合成生物學是門什麼學科？
合成生物學是門什麼學科？它的基本理念又是什麼？與之前的克隆生物（如多莉羊）技術有何區別和聯繫？
既然好幾個朋友都邀請我回答這個問題，那我就當仁不讓地祭出本人為中科院《科學與社會》雜誌撰寫的文章《合成生物學的發展、挑戰與風險》！以下是正文全文：
一、合成生物學的起源與發展
人們一直致力於認識、改造和設計生物系統。一個古老的典型例子就是對於狗和農作物的馴化和育種；在此過程中，數以億計的DNA鹼基對所構成的基因系統（狗和農作物的野生祖先）發生定向變化，最終按照人類的預期產生了相應的功能和表型。上世紀50年代，DNA被確認為生物過程的遺傳基礎。從那以後人們就意識到，對於改造和設計生物系統來說，操作特定DNA序列進而操控特定生物過程是比傳統的馴化和育種更為有效的手段。從上世紀70年代開始，人們合成、組裝和測序DNA序列並將其用於生物功能改造的能力不斷增強；特別是合成和測序DNA的能力，如果按照每單位價格成本所能合成的鹼基數目作為指標來看，其趨勢以接近於摩爾定律的方式增長。近些年來，人們已經利用化學方法從頭合成了細菌和老鼠線粒體的全長基因組DNA，並將其植入相應的細胞。最近的一項研究工作中，一個國際研究團隊甚至成功合成了真核生物芽殖酵母的一條染色體，並且使其發揮正常的生物學功能。
然而，儘管人們已經能在基因組水平對DNA進行操作，但是在功能層面上，目前的成就還大多局限在對於細胞內源固有功能的重現（recapitulate）和輕度改造上。人們逐漸意識到生物系統是極其複雜的，其內部成分是高度相互關聯的，進而導致人們對於生物系統的解讀往往非常困難，針對生物系統的設計與深度改造更是具有史無前例的挑戰性—即使是設計最簡單的生物系統，都可能會超出當前的理論與技術極限。因此，如何編寫DNA序列進而設計生成新的生物系統，目前還是科學界的一大難題。
針對這一難題，「合成生物學」應運而生。合成生物學是一門綜合學科，意在以傳統生物學獲得的知識與材料為基礎，利用系統生物學的手段對其加以定量的解析，在工程學以及計算機的指導下設計新的生物系統或對原有生物系統進行深度改造。合成生物學的奠基者之一，美國斯坦福大學的Drew Endy教授曾提出，標準化（standardization），去耦合（decoupling）和模塊化（modularization）是合成生物學的重要原則。這一認識在學界內部得到廣泛肯定。通過標準化，設計和改造生物系統所需的生物元件得以界定，其功能得以刻畫和抽象化；通過從去耦合，人造生物系統的複雜性，包括生物元件之間的相互作用得以規範化，從而最大程度上降低了人造生物系統出現故障的可能性；通過模塊化，人造生物系統的複雜功能可以被拆解為功能上相互獨立的模塊，每個模塊可以進而被拆解為對應的生物元件，從而為生物系統的設計與組裝提供了理性指導。因此，在過去的十五年里，合成生物學顯示出了巨大的潛力。從早期簡單的，僅包含兩三個基因的扳鍵式基因開關（genetic toggle switch）到最近報道的，包含十數個基因的複雜基因程序（genetic program），合成生物學已經設計出上千個生物系統以賦予細胞各種嶄新的生物學功能。
儘管取得了上述成就，但是同其他新興的科技領域一樣，合成生物學仍然面臨著兩個方面的重大挑戰：一個是學科自身理論與技術體系的欠完善，另一個是技術擴散所帶來的安全問題；前者決定了合成生物學未來的發展道路，後者代表著合成生物學發展所帶來的社會風險。
二、合成生物學理論與技術體系所面臨的問題與未來發展方向
