1.2　定義與本質

2000年，斯坦福大學的Eric Kool等學者在美國化學學會年會上提出了“合成生物學”這一術語，用來描述利用有機化學和生物化學在生物系統中發揮作用的非天然分子合成。英國工程和物理科學研究委員會（Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC）將合成生物學定義為“針對應用目的，對以生物為基礎的元件、器件和系統以及對現有天然生物系統的重新設計和工程化”。

目前，對合成生物學的定義已經有許多類似的表述，大多是指利用基因技術和工程學概念來重新設計和合成新的生物體系或改造已有的生物體系。具體而言，合成生物學是指通過系統化和工程化手段，設計和構造自然界中不存在的元件（part）、裝置（device）和系統（system），或者對現有元件、裝置和系統進行重新設計以賦予其新的生物學功能，即有目的地設計、改造乃至重新合成“生命體”。我們也可以將合成生物學的本質概括為“造物致知，造物致用”：“造物致知”，即通過合成生物學研究來增進對自然和人工生命體的基礎認知；“造物致用”，即通過合成生物學研究來創造社會經濟價值。

合成生物學區別于其他傳統生命科學的關鍵在于其“工程學本質”，主要體現其側重于“自下而上”的正向工程學策略和“自上而下”目標導向的逆向工程學策略。在“自下而上”的策略中，對生物元件進行標準化表征，構建通用模塊，利用抽提、解耦和標準化等方式降低生物系統復雜性，在經過簡化的“細胞”底盤上構建人工生物系統并實現其運行的定量可控。從元件標準化到模塊構建再到系統集成，打破了“自然”和“非自然”的界限，將“格物致知”研究策略推進到了“造物致知”的新領域。“自上而下”目標導向的逆向工程學策略則主要應用于人工生命體的構建。例如，在最小基因組的研究中，通過去除非必需基因來了解基因組架構并改善其特性，進而達到可模擬和預測的目的。

合成生物學的工程化研究融合了分子生物學、系統生物學和定量生物學的本質，提供了一條“從創造到理解”的研究思路和方法，即利用工程學的模塊化概念和系統設計理論，在不同層次上對生物元件、模塊到復雜途徑網絡的結構和功能進行解析、設計和模擬，這有助于更深入、更完整地理解生命的本質，進而改變了“從整體到局部”的經典生命科學研究模式。