La biologia sintetica è una branca interdisciplinare di biologia e ingegneria. L’argomento combina discipline all’interno di questi domini, come la biotecnologia, l’ingegneria genetica, la biologia molecolare, l’ingegneria molecolare, la biologia dei sistemi, la scienza delle membrane, la biofisica, l’ingegneria elettrica, l’ingegneria informatica, l’ingegneria del controllo e la biologia evolutiva. La biologia sintetica applica queste discipline per costruire sistemi biologici artificiali per applicazioni di ricerca, ingegneria e medicina.
La biologia sintetica è vista in modo diverso da biologi e ingegneri. Originariamente considerato parte della biologia, negli ultimi anni il ruolo dell’ingegneria elettrica e chimica è diventato più importante. Ad esempio, una descrizione definisce la biologia sintetica come “una disciplina emergente che utilizza i principi di ingegneria per progettare e assemblare componenti biologiche”. Un altro lo ha descritto come “un nuovo campo scientifico emergente in cui le TIC, le biotecnologie e le nanotecnologie si incontrano e si rafforzano a vicenda”. La definizione di biologia sintetica è anche discussa nelle scienze umane, nelle arti e nella politica. Una definizione popolare: gli aspetti funzionali di questa definizione sono radicati nella biologia molecolare e nella biotecnologia. Con l’espansione del termine, la biologia sintetica è stata recentemente definita come la progettazione e l’ingegneria artificiale dei sistemi biologici e degli organismi viventi allo scopo di migliorare le applicazioni per l’industria o la ricerca biologica. In generale, il suo scopo può essere descritto come la progettazione e la costruzione di nuovi percorsi biologici artificiali, organismi o dispositivi, o la riprogettazione dei sistemi biologici naturali esistenti. La biologia sintetica è stata tradizionalmente divisa in due diversi approcci. Dall’alto verso il basso la biologia sintetica implica l’utilizzo di tecniche di ingegneria genetica e metabolica per impartire nuove funzioni alle cellule viventi. La biologia sintetica di fondo implica la creazione di nuovi sistemi biologici in vitro riunendo componenti biomolecolari “non viventi”, spesso con l’obiettivo di costruire una cellula artificiale. I sistemi biologici sono quindi assemblati modulo per modulo. Spesso vengono impiegati sistemi di espressione proteica senza cellule, così come i meccanismi molecolari basati su membrana. Vi sono crescenti sforzi per colmare il divario tra questi approcci formando cellule viventi / sintetiche ibride e comunicazioni ingegneristiche tra popolazioni viventi e popolazioni di cellule sintetiche.
Il primo uso identificabile del termine “biologia sintetica” è stato nella pubblicazione di Stéphane Leduc di Théorie physico-chimique de la vie et générations spontanées (1910) e di La Biologie Synthétique (1912). Un’interpretazione contemporanea della biologia sintetica è stata data dal genetista polacco Wacław Szybalski in una tavola rotonda durante la diciottesima conferenza annuale “OHOLO” sulle strategie per il controllo dell’espressione genica “del 1973, Zichron Yaakov, in Israele. Nel 1978, Arber, Nathans e Smith vinsero il premio Nobel in Fisiologia o Medicina per la scoperta di enzimi di restrizione, portando Szybalski a offrire un commento editoriale sulla rivista Gene: Il lavoro sulle nucleasi di restrizione non solo ci permette facilmente di costruire molecole di DNA ricombinante e analizzare i singoli geni, ma ci ha anche condotti nella nuova era della biologia sintetica, in cui non solo i geni esistenti sono descritti e analizzati, ma anche le nuove disposizioni genetiche possono essere costruite e valutate. Un notevole progresso nella biologia sintetica si è verificato nel 2000, quando due articoli in Nature hanno discusso la creazione di dispositivi di circuiti biologici sintetici di un interruttore a levetta genetica e un orologio biologico combinando i geni all’interno delle cellule di E. coli.
Gli ingegneri considerano la biologia una tecnologia – una biotecnologia di un dato sistema o la sua ingegneria biologica. La biologia sintetica comprende l’ampia ridefinizione e l’espansione della biotecnologia, con gli obiettivi finali di essere in grado di progettare e costruire sistemi biologici ingegnerizzati che elaborano informazioni, manipolano sostanze chimiche, fabbricano materiali e strutture, producono energia, forniscono cibo e mantengono e migliorano la salute umana ( vedi Ingegneria biomedica) e il nostro ambiente. Gli studi in biologia sintetica possono essere suddivisi in classificazioni generali in base all’approccio adottato per il problema in questione: standardizzazione delle parti biologiche, ingegneria biomolecolare, ingegneria genomica. L’ingegneria biomolecolare include approcci che mirano a creare un kit di unità funzionali che possano essere introdotte per presentare nuove funzioni tecnologiche nelle cellule viventi. L’ingegneria genetica include approcci per costruire cromosomi sintetici per organismi interi o minimi. La progettazione biomolecolare si riferisce all’idea generale di design de novo e combinazione additiva di componenti biomolecolari. Ognuno di questi approcci condivide un compito simile: sviluppare un’entità più sintetica a un livello superiore di complessità manipolando inventivamente una parte più semplice al livello precedente.
I riscrittori sono biologi sintetici interessati a testare l’irriducibilità dei sistemi biologici. A causa della complessità del biolo naturale