Die synthetische Biologie befasst sich mit dem Engineering von künstlichen lebenden Biomaschinen aus standardisierten Komponenten, die vordefinierte Funktionen (selbst-)kontrolliert ausführen können. Es werden verschiedene Forschungsstrategien und interdisziplinäre Bemühungen verfolgt, um ingenieurwissenschaftliche Prinzipien in der Biologie umzusetzen. Die „Top-down“-Strategie nutzt die unglaubliche Vielfalt der in der Natur vorhandenen Teile, um synthetische Kompositionen von genetischen, metabolischen oder Signalnetzwerken mit vorhersagbaren und kontrollierbaren Eigenschaften zu konstruieren. Dieser hauptsächlich anwendungsorientierte Ansatz führt zu lebenden Fabriken, in denen Medikamente, Biokraftstoffe, Biomaterialien und Feinchemikalien hergestellt werden, und zu lebenden Pillen, die auf künstlich hergestellten Zellen basieren und in der Lage sind, Krankheiten in vivo selbständig zu erkennen und zu behandeln. Im Gegensatz dazu zielt die „Bottom-up“-Strategie darauf ab, von bestehenden lebenden Systemen unabhängig zu sein, indem biologische Systeme von Grund auf neu entworfen und künstliche biologische Einheiten synthetisiert werden, die in der Natur nicht vorkommen. Bei diesem eher wissensbasierten Ansatz wird die Rekonstruktion minimaler biologischer Systeme untersucht, die in der Lage sind, grundlegende biologische Phänomene wie Selbstorganisation, Selbstreplikation und Selbsterhaltung auszuführen. Die Synthese künstlicher biologischer Einheiten, wie synthetischer Nukleotide oder Aminosäuren, und ihre Umsetzung in Polymere in lebenden Zellen bilden derzeit die Grenze zwischen natürlichen und künstlichen biologischen Systemen. Insbesondere der In-vitro-Entwurf, die Synthese und der Transfer vollständiger Genome in Wirtszellen weisen auf die Zukunft der synthetischen Biologie hin: die Schaffung von Designerzellen mit maßgeschneiderten wünschenswerten Eigenschaften für Biomedizin und Biotechnologie.