Synthetic Biology Final Report



Yüklə 9,69 Kb.
Pdf görüntüsü
səhifə5/49
tarix03.05.2018
ölçüsü9,69 Kb.
#41152
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   49

Synthetic Biology | Definition and delimitation 
 
12 
2
 
Definition and delimitation of synthetic biology 
2.1
 
“Synthetic biology” and “Synthetic genomics” 
The origin and, as a consequence, the definition of synthetic biology are not well established (Stephanopoulos 
2012). A consensus has yet to be reached on a precise definition of synthetic biology  (Cameron et al. 2014). 
Although there is general assent to differentiate synthetic biology from biotechnology, metabolic engineering 
and  systems  biology,  it  is still  difficult  to  distinguish  it  from more  traditional  engineering  goals, and  implies, 
e.g.,  a  higher  rate  of  sophistication  as  compared  to  metabolic  engineering  (Porcar  and  Pereto  2012).  One 
characteristic,  however,  is  the  use  of  molecular  biology  tools  and  techniques  to  forward-engineer  cellular 
behaviour; to reach this, a set of common engineering approaches and laboratory practices have developed. 
The  principal  idea  was  to  follow  a  bottom-up  approach  based  on  molecular  “parts”  that  should  be  used  to 
forward-engineer regulatory networks. The first genetic circuits were created using Escherichia coli, and were 
described  using  simple  mathematical  models  (model-based  design  approach).  The  desired  behaviour, 
however, was only reached after replacing parts. 
Porcar and Pereto (2012) proposed to restrict the term “synthetic biology” to four research fields: 

 
Model-inspired research following strict engineering principles applied to biotechnology 

 
Top-down approaches significantly simplifying cell complexity and aiming to implement semi-synthetic 
cells that are easier to manipulate further (in a broad sense, a chassis) 

 
Bottom-up,  empirical  explorations  aiming  at  de  novo  construction  of  increasingly  complex  proto-cells, 
displaying a link between genotype (informational substance) and phenotype/behaviour 

 
Xenobiology research 
They  also  suggest  “exclusion  criteria”,  like  lack  of  design,  use  of  assay/error  tuning  strategies,  lack  of 
orthogonality and/or modularity, and in addition propose that ad-hoc strategies and standard-free approaches 
are incompatible with the concept. 
According to Stephanopoulos (2012) it is important to distinguish synthetic biology from other areas to avoid 
the replication of existing fields under a different name. 
There is no official or formal definition of “synthetic biology” or “synthetic genomics”. 
One frequently cited (and modified) definition of “synthetic biology” is that on 
http://syntheticbiology.org/
:  
Synthetic biology is 
A) the design and construction of new biological parts, devices, and systems, and 
B) the re-design of existing, natural biological systems for useful purposes. 
More papers include a definition of “synthetic biology” compared to “synthetic genomics”. Following analysis 
of  the  two  terms,  they  appear  to  be  interchangeable;  no  clear  difference  between  them  could  be  found  in 
various publications. 
 
König et al. (2013) tried to differentiate between “synthetic biology” and “synthetic genomics”: 
Synthetic biology is the design and construction of biological components, functions and organisms (that do 
not exist in nature) and the redesign of existing biological systems (to perform new functions) 
Synthetic genomics encompasses technologies for the generation of chemically synthesised genomes to allow 
for simultaneous multiple changes to the genetic material of organisms. 
 
The following main elements of synthetic biology (genomics) are identified in the definitions: 


Synthetic Biology | Definition and delimitation 
 
13 

 
Engineering principles are applied and include metabolic engineering as the simplest form of synthetic 
biology up to the engineering of complex biological entities (regulatory networks, systems, organisms, 
ecosystems). In this context the term “construction” is frequently used to describe the construction of 
biological parts but also systems. 

 
Synthetic biology is clearly defined as inter-  or transdisciplinary  field. It includes  the use  of state-of-
the-art molecular technologies (“omics”-approaches). 

 
Novelty:  concepts  and  design,  and  the  used  elements  like  biological  parts,  devices,  and  systems  are 
novel. New functions and unique functionality are created. 

 
The  basis encompasses naturally existing elements  from biological blueprints  that are engineered to 
improve  their  function.  By  this,  a  toolbox  of  biological  building  blocks  (“BioBricks™”)  is  created. 
Systems  are  designed  from  simple,  predictable  and  powerful  modules.  The  ultimate  aim  is  to  be 
independent from standard biological “bricks”. 

 
Minimal  genomes  are  constituted  in  order  to  render  the  outcome  predictable  and  efficient.  These 
genomes contain only the essential parts. 

 
Self-replication is an important feature of the resulting living organisms. 

 
Knowledge on the behaviour of biological systems is the basic prerequisite for the concept. 
In conclusion and based on the published definitions, for the purpose of this project we propose to define 
synthetic biology/genomics as 

 
The  design  and  construction  of  novel  organisms  with  the  capability  to  self-replicate,  based  on  the 
concept of minimal genomes and by using well-defined biological building blocks. 
Note: In September 2014 an “Opinion on Synthetic Biology I Definition” was published addressing a mandate 
on  synthetic  biology  from  Directorates  Health  and  Consumers  (SANCO),  Research  and  Innovation  (RTD), 
Enterprise  and  Environment  to  the  three  Scientific  Committees  Health  and  Environmental  Risks  (SCHER), 
Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR), and Consumer Safety (SCCS). The Opinion includes an 
operational definition for synthetic biology (SCENIHR et al. 2014): 
SynBio is the application of science, technology and engineering to facilitate and accelerate the design, manufacture 
and/or modification of genetic materials in living organisms. 
 
2.2
 
Synthetic biology, systems biology, metabolic engineering and the need to 
differentiate between the fields 
There is general assent that synthetic biology is a well-defined field different from systems biology, metabolic 
engineering and biotechnology (Porcar and Pereto 2012). On the other hand, there is a close coupling between 
synthetic biology, systems biology and metabolic engineering (Nielsen and Keasling 2011). The techniques and 
methodology  developed  in  synthetic  biology  are  also  important  to  promote  the  development  of  systems 
biology (Kitney and Freemont 2012). 
In the course of our literature research we identified the need to distinguish between synthetic biology and 
metabolic engineering. However, it has also been found to be  difficult if not  impossible to distinguish  some 
aims of synthetic biology from more traditional engineering goals (Porcar and Pereto 2012), and that to date 
there  is  no  consent  concerning  the  boundaries  between  synthetic  biology  and  metabolic  engineering  (CBD 
2014). 


Yüklə 9,69 Kb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   49




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə