor  will  be  necessary  to  cross  the  uncanny  valley  of  imperfect  designs,  till  the  community  gathers 
enough  tools  and  knowledge  to  enable  efficient,  robust  and  verifiable  engineering  of  desired  phenotypic 
behaviors 

---

Synthetic Genomics | Annex
 
 
94 
 
Figure 15: Dynamics in the biological engineering application space. 
Colin et al. (2011) 
Synthetic biology emerged around the year 2000 as a new biological discipline, and many different definitions 
have  been  applied  to  this  field.  However,  one  commonly  used  way  to  describe  synthetic  biology  is  as  the 
design and construction of new biological functions that  are not  found in nature  [37]. Synthetic biology is a 
discipline encompassing contributions from many fields [38–40]: 
Collier and Simpson (2011) 
Synthetic  biology  involves  reverse-engineering  the  design  rules  governing  the  machinery  of  cells  and  cell 
circuits, and then using this knowledge to manipulate existing systems and create entirely new systems with 
unique  functionality.  A  key  concept  is  the  design  and  fabrication  of  artificial  minimal  ‘modules’  that  enable 
bottom-up  development  of  biological  complexity  [1,2].  In  this  sense,  synthetic  biology  is  related,  but  not 
exactly equivalent to ‘systems biology’, which employs highthroughput measurements involving an extensive 
parameter set to obtain complete knowledge of large systems [3]  
Erb (2011) 
Synthetic  biology  could  be  used  to  create  novel  “customized”  CO2  fixation  pathways  that  overcome  any 
historical  and  evolutionary  burden  of  the  six  natural  autotrophic  pathways.  Such  synthetic  CO2  fixation 
pathways  could  find  applications  in  biotechnology  and  “green”  chemistry  (e.g.,  the  production  of  biomass, 
biopharmaceuticals,  or  fine  chemicals  from  CO2  and  an  appropriate  energy  source)  or  in  environmental 
protection (e.g., customized control of CO2 emissions)  
Erickson (2011) 
In our view, synthetic biology is an extension of the continuum of genetic science that has been used safely for 
more  than  40  years  by  the  biotechnology  industry  in  the  development  of  commercial  products  (Figure  16). 
Examples of synthetic biology use by biotechnology companies illustrate the potential to substantially reduce 
research and development time and to increase speed to market. Improvements in the speed and cost of DNA 
synthesis are enabling scientists to designmodified bacterial chromosomes that can be used in the production 
of renewable chemicals, biofuels, bioproducts, renewable specialty chemicals, pharmaceutical intermediates, 
fine chemicals, food ingredients, and health care products. Regulatory options should support innovation and 
commercial development of new products while protecting the public from potential harms. 

---