19世紀，化學家們憑藉著不懈的努力積累了大量的有機化合物的轉換知識；但是哪些化合物是可能合成的，哪些是是不可能合成的，某種特定的化合物的合成路線如何，那時大家只能是各顯神通；成功是偶爾的，絕大多數的實驗都以失敗告終，這導致早期的有機反應及應用往往都是意外發現。真正帶來有機化學全面增長的，是19世紀末20世紀初相繼提出的結構學說和構想分析理論以及由此催生出的電子理論和機理學說等。目前合成生物學的階段，類似於19世紀的有機化學。合成生物學的理論體系尚處於萌芽階段，對於如何定義「合成生物學」尚存在巨大爭論。有專家調侃道，如果你讓五個人定義合成生物學，你甚至可能會得到六個答案。從學科的研究對象來看，合成生物學所研究的問題相當寬泛，既包括傳統的代謝發酵、蛋白質工程、生物燃料、組織工程和醫療等，也包括生物安全、基因工程、生物材料、人工基因線路和人造生命等當前熱點。從研究的技術手段來看，研究者們分別試圖以DNA合成、蛋白質設計、細胞外生物反應體系、體內遺傳操作和理性網路設計為技術核心來開展合成生物學研究。因此不難理解，雖然研究者們都認同合成生物學的核心思想是基於標準化的生物元件設計新的生物功能；但是關於合成生物學的任何具體闡述都充滿爭論。例如，不同研究者對於「標準化」的闡釋在結構、功能、描述、度量和信息交換層面都有著諸多側重和衝突。
不過令人欣慰的是，近幾年來合成生物學各個分支領域內部均取得了諸多進展。如代謝發酵領域，美國加州大學伯克利分校的Jay Keasling教授領導的合成生物學團隊成功設計出能夠生產抗瘧疾特效藥「青蒿素」前體的酵母細胞；在人造生命領域，美國哈佛大學醫學院的George Church教授領導的團隊實現了對於細菌基因組密碼子的重編排；在基因工程領域，美國哈佛大學尹鵬教授和波士頓大學的James Collins教授所領導的合作研究組甚至基於DNA摺紙術和人工基因線路開發出了用於檢測環境中埃博拉病毒的試紙；這些進展都是合成生物學的研究者們融合協作的成果。因此可以樂觀的說，合成生物學的各個分支已經具備了整合起來形成特定理論範式的條件。
在技術層面上，合成生物學仍然無法可預測性地設計複雜的基因線路。在設計生物系統的過程中，合成生物學家發現了一個殘酷的事實：即使是大腸桿菌這樣可能是人類了解最為透徹的模式生物，其活細胞內部的基因調控過程仍然是異常複雜的。因此，儘管人們在電子工程和計算機中所掌握的技術知識對於合成生物學來說有很大啟發性，但面對具體的生物系統它們所能提供的指導遠遠不夠。在電子工程里，在使用晶體管前我們不必對晶體管在每種工作環境下的行為進行刻畫，因為晶體管的行為是環境穩定的；也不必對晶體管與其他電子器件組合起來以後的行為進行刻畫，因為不同的電子器件之間是完全模塊化的。然而，在當前的合成生物學中，我們必須對於每個基因元件在各種工作條件及元件組合中的行為進行表徵；因為人工基因線路是在活細胞中工作的，其不可避免的會與細胞內部成分以及特定的細胞環境相互作用。倘若無法可預測性的設計基因線路，雖然簡單的生物學功能仍然可以通過突變-篩選的試錯方式把簡單基因線路的功能實現，但想要設計一個複雜的生物學功能卻是極端困難的。針對這一困境，合成生物學家們做出了許多努力：一方面，力圖開發與既有生物系統在功能上「正交」的生物元器件庫，用以消除人工基因線路與宿主活細胞發生未知相互作用的可能；另一方面，研究生物元件之間的可組裝性，更加系統和細緻地加工生物元件與元件之間的物理介面，以規範化（formalization）基因元件在不同人工生物系統和各種活細胞環境中的行為。這些努力都為合成生物學帶來了巨大改觀；目前合成生物學已經能夠實現可預測的設計簡單的基因線路。
