合成生物學(xué)(synthetic biology)，最初由Hobom B.于1980年提出來表述基因重組技術(shù)，隨著分子系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展，2000年E. Kool在美國化學(xué)年會上重新提出來，2003年國際上定義為基于系統(tǒng)生物學(xué)的遺傳工程和工程方法的人工生物系統(tǒng)研究，從基因片段、DNA分子、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與信號傳導(dǎo)路徑到細胞的人工設(shè)計與合成，類似于現(xiàn)代集成型建筑工程，將工程學(xué)原理與方法應(yīng)用于遺傳工程與細胞工程等生物技術(shù)領(lǐng)域，合成生物學(xué)、計算生物學(xué)與化學(xué)生物學(xué)一同構(gòu)成系統(tǒng)生物技術(shù)的方法基礎(chǔ)。
合成生物學(xué)是指人們將"基因"連接成網(wǎng)絡(luò)，讓細胞來完成設(shè)計人員設(shè)想的各種任務(wù)。例如把網(wǎng)絡(luò)同簡單的細胞相結(jié)合，可提高生物傳感性，幫助檢查人員確定地雷或生物武器的位置。再如向網(wǎng)絡(luò)加入人體細胞，可以制成用于器官移植的完整器官。讓·維斯是麻省理工學(xué)院計算機工程師，早在他讀研究生時就迷上了生物學(xué)，并開始為細胞"編程"，現(xiàn)在已成為合成生物學(xué)的領(lǐng)軍人物。維斯的導(dǎo)師、計算機工程師和生物學(xué)家湯姆·奈特表示，他們希望研制出一組生物組件，可以十分容易地組裝成不同的"產(chǎn)品"。研制不同的基因線路---即特別設(shè)計的、相互影響的基因。波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師科林斯已研制出一種"套環(huán)開關(guān)"，所選擇的細胞功能可隨意開關(guān)。加州大學(xué)生物學(xué)和物理學(xué)教授埃羅維茨等人研究出另外一種線路:當某種特殊蛋白質(zhì)含量發(fā)生變化時，細胞能在發(fā)光狀態(tài)和非發(fā)光狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，起到有機振蕩器的作用，打開了利用生物分子進行計算的大門。維斯和加州理工學(xué)院化學(xué)工程師阿諾爾一起，采用"定向進化"的方法，精細調(diào)整研制線路，將基因網(wǎng)絡(luò)插入細胞內(nèi)，有選擇性地促進細胞生長。維斯目前正在研究另外一群稱為"規(guī)則系統(tǒng)"的基因，他希望細菌能估計刺激物的距離，并根據(jù)距離的改變做出反應(yīng)。該項研究可用來探測地雷位置:當它們靠近地雷時細菌發(fā)綠光;遠離地雷時則發(fā)紅光。維斯另一項大膽的計劃是為成年干細胞編程，以促進某些干細胞分裂成骨細胞、肌肉細胞或軟骨細胞等，讓細胞去修補受損的心臟或生產(chǎn)出合成膝關(guān)節(jié)。盡管該工作尚處初級階段，但卻是生物學(xué)調(diào)控領(lǐng)域中重要的進展。
"合成生物學(xué)"更早可追蹤到波蘭科學(xué)家Waclaw Szybalski采用"合成生物學(xué)"術(shù)語，以及目睹分子生物學(xué)進展、限制性內(nèi)切酶發(fā)現(xiàn)等可能導(dǎo)致合成生物體的預(yù)測。"系統(tǒng)生物學(xué)"則可追蹤到貝塔朗菲的"有機生物學(xué)"及定義"有機"為"整體或系統(tǒng)"概念，以及闡述采用開放系統(tǒng)論、數(shù)學(xué)模型與計算機方法研究生物學(xué)。
隨著計算機、生物信息、基因合成與基因測序等技術(shù)的進展，使計算機輔助設(shè)計、全基因乃至基因組人工合成成為可能，使生物工程產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)瓶頸可能突破，使生物產(chǎn)業(yè)能夠進入工程化與設(shè)計化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，導(dǎo)致了有如"系統(tǒng)科學(xué)與自動通訊技術(shù)"之間的理論研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化互動，系統(tǒng)科學(xué)與生物技術(shù)、系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物學(xué)之間的密切互動，也將導(dǎo)致系統(tǒng)生物技術(shù)的基礎(chǔ)研究向應(yīng)用開發(fā)的轉(zhuǎn)化(轉(zhuǎn)化科學(xué)、轉(zhuǎn)化生物學(xué))距離迅速縮短。
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