Synthetic Biology Final Report

Synthetic Genomics | Annex
 
 
104 
Synthetic biology is defined as the application of engineering principles to biology. It disassembles, redesigns 
and standardizes existing biological components (parts, devices and genetic circuits) with the aim of creating 
novel genetic circuits, biosynthetic pathways and living system from abiotic components. 
2013 
Synthetic Genomics 
Acevedo-Rocha et al. (2013) 
A central undertaking in synthetic biology (SB) is the quest for the ‘minimal genome’. However, ‘minimal sets’ 
of essential genes are strongly context-dependent and, in all prokaryotic genomes sequenced to date, not a 
single protein-coding gene is entirely conserved. 
 
 
Synthetic Biology 
Arpino (2013) 
Synthetic Biology is the ‘Engineering of Biology’ – it aims to use a forward-engineering design cycle based on 
specifications, modelling, analysis, experimental implementation, testing and validation to modify natural or 
design new, synthetic biology systems so that they behave in a predictable fashion. 
The primary goal of Synthetic Biology is to create new or add additional functionality to biological systems by 
constructing new parts, or modifying existing biological systems (Purnick & Weiss, 2009). 
Ausländer (2013) 

---

Synthetic Genomics | Annex
 
 
105 
Synthetic biology aims to standardize and expand the natural toolbox of biological building blocks to engineer 
novel synthetic networks in living systems. 
Cobb (2013) 
Synthetic  biology  aims  to  improve  and  design  biological  systems  through  construction  of  new  biological 
components, such as enzymes, biosynthetic pathways, genetic circuits, and cells (recently reviewed by [1–8]). 
Synthetic biology has a wide variety of industrial and therapeutic applications, such as creating biosensors [9], 
generating biofuels [10–12], producing high-quality, inexpensive drugs [13,14], and remediating polluted sites 
[15]. 
Garvey (2013) 
Synthetic biology: the use of recombinant DNA technologies for the combination of genes and the production 
of novel proteins. 
Gübeli (2013) 
Synthetic  biology  aims  to  advance  life  sciences  by  the  application  of  engineering  approaches  in  order  to 
construct  novel  biological  systems  exerting  complex  functions.  Following  a  bottom-up  strategy,  singlewell-
characterized  modules  are  assembled  into  complex  biological  systems  guided  by  mathematical  modeling 
leading to predictable and robust functionalities. Initially, such designed systems were tested in prokaryotes 
(Basu et al., 2005; Elowitz and Leibler, 2000) mainly due to simple genetic background and manipulation. As a 
next step, the focus was laid on establishing these circuits in higher-order organisms from yeast (Ajo-Franklin 
et al., 2007) to plants (Antunes et al., 2006) up to mammalian cells as they better represent the complexity in 
humans. 
Jain (2013) 
Synthetic biology, application of synthetic chemistry to biology, is a broad term that covers the engineering of 
biological  systems  with  structures  and  functions  not  found  in  nature  to  process  information,  manipulate 
chemicals,  produce  energy,  maintain  cell  environment  and  enhance  human  health  [1]  .  Synthetic  biology 
includes  technologies  for  DNA  synthesis  and  assembly  of  fragments  of  DNA  for  gene  synthesis,  sometimes 
referred  to  as  synthetic  genomics.  Craig  Venter,  a  pioneer  in  this  area,  has  described  synthetic  biology  in  a 
video (http://www.youtube.com/watch?v=dvBV2qnSZwo). 
  Synthetic biology devices contribute not only to improve our understanding of disease mechanisms, but also 
provide novel diagnostic tools. Methods based on synthetic biology enable the design of novel  strategies for 
the  treatment  of  cancer,  immune  diseases  metabolic  disorders  and  infectious  diseases  as  well  as  the 
production of cheap drugs [2]. 
Lee and Na (2013) 
Synthetic biology is changing the paradigm of biology and biotechnology. It allows the design and construction 
of  new  biological  parts,  modules,  devices,  chassis,  and  systems,  in  addition  to  reengineering  cellular 
components and machineries that nature has provided. 3,4 For example, two seminal papers presenting the 
first synthetic gene networks appeared in 2000: an artificial toggle switch developed using a feedback system 
made  of  two  crossrepressing  genes  5    and  a  synthetic  oscillatory  network  using  three  transcriptional 
repressors. 
 
 

---

Synthetic Genomics | Annex
 
 
106 
Mapmel (2013) 
 
Maurino (2013) 
However, the concepts of synthetic biology could be used to bridge the gap between evolutionary theory and 
functional  biology  by  engineering  a  novel  organism  from  existing  and  newly  designed  parts.  Symbiotic 
relationships  have  recently  begun  to  be  exploited  in  synthetic  biological  networks  of  increasing  complexity 
(Agapakis et al., 2011). While most of these studies are aimed at engineering synthetic dual-organism systems 
of free-living microorganisms for biotechnology (Waks and Silver, 2009), several were designed to analyse the 
process of the establishment of symbiosis itself (Harcombe, 2010; Hosoda et al., 2011). 
Miyamoto (2013) 
One of the long-term goals of synthetic biology is the ability to reconstruct the decision-making networks in 
order to implement them as logic gates in living cells. 
Moses (2013) 
This can be achieved through synthetic biology, which can be defined as ‘the design and construction of new 
biological  components,  such  as  enzymes,  genetic  circuits,  and  cells,  or  the  redesign  of  existing  biological 
systems’ (Keasling, 2008). More elaborately, synthetic biology refers to the redesign of complex natural living 
systems  in  a  rational  and  systematic  way  to  simplified,  predictable  and  controllable  modules  that  can  be 
modeled and manipulated to generate industrially scalable systems with a defined purpose. For many years, 
the  term  ‘synthetic  biology’  was  used  to  describe  concepts  that  would  be  classified  today  as  metabolic 
engineering.  However,  the  definitions  are  not  sharpedged,  and  hence  metabolic  engineering  might  still  be 
considered as the simplest form of synthetic biology (Channon et al., 2008). 

---