但目前取得的進展還不足以支持針對生物系統的大規模、基因組水平的從頭設計或可預測的深度改造。這一方面是由於人們對於生物系統尚無系統的、定量的表徵手段；合成生物學的奠基人之一，美國波士頓大學的James Collins教授就曾多次表示，對於生物元器件背後具體生物過程進一步的功能解析和模型刻畫對於人工基因線路的規模放大（scaling-up）來說是必不可少的。另一方面，合成生物學所採用的生物元件其工程加工的方式和對象還有待探索。在經典的工程學領域，天然材料如硅石是需要經過加工提煉才能被使用的；可以被用於工程學的材料也需要滿足特定材料物性，並不是任何一塊礦石都可以用於工程加工。同樣，合成生物學中所使用的生物元件來源於天然的基因材料，所謂「元件」即是對天然基因材料進行工程加工的結果。因此，哪些天然基因材料可以應用於合成生物學的設計，如何衡量各種天然基因材料的「可用性」，以及針對各類型的天然基因材料採取何種工程加工方式，是合成生物學未來十年需要著力解決的一系列重大基礎問題。
三、合成生物學可能帶來的社會風險與應對措施
合成生物學展現出的巨大潛力舉世矚目。2004年美國麻省理工學院出版的《Technology Review》將合成生物學評為將改變世界的十大新興技術之一。英國《自然》雜誌於2007年以「合成生物學：設計生命」（Synthetic Biology: Design for Life）為題刊文，認為人類已經進入了「為了某個實用目的而進行基因組工程改造」的時代。美國生物經濟研究協會於2007年發表的報告甚至認為未來合成生物學技術將會比重組DNA技術發展更快。必須注意到，在新技術蓬勃發展的時候，出於樂觀和興奮，許多研究者和相關專業人員都傾向於認為新技術是可控的，其擴散是可以預計的。然而，成癮化合物合成技術與核技術的歷史已經告訴我們，我們必須警惕新技術可能帶來的社會風險。與此二者相比，合成生物學帶來的社會風險甚至更大。
首先，合成生物學的技術對象是活著的生命，而生物系統具有自我繁殖、突變進化等非生命系統所不具備的特徵，因此與傳統的工程系統相比，我們對於生物系統更加難以控制。如果我們要給細菌設計一個嶄新的代謝通路以生產新的藥物，那麼此代謝通路有可能在細胞內無法長時間穩定工作，因為進化的壓力會使得細菌的遺傳成分發生難以預期的變化；然而，如果我們賦予病原菌或者病毒新的基因，進化的壓力反而更有可能篩選出致病性更強的病原。因此，在「趨利」和「避害」之間，合成生物學達成後者似乎更為容易。2005年，美國疾病控制中心根據基因序列合成了曾於1918年爆發、造成全球大約2000~5000萬人死亡的西班牙流感病毒。2013年，中國農科院哈爾濱獸醫研究所等單位在《科學》雜誌上報道了通過將H5N1禽流感病毒和甲型H1N1流感病毒重組，構建了127種重組病毒；重組後的某些病毒具備通過空氣（氣溶膠）傳播的能力。儘管這些可傳播的病毒對實驗對象豚鼠不致命，相關研究人員也嚴格遵守了涉及到病原體的安全處置措施，但是可以預期，在基因合成的成本以摩爾定律下降的趨勢下，以天然病毒基因組為參照，在將來私自合成一個新病毒不會是一件難事。其次，受到工程學和計算機科學的影響，合成生物學相比生命科學的其他領域更加註重技術標準的兼容性和數據、材料的共享開放。這些對於合成生物學早期的急速發展來說是關鍵的催化因素，但是隨著合成生物學的成熟與擴散，兼容度高的技術標準與開放的材料與數據資源會帶來一定的社會風險，特別是考慮到利用合成生物學技術製造病毒等可能的情況。
因此，傳統的公共衛生與傳染病防治政策已經不足以應對當前合成生物學被不恰當利用所可能造成的社會威脅。規避合成生物學的社會風險需要的不僅僅是合成生物學研究者的自律，還需要相關領域專家的廣泛參與。合成生物學應該大力發展，但也不應不受約束。不久前美國政府叫停了一項通過改變病原體使其更具傳播性或致死性，以便專家根據相關風險制定政策的研究項目，此外還要求少數正在進行此類研究的研究人員自發中止；這可被視為對於合成生物學社會風險問題的一個重要舉措。
