Synthetic Biology Final Report

Synthetic Genomics | Annex
 
 
110 
At the  interface of engineering and biology, a major aim  of synthetic biology is to program cells to perform 
desirable functions in a predictable manner. These programmed functions could have potential applications in 
biomedicine, biofuel, bioremediation, and cellular computation. 
Hansen LH et al. (2011) 
The  term  “synthetic  biology,”  in  its  present  context,  covers  the  creation  of  specific  self-replicating  DNA 
sequences that encode novel functional biological components, or replicas of existing natural systems, based 
on extensive preexisting knowledge about gene conservation, function and synteny. 
Kindsmüller K et al. (2011) 
Furthermore,  synthetic  biology  enables  economic  and  rapid  chemical  synthesis  of  DNA  encoding  the 
immunogens designed in silico, and their efficient assembly with delivery systems to obtain vectored vaccines. 
Altogether,  synthetic  biology  can  help  to  develop  improved  vaccine  candidates  in  considerably  less  time 
compared to conventional approaches. 
Misirli et al. (2011) 
Synthetic biology involves the design and implementation of genetic circuits to enable organisms to perform 
novel,  desirable  functions  for  biotechnology  applications.  Such  applications  include  the  production  of 
medically relevant biomolecules (Anderson et al. 2006; Ro et al. 2006), environmental bioremediation (Sinha 
et al. 2010) and biofuel production (Lee et al. 2008). 
Liang et al. (2011) 
The scope of synthetic biology is as complicated as life itself – encompassing many branches of science, and 
across  many  scales  of  application.  New  DNA  synthesis  and  assembly  techniques  have  made  routine  the 
customization of very large DNA molecules. This in turn has allowed the incorporation of multiple genes and 
pathways.  By  coupling  these  with  techniques  that  allow  for  the  modeling  and  design  of  protein  functions, 
scientists  have  now  gained  the  tools  to  create  completely  novel  biological  machineries.  Even  the  ultimate 
biological machinery – a self-replicating organism – is being pursued at this moment. It is the purpose of this 
review to dissect and organize these various components of synthetic biology into a coherent picture. (…) The 
field  of  synthetic  biology  lies  at  the  interface  of many  different  biological  research  areas,  such  as  functional 
genomics, protein engineering, chemical biology, metabolic engineering, systems biology, and bioinformatics. 
Not surprisingly, synthetic biology means different things to different people, even to leading practitioners in 
the  field.1  To  avoid  possible  confusion  for  the  reader,  here  we  would  define  it  as  “deliberate  design  of 
improved  or  novel  biological  systems  that  draws  on  principles  elucidated  by  biologists,  chemists,  physicists, 
and engineers.” 
Kim et al.  (2011) 
One  approach  to  synthetic  biology  is  to  genetically  engineer  microbes,  so  that  all  the  desired  functions  are 
carried out by a single strain. 
2012 
Synthetic Genomics 
Montague et al. (2012) 
1.  Technologies to synthetically  assemble  chromosome  sized  fragments  of  DNA  as  well  as to  enable making 
thousands  of simultaneous  changes  to  existing  genomes  are  now  available.  These  capacities  are  collectively 

---

Synthetic Genomics | Annex
 
 
111 
termed synthetic  genomics. The implications of synthetic genomics extend beyond the limited pathway and 
gene engineering of the past to include the engineering or whole metabolisms, regulatory networks, and even 
ecosystems. 
2. Synthetic genomics is defined and distinct from genetic engineering as the engineering and manipulation of 
the genetic material of an organism on the scale of the whole genome either in terms of number of base-pairs, 
or  number  of  loci  engineered.  Most  synthetic  biology  efforts  might  only  have  the  scope  of  engineering  an 
individual biosynthetic pathway. 
Synthetic Biology 
Anderson et al. (2012) 
Synthetic  biology  is  a  truly  interdisciplinary  field  that  engages  biologists,  mathematicians,  physicists  and 
engineers;  its  research  focus  is  applied;  and  it  has  enormous  potential  to  harness  the  power  of  biology  to 
provide scientific and engineering solutions to a wide range of problems and challenges that plague humanity. 
For  the  purposes  of  this  paper,  we  define  synthetic  biology  as  ‘the  endeavour  to  design  new,  or  modify 
existing, organisms to produce biological systems with new or enhanced functionality according to quantifiable 
design criteria’, because it explicitly requires that the synthetic system can be evaluated against a quantifiable 
design objective as is done in traditional engineering. 
Blount et al. (2012) 
Synthetic  biology  aims  to  use  modular,  well-characterised  biological  parts  to  predictably  construct  novel 
genetic devices and complex cell-based systems following engineering principles. 
Callura et al. (2012) 
Synthetic  biology  has  a  history  of  providing  components  for  metabolic  engineering,  such  as  biosynthetic 
pathways and enzyme scaffolds. Adding to this toolbox, the genetic switchboard is a well-defined, biological 
module that possesses the flexibility to aid different metabolic engineering strategies. 
Cardinale and Arkin (2012) 
One of the common goals of synthetic biology is to make the design of new function vastly more efficient, safe, 
understandable,  and  predictable.  This  field  is  likely  to  have  a  profound  impact  on  chemical,  pharmaceutical 
and material manufacturing, environmental and agricultural engineering, and health. 
Chandran et al. (2012) 
From  a  synthetic  biology  perspective,  we  are  building  novel  biochemical  systems  to  emulate  useful,  well-
known natural biological systems and providing alternatives to enzymes. From an engineering perspective, our 
work  is  a  minimalise  approach  to  designing  biochemical  systems  from  simple,  predictable  yet  powerful 
modules. 
A major goal of synthetic biology is the construction of evolving replicating systems. 
Chang et al. (2012) 
Recently,  synthetic  biology  has  been  recognized  as  a  powerful  approach  for  the  design  and  construction  of 
new biological systems. 
Chen et al. (2012) 

---