然而我們需要同時注意到，合成生物學的設計能力同樣也可以用來幫助規避生物技術擴散帶來的社會風險。在最近報道的一項研究工作中，研究者利用合成生物學的方法改造HIV病毒，使其複製過程對於外源的人造化學分子產生絕對依賴，而不能在正常的細胞中複製。這項工作成功規避了傳統疫苗製備手段中減活病毒恢復其毒性的可能，可被視為合成生物學有助於生物安全的一個重要案例。因此，可以預見，未來合成生物學的一個重要分支就是研究如何設計生物系統以規避合成生物學與基因組工程等生物技術帶來的生物安全問題。
四、總結
綜上所述，合成生物學在過去的十五年中呈現巨大潛力，其理論與技術體系正處於不斷完善之中，其工程對象正逐漸從簡單的生物線路向複雜的、基因組水平的生物系統發展過渡。在達成應用目的之外，合成生物學同樣揭示了生物系統的高度複雜與高度互作的屬性；正如著名物理學家Richard Feynman所說，「如果我不能創造一個東西，那麼我對它的理解也必然不夠」 （What I cannot create, I do not understand），合成生物學著力實現的標準化、去耦合、模塊化等工程目標，也將進一步加深人們對於生物系統的認識。但同時，如何避免合成生物學技術被不正當使用，規避該技術帶來的巨大的社會風險，考驗的將不僅僅是合成生物學研究者，也同樣考驗著法律法規、政策制訂、倫理研究等相關方面的專家學者。
參考文獻
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(2007).
我來拋磚引玉，說錯請糾正。
簡單地來說，合成生物學是一門基於分子生物學、生物化學和細胞生物學等學科的工程學。本質上來講，它是一門和電子工程一樣類型的工科。
根據我的理解，合成生物學的基本理念是，生物就是一台機器，遺傳物質就是控制機器運轉的程序，所有的生物大分子都是可標準化的零件。合成生物學要做的事基本分為兩類，一類是生命體的從頭化學合成；另一類是對現有生物體進行編輯，去掉一部分天然系統或者植入人工系統使其失去或者獲得能力。前者就像從頭合成一台機器，後者就像在已有機器身上進行修改。
舉幾個例子。
對於第一類工作，我在另一個問題中的回答如果只把有用的基因拼接起來，會變成什麼樣？就提到了重頭化學合成衣原體基因組並使其成功驅動一個衣原體細胞並繁殖的一項工作。當時沒有把故事講完。這項工作雖然可以解決最小基因組的問題，但是從合成生物學角度來講，它跳過了一個步驟，那就是通過「借用」現成細胞來跳過細胞合成。正好，因為發現染色體端粒酶而得了09年諾貝爾生理學醫學獎的Jack Szostak主攻的就是這個方向，成果包括合成了能夠自我複製的RNA以及包含這種RNA並能夠二分裂的脂質體。不過細胞內膜系統的合成這方面還是非常艱難，暫時沒有太大的突破。
Progress Toward Synthetic Cells. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24606140對於第二類工作，其實主要是基因工程轉基因的延伸。傳統的轉基因一般指將目的基因轉入目標生物體內使其表達一個蛋白或非編碼RNA從而失去或獲得一個功能。而合成生物學要做的是將一整套基因分次轉入目標生物體內，使其表達一個新的基因調控迴路。這個迴路包括多個相互作用蛋白或者非編碼RNA，對於不同的外界輸入能夠產生不同的反應和輸出。這些相互作用的基因就像一個程序。
和合成生物學相比，克隆動物技術還是相差很多。克隆動物技術主要是指抽取體細胞核，將其注入無核卵細胞成為受精卵，再植入子宮發育成為個體。和之前提到的第一類工作相比，整整差一個基因組的化學合成技術。不過呢，克隆技術現在甚至在哺乳動物中都已經很成熟了，而從頭合成生物才剛剛起步，只能現在最低等的生物中進行。從方法學來說，現在的合成生物學還是增強版基因工程，可能一次轉的基因多一點，解決的問題複雜一點，但方法上還是基因工程那一套。
但是從思路上，已經超越了基因工程，不在著眼於細節問題，不再只考慮通過轉一兩個基因表達點蛋白，而是根據複雜的目的設計和改造工程菌實現需求。
想到樂高的就只有我一個嗎？，，，
好激動啊，竟然看到可以答的題耶～最近參加了兩次會議，都提到了生物合成學，可見其火熱程度，當然我只是個很low 的研究生，眼界啥的都談不上。專業的解釋可參見排名第一的答案，我就不多說了，只說下個人感受。會議上院士一直在強調合成生物學，的確，它很高級，但另一方面，教授們又紛紛說它只是個遙遠的夢，或許是因為院士目光更長遠或是院士脫離實驗，不在意小方面，只抓大方向？教授們眼界不夠或是真的實踐中難度太大？當然我沒資格瞎揣測，我是也覺得任重道遠，或者現如今所謂的合成生物學其實根本沒達到合成生物這個程度。附圖一張，會議材料，忽略醜陋的字吧，其實我字還是可以的，當時墊在腿上只能寫成這個樣了。
原本的畢設就是合成生物學，學校也是參與合成生物學的核心機構（由於在國外學習，對中文的術語不熟悉，如果有表達錯，請見諒）
上面說太多了，題主也可能覺得複雜。我就用非常簡單以及通俗的方法來解釋基因工程與合成生物學的不同。
1. 零件概念。所有的片段（比如有功能的基因，或酶切位點片段，質粒,等等）都設計成「標準化零件」。2.標準化概念。所有上面提到的零件，都是像樂高一樣。都是一套標準化的東西。你去樂高官網去點擊購買各種零件，就可以自己搭出一套全新的玩意兒。3. 貢獻概念，說有的標準化零件都是由不同的學院不同的機構通過驗證後進行貢獻。概念類似wikipedia，維基百科有自己的一套標準，而大家都是在這套標準之下，貢獻自己的內容（零件設計）。假設一個情景：
研究者和科學家比如要研究某個基因表達的蛋白和另外一個基因表達的蛋白之間是否有關聯。一般基因工程的做法就是：自己找到含有這個兩個基因細菌，提取DNA片段，通過PCR增量等傳統手法，擴增片段，剪切出基因，再與質粒融合。在放入細菌體內。而合成生物學的方法是上網找到你想要的基因片段，和酶切位點片段，以及質粒。購買回來，PCR擴增，放入細菌體內。就行了。我抄抄書好了...希望有幫助
合成生物學(synthetic biology)是一門涉及生物學、工程學、物理學、化學及計算機科學等的交叉學科，尚無統一定義。書上例有幾位專家的看法，概括下大概是：1.將工程學思想應用到生物結構各個層次2新的生物部件、裝置和系統的設計與建造3.現有的、天然的生物系統重新設計與優化4.創造具有全新的或增強了特徵或性能的生物體，滿足人類需要特點：工程學思想與生物研究的充分融合標準化-設計-建模/模擬-實施-測試的工程學思想核心引入到生物系統的設計構建當中要素：1.採用從自然界分割出來的、經過人類表徵鑒定，可被修飾、重組乃至設計創造的、標準的生物學元件2.依據基因組和系統生物學的知識，設計生物學網路乃至調控裝置，對元件進行理性重組、設計
3.採用現代生物技術和相關物理、化學知識與技術，人工設計並建造優化的生物系統，乃至獲得新的生物體改造物種? 重建侏羅紀公園? 遙遠的夢可能被合成生物學所取實現, 作為一個較新的學科, 合成生物學在生物, 醫學, 工業, 能源, 檢測等各個領域大放異彩, 同時也在安全和倫理中尋找平衡.
一: 合成生物學概述:
Figure1. Story: Drew Endy, Isadora Deese (Nature 雜誌上關於合成生物學的一組漫畫, 名叫Adventures in synthetic biology, 有興趣的朋友可以看看)
合成生物學是一門在生物學科中較新的領域, 從概念的提出到目前的發展也不過十幾年之久,
其目的是把工程學的理念和思想引入到生物學當中來. 合成生物學是一門交叉型學科, 融合了生物學, 化學, 計算機科學, 工程學, 物理學等多個學科, 其目的是將這些學科的概念和知識整合起來, 達到更高效, 更加經濟, 更加精確的按照人類的意志創造出對於有益的產品或者有特殊功能的生物體. 對於傳統的生物學來說, 其遵循up to bottom的思想, 就是從上到下的思想, 舉例來說, 就是給研究者們一個細胞或者物質, 這些研究者們根據已有的經驗和方法對其進行剖析研究. 而對於合成生物學來說, 是一種 Bottom to up 從下到上的思想, 從創造或者改造最基本的細胞組件開始, 再對其進行組裝或者組合, 最終目的是使其成為一種對人類有使用價值的一個生物整體. 而這個」價值」是可以隨著人類的意志和需求改變的, 定向的創造出我們確切需要的產品. 隨著合成生物學概念的出現到現在的飛速發展, 很多領域都可以利用到合成生物學, 例如工業, 醫學, 能源, 環境, 建築等等. 下文將詳細的對於合成生物學的概念和前景進行介紹.
二: 合成生物學的定義, Bottom-up的原則和工程學的理念借鑒
- Synthetic biology refers to both:
- The design and fabrication of biological components and systems that do not already
exist in the natural world - The re-design and fabrication of existing biological systems.
合成生物學定義可以分為兩個概念:
(1) 對自然界中不存在的生物原件或者生物系統的設計和組裝.
(2) 對於現有生物系統的重新設計或者建造.
合成生物學這個學科的目的就是融合多學科領域的知識和工程學的思想創造或者改造出新的人工製造的生物種類, 生物系統, 代謝通路, 生物功能等.
那麼在創造新型和改造現有的生物組件和系統的時候就要遵循合成生物學自身bottom up的思想. 三個核心的辭彙: part (部件), device (裝置) and system (系統)(Fig.2). 下面我將應用電腦中的hierarchy來類比合成生物學中part, device 和system的概念(Fig.3). 首先對於電腦來說, 一些簡單的二極體電阻等是組成電腦部件的最低級單位, 在生物學中 DNA 和一些蛋白質就是組成part的單位. 對於part來說, 電腦中的part就是一些電子原件, 而生物學的part就是最基本的一些細胞活動的組件, 可以是一個簡單的DNA 序列, 一類蛋白質, 基因中的啟動子終止子等等. 這些part在往上就會組成device, 在電腦中就是一些電路板, 在生物學中可能就是某種功能, 或者某種細胞代謝通路, 而這些device的功能都是由最基本的parts支撐的. 最終由devices就可以組成一個systems(系統), 這個系統可以行使人類所特別設定的功能, 在電腦科學裡面來說就是一個電腦, 在生物學中來說就是一個細胞或更高等的單位. 當一個系統被組成後, 這個系統就可以行使功能.
「Synthetic biology aims to design and engineer biologically based parts, novel devices and systems as well as redesigning existing, natural biological systems.」
---RAEng Inquiry Report 2009
Figure.2 Schematic of the hierarchies of synthetic biology
Figure.3 A possible hierarchy for synthetic biology is inspired by computer engineering
在parts, devices和systems的創建過程當中要基於工程學的思想, 同樣, 三個來自於合成生物學的奠基人之一Drew Endy 在2005年的paper: &
首先, 標準化(在一些文章中也用Modularization來闡述相似的概念)是工程學中非常重要的一個概念, 在合成生物學之中也一樣, 在創造或者改造相應的生物學部件時, 一定要進行對於部件的標準化設置, 這樣一個人創造出來的部件通過標準化設置就可以被所有研究者重複使用, 最基本的part的標準化可以大大提升上面device和system的兼容性和標準性, 這是非常重要的一部. 舉個例子來說, 在合成生物學中最盛大的全球賽事iGEM比賽當中, 所有參賽隊伍被要求提交標準化之後的parts, 簡而言之, 就是在parts的兩邊加上統一的prefix 和suffix, 其中包含了統一的酶切位點, 這樣一個part就可以被反覆使用, 大大提升了研究的效率. 圖四則顯示了提交標準化的part, 當一個part被創造或者重新設計出來後, 就可以提交在這個網站上, 其他人就可以使用了. 這些提交上去的原件又叫Biobrick, 很形象的把這些原件比作磚, 那個統一規格的磚, 就可以砌成任何形狀的建築了.
Figure 4. Registry of Standard Biological parts
所謂的decoupling(去耦合) 就是把一個複雜的事物進行拆分, 從而得到其中簡單的片段進行逐一分析, 大大的增加了處理複雜問題的效率. 最後一點就是abstraction(精簡化), 與上一點的目的是一樣的, 都是為了將複雜的生物系統進行簡單化, 而abstraction則強調了解決複雜問題應該使用 hierarchies (分級制度), 在這個理念中, 從事研究工作的人應該只關注在一個等級的研究, 而原則上忽略其他等級的研究,而且只進行有限的穿越等級的交流. 這種觀念可以讓研究者在的研究集中在一個層級, 從而使問題簡單化並提升效率. 這三個概念已經獲得了合成生物學界的廣泛認可.
更多詳細的信息可以去查看我的知乎專欄 "合成生物學進展", 我會持續對合成生物學的相關信息和知識進行分享.
合成生物學 : 以系統生物學思想為指導，綜合利用生物化學技術、生物物理學技術以及生物信息學等技術，用基因以及基因組的基本要素(building block)及其組合，通過理性設計、改造、重建或製造新的生物分子(如蛋白質)、新的生物部件(如蛋白複合物)、新的生物反應系統(如廣泛性系統)、新的代謝途徑和過程(如抗生素的生產過程)以及設計具有生命活動能力的細胞和生物個體的學科。
簡言之，以系統生物學為指導，綜合利用多學科的基本原理及技術手段，通過分析與設計，在基因及基因組水平對生物進行改造與重建或創建的學科。
可以創建小到新的生物大分子，大到新的複合物新的系統，甚至是創造細胞和新的生命體，新的物種。
至於題主說的克隆羊，那個是利用已有的東西，進行重組改造，卵細胞和體細胞都是羊身上的，是有生命的物質變成另一種有生命的組合形式，克隆羊也不是憑空出現的。
而合成生物學可以製造新生命，只是參考現有的基因組信息等內容，就能用無生命的分子製造出可以具有生命特徵的細胞、組織、器官、系統、生物個體甚至新物種。
合成生物學能產生世界上不存在的，符合人類需要的新物質、分子、結構等，這就是最大的差別。Synthetic biology 畢業做過一陣子實驗，感覺就是利用細胞作為一個運轉的小工廠，然後利用這個工廠「生產」你需要的蛋白質。當然你也可以選擇修改基因，從而「生產」出其它蛋白質產品。下游就是biochemical engineering了，實現大規模生產。我們學校把這連個專業的老師攢在一起了
合成是相對分析而言的，這兩者是生物學的兩個主導思想方向。分析是還原論的做法，整體論是系統論的做法，整體論在理解生物系統的角度是系統生物學，整體論在改造和設計生物系統的角度是合成生物學。合成生物學的更多資訊請關注微信公眾號「中國合成生物學」（SBexpress）。
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